-
Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine hydraulische Innenzahnradmaschine, also eine hydraulische Innenzahnradpumpe oder einen hydraulischen Innenzahnradmotor.
-
In der Veröffentlichung Transaction of the ASME, 736/Vol. 105, Dezember 1983 mit dem Titel „A New Continuous Contact Low-Noise Gear Pump" von K. Mitome und K. Seki ist eine Außenzahnradpumpe offenbart. Diese hat zwei Zahnräder, die über eine Verzahnung miteinander kämmen. Ein Eingriffspunkt der Verzahnung bewegt sich bei einer Drehbewegung der Zahnräder kontinuierlich entlang einer geschlossenen Eingriffslinie, die die Form einer „8” aufweist.
-
Nachteilig hierbei ist, dass bei neu hergestellten Außenzahnradpumpen bevor sie voll belastet werden können, ein zeitaufwändiger Einlaufvorgang durchgeführt werden muss. Des Weiteren ist die Lebensdauer derartiger Außenzahnradpumpen vergleichsweise gering.
-
Innenzahnradpumpen weisen dagegen in der Regel eine größere Lebensdauer auf und ein Einlaufvorgang ist nicht notwendig. Die Druckschrift
DE 37 37 961 A1 stellt eine derartige Innenzahnradpumpe dar. Diese hat ein treibendes Zahnrad, das innerhalb eines Hohlrads angeordnet ist und mit diesem kämmt. Drehachsen des Zahnrads und des Hohlrads sind im Parallelabstand zueinander angeordnet. Die Verzahnung des Zahnrads und des Hohlrads ist dabei derart ausgestaltet, dass sich Zähne der Verzahnung nicht an einem Kopf- und einem Fußbereich berühren. Eine Eingriffslinie, entlang der sich Eingriffspunkte der Verzahnung bei einer Drehbewegung des Zahnrads und des Hohlrads bewegen, ist hierbei nicht geschlossen, wodurch es bei einer Drehbewegung zu einem Eingriffssprung kommt. Des Weiteren entsteht zwischen den Zähnen ein sowohl von einer Saug- als auch von einer Druckseite der Innenzahnradpumpe abgeschlossener, mit einem Fördermedium gefüllter Raum, bei dem es sich um einen Quetschölraum handelt. Beim Öffnen des Quetschölraums zur Niederdruckseite treten nachteilig hohe Strömungs- und Betriebsgeräusche auf.
-
Eine weitere Ausführungsform einer Innenzahnradpumpe ist in der
DE 43 38 874 C2 offenbart. Hierbei ist eine Evolventenverzahnung zwischen einem Hohlrad und einem darin kämmenden Zahnrad vorgesehen. In einem sichelförmigen Freiraum zwischen dem Zahnrad und dem Hohlrad ist ein Füllstück angeordnet. Eine Eingriffslinie bei der Evolventenverzahnung der Verzahnung ist offen ausgebildet. Nachteilig ist auch hier, dass ein Fördermedium aufgrund der Evolventenverzahnung nicht vollständig aus dem Zahnkammervolumen verdrängt wird, was zu Quetschölbildung und hohen Druckpulsationen führt.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Innenzahnradmaschine zu schaffen, die vergleichsweise geringe Geräusche im Betrieb aufweist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Innenzahnradmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Erfindungsgemäß hat eine Innenzahnradmaschine, insbesondere eine Innenzahnradpumpe, ein Ritzel, das innerhalb eines Innenzahnrads mit diesem kämmt. Drehachsen des Ritzels und des Innenzahnrads sind hierbei im Parallelabstand zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise hat eine Verzahnung des Ritzels und des Innenzahnrads eine Eingriffslinie, entlang der sich Eingriffspunkte der Verzahnung bei einer Drehbewegung des Ritzels und des Innenzahnrads bewegen, die im Wesentlichen geschlossen ist.
-
Diese Lösung hat den Vorteil, dass kein sprunghafter Wechsel der Eingriffspunkte, wie bei den eingangs erläuterten Innenzahnradmaschinen, erfolgt. Stattdessen bewegen sich die Eingriffspunkte entlang einer geschlossenen Eingriffslinie. Hierdurch entstehen keine Quetschölräume zwischen Zähnen der Verzahnung, was zu einer Verringerung von Strömungs- und Betriebsgeräuschen und zu einer verminderten Druckpulsation führt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat die Eingriffslinie im Wesentlichen die Form einer „8”. Hierdurch bewegen sich die Eingriffspunkte entlang einer Kurvenbahn, die keine Knicke aufweist. Dies wiederum führt zu einer äußerst gleichmäßigen Bewegung der Eingriffspunkte.
-
Zur weiteren Geräuschminderung ist die Verzahnung des Ritzels und des Innenzahnrades als Schrägverzahnung ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist ein sichelförmiges Füllstück zwischen dem Ritzel und dem Innenzahnrad angeordnet.
-
Mit Vorteil hat die Innenzahnradmaschine eine Axialkraftkompensationsvorrichtung, um auf das Ritzel und das Innerizahnrad wirkende Axialkräfte stirnseitig von diesen zu kompensieren. Bei der Axialkraftkompensationsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um hydrostatische Druckfelder, die stirnseitig des Ritzels und des Zahnrades ausgebildet sind, oder um mechanische Kompensatoren, die stirnseitig angeordnet sind.
-
Bevorzugterweise hat die Verzahnung des Ritzels und des Innenzahnrades jeweils einen im Wesentlichen wellenförmigen Querschnitt.
-
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Querschnittansicht einer Innenzahnradmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
In der einzigen Figur ist in einer stark vereinfachten Darstellung eine Querschnittansicht einer Innenzahnradmaschine 1 dargestellt. Diese hat ein Ritzel 2, das innerhalb eines Innenzahnrads 4 angeordnet ist und mit diesem kämmt. Die Drehachse 6 des Ritzels 2 und die Drehachse 8 des Innenzahnrads 4 sind im Parallelabstand zueinander angeordnet. Ein Außenkreis des Ritzels 2 und der Innenkreis des Innenzahnrads 4 begrenzen eine sichelförmige Fläche, wobei ein Füllstück 10 vorgesehen ist, das zwischen dem Innenzahnrad 4 und dem Ritzel 2 angeordnet ist und einen Querschnitt aufweist, der etwa der sichelförmigen Fläche entspricht.
-
Derartige Innenzahnradmaschinen 1 können als Innenzahnradpumpen oder Innenzahnradmotoren ausgebildet sein. Wird die Innenzahnradmaschine 1 als Innenzahnradpumpe eingesetzt, so ist das Ritzel 2 mit einer Antriebsmaschine verbunden. Stirnseitig der Ritzels 2 und des Innenzahnrads 4 etwa im Bereich des in der Figur rechten Endabschnitts 12 des Füllstücks 10 ist ein Niederdruckanschluss und stirnseitig im Bereich eines linken Endabschnitts 14 des Füllstücks 10 ein Hochdruckanschluss der Innenzahnradmaschine 1 ausgebildet. Bei einer Drehbewegung der Innenzahnradmaschine 1 im Uhrzeigersinn (Richtungspfeil R) wird durch Vergrößerung eines Volumens zwischen Zahnflanken einer Verzahnung 15 des Ritzels 2 und des Innenzahnrads 4 ein Fördermedium vom Niederdruckanschluss in Richtung des Hochdruckanschlusses gefördert. Im Bereich des Hochdruckanschusses verringert sich das Volumen zwischen den Zahnflanken wieder, wodurch ein Fördermedium verdrängt wird.
-
In der Figur liegt das Ritzel 2 mit seinen Zahnradrückflanken 16a an den entsprechenden Zahnradrückflanken 16b des getriebenen Innenzahnrads 4 an. Momentane Eingriffspunkte des Ritzels 2 mit dem Innenzahnrad 4 sind durch das Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Diese Eingriffspunkte 18 bewegen sich im Verlauf einer Zahnradumdrehung entlang einer geschlossenen Eingriffslinie. Die Eingriffslinie hat hierbei die Form einer „8”. Bei einer Zahnradumdrehung wandern die Eingriffspunkte von den Zahnradrückflanken 16a und b zu einem Kopfbereich 20 eines Zahns 22 des Innenzahnrads 4 und zu einem Fußbereich 24 zwischen zwei Zähnen 26 und 28 des Ritzels 2. Anschließend gelangen Zahnradvorderflanken 30a und 30b des Ritzels 2 und des Innenzahnrads 4 in Eingriff, womit die Eingriffspunkte 18 sich dann in diesem Bereich befinden. Im weiteren Verlauf der Zahnradumdrehung, nach den Zahnradrückflanken 30a und b, gelangt der Kopfbereich 32 des Zahns 26 des Ritzels 2 mit dem Fußbereich 34 des Innenzahnrads 4 in Kontakt. Im Anschluss daran befinden sich die Eingriffspunkte 18 wieder zwischen den Zahnradrückflanken 16a und b. Da das Ritzel 2 und das Innenzahnrad 4 nicht nur im Bereich ihrer Zahnradvorder- und -rückflanken 16, 30 Eingriffspunkte aufweisen – wie bei einer Evolventenverzahnung im eingangs erläuterten Stand der Technik –, sondern auch in ihrem Kopf- und Fußbereich 20, 24; 32, 34, durchlaufen die Eingriffspunkte 18 bei einer Zahnradumdrehung eine geschlossene Eingriffslinie in Form einer „8”. Somit ist kein sprungbehafteter Wechsel der Eingriffspunkte 18 zwischen aufeinanderfolgenden Zahnradvorder- und rückflanken 16, 30 vorhanden. Durch eine derartige Verzahnung 15 bilden sich zwischen den Zähnen keine Quetschräume aus, wodurch eine Druckpulsation äußerst gering ist. Es wird somit ein im Wesentlichen vollständiges Verdrängen des Fördermediums zwischen den Zähnen erreicht.
-
Bei der Verzahnung 15 handelt es sich um eine Schrägverzahnung. Die hierdurch auftretenden Axialkräfte werden durch eine Axialkraftkompensationsvorrichtung kompensiert. Hierbei sind stirnseitig des Ritzels 2 und des Innenzahnrads 4 hydrostatische Druckfelder vorgesehen. Alternativ können mechanische Aktuatoren stirnseitig angeordnet werden.
-
Aufgrund von Fertigungstoleranzen des Ritzels 2 und des Innenzahnrads 4 ist denkbar, dass die Eingriffspunkte 18 von einer idealen 8-förmigen Eingriffslinie abweichen und diese kleine Unstetigkeiten und/oder Knicke in ihrem Verlauf aufweist.
-
Offenbart ist eine Innenzahnradmaschine mit einem Ritzel, das mit einem Innenzahnrad kämmt. Die Verzahnung des Ritzels und des Innenzahnrads ist dabei derart ausgestaltet, dass diese eine im Wesentlichen geschlossene Eingriffslinie aufweist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3737961 A1 [0004]
- DE 4338874 C2 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Veröffentlichung Transaction of the ASME, 736/Vol. 105, Dezember 1983 mit dem Titel „A New Continuous Contact Low-Noise Gear Pump” von K. Mitome und K. Seki [0002]
