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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 101 09 770 A1 ist eine Innenzahnradpumpe bekannt, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse umlaufenden innenverzahnten Hohlrad und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad kämmenden außenverzahnten Ritzel. Das Hohlrad ist mittels eines Lagerrings in dem Gehäuse gelagert, wobei der Lagerring mit Spiel in dem Gehäuse aufgenommen ist. Der Lagerring ist im Rahmen des zur Verfügung stehenden Spiels um eine parallel zu den Achsen des Hohlrads und des Ritzels verlaufende Schwenkachse verschwenkbar. Die Schwenkachse ist in Form eines Stifts ausgebildet, welcher gleichzeitig eine Sicherung gegen eine Verdrehung des Lagerrings um dessen Achse bildet.
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Die vorstehend beschriebene Lagerung des Lagerrings ermöglicht es, einen Radialspalt zu kompensieren, welcher im Bereich des Übergangs zwischen Saug- und Druckraum zwischen den Zähnen des Hohlrads und des Ritzels auftritt. Diese Kompensation ermöglicht eine Verringerung eines Leckagestroms. Zur Abdichtung des Druckraums der Pumpe und zur Kompensation von in axialer Richtung auftretenden Leckageströmen sind Ritzel und Hohlrad zwischen zwei Axialscheiben aufgenommen. Diese Axialscheiben sind bezogen auf das Gehäuse drehfest angeordnet. Insbesondere in Abhängigkeit von Betriebspunktänderungen können unter bestimmten Bedingungen (beispielsweise beim Anfahren der Pumpe aus dem Stillstand) erhöhte Leckageströme auftreten, wodurch sich der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe verschlechtert. Eine Verringerung der Toleranzen von relativ zueinander in Dichtkontakt stehenden Bauteilen geht aber mit dem Problem einher, dass sich aufgrund erhöhter Reibung der mechanische Wirkungsgrad der Pumpe verschlechtert.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Innenzahnradpumpe zu schaffen, welche auch unter wechselnden Betriebsbedingungen einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe ermöglicht eine Minimierung des Kontaktdruckes zwischen der dem Ritzel und dem Hohlrad zugewandten Kontaktseite einer Axialscheibe und der dieser Kontaktseite zugewandten Seitenfläche des Ritzels und/oder des Hohlrads. die Anpresskraft der Axialplatte auf die Stirnfläche der Zahnräder ergibt sich als Überlagerung aus hydrostatischer Kraft (statischer Druck) und aus hydrodynamischer Kraft, welche sich Ansaugeffekte zwischen der Axialplatte und den Zahnrädern bestimmt ist. Auf diese Weise kann ein Reibungs- und Verschleißminimum eingestellt werden.
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Die taschenförmigen Vertiefungen können so ausgestaltet werden, dass sie für einen bestimmten Betriebsdruck optimiert sind. Insbesondere bei kleinen Drehzahlen ergibt sich im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche der Kontaktseite eine deutliche Reduzierung der mechanischen Reibung der Pumpe.
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Die taschenförmigen Vertiefungen können auch als "Napfstrukturen" bezeichnet werden. Die taschenförmigen Vertiefungen sind vorzugsweise in Form von Materialausnehmungen der Axialscheibe gebildet. Diese Materialausnehmungen sind zu einer nach axial außen weisenden Außenfläche der Axialscheibe hin geschlossen. Die taschenförmigen Vertiefungen sind zusätzlich zu ggf. bereits an den Axialscheiben vorhandenen Abschnitten (beispielsweise eine Durchtrittsöffnung für eine Antriebswelle, ein Befestigungsabschnitt zur drehfesten Befestigung der Axialscheibe an dem Gehäuse, Steuerfelder und Fluiddurchtrittsöffnungen) vorgesehen.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der Vertiefungen mindestens gleich drei, sodass über die Axialscheibe verteilt hydrodynamische Saugeffekte aufgebaut werden können und sodass die Kontaktseite außerhalb der Vertiefungen Tragflächenanteile bereitstellen kann.
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Vorzugsweise sind die Vertiefungen zumindest über einen Teilabschnitt der Kontaktseite regelmäßig verteilt angeordnet. Hierdurch kann eine Vergleichmäßigung der gewünschten Saugeffekte erreicht werden.
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Es ist denkbar, dass die Vertiefungen eine beliebige Kontur aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Vertiefungen eine Kontur mit einer geometrischen Grundform aufweisen. Beispiele für solche geometrischen Grundformen sind Dreieck, Parallelogramm, Rechteck, Quadrat, Rhombus, Trapez, allgemeines Viereck, Vieleck, Kreis, Kreisring, Kreissegment, Kreissektor, spline-förmiges Vieleck.
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Die genannten Konturen oder weitere Konturen können sich in dreidimensionaler Richtung erstrecken, sodass Vertiefungen mit einer Taschentiefe entstehen, welche vorzugsweise mindestens ungefähr 0,1 Mikrometer, vorzugsweise mindestens ungefähr 1 Mikrometer, beträgt.
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Insbesondere können die taschenförmigen Vertiefungen folgende Formen aufweisen: Prisma, reguläre Polyeder oder Tetraeder, Würfel, Pyramidenstumpf, Keil, Kreiszylinder, Kreiskegel, Kugel, Kugelabschnitt, Kugelschicht, Torus, Tonnenkörper.
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Die maximale Taschentiefe ist geringer als die in axialer Richtung gemessene Baubreite einer Axialscheibe. Vorzugsweise beträgt die Taschentiefe höchstens ungefähr 20 Mikrometer, insbesondere höchstens ungefähr 10 Mikrometer.
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Die vorstehend genannten Taschentiefen können sich auf eine Linie der Profilkuppen (obere Berührlinie) des Profils der Axialscheibenoberfläche, in welcher die Taschen eingebracht sind, beziehen, alternativ hierzu auf die Mittellinie der kleinsten Abweichungsquadrate (Bezugslinie), alternativ hierzu auf die Linie der Profiltäler (untere Berührlinie).
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Bevorzugt ist es, wenn die Taschentiefe mindestens um einem Faktor von 1,5 höher ist als die gemittelte Rauhtiefe Rz der Axialscheibenoberfläche, in welcher die Taschen eingebracht sind.
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Zum Aufbau eines ausreichend hohen Saugeffekts ist es bevorzugt, wenn die Vertiefungen eine parallel zur Kontaktseite gemessene Taschenfläche von mindestens ungefähr 1 Quadratmikrometer, vorzugsweise von mindestens ungefähr 10 Quadratmikrometer aufweisen.
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Die maximale Taschenfläche ist theoretisch von der Größe der Kontaktseite der Axialscheibe bestimmt. Vorzugweise beträgt eine parallel zur Kontaktseite 2gemessene Taschenfläche aber höchstens ungefähr 1 mm , vorzugsweise von 2höchstens ungefähr 0,1 mm .
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Das Verhältnis der Summe aller Taschenflächen zur Gesamtfläche der Kontaktseite beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 0,1 % und ungefähr 10 %, insbesondere zwischen ungefähr 0,1 % und ungefähr 1 %.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vertiefungen im Wesentlichen über die gesamte Kontaktseite angeordnet sind, sodass sich eine Reibungsminimierung über die gesamte Kontaktseite hinweg ergibt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine erste Anzahl von Vertiefungen mit ersten Konturen vorgesehen ist, dass eine zweite Anzahl von Vertiefungen mit zweiten Konturen vorgesehen ist, und dass die ersten Konturen und die zweiten Konturen hinsichtlich ihrer Verteilung, ihrer Größe und/oder ihrer Orientierung unterschiedlich sind. Auf diese Weise können über unterschiedliche Teilabschnitte der Kontaktseite hinweg unterschiedlich hohe hydrodynamische Saugeffekte eingestellt werden.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Innenzahnradpumpe;
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2 eine Seitenansicht einer Axialscheibe der Innenzahnradpumpe gemäß 1;
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3 eine Vorderansicht der Axialscheibe gemäß 2; und
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4 eine der 3 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Axialscheibe.
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Eine Ausführungsform einer in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Innenzahnradpumpe umfasst ein Gehäuse 12 mit einem zylindrischen Aufnahmeraum 14.
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An dem Gehäuse 12 ist ein Verdrehsicherungselement 16 in Form eines Bolzens 18 fixiert. Der Bolzen 18 ragt mit einem Teilabschnitt nach radial innen in den Aufnahmeraum 14.
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Die Innenzahnradpumpe 10 umfasst eine Antriebswelle 20 zur Anordnung eines Ritzels 22, welches mit einem Hohlrad 24 kämmt.
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Das Ritzel 22 und das Hohlrad 24 sind mittels Axialscheiben 28 in bezogen auf eine Achse 26 der Antriebswelle 20 axialer Richtung relativ zueinander ausgerichtet. In der Zeichnung ist eine vordere Axialscheibe 28 dargestellt. Eine zweite, in der Zeichnung rückwärtige Axialscheibe ist ebenfalls vorhanden.
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Zur Lagerung des Hohlrads 24 in der Gehäuseöffnung 14 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnetes Ringlager vorgesehen. Das Ringlager 30 umfasst eine Lagerbuchse 32 zur Lagerung des Hohlrads 24.
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Das Ringlager 30 umfasst ferner einen Haltering 36, welcher bezogen auf die Lagerbuchse 32 radial außen angeordnet ist und eine nach radial außen weisende Mantelfläche 38 aufweist. Im Bereich der Mantelfläche 38 weist der Haltering 36 eine teilkreisförmige Vertiefung 40 auf, welche zur Anordnung desjenigen Teilabschnitts des Bolzens 18 dient, der nach radial innen in den Aufnahmeraum 14 ragt.
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Während des Betriebs der Innenzahnradpumpe 10 wird das Ritzel 22 mittels der Antriebswelle 20 um die Antriebsachse 26 angetrieben, beispielsweise im Uhrzeigersinn. Hierdurch wird in an sich bekannter Weise ein Fluid aus einem Saugraum in einen Druckraum übertragen. In einem Übergangsbereich 50 zwischen Saugraum 52 (in der Zeichnung durch die vordere Axialscheibe 28 verdeckt) und Druckraum 54 sollen die einander zugewandten Zähne des Ritzels 22 und des Hohlrads 24 unter Ausbildung eines möglichst geringen Radialspalts dichtend aneinander anliegen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ringlager 30 mit Spiel in der durch das Gehäuse 12 ausgebildeten Begrenzung des Aufnahmeraums 14 aufgenommen ist. Wenn der Druckraum 54 mit Druck beaufschlagt wird, wird das Ringlager 30 entsprechend der Richtung einer Resultierenden 58 nach radial außen gedrückt. Innerhalb einer zu der Antriebsachse 26 senkrechten Ebene ist die Resultierende 58 um einen Versatz 60 zu dem Bolzen 18 versetzt. Hierdurch wird um den Bolzen 18 ein auf das Ringlager 30 wirkendes Drehmoment erzeugt, sodass das Ringlager 30 im Übergangsbereich 50 nach radial innen verschwenkt wird.
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Die Axialscheiben 28 weisen einen nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschriebenen Aufbau auf. Beide Axialscheiben 28 weisen eine Außenfläche 62 auf, welche dem Ritzel 22 und dem Hohlrad 24 abgewandt ist. Ferner weisen die Axialscheiben 28 jeweils eine dem Ritzel 22 und dem Hohlrad 24 zugewandte Kontaktseite 64 auf.
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Im Bereich der Außenfläche 62 ist eine nierenförmige Materialausnehmung 66 vorgesehen, welche als Druckfeld dient und über eine Fluiddurchtrittsöffnung 68 mit der Kontaktseite 64 der Axialscheibe 28 kommuniziert.
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Die Axialscheibe 28 weist ferner einen beispielsweise als Bohrung ausgebildeten Befestigungsabschnitt 70 zur Befestigung der Axialscheibe 28 an dem Gehäuse 12 auf, sodass die Axialscheibe 28 bezogen auf das Gehäuse 12 drehfest ist.
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Die Axialscheibe 28 weist ferner eine Innenumfangsfläche 72 auf, welche zum Durchtritt der Antriebswelle 20 dient.
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Das Ritzel 22 weist zwei einander abgewandte Seitenflächen auf, von denen in 1 die Seitenfläche 74 sichtbar ist. Das Hohlrad 24 weist in entsprechender Weise zwei einander abgewandte Seitenflächen auf, von denen in 1 eine vordere Seitenfläche 76 sichtbar ist. Die Seitenflächen 74, 76 des Ritzels 22 bzw. des Hohlrads 24 überstreichen bei Drehung der Antriebswelle 20 um die Antriebsachse 26 die Kontaktseite 64.
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Die Kontaktseite 64 erstreckt sich nicht durchgängig in einer planen Ebene, sondern weist eine strukturierte Oberfläche mit einer Mehrzahl von taschenförmigen Vertiefungen 78 auf. Die taschenförmigen Vertiefungen 78 weisen eine Kontur 80 auf, welche beispielsweise kreisringförmig (vgl. 3) oder ellipsenförmig (vgl. 4) ist.
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Die Vertiefungen 78 weisen eine ausgehend von der Kontaktseite 64 in Richtung Außenfläche 62 gemessene Taschentiefe auf (ohne Bezugszeichen).
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Die taschenförmigen Vertiefungen 78 sind beispielsweise in zwei unterschiedlichen Teilabschnitten 82 und 84 gruppiert angeordnet. Innerhalb dieser Teilabschnitte können die Vertiefungen 78 regelmäßig verteilt angeordnet sein.
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4 zeigt für das Beispiel von ellipsenförmigen Vertiefungen 78 eine unterschiedliche Orientierung von taschenförmigen Vertiefungen 78 mit elliptischen Konturen 80. Beispielsweise sind die Hauptachsen der Ellipsen der Vertiefungen 78 des Teilabschnitts 82 um ca. 90 Grad zu den Hauptachsen der taschenförmigen Vertiefungen 78 des Teilabschnitts 84 verdreht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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