DE1553035A1

DE1553035A1 - Hochdruck-innenlaeufer-zahnradmaschine

Info

Publication number: DE1553035A1
Application number: DE1966E0031566
Authority: DE
Inventors: Robert Jung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1975-04-10
Also published as: DE1553035B2; DE1553035C3

Description

Die Erfindung bezieht sicn auf eine als Pumpe oder Motor verwendbare Hochdruck-Innenläufer-Zahnradmaschine mit einem angetriebenen außenverzahnten Ritzel, einem mit diesem kämmenden innenverzahnten Hohlrad und einem sichelförmigen !Füllstück zwischen den beiden Zahnrädern.

Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, den Verschleiß, die inneren Kräfte und die Leckspaltverluste einer derartigen. Zahnradmaschine auszugleichen. Bekanntlich entstehen die Leckspaltverluet·

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dadurch, dass das Füllstück und das Ritzel fest angeordnet sind und das Hohlrad mit dem gesamten Aussenumfang in einer Bohrung dea Gehäuses gelagert ist, so dass sich zwischen den Zahnkopfkreisen der Zahnräder und dem Füllstück Spalte bilden können, durch welche die Flüssigkeit von dem Druckraum in den Saugraum zurückströmt.

Um den Verschleiß , die inneren Kräfte und die Leckspaltverluste auszugleichen hat man bereits ein schwimmend gelagertes hohlrad in Verbindung mit einem beweglichen Füllstück vorgeschlagen, wobei das Hohlrad mit Hilfe eines Steuerkolbens gegen das Füllstück und das Ritzel gedrückt wird. Auf diese Weise ergibt sicn ein flankenspielfreier Lauf zwischen den beiden Zahnrädern, der nur gewährleistet ist, wenn die Verzahnung mit höchster Genauigkeit hergestellt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine Zahnradmaschine zu schaffen, welche die gleichen Eigenschaften aufweist, bei der jedoch der Steuerkolben in Fortfall kommt, so dass die Zahnräder mit Flankenspiel laufen und die Verzahnung keine hohe Genauigkeit haben mues.

Zur Lösung der gestellttn Aufgabe wird das Hohlrad ausschliesslich auf dem Füllstück gelagert. Ausserdem werden auf der dem DrucKxaum

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der Maschine gegenüberliegenden Seite Druckfelder angeordnet, welche die in dem Druckraum auf das Hohlrad und das Ritzel wirkenden Kräfte ausgleichen.

Wachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1-4 zeigt das Getriebe der Zahnradmaschine mit den zur Wirkung kommenden Kräften.
Fig. 5 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Schnitt durch eine

Innenläufer-Zahnradpumpe längs der linie V - V in Fig.6, Fig. 6 dinen Schnitt längs der Linie VI - VI in Fig. 5. Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII - VII in Fig. 6 und Fig. 8 einen.Schnitt längs der Linie VIII - VIII in Fig. 6. . Fig. 9 zeigt eine weitere Innenläufer-Zahnradpumpe im Schnitt

längs der Linie IX - IX in ^ig. IO und Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X - X in Fig. 9.

In den Fig. 1-3 ist das aussenverzahnte Ritzel 1, das innenverzahnte Hohlrfj.d 3 und das Füllstück 2 dargestellt, Dreht sich das Ritzel 1 in Pfeilrichtung, so baut sich in dem Druckraum ein Druck auf, der in Form eines Druckfeldes 6 (Fig. 1) auf das Ritzel 1 und in Form eines grb'sseren Druckfeldes 7 auf das Hohlrad 3 wirkt. Die

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Druckfelder erstrecken sich von dem unteren Zahneingriff bis zu den Kanten 4 bzw. 5 des Füllstückes 2. Das Druckfeld 6 übt eine resultierende Kraft R,h auf das Ritzel 1 aus, die bei den üblichen Pumpen von der Ritzelwellenlagerung aufgenommen wird. Das Druckfeld

übt eine resultierende Kraft i,h auf das nur auf dem Füllstück 2 gelagerte Hohlrad 3 aus und versucht dieses wegzudrücken.

Um die beiden resultierenden Kräfte zu kompensieren, wird gemäss Pig. 2 zwischen Hohlrad und Füllstück ein Gegendruckfeld 7' und zwischen Füllstück und Ritzel ein (Jegendruckfeld 6' angeordnet. Die Druckfelder können beispielsweise Ausnehmungen in dem Füllstück oder den Zahnrädern sein, in die über Kanäle im Gehäuse Druckflüssigkeit eingeleitet wird. Die Gegendruckfeider 6¹ und 7' sind in ihrer G-rösse und

l· P Lage so gewäült, dass deren resultierenden Kräfte -.i,h und - R,h

P P
die Kräfte i,h und R,h aufheben.

Zur Vermeidung radialer Leckspaltverluste ist es erforderlich, dass aie Zähne des Ritzels 1 an der Stelle 9 und an den Kanten 4 und 4' des Füllstückes 2 dicht anliegen und dass die Zähne des Hohlrades 3 an der Stelle 8 und an den Kanten 5 und 5¹ des Füllstückes 2 dicht anliegen. Um diese Bedingung zu erfüllen wird gemäss Fig. 3 auf das Hohlrad 3

eine Kraft D ausgeübt und das Füllstück in Richtung dieser ^-raft verschiebbar aufgehängt. Zu diesem Zweck wird das Füllstück mit einem

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Schlitz lO verseilen, den der im Gehäuse befestigte Bolzen 11 durch-

dringt. Zur Erzeugung der Kraft D kann beispielsweise eine Feder oder ein von der Druckflüssigkeit beaufschlagter Kolben verwendet werden.

Bei Anwendung der Kraft D zur Leckspaltkompeneierung ist ein völli-

P ρ
ger Ausgleich der Kräfte R,h und i, h nicht mehr möglich, da die Spitzen des Füllstückes sonst weiter nach unten gezogen werden müssten, als dies in der Fig. 3 dargestellt ist. Die Folge wäre, daß sich die Dichtkanten 4 und 4¹ des Füllstüekes 2 von den Zähnen des Ritzels 1 abheben und die Dichtkanten 5 und 5' zu stark an die Zähne des Hohlrades 3 anpressen würden. Es ist daher erforderlich, dass der Kreisbogen zwischen den Kanten 4- und 4' bzw. 5 und 5' einen Winkel von 180° nicht überschreitet. Diese Bedingung bewirkt, dass auf das Hohlrad eine Restkraft von i,h und auf das Ritzel eine

ρ
Restkraft von R,h wirkt. Letztere kann vernachlässigt werden, da sie von der Ritzelwellenlagerung aufgenommen wird. Die beiden iiestkräfte stehen im Verhältnis zu der Zahnteilung t, sie sind um so kleiner, je kleiner die Zahnteilung ist.

Die auf das Hohlrad 3 wirkende Restkraft ^ori,h muss kompensiert werden. Dies kann wieder mit Hilfe einer Feder oder eines vom Druckmedium beaufschlagten Kolbens erfolgen. Da jedoch gemäss Fig. 4

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P Δ P

die Kraft D mit der Kompensationskraft - i,ü eine resultierende

P /

Kraft K ergibt, die mit der Horizontalen einen Winkele'- einscnlieidt,

P /v

genügt zur Ausübung der Kraft D und der Kompensationskraft - ± ,Ii

ρ eine Feder bzw. ein Kolben, der der Kraft K entspricht.

Eine mit einem solchen Radialkolben ausgestattete i'umpe ist in den figuren 5 bis 8 dargestellt. Das Hohlrad 3, das nur auf dem Füllstück 2 gelagert ist und mit dem Ritzel 1 kämmt, ist in einer 3ohrung 12' des Gehäuses 12 gelagert, die einen grösseren -i-nnendurchmesser hat als der Aussendurchmesser des Hohlrades. Im Winkel e/. zur Horizontalen ist in dem Gehäuse 12 ein Radialkolben 13 angeordnet, der auf das Hohlrad 3 drückt. Die Rückseite des Kolbens stent über einen Kanal mit dem Druckraum der Pumpe in Vorbindung. Eine Feder 14 gewährleistet den erforderlichen Anpressdruck beim Anlauf der Pumpe. Der Radialkolben kann mit einer Bohrung 15 versehen sein, welche die Aufgabe hat die Gleitfläche des Kolbens 13 mit dem Hohlrad 3 hydrostatisch zu entlasten. Da Bich das Füllstück 2 bewegen kann, ist es zweckmässig dessen Gleitflächen mit den seitlich anliegenden Pumpenelementen klein zu halten. Aus diesem Grunde sind die Flächen 16 und 16' des Füllstückes beidseitig zurückgesetzt.

Die axiale Abdichtung des Druckraumes erfolgt durch Kolben 17 und 17' die in je einer Ausnehmung einer Zwischenscheibe 18 bzw. 18' geführt

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sind und Durchbrüche 21 bzw. 21' zum Durchtritt des Mediums zum Druckanschluss 19 bzw. zur Beaufschlagung der Kolbenrückseite aufweisen, wie insbesondere die Pig. 7 zeigt, bewegt sich das Hohlrad 3 völxig frei in dem mit dem Sauganschluss 20 in Verbindung stehenden Saugraum. Die Fig. 8 zeigt , dass entsprechende Kolben 22, die über Bohrungen 23 hydraulisch beaufschlagt werden, such auf der Saugseite der Pumpe vorgesehen sein können. Das in den Pig. 9 und 10 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere Möglichkeit des axiulen Kräfteauü^leichs. Die relativ komplizierten Kolben 17 und 22 v/erden durch den gemeinsamen, mit einfachen Mitteln herstellbaren, aus Zylinderfläatien gebildeten Kolben 24 ersetzt. Die O-Ringe 26 und 27 oegrenzen das Axialdruckfeld 33, das über Bohrungen 28 sowohl mit dem Druckraum der Pumpe, als auch mit den radialen Gegendruckfeldern b¹ und 7' (^'ig·· 2)' in Verbindung steht. -Damit wird auch auf einfache Art und ,/eise eine Speisung der radialen G-egendruckfeider erreicht. Der kolben 24 ist in dem lagerdeckel so geführt, dass die Lagerbe-Ii. stung nicnt von Kolben 24, sondern von dem feststehenden Lagerdeckel 25 aufgenommen wird, in dem die Ritzelwelle 29 gelagert ist. Eine Beeinflussung des axialen Ausgleiches durch die Lagerbelastung ist damit ausgeschlossen.

ii'ie die jj'ig. IO zeigt ist der Druckanschluss 30 bzw. Sauganschluss 31 im G-ehäuse untergebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Getriebeteile

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ohne Demontage der Rohrleitung und des Gehäuses ausgebaut werden können. Die Speisung des Radialkolbens 13 kann über die schräge Bohrung 32 zum Druckanschluss durchgeführt werden. Die bereits erwähnte Bohrung 15 in dem Radialkolben 13 mündet in eine Entlastungsringnut 34.

Die Fläche des Axialdruckfeldes 33 des Kolbens 24 ist um einen geringen Betrag grosser als das in axialer Richtung wirkende innere Druckfeld und der Plächenschwerpunkt des Axialdruckfeldeβ 33 entspricht dem gemeinsamen Plächenschwerpunkt der Kolben 17' und 22.

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Claims

Patentansprüche:

1.J Hochdruck-Innenläufer-Zahnradmaschine mit einem angetriebenen aussenverzahnten Ritzel,, einem mit diesem kämmenden innenverzahnten Hohlrad und einem sichelförmigen Füllstück: zwischen den beiden Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (3) ausschließlich auf dem Füllstück (2) gelagert ist und auf der dem Druckraum der Maschine gegenüberliegenden Seite zwischen Hohlrad (3) und Füllstück (2) bzw. zwischen Füllstück (2> und Ritzel (1) Druckfelder (6¹,· 7¹)» z.B· über Kanäle mit dem Druokraum verbundene Ausnehmungen, angeordnet sind, welche die in dem Druokraum auf das Hohlrad (3) und das Ritzel (1) wirkenden Kraft· (P_{R n} und P. _n) ausgleichen.

2, Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das» in Richtung der durch die Mitte dee Ritzels (1) und die Mitte de« Füllstückes (2) gehenden Achse eine Kraft (P^) auf dee Hohlr*d (3) wirkt, die? von einer Feder oder· einem hydraulieohen Kolben aufgebracht wirdi und iaas das Füllstück: in Rlcktung dieser Kraft verschiebbar/ gelagert ist«.

3. Zahnradmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2_t dadurch gekenneeichnet, d&ee dl« an dien Zahnrädern (t_y 3) abdichtenden FlSohen de« Ftillstiickas (2) auf. maximal t80° des jeweiligem Kreises b*gren*t sind.

4. Zahnradmasohine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensierung der auf das Hohlrad (3) wirkenden

Restkraft (^Pj J) ein hydrailischer Kolben vorgesehen ist. der i,n.

entgegen der Richtung dieser Kraft auf das Hohlrad drückt.

5. Zahnradmaschine nach den Ansprüchen 1 bis $, dadurch gekennzeichnet, dass der die Kraft (Ρ~) zur Kompensation der radialen Leckspalte dienende Kolben und der zur Kompensation der Restkraft (ΔPj _h) auf das Hohlrad (3) dienende Kolben ersetzt sind durch einen Radialkolben (13), der in Richtung der resultierenden Kraft (Pg) in dem Gehäuse angeordnet ist.

6. Zahnradmaachine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichdase der Radialkolben über einen Kanal (32) mit dem Druckraum oder dem Druokanschluss (30) verbunden ist, unter der Wirkung einer Feder (14) steht und eine Bohrung (15) aufweist, die gegebenenfalls in eine Entlastungsnut (34) mündet.

7. Zahnradmaschin· nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das· zur Kompensation der axialen Leckspalte hydraulisch belastete Kolben (17, 17^T _f 22) vorgesehen sind, die in Ausnehmungen des Gehäuse· oder von Zwieehenscheiben (18, 18') axial verschiebbar gelagert sind.

8. Zahnradmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, ämm* dift den Druckraua begrenzenden Kolben (17, 17') mit Durchbrächen (21, 21·) versehen sind, von denen einer die Ver-

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bindung zwischen Druckraum und Druckanschluss (30) herstellt.

9. Zahnradmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensierung der axialen leckspalte ein Kolben (24) dient, dessen Rückseite unter der Wirkung eines Druokfeldee (33) steht, der mittels zweier zylindrischer Flächen in dem Lagerdeckel (25) verschiebbar gelagert, ist und die Ritzelwelle (29) mit Spiel umfasst.

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10. Zahnradmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 9» dadurch gekenn·* zeichnet, dass die Fläche des Axialdruckfeldes (33) des Kolbens (24) um einen geringen Betrag größer ist als das in axialer Richtung wirkende innere' Druckfeld und der Flächenschwerpunkt des Axialdruckfeldes (33) dem gemeinsamen Flächenschwerpunkt der Kolben (17*, 22) entspricht.

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