DE102020111435A1

DE102020111435A1 - Füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine

Info

Publication number: DE102020111435A1
Application number: DE102020111435.4A
Authority: DE
Inventors: Artur Bohr; Christian Nass; Reinhard Pippes
Original assignee: Eckerle Technologies GmbH
Current assignee: Eckerle Technologies GmbH
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine (1), mit einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) um eine Hohlraddrehachse (5) drehbar gelagerten Hohlrad (3) und einem in dem Hohlrad (3) um eine zu der Hohlraddrehachse (5) parallel versetzte Ritzeldrehachse (6) drehbar gelagerten Ritzel (4), wobei im Querschnitt gesehen einerseits eine Innenverzahnung (7) des Hohlrads (3) in einem Eingriffsbereich (9) mit einer Außenverzahnung (8) des Ritzels (4) zur Ausbildung einer ersten Dichtstelle (10) dichtend in Eingriff steht und andererseits wenigstens ein Zahnkopf (12) der Innenverzahnung (7) zur Ausbildung einer zweiten Dichtstelle (11) dichtend an einem Zahnkopf (13) der Außenverzahnung (8) anliegt, zwischen der Innenverzahnung (7) und der Außenverzahnung (8) einerseits einer die erste Dichtstelle (10) und die zweite Dichtstelle (11) schneidenden Drucksehne ein erster Fluidraum (14) und andererseits der Drucksehne ein zweiter Fluidraum (15) vorliegt, und in axialer Richtung neben einem der Fluidräume (14,15) wenigstens eine Saugtasche (21) in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, die über einen Saugkanal (22) an einen Sauganschluss (23) des Gehäuses (2) strömungstechnisch angeschlossen ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Hohlrad (3) in einem in einer Kompensationsringaufnahme (18) des Gehäuses (2) mit Spiel in radialer Richtung aufgenommenen Kompensationsring (16) drehbar gelagert ist, der in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Saugkanal (22) vorliegt und sich in Richtung des Saugkanals (22) verjüngt.

Description

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 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, 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 in axialer Richtung neben einem der Fluidräume wenigstens eine Saugtasche in dem Gehäuse ausgebildet ist, die über einen Saugkanal an einen Sauganschluss des Gehäuses strömungstechnisch angeschlossen ist.
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 dem Zahnlückeneingriff annähernd diametral gegenüberliegenden eingriffsfreien Hohlradbereich, andererseits, einen Saugraum und einen Druckraum der Verzahnung definieren.
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.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Innenzahnradfluidmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere durch eine optimierte Fluidzuführung und/oder -abführung eine besonders hohe Effizienz aufweist.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer füllstücklosen Innenzahnradfluidmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Hohlrad in einem in einer Kompensationsringaufnahme des Gehäuses mit Spiel in radialer Richtung aufgenommenen Kompensationsring drehbar gelagert ist, der in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Saugkanal vorliegt und sich in Richtung des Saugkanals verjüngt.
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.
Das Ritzel ist vorzugsweise mit einer Eingangswelle beziehungsweise Antriebswelle der Innenzahnradfluidmaschine gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder lösbar oder permanent. Im Falle des lösbaren Koppelns liegt zum Beispiel ein Steckritzel vor, das auf die Antriebswelle aufgesteckt und beschädigungsfrei von dieser lösbar ist. Bevorzugt verfügt das Steckritzel über eine Innenverzahnung, die mit einer Außenverzahnung der Eingangswelle zum antriebstechnischen Koppeln des Steckritzels mit der Eingangswelle zusammenwirkt. 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. 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 Außenverzahnung 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.
Der Eingriffsbereich ist beispielsweise gehäusefest beziehungsweise 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.
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.
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.
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.
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.
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 vorzugsweise von dem Gehäuse begrenzt. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der Kompensationsring in und/oder an dem Gehäuse um eine Kippachse kippbar gelagert ist. 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 sind. Auf diese Art und Weise wird stets eine hervorragende Abdichtung zwischen dem ersten Fluidraum und dem zweiten Fluidraum erzielt.
In axialer Richtung bezüglich einer der Drehachsen neben einem der Fluidräume liegt die wenigstens eine Saugtasche in dem Gehäuse vor. Vorstehend wurde erläutert, dass einer der Fluidräume als Saugkammer und der jeweils andere der Fluidräume als Druckkammer dient, nämlich in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine. Es ist nun vorgesehen, neben dem bei einer bestimmten Drehrichtung als Saugkammer vorliegenden Fluidraum die Saugtasche auszubilden. In anderen Worten steht die Saugtasche in Umfangsrichtung gesehen mit der Saugkammer zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, in Überdeckung. Besonders bevorzugt übergreift die Saugtasche die Saugkammer in Umfangsrichtung gesehen zu mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 %.
Während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine wird das Fluid aus der Saugtasche in die Saugkammer gefördert, insbesondere gesaugt, und aus dieser in Richtung der Druckkammer transportiert. Das Einströmen des Fluids aus der Saugtasche in die Saugkammer erfolgt in axialer Richtung oder zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Saugtasche auf unterschiedliche Seiten des Fluidraum beziehungsweise der Saugkammer. Beispielsweise weist die Saugtasche hierzu Teilsaugtaschen auf, die auf gegenüberliegenden Seiten der Saugkammer vorliegen, also auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlrads und/oder des Ritzels in axialer Richtung gesehen. In anderen Worten nehmen die mehreren Teilsaugtaschen die Saugkammer zwischen sich auf, sodass das Fluid während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine von gegenüberliegenden Seiten in den Fluidraum beziehungsweise die Saugkammer einströmen kann. Hierdurch wird bereits eine hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine sichergestellt.
Das Bereitstellen des Fluids für die Innenzahnradfluidmaschine erfolgt an dem Sauganschluss des Gehäuses. Der Sauganschluss dient beispielsweise dem Anschließen einer Leitung an die Innenzahnradfluidmaschine, insbesondere einer Schlauchleitung oder einer Rohrleitung. Bevorzugt ist der Sauganschluss als Schraubanschluss ausgestaltet und verfügt insoweit über ein Innengewinde zum Befestigen der Leitung. Der Sauganschluss ist über den Saugkanal an die wenigstens eine Saugtasche angeschlossen. Liegen mehrere Teilsaugtaschen im Gehäuse vor, so sind diese jeweils an den Sauganschluss strömungstechnisch angeschlossen, bevorzugt über denselben Saugkanal. In anderen Worten sind also alle Teilsaugtaschen der Innenzahnradfluidmaschine über einen einzigen Saugkanal an den Sauganschluss strömungstechnisch angeschlossen. Insoweit liegt der Saugkanal strömungstechnisch zwischen dem Sauganschluss und der Saugtasche vor. Insbesondere geht er einerseits unmittelbar in den Sauganschluss und andererseits unmittelbar in die Saugtasche über.
Bevorzugt weist der Saugkanal über seine Längserstreckung hinweg eine konstante Durchströmungsquerschnittsfläche auf. Es kann vorgesehen sein, dass der Sauganschluss eine größere Querschnittsfläche aufweist als der Saugkanal, um das Anschließen einer hinreichend dimensionierten Leitung zu ermöglichen. Beispielsweise ist der Sauganschluss derart bemessen, dass eine Leitung an ihn anschließbar ist, welche über die gleiche Durchströmungsquerschnittsfläche verfügt wie der Saugkanal. Hierdurch ist ein besonders effizientes Bereitstellen des Fluids über den Sauganschluss möglich. Wie bereits erläutert, mündet der Saugkanal vorzugsweise einerseits unmittelbar in den Sauganschluss und andererseits unmittelbar in die Saugtasche ein. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Saugtasche sich ausgehend von dem Saugkanal in Richtung des Hohlrads und des Ritzels aufweitet, also eine sich in die von dem Saugkanal abgewandte Richtung vergrößernde Durchströmungsquerschnittsfläche aufweist. Auch dies ermöglicht ein Zuführen des Fluids in den Fluidraum mit geringen Strömungsverlusten.
Um die Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine weiter zu verbessern, weist der Kompensationsring eine spezielle Ausgestaltung auf. Der Kompensationsring liegt in axialer Richtung bezüglich den Drehachsen gesehen grundsätzlich in Überdeckung mit dem Saugkanal vor. Das bedeutet, dass das durch den Saugkanal zugeführt Fluid auf seinem Weg durch die Saugtasche in den Fluidraum den Kompensationsring passiert und insbesondere auf ihn trifft. Aus diesem Grund ist der Kompensationsring strömungsgünstig ausgestaltet und verjüngt sich in Richtung des Saugkanals. Die Verjüngung des Saugkanals ist in Umfangsrichtung gesehen über zumindest einen Teil des Kompensationsrings realisiert. Es kann also durchaus vorgesehen sein, dass der Kompensationsring die Verjüngung in Umfangsrichtung gesehen lediglich teilweise aufweist, oder dass in Umfangsrichtung gesehen unterschiedliche Ausgestaltung der Verjüngung vorliegen. In jedem Fall liegt die strömungsgünstige Ausgestaltung des Kompensationsrings, also die Verjüngung, an derjenigen Stelle des Kompensationsrings vor, an welcher er von dem über den Saugkanal zugeführten Fluid angeströmt wird. In anderen Worten ist die Verjüngung insbesondere dort ausgestaltet, wo eine Längsmittelachse des Saugkanals den Kompensationsring schneidet.
Die beschriebene Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine hat den Vorteil, dass das Zuführen des Fluids über den Sauganschluss, den Saugkanal und die Saugtasche in den Fluidraum strömungstechnisch besonders günstig erfolgt. Entsprechend werden Strömungsverluste und das Entstehen von Turbulenzen gegenüber bekannten Ausgestaltungen der Innenzahnradfluidmaschine deutlich verringert oder zumindest teilweise vermieden. Hieraus ergibt sich eine höhere Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Saugtasche in Umfangsrichtung eine Erstreckung von wenigstens 120°, wenigstens 135° oder wenigstens 150° aufweist. Unter der Erstreckung der Saugtasche ist eine durchgehende Erstreckung zu verstehen. In anderen Worten ist die Saugtasche in Umfangsrichtung gesehen einerseits von einer ersten Randkante der Saugtasche und andererseits von einer anderen Randkante der Saugtasche begrenzt und liegt zwischen diesen Randkanten durchgehend vor. Dies bedeutet eine beträchtliche Aufweitung der Saugtasche in Umfangsrichtung ausgehend von dem Saugkanal. Hierdurch wird ein besonders hoher Durchsatz der Innenzahnradfluidmaschine ermöglicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kompensationsring außenseitig von der Saugtasche umgriffen ist, sodass der Kompensationsring im Querschnitt gesehen über einen den Saugkanal einfassenden Bereich von mindestens 30°, mindestens 35° oder mindestens 40° von dem Gehäuse in radialer Richtung beabstandet ist. Die Saugtasche liegt also nicht lediglich in axialer Richtung neben dem Fluidraum vor, sondern umgreift auch den Kompensationsring außenseitig, also in radialer Richtung außen. Entsprechend mündet der Saugkanal in radialer Richtung beabstandet von dem Kompensationsring in die Saugtasche ein. Im Querschnitt gesehen ist der Kompensationsring aufgrund der Saugtasche in radialer Richtung von dem Gehäuse beabstandet. In anderen Worten weist der Kompensationsring von einer die Saugtasche begrenzenden Wand des Gehäuses einen Abstand auf, nämlich über den Bereich von mindestens 30°, der den Saugkanal einfasst oder zumindest seine Längsmittelachse enthält. In dem Bereich des Saugkanals ist somit kein das Einströmen des Fluids behinderndes Element vorhanden, vielmehr ist der Strömungsweg ausgehend von dem Saugkanal bis hin zu dem Fluidraum durch die Saugtasche strömungshindernisfrei ausgestaltet. Hierdurch wird eine besonders hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse wenigstens einen Anlagevorsprung aufweist, der sich in radialer Richtung in die Kompensationsringaufnahme hinein erstreckt, wobei der Anlagevorsprung im Querschnitt gesehen in Überdeckung mit der Saugtasche angeordnet ist, insbesondere in die Saugtasche hineinragt. Der Anlagevorsprung dient einem Abstützen des Kompensationsrings in radialer Richtung. Insbesondere begrenzt er das eingangs genannte Spiel des Kompensationsrings in radialer Richtung. In anderen Worten begrenzt er einen Kippwinkelbereich, in welchem der Kompensationsring um die Kippachse kippbar ist. Bevorzugt verfügt das Gehäuse über mehrere Anlagevorsprünge. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von dem Anlagevorsprung oder dem wenigstens einem Anlagevorsprung die Rede ist, so sind die Ausführungen besonders bevorzugt stets auf jeden der mehreren Anlagevorsprünge übertragbar, sofern diese vorliegen.
Der Anlagevorsprung erstreckt sich in radialer Richtung in die Kompensationsringaufnahme hinein, nämlich ausgehend von der Wand des Gehäuses in Richtung des Kompensationsrings, insbesondere bis an den Kompensationsring. Beispielsweise ist der Kompensationsring derart ausgestaltet und/oder in dem Gehäuse angeordnet, dass er zumindest zeitweise an dem Anlagevorsprung anliegt. In Umfangsrichtung gesehen liegt der Anlagevorsprung in Überdeckung mit der Saugtasche vor. Hierbei kann er beispielsweise in die Saugtasche hineinragen. Ragt der Anlagevorsprung in die Saugtasche hinein, so soll dies möglichst strömungsgünstig erfolgen. Besonders bevorzugt durchgreift der Anlagevorsprung die Saugtasche in axialer Richtung lediglich teilweise, insbesondere zu höchstens 50 %, sodass das in der Saugtasche vorliegende Fluid ohne weiteres um den Anlagevorsprung herumströmen kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Saugtasche im Längsschnitt von einer radial innenliegenden Innenfläche und einer radial außenliegenden Außenfläche begrenzt ist, wobei die Innenfläche auf ihrer dem Hohlrad zugewandten Seite parallel zu der Hohlraddrehachse verläuft und die Außenfläche auf ihrer dem Hohlrad zugewandten Seite zumindest abschnittsweise zu der Hohlraddrehachse angewinkelt verläuft. Die Saugtasche wird also in radialer Richtung gesehen innen von der Innenfläche und außen von der Außenfläche begrenzt. Die Innenfläche und die Außenfläche sind beispielsweise voneinander beabstandet angeordnet, gehen also nicht unmittelbar ineinander über. Beispielsweise sind die Innenfläche und die Außenfläche über eine die Saugtasche in axialer Richtung begrenzende Seitenfläche miteinander verbunden.
Sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche weisen im Längsschnitt gesehen bevorzugt einen geraden Verlauf auf. In Umfangsrichtung sind sie jedoch bevorzugt gekrümmt, sodass die Innenfläche und die Außenfläche jeweils als Rotationsfläche einer geraden Linie vorliegen. Im Schnitt gesehen verläuft die Innenfläche auf ihrer dem Hohlrad in axialer Richtung zugewandten Seite parallel zu der Hohlraddrehachse, steht also beispielsweise auf einer Seitenfläche des Ritzels senkrecht. Hierdurch wird ein strömungsgünstiges Einströmen des Fluids in den Fluidraum ermöglicht.
Die Außenfläche verläuft in Umfangsrichtung gesehen zumindest abschnittsweise zu der Hohlraddrehachse angewinkelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass sie abschnittsweise zu der Hohlraddrehachse parallel und abschnittsweise zu der Hohlraddrehachse angewinkelt verläuft. In Umfangsrichtung gesehen verändert sich somit der Winkel, welcher zwischen der Außenfläche und der Hohlraddrehachse vorliegt. Abschnittsweise beträgt der Winkel 0° und abschnittsweise ist er von 0° verschieden, ist also größer als 0° und kleiner als 180°. Beispielsweise liegen der angewinkelte Verlauf der Außenfläche im Bereich des Saugkanals und der parallele Verlauf abseits des Saugkanals vor. Hierdurch wird einerseits im Bereich des Saugkanals eine sanfte Aufweitung der Saugtasche erzielt und andererseits eine möglichst große Durchströmungsquerschnittsfläche der Saugtasche bereitgestellt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Außenfläche in einem Abschnitt zu der Hohlraddrehachse angewinkelt verläuft, in welchem sie in Umfangsrichtung in Überdeckung mit dem Saugkanal vorliegt. Hierdurch wird die vorher bereits beschriebene sanfte Aufweitung der Saugtasche ausgehend von dem Saugkanal erzielt, sodass ein besonders strömungsgünstiges Einströmen des Fluids in die Saugtasche realisiert ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kompensationsring zur Verjüngung in Richtung des Saugkanals wenigstens eine Fase und/oder eine Rundung aufweist. Die Fase beziehungsweise die Rundung liegt in axialer Richtung gesehen wenigstens einerseits an dem Kompensationsring vor, sodass dieser sich in Richtung des Saugkanals verjüngt. Besonders bevorzugt sind an dem Kompensationsring mehrere Fasen beziehungsweise mehrere Rundungen ausgebildet, welche in axialer Richtung gesehen auf gegenüberliegenden Seiten an dem Kompensationsring vorliegen. Besonders bevorzugt sind die Fasen beziehungsweise Rundungen spiegelsymmetrisch ausgestaltet. Hieraus ergibt sich ein besonders strömungsgünstiges Bereitstellen beziehungsweise Zuführen des Fluids.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kompensationsring auf seiner dem Saugkanal zugewandten Seite eine Prallfläche aufweist, die im Längsschnitt parallel zu der Hohlraddrehachse angeordnet ist und an die Fase oder Rundung angrenzt. Die Prallfläche liegt zumindest im Bereich des Saugkanals vor und ist diesem zugewandt. Sie dient der Aufteilung des durch den Saugkanal zugeführten Fluids auf mehrere Saugtaschen. Die Prallfläche ist im Schnitt gesehen eben, in Umfangsrichtung ist sie bevorzugt gekrümmt. Insoweit liegt die Prallfläche als Rotationsfläche einer geraden Linie vor. Anders ausgedrückt ist die Prallfläche ringförmig beziehungsweise teilringförmig.
Im Längsschnitt gesehen verläuft die Prallfläche parallel zu der Hohlraddrehachse, sodass das durch den Saugkanal in die Saugtasche eintretende Fluid zumindest teilweise senkrecht auf sie aufprallt. Die Prallfläche grenzt an die Fase beziehungsweise Rundung an, insbesondere unmittelbar. Besonders bevorzugt ist die Prallfläche zwischen zwei Fasen oder zwischen zwei Rundungen angeordnet, nämlich in axialer Richtung gesehen. In anderen Worten ist die Prallfläche im Schnitt gesehen von zwei Fasen oder zwei Rundungen eingefasst. Die Prallfläche ermöglicht ein besonders strömungsgünstiges Zuführen des Fluids in die Saugtasche beziehungsweise die Saugtaschen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kompensationsring im Längsschnitt gesehen eine parallel zu der die Saugtasche begrenzenden Außenfläche verlaufende Anströmfläche aufweist. Die Anströmfläche wird beispielsweise von der Fase oder Rundung gebildet. Aufgrund der parallelen Ausrichtung der Anströmfläche zu der Außenfläche wird eine gleichmäßige Aufweitung der Saugtasche erzielt, was zu einem turbulenzarmen Zuführen des Fluids führt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Querschnitt gesehen eine Längsmittelachse des Saugkanals näher an einer parallelen ersten Geraden als an einer parallelen zweiten Geraden liegt, wobei die erste Gerade als Tangente an einen Mittelkreis zwischen einem Fußkreis der Innenverzahnung und einem Fußkreis der Außenverzahnung und die zweite Gerade als durch einen Schnittpunkt des Fußkreis der Innenverzahnung mit einer Randkante der Saugtasche verlaufende Schnittgerade vorliegt. Die Längsmittelachse des Saugkanals ist eine Gerade, welche im Querschnitt bezüglich einer Längserstreckung des Saugkanals durch den Mittelpunkt des Hauptkanals verläuft, insbesondere den geometrischen Mittelpunkt. Die Längsmittelachse liegt an jeder Stelle entlang der Längserstreckung des Saugkanals in dessen Mittelpunkt.
Zusätzlich zu der Längsmittelachse liegen die gedachte erste Gerade und die gedachte zweite Gerade vor, welche jeweils parallel zu der Längsmittelachse und damit auch zueinander verlaufen. Die erste Gerade verläuft tangential zu dem Mittelkreis, welcher zwischen dem Fußkreis der Innenverzahnung und dem Fußkreis der Außenverzahnung verläuft. Der Mittelkreis verläuft über den Umfang hinweg gesehen stets mittig zwischen dem Fußkreis der Innenverzahnung und dem Fußkreis der Außenverzahnung. Weil die Hohlraddrehachse und die Ritzeldrehachse versetzt zueinander angeordnet sind, ist der Mittelkreis üblicherweise kein Kreis im eigentlichen Sinne, sondern ist beispielsweise oval, insbesondere ellipsenförmig. Die zweite Gerade verläuft durch den Schnittpunkt des Fußkreises der Innenverzahnung mit der Randkante der Saugtasche. Unter der Randkante der Saugtasche ist eine Begrenzung der Saugtasche in Umfangsrichtung zu verstehen. Die Saugtasche erstreckt sich in Umfangsrichtung also lediglich bis hin zu der Randkante, nicht jedoch über diese hinaus.
Der Saugkanal ist derart in dem Gehäuse ausgebildet, dass seine Längsmittelachse näher an der ersten Geraden als an der zweiten Geraden liegt. Hierdurch werden Umlenkungen des durch den Saugkanal strömenden Fluids bei seinem Einströmen in die Saugtasche in Richtung des Fluidraums zumindest teilweise verhindert. Hieraus resultieren ein besonders strömungsgünstiges Einströmen des Fluids und entsprechend eine hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine.
Die beschriebene Ausgestaltung kann zusätzlich oder alternativ zu der verjüngten Ausgestaltung des Kompensationsrings vorliegen. Das bedeutet, dass die Erfindung auch eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine betrifft, 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 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, 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 in axialer Richtung neben einem der Fluidräume wenigstens eine Saugtasche in dem Gehäuse ausgebildet ist, die über einen Saugkanal an einen Sauganschluss des Gehäuses strömungstechnisch angeschlossen ist. Dabei ist nun vorgesehen, dass im Querschnitt gesehen eine Längsmittelachse des Saugkanals näher an einer parallelen ersten Geraden als an einer parallelen zweiten Geraden liegt, wobei die erste Gerade als Tangente an einen Mittelkreis zwischen einem Fußkreis der Innenverzahnung und einem Fußkreis der Außenverzahnung und die zweite Gerade als durch einen Schnittpunkt des Fußkreises der Innenverzahnung mit einer Randkante der Saugtasche verlaufende Schnittgerade vorliegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Randkante der Saugtasche von dem Gehäuse oder einer in dem Gehäuse axial verlagerbar angeordneten Dichtscheibe ausgebildet ist. Die Randkante ist beispielsweise durch eine Stufung des Gehäuses ausgebildet oder von einem von einer Wand des Gehäuses ausgehenden Vorsprung. Alternativ wird sie von der Dichtscheibe gebildet, die in dem Gehäuse zwischen der Wand des Gehäuses und dem Hohlrad und/oder dem Ritzel angeordnet ist. Die Dichtscheibe dient einer Abdichtung des ersten Fluidraums und/oder des zweiten Fluidraums in axialer Richtung. Hierzu ist die Dichtscheibe axial verlagerbar in dem Gehäuse angeordnet, nämlich derart, dass sie in Richtung des Hohlrads beziehungsweise des Ritzels gedrängt oder an sie gedrängt wird. Beispielsweise wird hierzu die Dichtscheibe auf ihrer dem Hohlrad beziehungsweise dem Ritzel abgewandten Seite mit einem Fluiddruck beaufschlagt. Beispielsweise wird die Dichtscheibe mit dem Förderdruck der Innenzahnradfluidmaschine beaufschlagt. In jedem Fall schließt die Randkante die Saugtasche fluiddicht oder zumindest nahezu fluiddicht ab. Hierdurch wird eine hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Dichtscheibe ein Axialdurchbruch ausgebildet ist, über den ein Druckanschluss des Gehäuses strömungstechnisch an einen der Fluidräume angeschlossen ist. Der Axialdurchbruch ist zum Entnehmen von Fluid aus dem Fluidraum vorgesehen und ausgebildet. Insbesondere mündet der Axialdurchbruch in denjenigen der Fluidräume ein, welcher als Druckraum dient. In anderen Worten ist der Axialdurchbruch derart in der Dichtscheibe hergestellt, dass er in Überdeckung mit diesem Fluidraum liegt. Entsprechend kann durch den Axialdurchbruch Fluid aus dem Fluidraum austreten und zu dem Druckanschluss strömen, welcher an dem Gehäuse ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind in der Dichtscheibe mehrere derartiger Axialdurchbrüche hergestellt. Der Axialdurchbruch erstreckt sich in Umfangsrichtung vorzugsweise über mindestens 60°, mindestens 75°, mindestens 90° oder mehr. Hierdurch wird die optimierte Fluidabführung aus der Druckkammer realisiert. Weiter bevorzugt liegt auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlrads beziehungsweise des Ritzels jeweils eine derartige Dichtscheibe vor, sodass das Fluid in axialer Richtung gesehen beidseitig aus dem Fluidraum austreten kann. Die beschriebene Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine stellt eine hohe Effizienz sicher.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Abstand zwischen der Längsmittelachse des Saugkanals und der ersten Geraden höchstens 30 %, höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 % des Abstands zwischen der ersten Geraden und der zweiten Geraden beträgt. Das bedeutet, dass die Längsmittelachse des Saugkanals hauptsächlich in Richtung des Mittelkreises ausgerichtet ist. Hierdurch wird eine Umlenkung des in die Saugtasche aus dem Saugkanal einströmenden Fluids durch die Randkante effektiv vermieden. Vielmehr wird das Fluid direkt zu einem Bereich der Saugtasche geführt, welcher in Überdeckung mit derjenigen Stelle des Hohlrads und des Ritzels steht, an welcher zwischen dem Fußkreis der Innenverzahnung und dem Fußkreis der Außenverzahnung der über den Umfang hinweggesehen größte Abstand vorliegt. Entsprechend wird das Fluid besonders strömungsgünstig in den Fluidraum eingebracht. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen der Längsmittelachse des Saugkanals und der ersten Geraden mindestens 5 %, mindestens 7,5 % oder mindestens 10 %. Dies verbessert die Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine weiter.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Gerade mit einer die Hohlraddrehachse und die Ritzeldrehachse jeweils senkrecht schneidenden Getriebemittelachse einen Winkel einschließt, der mindestens 0°, mindestens 5°, mindestens 10° oder mindestens 15° und höchstens 45°, höchstens 30°, höchstens 25°, höchstens 20° oder höchstens 15° beträgt. Der Winkel soll also zum einen zumindest einem der genannten Mindestwinkel entsprechen und gleichzeitig höchstens so groß wie einer der genannten Maximalwinkel sein. Je näher der Winkel bei 45° liegt, umso direkter wird das Fluid auf die vorstehend beschriebene Art und Weise derjenigen Stelle zugeführt, an welcher in Umfangsrichtung gesehen der größte Abstand zwischen dem Fußkreis vorliegt. Erstaunlicherweise hat sich jedoch gezeigt, dass eine besonders hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine für jeden zwischen 0° und 45° liegenden Winkel erzielt werden kann, wobei sie für die Winkel zwischen 10° und 20° (diese Werte jeweils einschließend), insbesondere für in etwa oder genau 15°, noch etwas höher ist. Insgesamt wird also eine besonders gute Effizienz erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Durchströmungsquerschnittsfläche des Saugkanals konstant ist. Auf eine derartige Ausgestaltung des Saugkanals wurde bereits hingewiesen. Sie ist hinsichtlich der Strömungsführung besonders günstig, weil keine Geschwindigkeitsänderung des Fluids bei seinem Durchströmen des Saugkanals auftritt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Querschnittdarstellung durch eine füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine,
2 eine schematische erste Schnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine,
3 eine schematische zweite Schnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine,
4 eine schematische Querschnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine, wobei ein Saugkanal und eine Saugtasche angedeutet sind, sowie
5 eine schematische Darstellung einer in einem Gehäuse der Innenzahnradfluidmaschine angeordneten Dichtscheibe.

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.
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 mindestens eines Zahnkopfs 12 der Innenverzahnung 7 an mindestens einem Zahnkopf 13 der Außenverzahnung 8 erzielt. Die erste Dichtstelle 10 und die zweite Dichtstelle 11 definieren gemeinsam eine Drucksehne, welche beide Dichtstellen 10 und 11 durchläuft. Senkrecht auf der Drucksehne steht eine gedachte Gerade, 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 die Drucksehne schneidet, vorzugsweise hin und her, insbesondere zwischen den Drehachsen 5 und 6.
Die Gerade 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 14 und einem zweiten Fluidraum 15. Die beiden Fluidräume 14 und 15 liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Drucksehne vor und sind von den Dichtstellen 10 und 11 in Umfangsrichtung gesehen strömungstechnisch voneinander separiert. Einer der Fluidräume 14 und 15, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Fluidraum 14, dient als Saugkammer. Der jeweils andere Fluidraum 14 beziehungsweise 15, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der zweite Fluidraum 15, dient hingegen als Druckkammer. 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.
Es ist erkennbar, dass das Hohlrad 3 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Kompensationsring 16 drehbar gelagert ist beispielsweise mittels einer Lagerbuchse 17, die jedoch optional ist. Der Kompensationsring 16 ist in einer Kompensationsringaufnahme 18 des Gehäuses 2 angeordnet, nämlich mit Spiel in radialer Richtung. Der Kompensationsring 16 ist mittels eines Kipplagers 19 um eine Kippachse 20 kippbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Das Kipplager 19 kann von einem Lagerstift ausgebildet sein, der an dem Gehäuse 2 befestigt beziehungsweise an ihm gelagert ist. Es kann jedoch auch Bestandteil des Gehäuses 2 sein, also von dem Gehäuse 2 ausgebildet werden.
Während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 wird dem ersten Fluidraum 14 Fluid aus einer Saugtasche 21 zugeführt, nämlich in axialer Richtung. Hierzu erstreckt sich die Saugtasche 21 bis auf eine axiale Stirnseite des Hohlrads 3 und des Ritzels 4, sodass die Saugtasche 21 schlussendlich in axialer Richtung neben dem ersten Fluidraum 14 angeordnet ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Saugtasche 21 in axialer Richtung gesehen beidseitig des Hohlrads 3 und des Ritzels 4, sodass das Fluid in entgegengesetzte Richtungen aus der Saugtasche 21 in den ersten Fluidraum 14 einströmen kann.
Die Saugtasche 21 ist über einen Saugkanal 22 an einen Sauganschluss 23 des Gehäuses 2 strömungstechnisch angeschlossen. Der Saugkanal 22 mündet insoweit einerseits in die Saugtasche 21 und andererseits in den Sauganschluss 23 ein. Der Saugkanal 22 weist eine Längsmittelachse 24 auf und verläuft bevorzugt durchgehend gerade. Insbesondere weist er über seine Längserstreckung eine konstante Durchströmungsquerschnittsfläche auf. Die Saugtasche 21 umgreift den Kompensationsring 16 radial außenseitig. Hierdurch ist der Kompensationsring 16 in einem Bereich, in welchem auch der Saugkanal 22 vorliegt, über einen Winkelbereich von mindestens 30° von dem Gehäuse 2 beabstandet.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Winkelbereich deutlich größer und wird beidseitig von jeweils einem Anlagevorsprung 25 beziehungsweise 26 begrenzt. Die Anlagevorsprünge 25 und 26 erstrecken sich in radialer Richtung in die Kompensationsringaufnahme 18 hinein. Hierbei sind sie jeweils im Querschnitt gesehen in Überdeckung mit der Saugtasche 21 angeordnet und ragen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in sie hinein. Die Anlagevorsprünge 25 und 26 dienen einem Abstützen des Kompensationsrings 18. Hierdurch wird ein Spiel begrenzt, innerhalb welchem der Kompensationsring 16 um die Kippachse 20 kippbar ist.
Zumindest der Anlagevorsprung 26, vorzugsweise jedoch auch der Anlagevorsprung 25, ist derart ausgestaltet, dass sie die Saugtasche 21 in Umfangsrichtung nicht unterbrechen. Das bedeutet, dass der Anlagevorsprung 26 und optional der Anlagevorsprung 25 eine geringere Breite aufweisen, also eine geringere Erstreckung in axialer Richtung bezüglich einer der Drehachsen 5 und 6, als die Saugtasche 21.
Die 2 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine 1 gemäß der in der 1 dargestellten Schnittmarke A-A. Deutlich zu erkennen ist, dass der Kompensationsring 16 auf seiner dem Saugkanal 22 zugewandten Seite eine strömungsgünstige Profilierung aufweist und sich in Richtung des Saugkanals 22 verjüngt. Hierzu sind an der radial außenliegenden Seite des Kompensationsrings 16 wenigstens eine Fase 27, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Fasen 27, ausgebildet. Zwischen den beiden Fasen 27 liegt eine Prallfläche 28 an dem Kompensationsring 16 vor. Diese ist im Längsschnitt gesehen parallel zu der Hohlraddrehachse 5 beziehungsweise der Ritzeldrehachse 6 angeordnet.
Es ist weiterhin deutlich erkennbar, dass die Saugtasche 21 im Längsschnitt von einer radial innenliegenden Innenfläche 29 und einer radial außenliegenden Außenfläche 30 begrenzt ist. Die Innenfläche 29 und die Außenfläche 30 sind beabstandet voneinander angeordnet, beispielsweise sind sie lediglich über eine Seitenfläche 31 miteinander verbunden. Die Seitenfläche 31 steht im Längsschnitt gesehen bevorzugt zumindest bereichsweise oder durchgehend senkrecht auf der Hohlraddrehachse 5 beziehungsweise der Ritzeldrehachse 6. Die Innenfläche 29 läuft bevorzugt senkrecht in das Ritzel 4 ein. Sie verläuft insoweit im Längsschnitt gesehen auf ihrer dem Ritzel 4 zugewandten Seite parallel zu der Hohlraddrehachse 5 beziehungsweise der Ritzeldrehachse 6. Die Außenfläche 30 hingegen läuft in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bezüglich der Hohlraddrehachse 5 angewinkelt. Besonders bevorzugt verläuft sie hierbei parallel zu einer von der Fase 27 ausgebildeten Schrägfläche des Kompensationsrings 16. Hierdurch wird ein besonders strömungsgünstiges Zuführen des Fluids in die Saugtasche 21 bewerkstelligt.
Die Innenfläche 29, die die Saugtasche 21 radial nach innen begrenzt, ist bereichsweise von einer Dichtscheibe 32 gebildet, wobei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beiderseits des Ritzels 4 beziehungsweise des Hohlrads 3 jeweils eine solche Dichtscheibe 32 angeordnet ist. Die Dichtscheiben 32 sind axial verlagerbar in dem Gehäuse 2 angeordnet, nämlich jeweils zwischen einer Gehäusewand und dem Hohlrad 3 beziehungsweise dem Ritzel 4. Während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 werden sie in Richtung des Hohlrads 3 beziehungsweise des Ritzels 4 gedrängt, insbesondere derart, dass sie dichtend an ihm anliegen.
Die 3 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine 1 entlang der in der 1 dargestellten Schnittmarke B-B. Es ist erkennbar, dass die Außenfläche 30 in dem hier dargestellten Bereich nicht mehr gegenüber der Hohlraddrehachse 5 angewinkelt verläuft, sondern vielmehr parallel zu ihr. Die Außenfläche 30 kann insoweit zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung gesehen unterschiedliche Winkel mit der Hohlraddrehachse 5 einschließen. Weiterhin ist zu erkennen, dass in den Dichtscheiben 32 jeweils ein Axialdurchbruch 33 ausgebildet ist. Über diesen Axialdurchbruch 33 ist ein Druckanschluss 34 des Gehäuses 2 strömungstechnisch an den zweiten Fluidraum 15 angeschlossen.
Der Axialdurchbruch 33 geht jeweils von einer Ausnehmung 44 aus, die bevorzugt größere Abmessungen aufweist als der Axialdurchbruch 33, insbesondere in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung. Beispielsweise geht die Ausnehmung 44, wie hier dargestellt, in radialer Richtung beidseitig über den Axialdurchbruch 33 hinaus, sodass also die Ausnehmung 44 in radialer Richtung sowohl nach innen als auch nach außen über den Axialdurchbruch 33 übersteht. Dies gilt zusätzlich oder alternativ analog in Umfangsrichtung. Mittels der Ausnehmung 44 ist ein Einströmen des Fluids aus der Druckkammer in den Axialdurchbruch 33 mit geringem Strömungswiderstand sichergestellt.
Strömungstechnisch zwischen dem Axialdurchbruch 33 und dem Druckanschluss 34 liegt ein Druckkanal 45, der insbesondere in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist. Der Druckkanal 45 weist einen dem Axialdurchbruch 33 zugewandten Druckkanaleinlass 46 und einen dem Druckanschluss 34 zugewandten Druckkanalauslass 47 auf. Der Druckkanaleinlass 46 liegt insbesondere in Form einer eine Wand des Gehäuses 2 durchgreifenden Mündungsöffnung vor, die von der Dichtscheibe 32 übergriffen ist. Hierbei fluchtet der Druckkanaleinlass 46 mit dem Axialdurchbruch 33. Insbesondere ist der Druckkanaleinlass 46 an den Axialdurchbruch 33 form- und abmessungsangepasst, weist also die gleiche Form und die gleichen Abmessungen auf. Beispielsweise fluchten eine den Druckkanaleinlass 46 begrenzender Rand und ein den Axialdurchbruch 33 begrenzender Rand durchgehend miteinander.
Der Druckkanal 45 geht über den Druckkanalauslass 47 in den Druckanschluss 34 über, mündet über ihn also in den Druckanschluss 34 ein. Beispielsweise durchgreift der Druckkanalauslass 47 eine Wand des Gehäuses 2 unter Ausbildung einer Mündungsöffnung. Bevorzugt ist hierdurch ein Abmessungssprung realisiert, sodass der Druckanschluss 34 zumindest in radialer Richtung größere Abmessungen aufweist als der Druckkanalauslass 47. Bevorzugt weist der Druckanschluss 34 ausgehend von dem Druckkanalauslass 47 über einen Großteil seiner Erstreckung in axialer Richtung hinweg gleichbleibende Abmessungen in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung auf. Bevorzugt bleiben also eine Form und eine Durchströmungsquerschnittsfläche des Druckanschlusses 34 gleich.
Es ist erkennbar, dass der Druckkanaleinlass 46 in radialer Richtung kleinere Abmessungen aufweist als der Druckkanalauslass 47. Entsprechend weitet sich der Druckkanal 45 zumindest in radialer Richtung ausgehend von dem Druckkanaleinlass 46 in Richtung des Druckkanalauslasses 47, insbesondere bis hin zu diesem, auf, vorzugweise kontinuierlich. Beispielsweise ist also der Druckkanal 45 zumindest im Schnitt gesehen nach Art eines Diffusors ausgestaltet. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass eine Durchströmungsquerschnittfläche des Druckkanals 45 von dem Druckkanaleinlass 46 bis hin zu dem Druckkanalauslass 47 konstant bleibt, die Vergrößerung der Abmessungen in radialer Richtung also mit einer korrespondierenden Verkleinerung der Abmessungen in Umfangsrichtung einhergeht. Bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass sich die Durchströmungsquerschnittsfläche ausgehend von dem Druckkanaleinlass 46 bis hin zu dem Druckkanalauslass 47 vergrößert, insbesondere kontinuierlich vergrößert, sodass der Druckkanal 45 als Diffusor vorliegt und arbeitet.
Zwischen den Dichtscheiben 32 und dem Gehäuse 2 ist jeweils eine Dichtung 48 angeordnet. Die Dichtung 48 umgreift den Axialdurchbruch 33 vollständig und durchgehend. Mittels der Dichtung 48 ist insoweit eine fluiddichte Strömungsverbindung zwischen dem Axialdurchbruch 33 und dem Druckkanal 45 hergestellt. Insbesondere verläuft die Strömungsverbindung durch die Dichtung 48 beziehungsweise einen von der Dichtung eingefassten Bereich hindurch. Die Dichtung 48 ist bevorzugt in einer Dichtungsaufnahme angeordnet, in welcher sie in axialer Richtung gesehen teileweise aufgenommen ist.
Die 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine 1. Dargestellt sind insbesondere das Hohlrad 3 und das Ritzel 4. Ebenfalls gezeigt ist die Saugtasche 21 und ihre Anordnung bezüglich des Hohlrads 3 und des Ritzels 4. Zudem ist die Dichtscheibe 32 angedeutet. Es wird deutlich, dass eine Längsmittelachse 35 des Saugkanals 22 näher an einer ersten Gerade 36 als an einer zweiten Gerade 37 angeordnet ist. Beide Geraden 36 und 37 verlaufen parallel zu der Längsmittelachse 35. Die erste Gerade 36 liegt als Tangente an einem Mittelkreis 38 vor, der mittig zwischen einem Fußkreis 39 der Innenverzahnung 7 und einem Fußkreis 40 der Außenverzahnung 8 vorliegt.
Der Mittelkreis 38 ist hierbei in Umfangsrichtung gesehen an jeder Stelle mittig zwischen den Fußkreisen 39 und 40 angeordnet. Der Mittelkreis 38 ist insoweit nicht zwingend als Kreis im eigentlichen Wortsinn ausgebildet, sondern kann oval, insbesondere ellipsenförmig, sein. Die erste Gerade 36 liegt auf der der Hohlraddrehachse 5 abgewandten Seite der Längsmittelachse 35 an dem Mittelkreis 38 an. Die zweite Gerade 37 verläuft durch einen Schnittpunkt 41 des Fußkreises 39 mit einer Randkante 42, die die Saugtasche 21 in Umfangsrichtung begrenzt, nämlich auf einer dem Saugkanal 22 zugewandten Seite des Hohlrads 3. Die Längsmittelachse 35 ist näher an der ersten Gerade 36 als an der zweiten Gerade 37 angeordnet. Hierdurch wird eine besonders verlustarme Fluidführung erzielt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt die zweite Gerade 37 mit einer Getriebemittelachse 43 einen Winkel von α = 15° ein. Unter der Getriebemittelachse 43 ist eine Gerade zu verstehen, welche im Querschnitt durch die Hohlraddrehachse 5 und die Ritzeldrehachse 6 verläuft, insbesondere auf diesem senkrecht steht. Grundsätzlich kann auch ein von 15° verschiedener Winkel α verwendet werden. Vorzugsweise liegt der Winkel α zwischen 0° und 45°, diese Werte jeweils einschließend. Hiermit wird eine besonders vorteilhafte Einströmung des Fluids in die Saugtasche 21 und in den ersten Fluidraum 14 erzielt.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung der Dichtscheibe 32, die auch als Axialscheibe bezeichnet werden kann. Die Dichtscheibe 32 dient einer axialen Kompensation der Innenzahnradfluidmaschine 1. Während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine 1 liegt die Dichtscheibe 32 zumindest zeitweise, vorzugsweise permanent, an dem Hohlrad 3 und/oder dem Ritzel 4, insbesondere sowohl dem Hohlrad 3 und dem Ritzel 4, an. Bevorzugt wird die Dichtscheibe 32 zumindest zeitweise, insbesondere permanent in axialer Richtung in Richtung des Hohlrads 3 und des Ritzels 4 gedrängt, insbesondere an das Hohlrad 3 und das Ritzel 4. Gezeigt ist eine dem Hohlrad 3 und dem Ritzel 4 zugewandte Seite der Dichtscheibe 32. Deutlich zu erkennen ist die Ausnehmung 44, die randgeschlossen, also mit einem durchgehenden Rand 49 in der Dichtscheibe 32 ausgebildet ist. In axialer Richtung ist die Ausnehmung 44 von einem Boden 50 begrenzt, der bevorzugt durchgehend eben ist. Der Boden 50 ist von dem Axialdurchbruch 33 durchgriffen.
Bevorzugt ist der Axialdurchbruch 33 durchgehend beabstandet von dem Rand 49 angeordnet, sodass die Ausnehmung 44 in Umfangsrichtung und in radialer Richtung größere Abmessungen aufweist als der Axialdurchbruch 33. Dies ist insbesondere so zu verstehen, dass an jeder Umfangsposition die Abmessungen der Ausnehmung 44 in radialer Richtung größer sind als die Abmessungen des Axialdurchbruchs 33 und dass an jeder Radialposition die Abmessungen der Ausnehmung 44 in Umfangsrichtung größer sind als die Abmessungen des Axialdurchbruchs 33. Bevorzugt ist - im Schnitt beziehungsweise in Draufsicht gesehen - der Axialdurchbruch in radialer Richtung innen von einem ersten Kreisbogen und in radialer Richtung außen von einem zweiten Kreisbogen begrenzt, die auf gegenüberliegenden Seiten über Verbindungskreisbögen miteinander verbunden sind. Die Ausnehmung 44 ist hingegen beispielsweise - wiederum im Schnitt beziehungsweise in Draufsicht gesehen - zwar ebenso in radialer Richtung innen und in radialer Richtung außen von Kreisbögen begrenzt. Diese sind jedoch über gerade Linien miteinander verbunden.
Es ist erkennbar, dass die Abmessungen des Axialdurchbruchs 33 in Umfangsrichtung recht groß sind. Insbesondere erstreckt sich der Axialdurchbruch 33 bezüglich der Ritzeldrehachse 6 über mindestens 60°, mindestens 75°, mindestens 90° oder mindestens 105°. Die Dichtscheibe 32 umgreift bevorzugt eine Wellenaufnahmeöffnung 51 vollständig. Die Wellenaufnahmeöffnung 51 dient der Aufnahme einer das Ritzel 4 tragenden Welle. Die Wellenaufnahmeöffnung 51 ist derart ausgestaltet, dass die Dichtscheibe 32 drehbar auf der Welle gelagert ist, wobei vorzugsweise ein die Wellenaufnahmeöffnung 51 begrenzender Rand zumindest bereichsweise, insbesondere in Umfangsrichtung durchgehend, auf der Welle aufliegt. Erkennbar sind im Übrigen die Randkante 42 sowie eine weitere Randkante 52, die die Dichtscheibe 32 in Umfangsrichtung abschließen und die Saugtasche 21 in Umfangsrichtung auf gegenüberliegenden Seiten begrenzen. Beispielsweise verlaufen die Randkanten 42 und 52 zumindest bereichsweise parallel zueinander.
Die beschriebene Innenzahnradfluidmaschine 1 hat insgesamt den Vorteil, dass aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Kompensationsrings 16 mit den Fasen 27 und der speziellen Anordnung und Ausrichtung des Saugkanals 22 ein besonders geringer Strömungswiderstand erzielt wird. Somit weist damit die Innenzahnradfluidmaschine 1 eine besonders hohe Effizienz auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0848165 B1 [0002]

Claims

Füllstücklose Innenzahnradfluidmaschine (1), mit einem Gehäuse (2), einem in dem Gehäuse (2) um eine Hohlraddrehachse (5) drehbar gelagerten Hohlrad (3) und einem in dem Hohlrad (3) um eine zu der Hohlraddrehachse (5) parallel versetzte Ritzeldrehachse (6) drehbar gelagerten Ritzel (4), wobei - im Querschnitt gesehen einerseits eine Innenverzahnung (7) des Hohlrads (3) in einem Eingriffsbereich (9) mit einer Außenverzahnung (8) des Ritzels (4) zur Ausbildung einer ersten Dichtstelle (10) dichtend in Eingriff steht und andererseits wenigstens ein Zahnkopf (12) der Innenverzahnung (7) zur Ausbildung einer zweiten Dichtstelle (11) dichtend an einem Zahnkopf (13) der Außenverzahnung (8) anliegt, - zwischen der Innenverzahnung (7) und der Außenverzahnung (8) einerseits einer die erste Dichtstelle (10) und die zweite Dichtstelle (11) schneidenden Drucksehne ein erster Fluidraum (14) und andererseits der Drucksehne ein zweiter Fluidraum (15) vorliegt, und - in axialer Richtung neben einem der Fluidräume (14,15) wenigstens eine Saugtasche (21) in dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, die über einen Saugkanal (22) an einen Sauganschluss (23) des Gehäuses (2) strömungstechnisch angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass - das Hohlrad (3) in einem in einer Kompensationsringaufnahme (18) des Gehäuses (2) mit Spiel in radialer Richtung aufgenommenen Kompensationsring (16) drehbar gelagert ist, der in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Saugkanal (22) vorliegt und sich in Richtung des Saugkanals (22) verjüngt.
Innenzahnradfluidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugtasche (21) in Umfangsrichtung eine Erstreckung von wenigstens 120°, wenigstens 135° oder wenigstens 150° aufweist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsring (16) außenseitig von der Saugtasche (21) umgriffen ist, sodass der Kompensationsring (16) im Querschnitt gesehen über einen den Saugkanal (22) einfassenden Bereich von mindestens 30°, mindestens 35° oder mindestens 40° von dem Gehäuse (2) in radialer Richtung beabstandet ist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens einen Anlagevorsprung (25,26) aufweist, der sich in radialer Richtung in die Kompensationsringaufnahme (18) hinein erstreckt, wobei der Anlagevorsprung (25,26) im Querschnitt gesehen in Überdeckung mit der Saugtasche (21) angeordnet ist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugtasche (21) im Längsschnitt von einer radial innenliegenden Innenfläche (29) und einer radial außenliegenden Außenfläche (30) begrenzt ist, wobei die Innenfläche (29) auf ihrer dem Hohlrad (3) zugewandten Seite parallel zu der Hohlraddrehachse (5) verläuft und die Außenfläche (30) auf ihrer dem Hohlrad (3) zugewandten Seite zumindest abschnittsweise zu der Hohlraddrehachse (5) angewinkelt verläuft.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (30) in einem Abschnitt zu der Hohlraddrehachse (5) angewinkelt verläuft, in welchem sie in Umfangsrichtung in Überdeckung mit dem Saugkanal (22) vorliegt.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsring (16) zur Verjüngung in Richtung des Saugkanals (22) wenigstens eine Fase (27) und/oder eine Rundung aufweist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsring (16) auf seiner dem Saugkanal (22) zugewandten Seite eine Prallfläche (28) aufweist, die im Längsschnitt parallel zu der Hohlraddrehachse (5) angeordnet ist und an die Fase (27) oder Rundung angrenzt.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsring (16) im Längsschnitt gesehen eine parallel zu der die Saugtasche (21) begrenzenden Außenfläche (30) verlaufende Anströmfläche aufweist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt gesehen eine Längsmittelachse (35) des Saugkanals (22) näher an einer parallelen ersten Geraden (36) als an einer parallelen zweiten Geraden (37) liegt, wobei die erste Gerade (36) als Tangente an einen Mittelkreis (38) zwischen einem Fußkreis (39) der Innenverzahnung (7) und einem Fußkreis (40) der Außenverzahnung (8) und die zweite Gerade (37) als durch einen Schnittpunkt (41) des Fußkreises (39) der Innenverzahnung (7) mit einer Randkante (42) der Saugtasche (21) verlaufende Schnittgerade vorliegt.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randkante (42) der Saugtasche (21) von dem Gehäuse (2) oder einer in dem Gehäuse (2) oder einer in dem Gehäuse (2) axial verlagerbar angeordneten Dichtscheibe (32) ausgebildet ist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtscheibe (32) ein Axialdurchbruch (33) ausgebildet ist, über den ein Druckanschluss (34) des Gehäuses (2) strömungstechnisch an einen der Fluidräume (14,15) angeschlossen ist.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Längsmittelachse (35) des Saugkanals (22) und der ersten Geraden (36) höchstens 30 %, höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 % des Abstands zwischen der ersten Geraden (36) und der zweiten Geraden (37) beträgt.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gerade (37) mit einer die Hohlraddrehachse (5) und die Ritzeldrehachse (6) jeweils senkrecht schneidenden Getriebemittelachse (43) einen Winkel (α) einschließt, der mindestens 0°, mindestens 5°, mindestens 10° oder mindestens 15° und höchstens 45°, höchstens 30°, höchstens 25°, höchstens 20° oder höchstens 15° beträgt.
Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsquerschnittsfläche des Saugkanals (22) konstant ist.