DE19651683A1 - Füllstücklose Innenzahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine füllstücklose Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Innenzahnradpumpe dieser Art (DE 195 17 296 A1) ist der Lagerring, in dem das Hohlrad umläuft, in einer Gehäusebohrung mit einem Radialspiel von etwa 0,2 mm aufgenommen. Im Ausmaß dieses Radialspiels ist der Lagerring quer zu seiner Achse bewegbar, jedoch durch eine Stiftschraube, die auf der Saugseite des Gehäuses angeordnet ist, an einer Drehung gehindert. Auf der Druckseite ist in der Wand der Gehäusebohrung eine flache Ausnehmung ausgebildet, in der eine Anzahl von Druckfeldern definiert ist, die über radiale Durchbrüche des Lagerrings sowie radiale Durchbrüche des Hohlrads mit dem Druckraum der Verzahnung in Verbindung stehen.

Die im Druckraum der Verzahnung herrschenden Druckkräfte wirken so, daß das Hohlrad sich von dem Ritzel zu entfernen sucht. Dadurch besteht die Neigung, daß der zur Abgrenzung des Druckraums vom Saugraum bestehende Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel und Hohlrad in dem eingriffsfreien Hohlradbereich, in welchem die Ritzelzähne praktisch völlig aus den Zahnlücken des Hohlrads ausgetreten sind, abnimmt oder ganz verloren geht. Dieser Neigung wirkt jedoch die von den Druckfeldern erzeugte Druckkraft entgegen, durch die der Lagerring und zusammen mit diesem das Hohlrad im Rahmen des zur Verfügung stehenden Radialspiels zur Saugseite hin verschoben wird. Aufgrund dieser Bewegbarkeit des Lagerrings mit dem Hohlrad wird proportional zu dem auf der Druckseite herrschenden Druck der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel und Hohlrad aufrecht erhalten.

Die Ausbildung von Druckfeldern in einer Ausnehmung des Gehäuses und deren Verbindung mit dem Druckraum der Verzahnung ist relativ aufwendig und erhöht daher die Herstellungskosten der Innenzahnradpumpe. Darüberhinaus bilden die auf der Druckseite in dem Lagerring vorgesehenen Durchbrüche, über welche die Druckfelder mit Druck beaufschlagt sind, bezüglich der Beanspruchung und Verformung des Lagerrings eine Inhomogenität, die den Umlauf des Hohlrades im Lagerring beeinträchtigen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Innenzahnradpumpe dieser Art zu schaffen, die bei einwandfreier Funktion einfacher aufgebaut ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Gestaltung der gattungsgemäßen Innenzahnradpumpe gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Auch bei der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe ist der Lagerring mit einem Radialspiel (beispielsweise von 0,2 mm) in der Gehäusebohrung aufgenommen, jedoch nicht darin verschiebbar, sondern um eine achsparallele Schwenkachse innerhalb der Gehäusebohrung schwenkbar. Die Schwenkachse ist so gelegt, daß einerseits der dem eingriffsfreien Hohlradbereich zugeordnete Ringabschnitt - und damit der eingriffsfreie Hohlradbereich selbst - bei der Schwenkbewegung des Lagerrings sich möglichst radial bezüglich der Ritzelachse bewegt. Dadurch werden die Zahnköpfe von Ritzel und Hohlrad im eingriffsfreien Hohlradbereich gegeneinander zum Dichtkontakt beaufschlagt. Eine solche Bewegungsrichtung wird am besten erreicht, wenn die Schwenkachse bezüglich des eingriffsfreien Hohlradbereichs grob angenähert um einen rechten Winkel auf dem Umfang versetzt liegt. Andererseits muß die Schwenkachse aber auch so bezüglich der Resultierenden R der im Druckraum herrschenden hydraulischen Kräfte liegen, daß diese um die Schwenkachse ein Drehmoment erzeugt, welches die Annäherung der Zahnköpfe von Ritzel und Hohlrad im eingriffsfreien Hohlradbereich bewirkt. Die günstigste Lage für die Schwenkachse ist somit auf der Seite des Druckraums zwischen der Linie der Resultierenden R der hydraulischen Kräfte und dem dem eingriffsfreien Hohlradbereich zugeordneten Ringabschnitt des Lagerrings, wobei besonders bevorzugt die Schwenkachse der Linie der Resultierenden R näher als dem dem eingriffsfreien Hohlradbereich zugeordneten Ringabschnitt liegt.

Im Unterschied zu der eingangs beschriebenen bekannten Innenzahnradpumpe bedarf es somit keines auf den Lagerring wirkenden Druckfelds, durch das der Lagerring zusammen mit dem Hohlrad gegen die im Druckraum herrschenden Kräfte abgestützt ist, um den durch die Verzahnungsgeometrie gegebenen Dichtkontakt der Zahnköpfe im eingriffsfreien Hohlradbereich aufrecht zu erhalten. Vielmehr werden die im Druckraum herrschenden Druckkräfte selbst dazu herangezogen, über das Hohlrad den Lagerring um die Schwenkachse so zu schwenken, daß der eingriffsfreie Hohlradbereich nachgeführt und proportional zur Größe der herrschenden Druckkräfte der Dichtkontakt beibehalten wird.

Die Schwenklagerung des Lagerrings ist auf unterschiedliche Weise realisierbar, zum Beispiel durch an dem Lagerring selbst vorgesehene Lagerzapfen, die in entsprechende Ausnehmungen des Gehäuses eingreifen. Vorteilhafter und einfacher ist jedoch eine Schwenklagerung des Lagerrings durch einen im Gehäuse fixierten Lagerstift, der mit einem Teil seiner Umfangsfläche als Lagerfläche in einer Axialnut am Außenumfang des Lagerrings liegt. Da der Lagerring durch die im Druckraum herrschenden Kräfte bei der vorstehend als zweckmäßig geschilderten Ausführungsform mit der Axialnut gegen den Lagerstift gedrückt wird, ist die teilzylindrische Axialnut in ihren Abmessungen auf den Lagerstift so abgestimmt, daß eine möglichst gleichmäßige Flächenpressung auftritt. Der Lagerstift verhindert zugleich eine Drehung des Lagerrings in der Gehäusebohrung.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 und,

Fig. 2 einen Axialschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Innenzahnradpumpe umfaßt ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Gehäuse, das aus einem topfförmigen Gehäuseteil 11 und einem an dessen Stirnseite befestigten Gehäusedeckel 12 aufgebaut ist. In dem topfförmigen Gehäuseteil 11 ist eine Ritzelwelle 14 drehbar gelagert, auf der ein Ritzel 2 drehfest befestigt ist. Das Ritzel 2 kämmt mit einem Hohlrad 3, das in einem Lagerring 4 aufgenommen und darin drehbar gelagert ist. Das Ritzel 2 und das Hohlrad 3 sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht, relativ zueinander mit einer Exzentrizität e gelagert. Die Exzentrizität e, d. h. der Abstand zwischen der Ritzelachse und der Hohlradachse, entspricht der theoretischen Verzahnungsgeometrie von Ritzel und Hohlrad und setzt spiel freies Abwälzen bzw. Gleiten der Verzahnungen aneinander voraus. Die Verzahnungen des Ritzels 2 und des Hohlrads 3 kämmen in einer Weise miteinander, daß auf der linken Seite in Fig. 1 im Bereich der Trennlinie A die Zähne des Ritzels 2 voll in die Zahnlücken des Hohlrads 3 eingreifen und an den Zahnflanken anliegen, während sie auf der gegenüberliegenden, in Fig. 1 rechten Seite ganz aus den Zahnlücken des Hohlrads 3 ausgetreten sind. In diesem eingriffsfreien Hohlradbereich E stützen sich mehrere der Zahnköpfe des Ritzels 2 und des Hohlrads 3 (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils 3 Zahnköpfe) nacheinander im Verlauf der Umdrehung aufeinander ab. Die Zähnezahlen und die Geometrie der miteinander kämmenden Verzahnungen sind so gewählt, daß diese Art des Kämmens bewirkt werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zahnflanken als Evolventen-Kurven gebildet, wobei die Zahnköpfe zur Erzielung eines Wälz- und Gleitkontakts zum Zweck der Abdichtung gerundet sind. Die Zähnezahl des Hohlrads 3 unterscheidet sich von derjenigen des Ritzels 2 um 1.

Bei der Drehung des Ritzels 2 in der durch Pfeil angedeuteten Richtung vergrößert sich der frei werdende Zahnlückenraum, ausgehend von dem vollen Eingriff der Ritzelverzahnung in die Hohlradverzahnung über der Trennlinie A, zunehmend bis zum Erreichen des aus Fig. 1 ersichtlichen Zustandes beim erneuten Überschreiten der Trennlinie A (auf der rechten Seite in Fig. 1). Hierdurch ist über der Trennlinie der Saugraum S der Innenzahnradpumpe gebildet. Unter der Trennlinie verringert sich der freie Zahnlückenraum wieder zunehmend, so daß dadurch der Druckraum D gebildet ist. In Fig. 1 sind der Saugraum S und der Druckraum D in ihrer Projektion angedeutet; es versteht sich jedoch, daß der Saugraum S und der Druckraum D sich jeweils in Umfangsrichtung innerhalb der Verzahnung erstrecken.

Der Lagerring 4 ist in einer Gehäusebohrung 15 des topfförmigen Gehäuseteils 11 mit einem Radialspiel von etwa 0,2 mm aufgenommen. Die Wand der Gehäusebohrung 15 wird teilweise von einem Lagerstift 16 durchsetzt, der in den Boden der Gehäusebohrung 15 fest eingepreßt ist. Mit dem über die Wand der Gehäusebohrung 15 überstehenden weitgehend halbzylindrischen Teil des Lagerstifts 16 ist dieser in einer axial gerichteten Nut 17 des Lagerrings 4 aufgenommen. Die Axialnut 17 ist der Form des Lagerstifts 16 angepaßt und ebenfalls teilzylindrisch.

Der in die Axialnut 17 eingreifende Lagerstift 16 bildet für den Lagerring 4 eine zu den Achsen von Ritzel 2 und Hohlrad 3 parallel verlaufende Schwenkachse, um welche der Lagerring 4 im Rahmen des zur Verfügung stehenden Radialspiels in der Gehäusebohrung 15 schwenkbar ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt diese Schwenkachse in einem Quadrant des Lagerrings 4, der sich zwischen dem eingriffsfreien Hohlradbereich E und der Mitte des Druckraums D erstreckt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Schwenkachse in einem Winkelabstand von etwa 80° von dem Scheitelpunkt des eingriffsfreien Hohlradbereichs E. In diesem Scheitelpunkt stehen zwei Zähne von Ritzel und Hohlrad mit ihren Zahnköpfen weitgehend zueinander ausgerichtet aufeinander.

Die Wirkungsweise der Innenzahnradpumpe gemäß den Fig. 1 und 2 ist folgende:
Bei Drehung des Ritzels 2 in der gezeigten Drehrichtung wird Fördermedium durch einen nicht gezeigten Saugkanal in den Saugraum S zwischen den Verzahnungen des Ritzels 2 und des Hohlrads 3 eingefördert. Aus dem Druckraum D wird das Fördermedium mit erhöhtem Druck durch einen nicht gezeigten Druckkanal gedrückt. Der diesbezügliche Aufbau einer Innenzahnradpumpe ist hinreichend bekannt und bedarf daher hier keiner gesonderten Erläuterung.

Die im Druckraum D herrschenden Druckkräfte zwischen den miteinander kämmenden Verzahnungen wirken längs einer Resultierenden R so, daß das Hohlrad 3 sich von dem Ritzel 2 zu entfernen sucht, d. h. es besteht die Neigung, daß der aufgrund der Verzahnungsgeometrie vorhandene Kontakt zwischen den Zähnen von Ritzel 2 und Hohlrad 3, insbesondere der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen in dem eingriffsfreien Hohlradbereich E, verloren geht. Die durch den Lagerstift 16 bzw. dessen Eingriff in die Axialnut 17 gebildete Schwenkachse des Lagerrings 4 liegt jedoch dem eingriffsfreien Hohlradbereich E näher als die Linie der Resultierenden R. Da die Resultierende R über das Hohlrad 3 auf den Lagerring 4 wirkt, entsteht somit ein Drehmoment um die Schwenkachse 16, 17 in Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn. Durch dieses Drehmoment wird der Lagerring 4 um die Schwenkachse 16, 17 geschwenkt, wodurch der dem eingriffsfreien Hohlradbereich E entsprechende Ringabschnitt annähernd radial bezüglich der Ritzelachse und zu dieser hin bewegt wird. Folglich werden in dem eingriffsfreien Hohlradbereich E die Zahnköpfe von Ritzel 2 und Hohlrad 3 mit einer der Größe der Resultierenden R proportionalen Kraft gegeneinander bewegt. Dadurch ist der Dichtkontakt in diesem Verzahnungsbereich druckproportional aufrecht erhalten.

Der Lagerring 4 weist an einer Stelle, die dem Scheitelpunkt des eingriffsfreien Hohlradbereichs E zugeordnet ist, eine weitere Axialnut 18 mit einem Rechteckquerschnitt an seinem Außenumfang auf. Dieser Axialnut 18 ist in dem Boden der Gehäusebohrung 15 eine Aufnahmebohrung 19 zugeordnet, in der eine Haarnadelfeder 20 gehalten ist. Die Haarnadelfeder 20 ragt in die Axialnut 18 und belastet den Lagerring 4 radial so, daß die Zähne des Hohlrads 3 in dem eingriffsfreien Hohlradbereich E mit ihren Zahnköpfen gegeneinander gedrückt werden. Diese Belastungsrichtung entspricht weitgehend der Bewegungsrichtung, die der Lagerring 4 infolge der Schwenkbewegung um die Schwenkachse 16, 17 ausführt. Die Kraft der Haarnadelfeder 20 kann relativ gering gehalten werden, da sie lediglich dazu dient, den notwendigen Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen in dem eingriffsfreien Hohlradbereich E beim Anlaufvorgang der Innenzahnradpumpe zu gewährleisten, d. h. zu einer Zeit, in der im Druckraum D noch kein Betriebsdruck aufgebaut ist und daher auch noch keine Druckkräfte wirken.

Die Lage und Richtung der Resultierenden R ist weitgehend vorherbestimmbar und entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 eingezeichneten. Der Druckaufbau in dem Druckraum D läßt sich in bekannter Weise durch Vorfüllschlitze an den Zähnen von Ritzel 2 und/oder Hohlrad 3 beeinflussen, so daß z. B. über die Zahnlücken des Druckraums D hinweg ein weitgehend gleicher Druck besteht. In diesem Fall steht die Resultierende R senkrecht auf der in Fig. 1 ausgezogen dargestellten Linie, die den Scheitelpunkt des eingriffsfreien Hohlradbereichs E mit dem Ritzelzahn bei vollem Eingriff in eine Zahnlücke des Hohlrads verbindet.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausbildung der Innenzahnradpumpe gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es grundsätzlich möglich, anstelle der für Ritzel und Hohlrad gewählten Evolventenverzahnung mit abgerundeten Zahnköpfen eine Trochoiden- oder Zykloidenverzahnung zu wählen. Weiterhin kann die Innenzahnradpumpe, insbesondere bei höheren Betriebsdrücken, in bekannter Weise mit axialen Druckplatten ausgestattet sein. Schließlich kann an dem Lagerring 4 auch spiegelbildlich zu der Trennlinie A eine der Axialnut 17 entsprechende Axialnut vorgesehen sein für den Fall, daß die Innenzahnradpumpe für beide Drehrichtungen des Ritzels 2 ausgelegt sein soll. In diesem Fall würde der Lagerstift 16 entsprechend versetzt im Gehäuse 1 angeordnet sein.

Claims (7)

1. Füllstücklose Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuse (1) einem in einer Bohrung (15) des Gehäuses quer zu seiner Achse bewegbar, jedoch undrehbar aufgenommenen Lagerring (4), einem in dem Lagerring umlaufend gelagerten innenverzahnten Hohlrad (3) und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel (2), 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 (E), andererseits, einen Saugraum (S) und einen Druckraum (D) der Verzahnung definieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (4) relativ zu der Bohrung (15) um einen zu seiner Achse parallele Schwenkachse (16,17) schwenkbar ist und daß die Schwenkachse derart angeordnet ist, daß der dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E) zugeordnete Ringabschnitt des Lagerrings (4) durch die im Druckraum (D) auf das Hohlrad (3) wirkenden Druckkräfte zumindest annähernd radial zur Ritzelachsel hin bewegt wird.

2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (16,17) auf der Seite des Druckraums (D) zwischen der Linie der Resultierenden (R) der Druckkräfte und dem dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E) zugeordneten Ringabschnitt des Lagerrings liegt.

3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse näher an der Linie der Resultierenden (R) als an dem dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E) zugeordneten Ringabschnitt liegt.

4. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse am Außenumfang des Lagerrings angeordnet ist.

5. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse durch einen gehäusefesten Lagerstift (16) gebildet ist, der mit seiner Umfangsfläche teilweise in einer Axialnut (17) der Außenumfangsfläche des Lagerrings aufgenommen ist.

6. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E) zugeordnete Ringabschnitt radial zur Ritzelwelle hin federbelastet ist.

7. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E) zugeordnete Ringabschnitt am Außenumfang eine Axialnut (18) aufweist, in die eine am Gehäuse (1) abgestützte Biegefeder (20) eingreift.