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Die Erfindung betrifft eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse um eine Hohlraddrehachse drehbar gelagerten Hohlrad und einem in dem Hohlrad um eine zu der Hohlraddrehachse parallel versetzte Ritzeldrehachse drehbar gelagerten Ritzel, wobei im Querschnitt gesehen einerseits eine Innenverzahnung des Hohlrads in einem gehäusefesten Eingriffsbereich mit einer Außenverzahnung des Ritzels zur Ausbildung einer ersten Dichtstelle dichtend in Eingriff steht und andererseits wenigstens ein Zahnkopf der Innenverzahnung zur Ausbildung einer zweiten Dichtstelle dichtend an einem Zahnkopf der Außenverzahnung anliegt, wobei zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung einerseits einer die erste Dichtstelle und die zweite Dichtstelle schneidenden Drucksehne ein erster Fluidraum und andererseits der Drucksehne ein zweiter Fluidraum vorliegt, und wobei das Hohlrad in einem in einer Kompensationsringaufnahme des Gehäuses mit Spiel in radialer Richtung aufgenommenen Kompensationsring drehbar gelagert ist.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
EP 0 848 165 B1 bekannt. Diese betrifft eine füllstücklose Innenzahnradmaschine mit einem Gehäuse, einem in einer Bohrung des Gehäuses undrehbar aufgenommenen Lagerring, der um eine zu seiner Achse parallele Schwenkachse schwenkbar ist, einem in dem Lagerring umlaufend gelagerten innenverzahnten Hohlrad und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel, dessen Zähne durch einen vollen Eingriff in Zahnlücken des Hohlrads, einerseits, und einen Dichtkontakt mit den Zahnköpfen des Hohlrads in einem den Zahnlückeneingriff annähernd diametral gegenüberliegenden eingriffsfreien Hohlradbereich, andererseits, einen Saugraum und einen Druckraum der Verzahnung definieren.
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Dabei ist vorgesehen, dass zur Aufrechterhaltung eines über den ganzen Druckraum im Wesentlichen gleichen Drucks ein Dichtkontakt zwischen den Zähnen von Ritzel und Hohlrad auf den Bereich des vollen Zahneingriffs und den eingriffsfreien Hohlradbereich beschränkt ist und im Druckraum in einer an den Zähnen von Ritzel und/oder Hohlrad stirnseitig anliegenden Wand des Gehäuses oder einer Axialscheibe mindestens ein Steuerschlitz vorgesehen ist, und dass die Schwenkachse des Lagerrings bezüglich der Resultierenden des im Druckraum herrschenden hydraulischen Drucks so angeordnet ist, dass ein von der Resultierenden erzeugtes Drehmoment eine Schwenkung des Lagerrings im Sinne einer gegenseitigen Annäherung der Zahnköpfe von Ritzel und Hohlrad in dem eingriffsfreien Hohlradbereich bewirkt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Innenzahnradfluidmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere mit unterschiedlichen Förderrichtungen mit identischem oder zumindest ähnlichem Förderdruck und/oder Förderdurchsatz betreibbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer füllstücklosen Innenzahnradfluidmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Kompensationsring mittels mehrerer, insbesondere genau zwei, in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordneter Formschlusshalteeinrichtung um eine Schwenkachse in unterschiedliche Schwenkstellungen verschwenkbar an dem Gehäuse gehalten ist, wobei in unterschiedlichen Schwenkstellungen des Kompensationsrings jeweils eine der Formschlusshalteeinrichtung ein Kipplager zum Verkippen des Kompensationsrings bezüglich des Gehäuses um eine Kippachse ausbildet und die jeweils andere der Formschlusshalteeinrichtung den Kompensationsring durch ein Spiel zum Verkippen um die Kippachse freigibt.
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Die Innenzahnradfluidmaschine stellt eine Fluidfördereinrichtung dar und dient insoweit dem Fördern eines Fluids, beispielswiese einer Flüssigkeit oder eines Gases. Hierzu verfügt die Innenzahnradfluidmaschine über zwei Zahnräder, nämlich über das Hohlrad und das Ritzel. Das Ritzel weist die Außenverzahnung und das Hohlrad die Innenverzahnung auf. Die Außenverzahnung und die Innenverzahnung greifen in Umfangsrichtung gesehen bereichsweise ineinander ein, kämmen also bereichsweise miteinander. Das Ritzel und das Hohlrad sind zur Fluidförderung vorgesehen und aus diesem Grund derart ausgestaltet, dass sie bei einer Drehbewegung des Hohlrads beziehungsweise des Ritzels zum Fördern des Fluids zusammenwirken und hierbei ineinander eingreifen beziehungsweise miteinander kämmen.
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Das Ritzel ist vorzugsweise mit einer Eingangswelle beziehungsweise Antriebswelle der Innenzahnradfluidmaschine gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Beispielsweise ist das Ritzel mittels der Eingangswelle in dem Gehäuse der Innenzahnradfluidmaschine drehbar gelagert. Bevorzugt ist das Ritzel auf der Eingangswelle angeordnet, sodass es während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine stets dieselbe Drehzahl aufweist wie die Eingangswelle. Sowohl das Hohlrad als auch das Ritzel sind in dem Gehäuse angeordnet und in diesem drehbar gelagert.
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Das Hohlrad ist hierbei um die Hohlraddrehachse drehbar gelagert, wohingegen das Ritzel um die Ritzeldrehachse drehbar gelagert ist. Im Querschnitt gesehen, also in einer senkrecht auf der Hohlraddrehachse beziehungsweise der Ritzeldrehachse stehenden Schnittebene, ist das Ritzel in dem Hohlrad angeordnet, nämlich derart, dass die Innenverzahnung des Hohlrads in dem Eingriffsbereich mit der Innenverzahnung des Ritzels kämmt beziehungsweise mit dieser in Eingriff steht. Das bedeutet, dass eine Drehbewegung des Ritzels unmittelbar auf das Hohlrad und umgekehrt eine Drehbewegung des Hohlrads unmittelbar auf das Ritzel übertragen wird.
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Der Eingriffsbereich ist gehäusefest angeordnet, dreht sich also nicht mit dem Hohlrad beziehungsweise dem Ritzel mit. In dem Eingriffsbereich greift ein Zahn einer der Verzahnungen in einen Zahnzwischenraum der jeweils anderen der Verzahnungen ein. Der Zahnzwischenraum ist in Umfangsrichtung von Zähnen der jeweiligen Verzahnung begrenzt. Beispielsweise greift ein Zahn der Innenverzahnung in einen Zahnzwischenraum der Außenverzahnung oder umgekehrt ein Zahn der Außenverzahnung in einen Zahnzwischenraum der Innenverzahnung ein. In dem Eingriffsbereich wirken die Innenverzahnung und die Außenverzahnung insoweit dichtend zusammen, sodass die erste Dichtstelle ausgebildet ist. Unter der ersten Dichtstelle ist im Querschnitt gesehen ein Dichtpunkt zu verstehen. Bevorzugt liegt jedoch die erste Dichtstelle über zumindest einen Teil der axialen Erstreckung des Hohlrads und/oder des Ritzels vor, insbesondere über die gesamte Erstreckung, sodass sie als Dichtlinie ausgestaltet ist.
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Andererseits des Eingriffsbereich, also vorzugsweise auf der dem Eingriffsbereich bezüglich der Hohlraddrehachse und/oder der Ritzeldrehachse diametral gegenüberliegenden Seite, liegt die zweite Dichtstelle vor, welche durch das dichtendende Anliegen des Zahnkopfs der Innenverzahnung an dem Zahnkopf der Außenverzahnung gebildet ist. Auch die zweite Dichtstelle liegt im Querschnitt gesehen als Dichtpunkt vor, ist insgesamt jedoch bevorzugt als Dichtlinie ausgestaltet. Unter dem dichtenden Anliegen des Zahnkopfs der Innenverzahnung an dem Zahnkopf der Außenverzahnung ist zu verstehen, dass ein Kopfkreis der Innenverzahnung einem Kopfkreis der Außenverzahnung genau oder zumindest näherungsweise entspricht, sodass an der zweiten Dichtstelle die Innenverzahnung und die Außenverzahnung eingriffslos dichtend zusammen wirken, also ohne dass an der zweiten Dichtstelle ein Zahn einer der Verzahnungen in einen Zahnzwischenraum der jeweils anderen der Verzahnungen eingreift.
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Die erste Dichtstelle und die zweite Dichtstelle definieren im Querschnitt gesehen die Drucksehne, welche sowohl die erste Dichtstelle als auch die zweite Dichtstelle schneidet. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Dichtstelle und die zweite Dichtstelle einander diametral gegenüberliegen, sodass die Drucksehne durch die Hohlraddrehachse und/oder die Ritzeldrehachse verläuft. Die Drucksehne kann also durch die Hohlraddrehachse, die Ritzeldrehachse oder beide verlaufen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Drucksehne beabstandet von der Hohlraddrehachse, der Ritzeldrehachse oder beiden verläuft. Beispielsweise verläuft die Drucksehne durch die Hohlraddrehachse, nicht jedoch durch die Ritzeldrehachse, oder umgekehrt.
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Das Hohlrad und das Ritzel schließen gemeinsam zwei Fluidräume ein, nämlich den ersten Fluidraum und den zweiten Fluidraum. Beide Fluidräume werden jeweils in radialer Richtung nach innen von dem Ritzel beziehungsweise der Außenverzahnung des Ritzels und in radialer Richtung nach außen von dem Hohlrad beziehungsweise der Innenverzahnung des Hohlrads begrenzt. Im Querschnitt gesehen liegt der erste Fluidraum einerseits der Drucksehne und der zweite Fluidraum andererseits der Drucksehne vor. In Abhängigkeit von einer Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine dient einer der Fluidräume als Saugkammer und der jeweils andere der Fluidräume als Druckkammer.
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Die Innenzahnradfluidmaschine ist füllstücklos ausgestaltet. Das bedeutet, dass an der zweiten Dichtstelle die Innenverzahnung unmittelbar an der Außenverzahnung dichtend anliegt. Es ist also kein Füllstück vorhanden, an welchem einerseits die Innenverzahnung oder andererseits die Außenverzahnung dichtend anliegt. Vielmehr wird das dichtende Anliegen sowohl in der ersten Dichtstelle als auch in der zweiten Dichtstelle allein durch das Zusammenwirken der Innenverzahnung mit der Außenverzahnung bewirkt. Um stets eine hinreichende Dichtwirkung der Innenverzahnung und der Außenverzahnung, insbesondere an der zweiten Dichtstelle, zu erzielen, ist das Hohlrad in dem Kompensationsring drehbar gelagert und der Kompensationsring wiederum mit Spiel in dem Gehäuse angeordnet, nämlich in der in dem Gehäuse ausgebildeten Kompensationsringaufnahme. Die Lagerung des Hohlrads in dem Kompensationsring kann beispielsweise unmittelbar erfolgen, sodass das Hohlrad mit seinem Außenumfang an einem Innenumfang des Kompensationsrings gleitend anliegt. Alternativ kann selbstverständlich das Hohlrad über einen Gleitring beziehungsweise eine Lagerbuchse an dem Kompensationsring gelagert sein.
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Der Kompensationsring ist stets mit Spiel in radialer Richtung in der Kompensationsringaufnahme angeordnet. Innerhalb des Spiels kann sich der Kompensationsring in der Kompensationsringaufnahme frei bewegen. Das Spiel wird mithilfe der Formschlusshalteeinrichtungen begrenzt. Die Formschlusshalteeinrichtungen sind in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet und vorzugweise identisch ausgestaltet. Die Formschlusshalteeinrichtungen sind derart ausgestaltet, dass sie eine um eine Schwenkachse erfolgende Schwenkbewegung des Kompensationsrings innerhalb der Kompensationsringaufnahme zulassen. Zum einen begrenzen sie das Spiel in radialer Richtung, innerhalb welchem der Kompensationsring in radialer Richtung innerhalb der Kompensationsringaufnahme verlagerbar ist. Zusätzlich ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Formschlusshalteeinrichtungen den Kompensationsring innerhalb der Kompensationsringaufnahme auch in Umfangsrichtung festsetzen, insbesondere ebenfalls mit einem Spiel, der das Verschwenken des Kompensationsrings zulässt.
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Durch das Verschwenken ist der Kompensationsring in unterschiedlichen Schwenkstellungen anordenbar. In den unterschiedlichen Schwenkstellungen sollen unterschiedliche der Formschlusshalteeinrichtungen das Kipplager ausbilden, mittels welchem der Kompensationsring bezüglich des Gehäuses um die Kippachse kippbar gelagert ist. Die jeweils wenigstens eine andere der Formschlusshalteeinrichtungen soll zugleich dieses Verkippen um die Kippachse freigeben. Beispielsweise umfassen die Formschlusshalteeinrichtungen eine erste Formschlusshalteeinrichtung und eine zweite Formschlusshalteeinrichtung. In einer ersten der Schwenkstellungen bildet nun die erste Formschlusshalteeinrichtung das Kipplager aus, wohingegen die zweite Formschlusshalteeinrichtung den Kompensationsring innerhalb der Kompensationsringaufnahme mit dem Spiel frei gibt, sodass das Verkippen des Kompensationsrings um die von dem Kipplager gebildete Kippachse zugelassen ist.
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Umgekehrt bildet in einer zweiten der Schwenkstellungen die zweite Formschlusshalteeinrichtung das Kipplager aus, wohingegen die erste Formschlusshalteeinrichtung den Kompensationsring mit Spiel zum Verkippen frei gibt. Vorzugsweise geben die Formschlusshalteeinrichtungen den Kompensationsring in keiner der Schwenkstellungen vollständig frei, sondern es wird lediglich das Spiel realisiert, welches das Verkippen um die Kippachse ermöglicht. Vorzugweise sind die Formschlusshalteeinrichtungen derart ausgestaltet, dass zumindest diejenige der Formschlusshalteeinrichtungen den Kompensationsring in Umfangsrichtung festsetzt, vorzugsweise spielfrei oder zumindest nahezu spielfrei, welches in der momentanen Schwenkstellung das Kipplager ausbildet.
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Die momentane Schwenkstellung des Kompensationsrings stellt sich vorzugsweise aufgrund einer Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine beziehungsweise des Hohlrads und/oder des Ritzels ein. Das bedeutet, dass die Innenzahnradfluidmaschine derart ausgestaltet ist, dass bei einer ersten Drehrichtung der Kompensationsring selbsttätig in die erste Schwenkstellung verschwenkt, wohingegen er in die zweite Schwenkstellung verschwenkt, sofern eine zweite Drehrichtung vorliegt, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist. Entsprechend wird das Kipplager beziehungsweise die Anordnung des Kipplagers ebenfalls entsprechend der jeweiligen Drehrichtung eingestellt beziehungsweise an diese angepasst, sodass das Verkippen des Kompensationsrings um eine von der Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine abhängige Kippachse erfolgt.
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Durch das Verkippen des Kompensationsrings um die Kippachse wird ein Anpressdruck zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung an der zweiten Dichtstelle erzielt. Vorzugsweise ist der Anpressdruck hierbei von einem Förderdruck der Innenzahnradfluidmaschine und/oder einer Drehzahl der Innenzahnradfluidmaschine abhängig. Bevorzugt ist der Anpressdruck umso größer, je höher der Förderdruck und/oder die Drehzahl ist. Auf diese Art und Weise wird stets eine hervorragende Abdichtung zwischen dem ersten Fluidraum und dem zweiten Fluidraum erzielt.
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Die beschriebene Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine hat den Vorteil, dass sie in entgegengesetzte Drehrichtungen identische oder zumindest nahezu identische Fördereigenschaften aufweist, weil sich der Kompensationsring auf die jeweilige Drehrichtung einstellt. Die Innenzahnradfluidmaschine kann insoweit für Einsatzgebiete verwendet werden, in welchen abwechselnd unterschiedliche Drehrichtungen vorliegen. Als Beispiel für ein solches Einsatzgebiet sei eine Hydraulikpumpe für einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder genannt. Bei einem solchen wird üblicherweise ein in dem Hydraulikzylinder angeordneter Kolben aus einer Ruhestellung in eine von der Ruhestellung verschiedene Stellung und anschließend wieder aus der Stellung in die Ruhestellung verlagert. Für das Verlagern aus der Ruhestellung in die von ihr verschiedene Stellung wird die Hydraulikpumpe, also die beschriebene Innenzahnradfluidmaschine, mit einer ersten Drehrichtung und für das Verlagern aus der Stellung in die Ruhestellung mit einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung betrieben.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Dichtstelle und die zweite Dichtstelle für eine Drehwinkelstellung von Hohlrad und Ritzel vorliegen, in welcher in Umfangsrichtung gesehen ein Zahn der Innenverzahnung in Kontakt mit einem Zahn der Außenverzahnung angeordnet ist. In anderen Worten wird das Bestimmen der beiden Dichtstellen für eine bestimmte Anordnung von Hohlrad und Ritzel zueinander vorgenommen, nämlich wenn der Kontakt beziehungsweise eine Überdeckung der Zähne gegeben ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Zahn der Innenverzahnung und der Zahn der Außenverzahnung derart zueinander angeordnet sind, dass ihre Zahnköpfe mittig aneinander anliegen, also eine Mittelachse des Zahns der Innenverzahnung mit einer Mittelachse des Zahns der Außenverzahnung fluchtet. Eine solche Definition ermöglicht eine besonders einfache Ermittlung der beiden Dichtstellen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine senkrecht auf der Drucksehne stehende und zwischen der Hohlraddrehachse und der Ritzeldrehachse verlaufende Gerade beabstandet von der jeweiligen Kippachse verläuft, sodass während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine aufgrund von in dem ersten Fluidraum und dem zweiten Fluidraum vorliegenden Fluiddrücken eine ein Drehmoment um die Kippachse bewirkende Druckkraft über das Hohlrad auf den Kompensationsring wirkt. Wie bereits erläutert, wird die Drucksehne von den beiden Dichtstellen definiert und verläuft im Querschnitt gesehen durch diese hindurch. Senkrecht auf der Drucksehne steht die Gerade, welche zusätzlich zwischen der Hohlraddrehachse und der Ritzeldrehachse verläuft. Vorzugsweise schneidet die Gerade die Drucksehne in einem Mittelpunkt der Drucksehne zwischen der ersten Dichtstelle und der zweiten Dichtstelle. Diese Gerade entspricht einem Verlauf einer während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine auftretenden Kraft, welche durch in den Fluidräumen auftretende unterschiedliche Fluiddrücke bewirkt wird.
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Vorstehend wurde bereits erläutert, dass jeweils einer der Fluidräume als Saugkammer und der jeweils andere der Fluidräume als Druckkammer dient. Der in der Druckkammer vorliegende höhere Druck drängt das Hohlrad bezüglich des Ritzels in Richtung der beschriebenen Geraden. Die Innenzahnradfluidmaschine ist derart ausgestaltet, dass diese Gerade beabstandet von der jeweiligen Kippachse verläuft, insbesondere für alle möglichen Stellungen zwischen der Hohlraddrehachse und der Ritzeldrehachse. Hierdurch bewirkt die Druckkraft das auf den Kompensationsring um die Kippachse wirkende Drehmoment. Dieses Drehmoment ist derart ausgerichtet, dass es die Innenverzahnung des Hohlrads in Richtung der Außenverzahnung des Ritzels drängt, nämlich im Bereich der zweiten Dichtstelle. An der zweiten Dichtstelle werden insoweit die Zahnköpfe der Innenverzahnung und der Außenverzahnung dichtend aneinander gedrängt, sodass eine umso bessere Dichtwirkung erzielt wird, je höher der in der Druckkammer vorliegende Fluiddruck ist. Es wird also eine bedarfsgerechte Abdichtung der Innenzahnradfluidmaschine an der zweiten Dichtstelle realisiert.
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Weil der Kompensationsring aufgrund der entsprechenden Ausgestaltung der Formschlusshalteeinrichtungen in die unterschiedlichen Schwenkstellungen verlagerbar ist, wechselt die Kippachse je nach Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine ihre Position. Entsprechend werden für unterschiedliche Drehrichtungen unterschiedliche Kippachsen realisiert, sodass für jede Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine die jeweils passende Kippachse ausgewählt und zum Erzeugen des Drehmoments herangezogen wird. Hierdurch wird für jede Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine eine hervorragende Abdichtung erzielt. Die Innenzahnradfluidmaschine ist insoweit trotz ihrer füllstücklosen Ausgestaltung wahlweise entweder mit einer ersten Drehrichtung oder einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung betreibbar. Besonders bevorzugt kann die Innenzahnradfluidmaschine wechselweise mit der ersten Drehrichtung und der zweiten Drehrichtung beaufschlagt werden, sodass also die Innenzahnradfluidmaschine über eine erste Zeitspanne mit der ersten Drehrichtung und anschließend über eine zweite Zeitspanne mit der zweiten Drehrichtung betrieben wird.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Drehmoment den Zahnkopf der Innenverzahnung an der zweiten Dichtstelle in Richtung des Zahnkopfs der Außenverzahnung drängt. Hierdurch wird die beschriebene Dichtwirkung erzielt, welche umso größer ist, je höher der Fluiddruck in der jeweiligen Druckkammer ist beziehungsweise je größer die Differenz zwischen dem Fluiddruck in der Druckkammer und dem Fluiddruck in der Saugkammer.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein die unterschiedlichen Schwenkstellungen umfassender Schwenkbereich einerseits von einer ersten der Formschlusshalteeinrichtungen und andererseits von einer zweiten der Formschlusshalteeinrichtungen begrenzt ist. In anderen Worten bilden die Formschlusshalteeinrichtungen Endanschläge, die den Schwenkbereich begrenzen. Beispielsweise wird eine Schwenkbewegung des Kompensationsrings aus Richtung der zweiten Schwenkstellung über die erste Schwenkstellung hinaus von der ersten Formschlusshalteeinrichtung und eine Schwenkbewegung aus Richtung der ersten Schwenkstellung über die zweite Schwenkstellung hinaus von der zweiten Formschlusshalteeinrichtung unterbunden, wobei die jeweilige Formschlusshalteeinrichtung in diesem Fall auch das Kipplager ausbildet. Die Formschlusshalteeinrichtungen sind vorzugsweise derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass der Schwenkbereich höchstens 10°, höchstens 7,5°, höchstens 5° oder höchstens 2,5° beträgt. Vorzugweise umfasst der Schwenkbereich mindestens 1 °, mindestens 2 °, mindestens 2,5 °, mindestens 3 °, mindestens 4 ° oder mindestens 5 °. Der Schwenkbereich ist besonders bevorzugt symmetrisch bezüglich einer Geraden, welche sowohl die Hohlraddrehachse als auch die Ritzeldrehachse jeweils senkrecht schneidet. Die beschriebene Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine ermöglicht auf vorteilhafte Art und Weise einen Betrieb mit unterschiedlichen Drehrichtungen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die von den Formschlusshalteeinrichtungen gebildeten Kippachsen auf derselben Seite einer die Ritzeldrehachse aufnehmenden gedachten Ebene angeordnet sind. Darunter ist zu verstehen, dass die Kippachsen, welche von den Formschlusshalteeinrichtungen in den verschiedenen Schwenkstellungen ausgebildet sind, einerseits der Ebene angeordnet sind. Die Ritzeldrehachse liegt hierbei in der Ebene. Vorzugsweise ist es zudem vorgesehen, dass die Ebene senkrecht auf einer gedachten Geraden steht, welche sowohl die Hohlraddrehachse als auch die Ritzeldrehachse jeweils senkrecht schneidet. Beispielsweise sind die Formschlusshalteeinrichtungen beziehungsweise die von diesen gebildeten Kippachsen symmetrisch bezüglich der Ebene angeordnet. Insbesondere sind also jeweils zwei der Formschlusshalteeinrichtungen mit demselben Abstand zu der Ebene angeordnet. Besonders bevorzugt ist selbstverständlich eine Anordnung der Kippachsen derart, dass sie außerhalb des Schwenkbereichs liegen, sodass also die senkrecht auf der Drucksehne stehende Gerade in keiner der Schwenkstellungen durch eine der Kippachsen verläuft, sondern vielmehr stets beabstandet von diesen ist. Die Gerade soll also in allen Schwenkstellungen auf derselben Seite der Kippachsen liegen. Hierdurch wird eine zuverlässige Drehrichtungsumkehr der Innenzahnradfluidmaschine gewährleistet.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Formschlusshalteeinrichtungen jeweils eine Formschlussausnehmung und einen in die Formschlussausnehmung eingreifenden Formschlussvorsprung aufweisen, wobei die Formschlussausnehmungen an dem Kompensationsring oder dem Gehäuse und die Formschlussvorsprünge an jeweils dem anderen ausgebildet sind. Die Formschlussausnehmung und der Formschlussvorsprung wirken formschlüssig zusammen. Hierbei sind sie vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie in allen Schwenkstellungen sowie in allen Kippstellungen des Kompensationsrings miteinander in Eingriff stehen, also nicht außer Eingriff miteinander geraten. Beispielsweise sind alle Formschlussausnehmungen an dem Kompensationsring und alle Formschlussvorsprünge an dem Gehäuse ausgebildet. Es kann jedoch auch umgekehrt vorgesehen sein, die Formschlussausnehmungen an dem Gehäuse auszubilden und die Formschlussvorsprünge an dem Kompensationsring. Die beschriebene Ausgestaltung ist besonders einfach realisierbar.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Formschlussausnehmungen und die Formschlussvorsprünge im Querschnitt gesehen jeweils rund oder teilkreisförmig sind. Beispielsweise liegen die Formschlussausnehmungen im Querschnitt gesehen als Kreissegmente vor, wohingegen die Formschlussvorsprünge rund sind. Beispielsweise liegen die Formschlussvorsprünge in Form von Rundstäben vor, die in dem Gehäuse angeordnet sind. Die Formschlussausnehmungen und die Formschlussvorsprünge sind bevorzugt aneinander form- und/oder- abmessungsangepasst. Hierdurch wird erzielt, dass das Kipplager durch einen Flächenkontakt ausgebildet ist, dass also der Formschlussvorsprung flächig an einer die Formschlussausnehmung begrenzenden Wandlung angreift. Hierdurch wird eine hohe Dauerfestigkeit der Innenzahnradfluidmaschine erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Spiel bezogen auf einen Modul der Innenverzahnung (7) und/oder der Außenverzahnung (8) mindestens 0,05, mindestens 0,1, mindestens 0,15, mindestens 0,2, mindestens 0,25 oder mindestens 0,3 beträgt. In anderen Worten entspricht das Spiel geteilt durch den Modul einem der genannten Werte. Unter dem Spiel ist beispielsweise das Spiel in radialer Richtung zu verstehen, mit welchem der Kompensationsring in dem Gehäuse beziehungsweise der Kompensationsringaufnahme des Gehäuses angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ bezeichnet das Spiel dasjenige Spiel, mit welchem die jeweils andere der Formschlusshalteeinrichtungen, die nicht das Kipplager bildet, den Kompensationsring zum Verkippen um die Kippachse freigibt. Eine Untergrenze des Spiels ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass Verschwenken des Kompensationsrings in die unterschiedlichen Schwenkstellungen und zudem sein Verkippen um die Kippachse zu ermöglichen. Eine Obergrenze für das Spiel resultiert aus der Vorgabe, dass die von den Formschlusshalteeinrichtungen gebildeten Kippachsen stets auf derselben Seite der die Ritzeldrehachse aufnehmenden gedachten Ebene angeordnet sein sollen. Mit den beschriebenen Werten für das Spiel kann dies bei üblichen Baugrößen von Innenzahnradfluidmaschinen umgesetzt werden.
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Schließlich kann es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse wenigstens eine in axialer Richtung an dem Hohlrad und/oder dem Ritzel anliegende Axialscheibe angeordnet ist, in der wenigstens eine mit dem ersten Fluidraum in Fluidverbindung stehende erste Durchtrittsöffnung und/oder wenigstens eine mit dem zweiten Fluidraum in Fluidverbindung stehende zweite Durchtrittsöffnung ausgebildet sind. Die Axialscheibe dient einer Axialkompensation der Innenzahnradfluidmaschine. Die Axialscheibe ist in axialer Richtung mit Spiel beweglich zwischen einer Gehäusewand und dem Hohlrad beziehungsweise dem Ritzel angeordnet. Die Axialscheibe verfügt über die genau eine Durchtrittsöffnung, also entweder die erste Durchtrittsöffnung oder die zweite Durchtrittsöffnung, beziehungsweise die mehreren Durchtrittsöffnungen, also zumindest die erste Durchtrittsöffnung und die zweite Durchtrittsöffnung. Über diese ist eine dem jeweiligen Fluidraum abgewandte Seite der Axialscheibe fluidtechnisch mit dem jeweiligen Fluidraum verbunden.
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Auf dieser Seite der Axialscheibe liegt während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine insoweit ein Druck vor, welcher die Axialscheibe in Richtung des Hohlrads beziehungsweise des Ritzels drängt, sodass mit Hilfe der Axialscheibe eine Dichtwirkung erzielt wird. Durch die Verwendung der Axialscheibe wird eine besonders hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine erzielt. Besonders bevorzugt sind mehrere Axialscheiben in dem Gehäuse angeordnet, nämlich auf in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten des Hohlrads beziehungsweise des Ritzels jeweils eine.
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Die Erfindung wird anhand der zeichnungsdargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittdarstellung durch eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine,
- 2 eine schematische Darstellung eines Gehäuses der Innenzahnradfluidmaschine, sowie
- 3 eine Axialscheibe der Innenzahnradfluidmaschine in schematischer Darstellung.
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Die 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Innenzahnradfluidmaschine 1, die ein Gehäuse 2 aufweist, in welchem ein Hohlrad 3 und ein Ritzel 4 drehbar gelagert sind. Das Hohlrad 3 ist um eine Hohlraddrehachse 5 und das Ritzel 4 um eine Ritzeldrehachse 6 drehbar gelagert. Es ist erkennbar, dass die Hohlraddrehachse 5 und die Ritzeldrehachse 6 parallel beabstandet voneinander angeordnet sind, sodass also das Hohlrad 3 und das Ritzel 4 unterschiedliche Drehachsen aufweisen. Das Hohlrad 3 weist eine Innenverzahnung 7 und das Ritzel 4 eine Außenverzahnung 8 auf, die in einem Eingriffsbereich 9 miteinander kämmen, also miteinander in Eingriff stehen. Hierdurch liegt in dem Eingriffsbereich 9 im Querschnitt gesehen eine erste Dichtstelle 10 vor.
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Eine zweite Dichtstelle 11 liegt der ersten Dichtstelle 10 in etwa diametral gegenüber, wobei die Innenverzahnung 7 und die Außenverzahnung 8 an der zweiten Dichtstelle 11 vollständig außer Eingriff sind. Die Dichtwirkung an der zweiten Dichtstelle 11 wird vielmehr durch ein Anliegen eines Zahnkopfs 12 der Innenverzahnung 7 an einem Zahnkopf 13 der Außenverzahnung 8 erzielt. Die erste Dichtstelle 10 und die zweite Dichtstelle 11 definieren gemeinsam eine Drucksehne 14, welche beide Dichtstellen 10 und 11 durchläuft. Senkrecht auf der Drucksehne 14 steht eine gedachte Gerade 15, welche zudem mittig zwischen den Dichtstellen 10 und 11 angeordnet ist und somit insbesondere zwischen der Hohlraddrehachse 5 und der Ritzeldrehachse 6 verläuft. Während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 pendelt der Aufpunkt, in welchem die Gerade 15 die Drucksehne 14 schneidet, vorzugsweise hin und her, insbesondere zwischen den Drehachsen 5 und 6.
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Die Gerade 15 entspricht der Ausrichtung einer Druckkraft, welche während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 auf das Hohlrad 3 wirkt. Die Druckkraft entsteht durch unterschiedliche Drücke in einem ersten Fluidraum 16 und einem zweiten Fluidraum 17. Die beiden Fluidräume 16 und 17 liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Drucksehne 14 vor und sind von den Dichtstellen 10 und 11 strömungstechnisch voneinander separiert. Einer der Fluidräume 16 und 17, in dem hier dargestelltem Ausführungsbeispiel der erste Fluidraum 16, dient als Druckkammer. Der jeweils andere Fluidraum 16 beziehungsweise 17, in dem hier dargestelltem Ausführungsbeispiel der zweite Fluidraum 17, dient hingegen als Saugkammer. Während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 wird von dem Hohlrad 3 und dem Ritzel 4 Fluid aus der Saugkammer in die Druckkammer gefördert. Die Zuführung des Fluids in die Saugkammer sowie die Abführung des Fluids aus der Druckkammer erfolgt vorzugsweise in axialer Richtung.
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Es ist erkennbar, dass das Hohlrad 3 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Kompensationsring 18 drehbar gelagert ist, beispielsweise mittels einer Lagerbuchse 19, die jedoch optional ist. Der Kompensationsring 18 ist in einer Kompensationsringaufnahme 20 des Gehäuses 2 angeordnet, nämlich mit Spiel in radialer Richtung. Der Kompensationsring 18 ist mittels mehrerer Formschlusshalteeinrichtungen 21 um eine hier nicht dargestellte Schwenkachse schwenkbar in dem Gehäuse 2 gehalten. Jede der Formschlusshalteeinrichtung 21 weist eine Formschlussausnehmung 22 sowie einen Formschlussvorsprung 23 auf, wobei der Formschlussvorsprung 23 formschlüssig in die Formschlussausnehmung 22 eingreift.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Kompensationsring 18 in einer ersten Schwenkstellung vor, in welcher der Formschlussvorsprung 23 der linken Formschlusshalteeinrichtung 21 vollständig in die entsprechende Formschlussausnehmung 22 eingreift. Hierdurch bildet die linke Formschlusshalteeinrichtung 21 ein Kipplager zum Verkippen des Kompensationsrings 18 bezüglich des Gehäuses 2 um eine Kippachse aus. Der Formschlussvorsprung 23 der rechten Formschlusshalteeinrichtung 21 greift in der ersten Schwenkstellung hingegen nicht vollständig in die entsprechende Formschlussausnehmung 22 ein, sodass die rechte Formschlusshalteeinrichtung 21 den Kompensationsring 18 mit einem bestimmten Spiel zum Verkippen um die Kippachse freigibt.
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Die erste Schwenkstellung liegt für die durch den Pfeil 24 angedeutete Drehrichtung des Hohlrads 3 und des Ritzels 4 vor. Liegt hingegen eine dieser Drehrichtung gegengesetzte Drehrichtung vor, die durch den Pfeil 25 angedeutet ist, so wird der Kompensationsring 18 selbsttätig in eine von der ersten Schwenkstellung verschiedene zweite Schwenkstellung verschwenkt, in welcher nun die rechte Formschlusshalteeinrichtung 21 das Kipplager bildet und die linke Formschlusshalteeinrichtung 21 den Kompensationsring 18 zum Verkippen um die Kippachse freigibt. Das Verschwenken des Kompensationsrings 18 zwischen den Schwenkstellungen erfolgt vorzugsweise durch die Druckkraft, welche die Drehbewegung des Hohlrads 3 und des Ritzels 4 bewirkt.
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Während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 mit einer bestimmten Drehrichtung liegt der Kompensationsring 18 durchgehend in der mit der jeweiligen Drehrichtung korrespondierenden Schwenkstellung vor. Entsprechend bildet eine der Formschlusshalteeinrichtungen 21 die Kippachse aus, wohingegen die jeweils andere der Formschlusshalteeinrichtungen 21 das Verkippen um die Kippachse zulässt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 aufgrund der unterschiedlichen Fluiddrücke in den Fluidräumen 16 und 17 eine Druckkraft entsteht, welche entlang der Geraden 15 verläuft. Die Gerade 15 ist derart angeordnet, dass sie von den Kippachsen der Formschlusshalteeinrichtungen 21 beabstandet verläuft. Entsprechend bewirkt die Druckkraft ein Drehmoment um die jeweils vorliegende Kippachse. Dieses Drehmoment bewirkt wiederum ein Verlagern der Zahnköpfe 12 und 13 aufeinander zu, sodass schlussendlich der Anpressdruck der Zahnköpfe 12 und 13 mit zunehmender Druckkraft vergrößert wird. Hierdurch ergibt sich eine besondere gute Dichtwirkung zwischen der Innenverzahnung 7 und der Außenverzahnung 8 an der zweiten Dichtstelle 11.
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Die 2 zeigt eine schematische Ansicht des Gehäuses 2. Erkennbar sind Ausnehmungen 26, welche zur Aufnahme der Formschlussvorsprünge 23 dienen. Zusätzlich sind in dem Gehäuse zwei Druckfelder 27 und 28 ausgebildet, welche bevorzugt bezüglich einer Mittelachse 29 symmetrisch ausgestaltet sind. Die Mittelachse 29 steht vorzugsweise sowohl auf der Hohlraddrehachse 5 als auch auf der Ritzeldrehachse 6 jeweils senkrecht. Beide Druckfelder 27 und 28 liegen nach einer Montage der Innenzahnradfluidmaschine 1 auf einer dem Hohlrad 3 und dem Ritzel 4 abgewandten Seite einer hier nicht dargestellten Axialscheibe 30 vor. Die Druckfelder 27 und 28 stehen in Verbindung mit jeweils genau einem der Fluidräume 16 und 17.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel steht das Druckfeld 27 in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidraum 16 und das Druckfeld 28 mit dem zweiten Fluidraum 17. Hierdurch wird während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 die Axialscheibe 30 mit einem bestimmten Anpressdruck in Richtung des Hohlrads 3 und/oder des Ritzels 4 gedrängt und liegt zumindest bereichsweise an dem Hohlrad 3 und/oder dem Ritzel 4 an.
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Angedeutet ist zudem ein Schwenkbereich α, welcher alle möglichen Schwenkstellungen des Kompensationsrings 18 einschließt. Es ist nun beispielsweise vorgesehen, die Druckfelder 27 und 28 derart auszugestalten, dass sie über den gesamten Schwenkbereich α hinweg beabstandet von der jeweiligen Drucksehne 14 vorliegen. Das bedeutet, dass die Dichtstellen 10 und 11 in keiner der möglichen Schwenkstellungen in Überdeckung mit einem der Druckfelder 27 und 28 stehen, sondern vielmehr stets außerhalb von diesen vorliegenden.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Axialscheibe 30. Erkennbar sind in der Axialscheibe 30 ausgebildete Steuernuten 31 und 32, welche in Form von Vertiefungen vorliegen, die die Axialscheibe 30 in axialer Richtung lediglich bereichsweise durchgreifen. In den Steuernuten 31 und 32 ist jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung 33 beziehungsweise 34 ausgebildet, welche die Axialscheibe 30 in axialer Richtung vollständig durchgreift. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils mehrere Durchtrittsöffnungen 33 und 34 vorgesehen und ausgebildet. Über die Durchtrittsöffnung 33 steht das Druckfeld 27 in Strömungsverbindung mit dem ersten Fluidraum 16 und über die Durchtrittsöffnung 34 das Druckfeld 28 mit dem zweiten Fluidraum 17.
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Zusätzlich ist in der Axialscheibe 30 eine Entlastungsnut 35 ausgebildet, welche die Axialscheibe 30 in axialer Richtung analog zu den Steuernuten 31 und 32 lediglich teilweise durchgreift. Die Entlastungsnut 35 ist derart ausgebildet, dass sie zumindest mit dem Hohlrad 3 bereichsweise in Überdeckung steht. Vorzugsweise steht sie in Draufsicht in Überdeckung mit einem Zahnzwischenraum des Hohlrads 3, erstreckt sich also mindestens oder genau bis zu einem Kopfkreis der Innenverzahnung 7. Zusätzlich kann sich die Entlastungsnut 35 in radialer Richtung bis hin zu dem Ritzel 4 erstrecken, also auch mit diesem in Überdeckung vorliegen. Beispielsweise ist die Entlastungsnut 35 derart ausgestaltet, dass die zweite Dichtstelle 11 in allen möglichen Schwenkstellungen des Kompensationsrings 18 in Überdeckung mit der Entlastungsnut 35 angeordnet ist.
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Die beschriebene Innenzahnradfluidmaschine 1 kann mit unterschiedlichen Drehrichtungen betrieben werden, insbesondere abwechselnd beziehungsweise reversierend. Die Innenzahnradfluidmaschine 1 kann insoweit auch als reversible Innenzahnradfluidmaschine 1 bezeichnet werden. Bevorzugt liegt sie als Vierquadrantenmaschine vor.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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