DE19613835A1 - Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Innenzahnradmaschine, die als Hydropumpe oder als Hydromotor verwendet wird und die die Merk­ male aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.

Bei einer Innenzahnradmaschine dieser Art befinden sich in einem Hohlraum eines Gehäuses ein außenverzahntes Ritzel, das fest auf einer als Antriebs- oder Abtriebswelle dienenden Welle befestigt und über diese im Gehäuse gelagert ist. Mit dem Ritzel kämmt ein innenverzahntes Hohlrad, das an seiner kreiszylindrischen Außen­ seite im Gehäuse geführt ist.

Bei einer aus der Praxis und aus dem Prospekt G 1209 4.91 2000 der J. M. Voith GmbH, Heidenheim, bekannten, als Innenzahn­ radpumpe eingesetzten Innenzahnradmaschine ist das Hohlrad mit zwischen der den Zahnkranz aufweisenden Innenseite und der Au­ ßenseite verlaufenden Fluiddurchlässen versehen, durch die Druckmittel aus dem Raum zwischen den beiden Zahnrädern in eine Hochdrucktasche des Gehäuses verdrängt werden kann, die in einen Druckkanal übergeht. Durch die Fluiddurchlässe des Hohlrades kann Druckmittel auch aus einer mit einem Saugkanal des Gehäuses verbundenen Niederdrucktasche in den Raum zwischen den beiden Zahnrädern gelangen, wobei dies üblicherweise zusätzlich zu ei­ nem Füllen des Raumes zwischen den Zahnrädern über die Stirnsei­ ten der Zahnräder hinweg erfolgt. Bei der bekannten Innenzahn­ radpumpe ist das Hohlrad gegen eine vom Hochdruck ausgeübte Kraft peripheral beidseitig der Hochdrucktasche vom Gehäuse ab­ stützbar. Die Länge der dazu am Gehäuse vorhandenen Abstützab­ schnitte in Umlaufrichtung des Hohlrades ist begrenzt, da die Niederdrucktasche in Umlaufrichtung groß sein soll und eine Ab­ stützung gegen die Druckkraft ohnehin nur in einem Winkelbereich von 180 Grad um die Achse des Hohlrades erfolgen kann. Die Hoch­ drucktasche ist axial schmäler als das Hohlrad und befindet sich mittig des Hohlrades, so daß dieses auch im Bereich der Hoch­ drucktasche, und zwar axial beidseitig der Hochdrucktasche vom Gehäuse abstützbar ist. Damit das Hohlrad auch bei stillstehen­ der Pumpe oder bei sehr niedrigen Drücken an den die Abstützung gegen die Druckkraft bewirkenden Gehäuseabschnitten verbleibt und nicht eine undefinierte Lage einnimmt, ist bei der bekannten Pumpe das Hohlrad an einen sich im Bereich der Niederdrucktasche befindlichen Gehäusesteg anlegbar. Die Niederdrucktasche ist an der Außenseite des Hohlrades durch den Gehäusesteg sozusagen zweigeteilt, wobei die beiden Teiltaschen über Freiräume an den Stirnseiten des Hohlrades miteinander verbunden sind. Beim Über­ fahren des Gehäusesteges werden die Fluiddurchlässe des Hohlra­ des für eine gewisse Zeit abgedeckt, so daß während dieser Zeit kein hydraulisches Druckmittel durch sie hindurch in den Raum zwischen den beiden Zahnrädern fließen kann. Dies beeinflußt das Saugverhalten der Innenzahnradpumpe insbesondere bei hohen Dreh­ zahlen.

Ziel der Erfindung ist es demnach, eine Innenzahnradmaschine, insbesondere eine Innenzahnradpumpe, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, so weiterzuentwickeln, daß über den gesamten Drehzahlbereich das Saugverhalten gut ist und insbesondere auch bei hohen Drehzahlen der Niederdruckraum zwi­ schen den beiden Zahnrädern vollständig mit Druckmittel gefüllt wird.

Dieses Ziel wird bei einer Innenzahnradmaschine mit den Merkma­ len aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Gehäusesteg auf Höhe der Fluiddurchlässe des Hohlrades eine in Umlaufrichtung des Hohlrades verlaufende, zum Hohlrad und zur Niederdrucktasche hin offene Nut aufweist. Auf­ grund dieser Nut kann auch dann Druckmittel von der Niederdruck­ tasche über einen Fluiddurchlaß des Hohlrades in den Innenraum zwischen den beiden Zahnrädern strömen, wenn sich der Fluid­ durchlaß im Bereich des Gehäusesteges befindet. Zumindest ist die Zeit, in der der Fluiddurchlaß abgedeckt ist, verkürzt. Die Abstützfläche am Gehäusesteg für das Hohlrad ist ohne eine Ver­ längerung des Gehäusesteges in Umlaufrichtung des Hohlrades trotz der Nut noch groß genug, da der Gehäusesteg das Hohlrad nur gegen kleine Kräfte abzustützen hat und im wesentlichen nur die Lage des Hohlrades sichert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Innenzahn­ radmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Wie bei der vorbekannten Innenzahnradpumpe befindet sich auch bei einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe der Gehäusesteg bevorzugt nicht am Ende der Niederdrucktasche, sondern unter­ teilt die Niederdrucktasche in Umlaufrichtung des Hohlrades in zwei Teiltaschen, befindet sich also innerhalb der Niederdruck­ tasche. Dann ist die Nut nicht nur zur einen Seite hin periphe­ ral offen, sondern geht gemäß Anspruch 2 bevorzugt ganz durch den Steg hindurch, so daß die Fluiddurchlässe des Hohlrades im Bereich des Steges zu keinem Zeitpunkt mehr abgedeckt werden. Über die Nut besteht dann außerdem eine vorzugsweise zusätzliche Verbindung zwischen den beiden Teiltaschen der Niederdruckta­ sche, so daß über die Nut auch Druckmittel von der einen Teilta­ sche in die andere Teiltasche gelangen kann. Auch erstreckt sich gemäß Anspruch 4 der Gehäusesteg nur etwa über die Höhe des Hohlrades, so daß axial vor seinen beiden Seiten Freiraum ver­ bleibt, durch den ebenfalls Druckmittel von der einen Teiltasche in die andere Teiltasche der Niederdrucktasche gelangen kann.

Besitzt das Hohlrad gemäß Anspruch 5 mehrere in Achsrichtung des Hohlrads nebeneinander befindliche Reihen von Fluiddurchlässen, so werden diese mehreren Reihen bevorzugt von einer einzigen Nut des Gehäusestegs überdeckt. Zweckmäßigerweise ist nur eine ein­ zige Nut am Gehäusesteg vorhanden, die sich leichter als mehrere Nuten herstellen läßt.

Gemäß Anspruch 6 ist die Nut im Gehäusesteg in Achsrichtung des Hohlrads nur geringfügig breiter als der Bereich am Hohlrad, in dem sich die Fluiddurchlässe befinden. Es wird dann die Abstütz­ fläche des Gehäusesteges nicht übermäßig vermindert.

Durch eine Ausbildung gemäß Anspruch 7 ergeben sich gute Strö­ mungsverhältnisse an der Außenseite des Hohlrads.

Ein als Innenzahnradpumpe aus gebildetes Ausführungsbeispiel ei­ ner erfindungsgemäßen Innenzahnradmaschine ist in den Zeichnun­ gen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel entlang verschiedener in Fig. 2 durch die Schnittlinie I-I an­ gedeutete Ebenen,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 2.

Die gezeigte Innenzahnradpumpe besitzt ein Gehäuse 10, zu dem ein ringförmiges Mittelteil 11, das eine Pumpenkammer 12 radial einschließt, ein erstes Seitenteil 13 und ein zweites Seitenteil 14 gehören. Die beiden Seitenteile 13 und 14 begrenzen die Pum­ penkammer 12 in axialer Richtung, besitzen allerdings im Nieder­ druckbereich der Pumpe axiale Durchbrüche 15, deren Hauptfunkti­ on in der Zuführung von Druckmittel von einem Zwischengehäuse aus besteht, wenn die Pumpe Teil einer Mehrfachpumpenanordnung ist. Das Mittelteil 11 übergreift die beiden Seitenteile 13 und 14 im Bereich jeweils einer äußeren Eindrehung 16. Jedes Seiten­ teil 13 bzw. 14 besitzt eine durchgehende Bohrung 17, in die ein Gleitlager 18 eingepreßt ist. In den beiden Gleitlagern 18 ist eine Antriebswelle 19 der Pumpe gelagert.

Als Teile des Gehäuses 10 der gezeigten Innenzahnradpumpe können auch noch ein Befestigungsflansch 24 vor dem ersten Seitenteil 13 und ein geschlossener Deckel 25 vor dem anderen Seitenteil 14 betrachtet werden. Durch eine zentrale Öffnung 26 des Befesti­ gungsflansches 24 tritt die Antriebswelle 19 hindurch und steht mit einem Kupplungszapfen über das Gehäuse 10 vor. Durch einen in den Befestigungsflansch 24 eingesetzten und an der Antriebs­ welle 19 anliegenden Dichtring 28 ist die Austrittsöffnung 26 der Antriebswelle 19 aus dem Gehäuse 10 abgedichtet.

Ein außenverzahntes Ritzel 30 ist innerhalb der Pumpenkammer 12 auf der Antriebswelle 19 befestigt oder einstückig mit dieser hergestellt. Es befindet sich innerhalb eines innenverzahnten Hohlrades 31, dessen Achse exzentrisch zur Achse des Ritzels 30 angeordnet ist und das an seiner nichtverzahnten Außenseite 32 im Mittelteil 11 des Gehäuses 10 gelagert ist. Im Bereich beid­ seits einer durch die beiden Achsen des Ritzels 30 und des Hohl­ rades 31 aufgespannten Mittelebene 33 kämmen die beiden Zahnrä­ der miteinander, zwischen denen sich im übrigen ein sichelförmi­ ger Arbeitsraum oder Freiraum 34 befindet.

Dieser Freiraum 34 ist etwa zur Hälfte durch ein zweiteiliges Füllstück 35 ausgefüllt, das an den Zähnen des Ritzels 30 und des Hohlrades 31 anliegt und sich an einer Abflachung eines Füllstückstifts 36 abstützt. Dieser durchquert den Freiraum 34 und ist in zwei miteinander fluchtenden Sackbohrungen der Sei­ tenteile 13 und 14 beidseits der Pumpenkammer 12 drehbar gela­ gert. Die axiale Ausdehnung des Füllstücks 35 stimmt mit der axialen Ausdehnung der beiden Zahnräder 30 und 31 überein.

An um 90 Grad gegeneinander versetzten Stellen gehen durch das Mittelteil 11 ein Druckkanal 40 und ein Saugkanal 41 hindurch, die sich zur Pumpenkammer 12 hin zu einer Hochdrucktasche 42 bzw. zu einer Niederdrucktasche 43 erweitern. Und zwar erstrecken sich die beiden Drucktaschen peripheral um das Hohlrad 31 herum vom Kanal 40 bzw. 41 aus im wesentlichen jeweils in eine Richtung. Die Drucktaschen sind als zum Hohlrad 31 hin offene Aussparungen des Mittelteils 11 ausgebildet. Die Hochdrucktasche 42 erstreckt sich vom Druckkanal 40 aus entgegen der durch den Pfeil A angedeuteten Laufrichtung des Hohlrads 31 außen am Hohl­ rad entlang, ist, in axialer Richtung senkrecht zur Zeichenebene nach Fig. 2 betrachtet, in ihrer Ausdehnung kleiner als die Hö­ he des Hohlrades 31 und befindet sich, ebenfalls axial betrach­ tet, mittig des Hohlrads. Die Niederdrucktasche 43 erstreckt sich vom Saugkanal 41 aus in Laufrichtung des Hohlrads 31 und endet im Abstand zur Hochdrucktasche 42. Die Niederdrucktasche 43 geht an beiden Stirnseiten des Hohlrades 31 axial über das Hohlrad hinaus, so daß vom Saugkanal 41 über die Stirnseiten des Hohlrades 31 eine Verbindung zum Freiraum 34 besteht. Die Sei­ tenteile 13 und 14 haben dazu einen Abstand von den Stirnseiten der Zahnräder 30 und 31.

Aufgrund der Höhe der Niederdrucktasche 43 kann das Hohlrad 31 zunächst einmal nur beginnend vom Ende der Niederdrucktasche 43 in peripheraler Richtung über die Hochdrucktasche 42 bis zum Saugkanal 41 mit seiner Außenseite 32 am Mittelteil 11 anliegen. Diese Anlage genügt, um das Hohlrad gegen eine vom Hochdruck er­ zeuge Druckkraft abzustützen. Damit das Hohlrad bei Inbetrieb­ nahme und auch bei niedrigen im Hochdruckbereich herrschenden Drücken eine definierte Position einnimmt, weist das Mittelteil 11 einen etwa diametral der Drucktasche 42 gegenüberliegenden und die Niederdrucktasche 43 in zwei Teiltaschen 44 und 45 auf­ teilenden, sich also innerhalb der Niederdrucktasche 43 befind­ lichen Gehäusesteg 46 auf, der sich bis zur Außenseite 32 des Hohlrades 31 erstreckt und eine entsprechend der Außenseite 32 kreiszylindrische Innenwand 47 besitzt.

In jeder Zahnlücke gehen durch das Hohlrad 31 zwei in Achsrich­ tung übereinander angeordnete Radialbohrungen 51 hindurch, über die eine offene Verbindung zwischen der verzahnten Innenseite und der kreiszylindrischen Außenseite 32 des Hohlrads besteht. In der Fig. 2 ist der Übersichtlichkeit halber nur in einer einzi­ gen Zahnlücke eine solche Radialbohrung 51 mit gestrichelten Li­ nien eingezeichnet. Die Radialbohrungen 51 bilden also zwei in Achsrichtung voneinander beabstandete Reihen von Bohrungen am Hohlrad 31. Durch sie wird Druckmittel, das in den Zahnlücken des Ritzels 30 und des Hohlrads 31 am Füllstück 35 entlang mit­ genommen wird, in die Drucktasche 42 und damit in den Druckkanal 40 verdrängt. In den Bereich des Freiraums 34 zwischen den bei­ den Zahnrädern 30 und 31, der, in Richtung des Pfeiles A be­ trachtet, vor dem Füllstück 35 liegt, kann vom Saugkanal 41 aus durch die Niederdrucktasche 43 hindurch und über die Stirnseiten des Hohlrads 31 hinweg Druckmittel gelangen. Außerdem fließt auch über die Radialbohrungen 51 von der Niederdrucktasche 43 aus Druckmittel in den Freiraum 34, und zwar auch aus der Teil­ tasche 45, die über die Stirnseiten des Hohlrades 31 mit der Teiltasche 44 und dem Saugkanal 41 verbunden ist.

Damit die Radialbohrungen 51 nicht zeitweise abgedeckt werden, weist der Gehäusesteg 46 auf Höhe der Radialbohrungen 51 des Hohlrads 31 eine in Umlaufrichtung des Hohlrades 31 verlaufende, zum Hohlrad hin offene und ihn ganz durchquerende Nut 52 auf. Die beiden Teiltaschen 44 und 45 der Niederdrucktasche 43 sind also auch über diese Nut 52 miteinander verbunden. In axialer Richtung ist die Nut 52 so breit, daß sie sich geringfügig über die beiden Radialbohrungen 51 einer Zahnlücke hinauserstreckt und beide Radialbohrungen ganz offen läßt. Wie besonders deut­ lich aus Fig. 2 hervorgeht, setzt der Boden 53 der Nut 52 die die Niederdrucktasche 43 nach radial außen begrenzende Wand 54 kontinuierlich und ohne Änderung des Vorzeigens der Krümmung fort. Dadurch sind die Strömungsverhältnisse für in die Nut 52 hineinfließendes und durch sie hindurchfließendes Druckmittel besonders günstig. Der Gehäusesteg 46 entspricht in seiner Höhe ungefähr der Höhe des Hohlrades 31, endet also jeweils etwa an einer Stirnseite des Hohlrades, so daß der Raum vor den Stirn­ seiten des Gehäusesteges für das Strömen von Druckmittel genutzt wird.

Die Pumpe ist so aufgebaut, daß das Ritzel 30 im Betrieb, nach Fig. 2 betrachtet, im Uhrzeigersinn angetrieben werden muß. Das Hohlrad 31 dreht sich dann in Richtung des Pfeiles A mit. In den Zahnlücken der beiden Zahnräder befindliche Hydraulikflüssigkeit wandert mit den Zahnlücken am Füllstück 35 entlang und gelangt in den Zahneingriffsbereich der beiden Zahnräder vor die Spitze des Füllstücks 35. Dort wird die Hydraulikflüssigkeit durch die Radialbohrungen 51 des Hohlrades 31 hindurch in die Drucktasche 42 und den Druckkanal 40 verdrängt. Gleichzeitig wird durch an­ dere Radialbohrungen 51 sowie über die Stirnseiten des Hohlrades 31 aus der Niederdrucktasche 43 Hydraulikflüssigkeit in den vor dem Füllstück 35 liegenden Bereich des Freiraums 34 angesaugt. Für einen hohen Wirkungsgrad der Pumpe ist eine gute axiale Ab­ dichtung der Hochdruckseite notwendig, die sich durch einen Be­ reich der Pumpenkammer 12 abgrenzen läßt, in dem sich das Füll­ stück 35 befindet und in dem im Anschluß an das Füllstück die beiden Zahnräder allmählich immer weiter ineinandergreifen. Für die axiale Abdichtung ist zwischen den Zahnrädern 30 und 31 und jedem von den Zahnrädern einen Abstand aufweisenden Seitenteil 13 oder 14 eine Axialdruckplatte 60 angeordnet, die von einem zwischen ihr und dem entsprechenden Seitenteil bestehenden, mit Hochdruck beaufschlagbaren Druckfeld 61 axial gegen die Zahnrä­ der 30 und 31 gedrückt wird. Jede Axialdruckplatte 60 umgibt eng die Antriebswelle 19 und den Füllstückstift 36 und ist dadurch in einer Ebene senkrecht zur Achse der Antriebswelle 19 in ihrer Lage gesichert. Im Niederdruckbereich der Pumpe vor dem Füll­ stück 35 ist jede Axialdruckplatte 60 natürlich so gestaltet, daß sie einerseits die nötige Stabilität hat, andererseits aber auch das Einströmen von Druckmittel in die Zahnlücken der beiden Zahnräder nicht behindert. Die Außenkontur einer Axialdruckplat­ te 60 in einer Ebene senkrecht zur Achsrichtung geht insbesonde­ re aus Fig. 2 hervor, in der eine Axialdruckplatte mit durchge­ henden und, soweit die Außenkontur verdeckt ist, mit gestrichel­ ten Linien eingezeichnet ist.

Claims (8)

1. Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem Gehäu­ se (10), mit einem außenverzahnten Ritzel (30) und mit einem mit dem Ritzel (30) kämmenden innenverzahnten Hohlrad (31), das mit zwischen der den Zahnkranz aufweisenden Innenseite und der Au­ ßenseite (32) verlaufenden Fluiddurchlässen (51) versehen und das an seiner Außenseite (32) vom Gehäuse (10) peripheral beid­ seitig und vorzugsweise auch innerhalb einer Hochdrucktasche (42) und durch einen sich im Bereich einer sich über die gesamte Höhe des Hohlrades (31) erstreckende Niederdrucktasche (43) be­ findlichen Gehäusesteg (46) abstützbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gehäusesteg (46) auf Höhe der Fluiddurchlässe (51) des Hohlrades (31) eine in Umlaufrichtung des Hohlrades (31) verlaufende, radial zum Hohlrad (31) und peripheral zur Nieder­ drucktasche (43) hin offene Nut (52) aufweist.

2. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Gehäusesteg (46) in Umlaufrichtung zwi­ schen zwei Teiltaschen (44, 45) der Niederdrucktasche (43) be­ findet.

3. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nut (52) den Gehäusesteg (46) ganz durchquert.

4. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Gehäusesteg (46) ungefähr über die Höhe des Hohlrades (31) erstreckt.

5. Innenzahnradmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (31) mehrere, in Achs­ richtung des Hohlrades (31) nebeneinander befindliche Reihen von Fluiddurchlässen (51) aufweist und daß eine einzige Nut (52) des Gehäusestegs (46) die mehreren Reihen der Fluiddurchlässe (51) überdeckt.

6. Innenzahnradmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (52) im Gehäusesteg (46) in Achsrichtung des Hohlrades (31) nur geringfügig breiter als der Bereich am Hohlrad (31) ist, über den sich die Fluiddurchlässe (51) an der Außenseite des Hohlrades (31) erstrecken.

7. Innenzahnradmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Nut (52) in radialer Rich­ tung nach außen begrenzender Boden (53) eine die Niederdruckta­ sche (43) radial begrenzende Wand (54) kontinuierlich unter Bei­ behaltung des Vorzeichens der Krümmung fortsetzt.

8. Innenzahnradmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (30) und das Hohlrad (31) zwischen sich einen sichelförmigen Freiraum (34) bilden, in dem sich ein einen Hochdruckbereich von einem Niederdruckbereich trennendes Füllstück (35) befindet.