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Hochdruck - Innenzahnradpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Innenzahnradpumpe, deren
Leckspalte zwischen den umlaufenden Zahnrädern und den feststehenden Teilen kompensiert
sind und befaßt sich mit der Ausgestaltung der an der Abdichtung des Hochdruckraumes
beteiligten Teile.
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Die Pumpe besteht im wesentlichen aus einer einteiligen oder zweiteiligen
außenverzahnten Ritzelwelle, einem innen verzahnten Hohlrad, einem kommaförmigen
Füllstück, welchcs beweglich ist und sich selbst zwischen den Kopfkreisen der Zahnräder
und einem angeflachten, ansonsten aber zylindrischen Füllstückstift zentriert, der
in Bohrungen in den seitlichen Gehäuseteilen drehbar gelagert ist.
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Das Hohlrad ist druckseitig zu etwas mehr als 900 von einer Lagerschale
zentriert, die in Umfangsrichtung vom Gehäuse fixiert ist, in radialer Richtung
aber beweglich angeordnet ist, deren Lauffläche hydrostatisch entlastet ist und
auf deren Außenseite ein oder mehrere Kompensationsfelder einwirken, die die Lagerschale
auf die Außenradien der seitlichen Axialscheiben drücken, die ihrerseits auf der
Ritzelwelle gelagert sind. Der Lagerschale gegenüber hefindet sich eine Blattfeder,
deren Vorspannung gegen das Hohlrad so groß ist, daß in jedem Betriebszustand -
also auch bei drucklosem Umlauf - das Hohlrad an die Lagerschale gedrückt wird.
Die Vorspannung dieser Blattfeder ist jedoch geringer als die Vorspannung der radialen
Kompensationsfelder, so daß der Kontakt zwischen Lagerschale und Axialscheiben gewahrt
bleibt. Darüberhinaus befaßt sich die Erfindung mit der Anordnung und Ausgestaltung
des Füllstückstiftes.
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Hochdruck-Innenzahnradpumpen sind aus der Praxis und aus der Patentliteratur
bekannt. Das geringe Geräusch und der hohe Wirkungsgrad kompensierter Innenzahnradpumpen
ermöglichen diesen Konstruktionen ein breites Anwendungsfeld.
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Besonders bewährt hat sich die Hochdruck-Innenzahnradpumpe mit dem
schwimmenden, kommaförmigen Füllstück und dem schwimmellden Hohlrad. Diese Pumpe
hat jedoch den Nachteil des flankenspielfreien Ablaufs der Verzahnung. Die Verzahnungsfehler
verursachen eine Achsabstandsänderung und damit eine Lageänderung des Hohlrades.
Größere Fehler storen die Leckspaltkompensation. Bei dieser Konstruktion ist deshalb
eine hohe Verzahnungsgenauigkeit Voraussetzung eines störungsfreien Betriebes.
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Will man bei einer derartigen Konstruktion zwischen dem Ritzel und
dem Hohlrad Flankenspiel haben, um die Verzahnungsfehler ausgleichen zu könllon,
ohne eine Achsabstandilirlderung in Kauf nehmen zu müssen, so muß verhindert werden,
daß die radiale Oberkompsation das Hohlrad in die Verzallnung der Ritzelwelle drückt.
Dies kann vermieden werden durch eine beidseitige Abstützung der Lagerschale auf
den Außenradien der seitlichen Axialscheiben. Nur ist bei dieser Konstruktion die
eindeutige Lagerung des Hohlrades in der Lagerschale nicht gewährleistet, da der
Umfassungswinkel zu klein ist und das Hohlrad bei drucklosem Umlauf auf die Flanken
der Ritzelwelle gezogen wird.
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Erst bei hohem Druck wird das Hohlrad nach außen gedrückt, wenn das
von innen mit Druck beaufschlagte Feld größer ist als das Entlastungsfeld zwischen
Hohlrad und Lagerschale. Besonders unangenehm ist der Zwischenzustand bei niedrigem
Druck. Hierbei entspricht die zum Hohlradmittelpunkt wirkende Kraft, die sich als
Resultierende von Reibung am Hohlrad und Zahnkraft ergibt, der Kraftdifferenz des
äußeren und des inneren Druckfeldes am Hohlrad. Die Folge ist eine unbestimmte und
wechselnde Lage des Hohlrades mit Geräusch und Verschleiß.
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Durch die Erfindung wird dies vermieden und dabei noch eine Reihe
von Vorteilen wirtschaftlicher und funktioneller Art erzielt. Der Aufbau der erfindungsgemäßen
Konstruktion ergibt sich aus den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen.
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Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt längs der Linie I - 1 unter Weglassung
der Axialscheibe und mit Darstellung der Lagerschale mit den Kompensationsfeldern
im Schnitt.
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Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt der Linie II - II in der Fig.
1.
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Die 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie III - III in der Fig.
4 unter Weglassung der Zahnräder und mit Darstellung der L.lgerschale mit den Kompensationsfeldern
im Schnitt.
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Die Fig. 4 einen Längsschnitt längs der Linie IV - IV in der Fig.
3.
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Die Fig. 5 zeigt die Ausführung u. Montage der einfachsten Form der
Füllstückstifte im Schnitt längs der Linie V - V in der Fig. 3.
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Die Fig. 6 zeigt in größerem Maßstab einen Querschnitt der Lagerbüchse
und Axialscheibe, wie sie auch in der Fig. 3 dargestellt ist.
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Die Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Lagerbuchse mit der Halbschale gem.
Ansicht VII in der Fig. 6.
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Die Fig. 8 zeigt die Ansicht der Lagerbüchse mit der Halbschale gem.
Ansicht VIII in der Fig. 6.
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Die Fig. 9 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie V - V in der
Fig. 3. Die Fig. 9 stellt eine Alternative zur Losung nach Fig. 5 dar.
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In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Pumpe im Querschnitt längs
dur Linie I - I der Fig. 2 dargestellt. Der besseren Darstellung wegen wurde die
Axialscheibe 4 weggelassen.
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Di Ritzlslwelle 1 ist auf beiden Seiten des Ritzels mit ihren Lagerzapfen
in den Lagerbüchsen 6 und 7 in den Gexliustdeckeln 8 und 9 drehbar gelagert. Das
Hohlrad 2 kämmt mit der Ritzelwelle 1 und zwischen den beiden Kopfkruiscn befindet
sich das kommaförmige Füllstück 3, das am angeflachten, aber ansonsten zylindrischen
Füllstück stift 71 anliegt. Damit kann sich dieses Füllstück 3 frei einstellen und
optimal dichten. Das Hohlrad 2 wird von der Lagerschale 1o geführt, die in einer
Ausnehmung des Gehäuse-Mittelteiles 11 radial beweglich angeordnet ist.
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Auf den Außenradius dieser Lagerschale 1o wirken zwei Kompensationsfelder,
die als Gummiformteile 12, 13 ausgebildet sind und deren Raum bzw. Flächengröße
durch die Nutbreite im Gehäuse-Mitte lteil 11 und durch zwei härtere Ausgleichstücke
14, 15 begrenzt ist. Die Kompensationsfelder stehen über die Hohlradbohrungen 16
und die Bohrungen 17 in der Lagerschale lo mit dem Druckraum in Verbindung.
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Die Gum.miformteile 12, 13 haben eine Federvorspannung, so daß sic
bereits bei drucklosem Umlauf die Lagerschale lo gegen das Hohlrad 2 bzw. gegen
die seitlich angeordneten Axialscheiben 4 und 5 drücken. Die Axialscheiben 4 und
5 legen sich auf den Zapfen der Ritzelwelle 1 an und werden durch den Evillstückstift
71, der die Axialscheiben durchdringt, in ihrer Lage fixiert. Die Bohrungen 17 in
der Lagerschale lo sind in ihrer Größe so bemessen, daß die Kompensationsfelder
12, 13 in jeder Lage des Hohlrades 2 mit dem Druckraum in Verbindung stehen und
daß das hydrostatische Entlastungsfeld zwischen Hohlrad 2 und der Lagerschale 1o
etwas kleiner ist als das von innen auf das Hohlrad 2 wirkende Druckfeld.
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Die resultierende Kraft der beiden Kompensationsfelder 12 und 13 muß
immer größer sein als das von innen auf das Hohlrad wirkende Druckfeld. Da zwischen
der Verzahnung der Ritzelwelle 1 und dem Hohlrad 2 Flankenspiel sein soll, muß die
Federkraft F1 der Blattfeder 18 in jedem Falle kleiner sein als die Federkraft F2
der Gummiformteile 12 und 13. Durch die Bedincjurigen ist gewährleistet, daß in
jedem Betriebszustand das iiohlrad 2 in der Lagerschale lo geführt ist und die Lagerschale
lo sich über die Axialscheiben 4 und 5 nach der Ritzelwelle 1 ausrichtet. Die Spalten
am Füllstück 3 verändern sich somit auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen
kaum.
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Die Blattfeder 18 ist ebenso wie die Lagerschale lo in einer breiten
Nut des Gehäuse-Mittelteiles 11 geführt.
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Bevorzugt besteht diese Blattfeder 18 aus einem ebenen Blättchen aus
Federstahl, das erst durch den Einbau in den Gehäuse-Mittelteil 11 bevorzugt elastisch
gekrümmt wird, wobei die Krümmung nach Einbau des Hohlrades 2 weitgehend mit der
des Hohlrades 2 übereinstimmt, daß die Federkraft F1 im Betriebsbereich der Pumpe
über hydrodynamische Kräfte übertragen wird.
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Eine weitere Ausnehmung 19 wird als Leitkanal für den angesaugten
Ölstrom genützt. Damit kann die Beftllung der Zahnlücken beidseitig erfolgen.
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Von erheblichem wirtschaftlichen Nutzen ist, daß die Nuten für den
Leitkanal 19, für die Blattfeder 18, für die Lagerschale lo und für die Kompensationsfelder
12 und 13 in einem Arbeitsgang gesintert oder geräumt werden konnen.
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Die Fig. 2, die ein Längsschnitt der Kons4truktion nach Fig. 1 darstellt,
zeigt den dreiteiligen Gth7useaufbau, wobei noch zu bemerken ist, daß die gegenseitig(}
Fixierung der Teile iC, 9 und 11 über die Zentrierhülsen 20, 21 erfolgt. Die Iüii
trung d<'s blstromes auf der Saug- und Druckseite wird durch die Strömungspfeile
verdeutlicht. Die Konstruktion hat w:<r auf beiden Seiten der Zahnräder 1 und
2 je eine Axialscheibe 4 und 5, wovon jedoch nur die Axialscheibe 5 durch ein axiales
Druckfeld im Gehäusedeckel 9 an die Zahnräder 1 und 2 angedrückt wird. Dieses Kompensationsed
i-;l durch ein Gummiformteil 22 zum Saugraum abgedichtet und steht über die Bohrung
23 mit dem Druckraum in Verbindung.
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Allerdings muß das Druckfeld zwischen der Axialscheibe 4 und dem Gehäusedeckel
8 in diesem Falle kleiner als das Kompensationsfeld entsprechend dem Formteil 22
sein, damit diese Axialscheibe 4 nicht abschwimmt.
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Die Lagerschale lo ist breiter als das Hohlrad 2 und liegt auf den
Axialscheiben 4 und 5 auf. Da das Gehäuse-Mittelteil 11 breiter als das Hohlrad
2 und die notwendige Breite der Gummiformteile 12 und 13 ist, muß die Nut mit stützenden
Teilen, den sogenannten Ausgleichsstücken 14 und 15 ausgefüllt sein. Diese dürfen
nicht dichten, sondern müssen lediglich verbinden, daß sich die Gummi formteile
12 und 13 ausdehnen. Bevorzugt wird für diese Teile Kunststoff oder Sintermaterial.
In der Fig. 3 ist im wesentlichen die Axialscheibe 24 dargestellt. Gehäuse-Mittelteil
11, Blattfeder 18, Lagerschale lo und die Gummiformteile 12, 13 entsprechen der
Ausführung gemäß der Fig. l. Die gestrichelte Kontur 51 zeigt das axiale Kompensationsfeld
im Gehäusedeckel 49.
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Die Durchbrüche 26 und 27 dienen der Ölführung zum Kompensationsfeld
und zum Druckausgang 28 der Pumpe. Die Bohrung 29 ist sehr klein bemessen, so daß
die nicht ganz gefüllten Zahnlücken der Ritzelwelle 1 gedrosselt aufgefüllt werden.
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Ober den Verbindungsschlitz 3o im Füllstück 3 erfolgt auch einc gedrosselte
Auffüllung der Hohlradlücken. Die Lage der Bohrung 31 definiert den Ort, ab dem
die Hohlradlücken unter vollem Betriebsdruck stehen und damit die Größe des inneren
Druckfeldes am Hohlrad 2. Die Bohrungen 32 ui:d 33 girantieren, daß an diesem Ort
die Hohlradlücken noch mit tltm Saugraum in Verbindung stichen. Sie verhindern ein
::u 31(!PJ{S inneres Druckfeld und d;imit ein Abschwimmen des ISJh lrades 2. Die
Bohrung 34 dient zur Aufnahme einer tahfer, deren Funktion in der Fig. 5 genauer
dargestellt ist. In der Axialscheibe 24 befindet sich im Ansaucbereich der Verzahnung
eine Nut 35, die das überschüssige Öl aus dem Lager der Ritzelwelle 1 absaugt.
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Die Fig. 4 stellt einen Längsschnitt der Konstruktion nach Fig. 3
dar. Im Unterschied zur Konstruktion nach Fig. 1 und Fig. 2 besteht die Ritzelwelle
aus der Welle 36 und dem Ritzel 37. Das Ritzel 37 sitzt z. B. durch eine Schrumpfpassung,
eine Kerbverzahnung oder durch ein Fügemittel axial und verdrehfest auf der Welle
36. Zwischen Welle 36 und Ritzel 37 ergibt sich ein axialer Einstich 38 zur Aufnahme
einer halbschalenförmigen Lagerbüchse 39, 40, auf dr sich die relativ dünnwandige
gestanzte Axialscheibe 41, 42 abstützt. Diese Lösung gestattet die Verwendung von
siege- und Stanzteilen aus billigem mit Bronze oder Bronze - PTFE - beschichtetem
Stahlblech für die Axialscheiben 41, 42, ohne deren Lagerung auf der Welle 36 zu
verschlechtern.
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Darüberhinaus kann der belastete Teil der Lagerbüchsen das Biegemoment
auf die Welle 36 und die Kantenpressung der Lager 43, 44 reduziert wird. Der einfacheren
und genaueren Herstellung wegen, aber auch wegen der Verwendung dieser Pumpen als
Mehrstrompumpen muß die Bohrung für die Lagerbüchse 44 durchge hend sein. Dies bedeutet,
daß die Bohrung wieder durch ein Teil verschlossen werden muß.
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Sowohl bei der Konstruktion nach Fig. 2 als auch bei der nach Fig.
4 wird hierzu ein Blechteil 45 benützt, dcsscri Innenseite zur Geräuschdammung mit
einem Schaumstoff 46, wie z. B. Polyurethan, ausgeschäumt ist.
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Die Fig. 5 zeigt den Füllstückstift 71 gemäß der Schnittlinie V -
V in der Fig. 3. Der hydraulische Druck drückt das Füllstück 3 gegen die Anflachung
des Ftllstückstiftes 71. Diese Kraft wird über Büchsen 47, 48 in den Gehäusedeckeln
49, 50 auf diese übertragrri. An sich verhindert schon die Vorspannung der Gummiformteile
12, 13 gemäß der Fig. 1, daß die Reibungskräfte am Füllstück 3, bei druckiosem Umlauf,
dieses in Drehrichtung mitnehmen.
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Trotzdem ist es zweckmäßig, einen Federstab 51 so zwischen Füllstück
3 und den Axialscheiben 24, 25 zu verspannen, daß das Füllstück 3 durch die Federkraft
am Füllstückstift 71 angedrückt wird. Die Axialscheiben 24, 25 werden gleichzeitig
von den Büchsen 47, 48 in Umfangsrichtung fixiert.
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Das Langloch 52, 53 garantiert die zwangslose Einstellung der Axialscheiben
auf die Ritzelwelle. Die Bohrung im Gehäusedeckel 50 ist nach außen durchgeführt,
so daß nach erfolgter Montage ein Füllstückstift 71 optimaler Dicke von außen eingeführt
werden kann. Die Gummiformteile 12, 13 sorgen für eine eindeutige Auflage der Lagerschale
lo auf den Axialscheiben 4, 5, 24, 25, so daß bei Spiel zwischen Füllstück 3 und
den Kopfkreisen der Zahnräder der Füllstückstift 71 leicht angehoben werden kann
und der Kraftaufwand sehr groß wird, wenn der Füllstückstift 71 zu dick ist. Nach
Montage des Füllstückstiftes 71 wird die Bohrung durch das Verschlußelement 54 verschlossen.
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Die Fig. 6 zeigt als Ausschnitt die Lagerpartie der Axialscheibe gemäß
der Fig. 3 in größerem Maßstab und die Fig. 7 und 8 die dazu gehörenden Ansichten
in Blickrichtung VII bzw. VIII.
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Die Lagerbüchse 43 für die Welle 36 ist bündig in den Gehäusedeckel
49 eingepresst. Die entlastete Zone dieser Lagerbüchse 43 ist auf einen Winkel von
etwa 1800 teilweise ausgespart, so daß eine halbschalenförmige Lagerbüchse 39 Platz
findet, die auch in einen axialen Einstich eingreift, der durch das Ritzel 37 und
die Welle 36 gebildet wird. Durch diese Halbschale 39 wird die radiale Uberkompensation
über die Axialscheibe 24 auf die Welle 36 übertragen.
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Ein Ausschnitt 57 in der Lagerbüchse 39 in Verbindung mit einem Nocken
55 der Axialscheibe 24 und der Stoß 56 übernimmt die axiale und radiale Arretierung
dieser Lagerbüchse 39.
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In dieser Konstruktion können alle Gleitlager 24, 39, 43 aus beschichtetem
Stahlblech gefertigt werden, so daß z. B.
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auch bei Beschichtung mit PTFE ein Einsatz bei Presswasser nicht problematisch
ist. Die Beschreibung gilt ebenso für die Ausbildung der Lagerung auf der Gegenseite.
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Die Fig. 9 zeigt als Alternative zum Selektieren gemäß Fig. 5 den
einstellbaren Füllstückstift 58. Hierbei drückt der Füllstückstift 58 durch axiales
Verschieben das Füllstück 59 mehr oder weniger in den Druckraum, so daß das Spiel
zwischen den Kopfkreisen der Zahnräder kleiner oder großer wird. Wichtig ist, daß
auf das Füllstück 59 keine Seitenkomponente einwirkt, da sonst das Gleichgewicht
der axialen Kräftekompensation gestört wird, d. h. die Anflachung des Füllstückstiftes
58 muß genau parallel der Getriebeachsen sein. Deshalb werden erfindungsgemäß die
beiden Aufnahmebohrungen 60, 61 mit den Büchsen 62, 63 in den Gehäusedeckeln 64,
65 um den Betrag A zueinander versetzt.
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Die Büchsen 62, 63 sind beidseits konisch ausgedreht, um d¼e Flächenpressung
zu reduzieren und um die freie Einstellbarkeit zu garantieren. Bei Spielverkleinerung
des Füllstückes 59 wird die Gewindespindel 66, mit der Kontermutter 67 gesichert
und mit dem O-Ring 68 abgedichtet, nach innen gedreht und schiebt den Füllstückstift
58 entgegen der Feder 69 mit dem Federteller 70 nach innen.
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L e e r s e i t e