DE3444859A1

DE3444859A1 - Rotationszellenpumpe fuer hydrauliksysteme

Info

Publication number: DE3444859A1
Application number: DE19843444859
Authority: DE
Inventors: Siegfried 5608 Radevormwald Hertell
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-08
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE3444859C2

Description

"Rotationszellenpumpe für Hydrauliksysteme"
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe für Hydrauliksysteme.
Sie ist besonders für den Betrieb von hydraulischen Antrieben geeignet, bei denen die Antriebsdrehzahl der Pumpe häufig wechselt, ohne daß entsprechender größerer oder kleinerer Bedarf besteht.
Dabei sollen die Hydraulikaggregate auch bei niedrigen Pumpendrehzahlen in der Lage sein, den erforderlichen Betriebsdruck aufzubauen und die für den Bedarf erforderliche Ölmenge zu fördern. Das bedeutet, daß bei hohen Drehzahlen eine nicht benötigte Ölmenge gefördert wird.
Bekannte Hydrauliksysteme an Kraftfahrzeugen umgehen diese Schwierigkeiten dadurch, daß die Pumpe beispielsweise über eine elektrisch betätigte Kupplung nur bei Bedarf mit ihrem Antrieb verbunden ist oder der Antrieb durch einen nur bei Bedarf in Gang gesetzten Elektromotor erfolgt. Bei aufwendigen Systemen arbeitet die Pumpe in einen Druckspeicher und wird über eine Maximum-Minimum-Regelung betrieben.
Einfacher arbeitende Konstruktionen wurden versucht, bei denen der bei fehlendem Bedarf sich aufbauende Gegendruck im Auslaßteil zur Begrenzung der Förderung benutzt wurde.
Eine solche Lösung erfordert einen erheblichen technischen Aufwand und ist störanfällig.
Die Erfindung geht aus von der Zahnradpumpe nach der DE-OS 30 05 656. Die DE-OS 30 05 656 beschreibt eine Zahnradpumpe, bei der die aufgezeigten Probleme durch eine Drosselstelle in der Saugleitung und ein Rückschlagventil in der Druckleitung gelöst werden sollen. Diese Pumpe erfüllt jedoch nicht die erwartete Funktion der Reduzierung der Antriebsleistung, wobei zu bemerken ist, daß die Saugdrosselung entgegen der Lehre der DE-OS zur Reduzierung der Antriebsleistung nicht geeignet ist, da die gezeigte Pumpe infolge starker Kavitation betriebsuntauglich ist. Nach der DE-PS 32 31 878 soll auf der Saugseite einer Pumpe eine den Saugstrom mindernde, mechanisch angetriebene Scheibe angebracht werden, um eine Förderstrom-Kennlinie zu erhalten, die mit steigender Drehzahl abnimmt. Diese Lehre ist indes nur auf Radialkolbenpumpen anwendbar, die in der DE-PS beschrieben sind. Für Rotationszellenpumpen, insbesondere Zahnradpumpen versagt diese Lehre aus den angegebenen Gründen.
Durch die DE-OS 33 19 000 wird eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen, in deren Einlaß- eine Drossel und in deren Auslaßkanälen Rückschlagventile vorgesehen sind. Diese Flügelzellenpumpe kann,nicht mit hoher Drehzahl im drehzahlunabhängigen Förderbereich betrieben werden, da die Pumpe nach kurzer Betriebsdauer zerstört wird.
Die in Anspruch 1 angegebene Erfinaung löst die techniscne Aufyabe, eine Zahnradpumpe so auszugestalten, daß sie bei vorgegebenem Betriebsdruck eine Förderkennlinie hat, die nur in den unteren Drehzahlbereichen stark drehzahlabhängig ist, in den oberen Drehzahlbereichen jedoch im wesentlichen nicht drehzahlashängig ist, mit der Folge, daß auch der Energieverbrauch der Pumpe der Fördermenge im wesentlichen proportional ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß nur Innenzahnradpumpen zur Lösung dieser Aufgabe geeignet sind.
Daher zeichnet sich die Lösung dadurch aus, daß zum einen aus der großen Zahl der Rotationszellenpumpen die Zahnrad- pumpen ausgewählt sind, deren beim Rotationsumlauf pulsierend größer und kleiner werdenden Zellen relativ zueinander abgeschlossen bleiben, und daß ferner mehrere Auslaßkanäle vorgesehen sind, deren Öffnungen einen Abstand kleiner als die oder gleich der durch den Zahnradeingriff entstehenden Zellenteilung haben und durch Rückschlagventil gegenüber dem gemeinsamen Druckkanal verschlossen sind. Es werden also mehrere Auslaßkanäle in Drehrichtung hintereinanaer angeordnet und jeweils durch eine Ventilanordnung verschlossen, die so ausgebildet ist, daß die Druckzellen gegenüber dem Druckraum nur öffnen, wenn infolge der fortschreitenden Kompression der Betriebsdruck in der Zelle erreicht ist. Die Auslaßkanäle sind mit einer Winkelteilung angeordnet, die im wesentlichen der Zellenteilung entspricht oder kleiner ist. Dabei wird als Zellenteilung der Zentriwinkel bezeichnet, der eine Zelle umfaßt (Zellenteilung = 360C / Anzahl der Zellen). Die Verzahnung wird so ausgeführt, daß die Zähne im wesentlichen im ganzen Drehbereich, in dem sich die Kopfkreise überschneiden, miteinander in Eingriff sind.
Durch diese Ausführung wird eine Zahnraapumpe geschaffen, die nur bis zu einer bestimmten Drehzahl eine mit der Drehzahl ansteigende Förder- und Leistungscharakteristik hat.
Bei Überschreiten dieser Drehzahl weraen die umlaufenden Zellen nur teilgefüllt, und zwar nimmt die Füllung mit Erhöhung der Drehzahl ab. Nachteilige Folgen der dadurch entstehenden Kavitation und insbesondere die allgemein befürchtete Kavitationserosion werden vermieden durch die erfindungsgemäße Auswahl nur solcher Zahnradpumpen, die relativ zueinander aDgeschlossene Zellen haben, sowie durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Auslaßbereiches mit mehreren in Umfanysrichtung angeordneten Auslaßöffnungen, die aurch Rückschlagventile verschlossen sind. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung geraten die nur teilgefüllten Zellen erst dann mit den unter Druck stehenden Zellen und dem Druckraum in Verbindung, wenn der Druck der teilgefüllten Zelle den Systemdruck erreicht hat. Dadurch werden Kavitationsimplosionen vermieden.
Die Teilfüllung der Zellen im Einlaßbereich ergibt sich durch die dort stets vorhandene Drosselung des Einlaßkanals, die nur einen begrenzten Einlaß-Ölstrom zuläßt, der in der durch die Pumpendrehzahl vorgegebenen Füllzeit nicht zur vollständigen Füllung jeder Zelle ausreicht. Es können jedoch auch dem Einsatz- und Betriebszweck der Pumpe angepaßte Drosseln im Einlaßkanal eingesetzt werden. Insbesondere ist es in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung möglich, die Drossel einstellbar auszuführen, so daß man die Förderleistung der Pumpe dem jeweiligen Bedarf anpassen kann. Ebenso ist es vorteilhaft, eine derart verstellbare Drossel in einen Regelkreis einzubauen, durch den die Fördermenge konstant gehalten oder einem vorgegebenen Sollwert angepaßt wird.
Bei einer Ausführung der Erfindung, bei der ebenfalls die Füllung der Zellen drehzahlabhängig so dosiert wird, daß ab Erreichen einer bestimmten Drehzahl lediglich noch eine definierte Teilfüllung der Zellen erfolgt, mündet der Einlaß mit einer in Umfangsrichtung eng begrenzten Mündung in die Saugzellen, wobei der Einlaßkanal ebenfalls derart gedrosselt ist, daß bei der anstehenden Saugströmung nur ein begrenzter Ölstrom fließt. Drossel und Mündungsweite sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei dem anstehenden Saugdruck die jeweils in Saugstellung befindlichen Zellen eine Füllzeit zu ihrer vollständigen Füllung benötigen, die ab einer bestimmten Drehzahl der Pumpe nicht mehr zur Verfügung steht, so daß sämtliche Saugzellen von einer bestimmten Drehzahl an nur noch teilweise gefüllt werden.
Die präzise Unterbrechung des Saugstroms in die Saugzellen wird dadurch erreicht, daß die am Gehäuse gleitenden Zahnflächen die Mündung des Einlaßkanals zumindest annähernd, vorzugsweise positiv überdecken. Dadurch wird vermieden, daß ein Kurzschluß zwischen benachbarten Zellen entsteht.
Andererseits bestimmt die Länge dieser Zahnflächen in Umfangsrichtung auch die Weite der Einlaßöffnungen in Umfangsrichtung.
Die Auslaßkanäle können entweder in dem Rotor bzw. einem der Rotoren der Pumpe angeordnet sein. Sie werden dann radial bei Innenläuferpumpen nach innen und von dort axial durch die Rotorwelle nach außen yeführt. Die Auslaßöffnungen können auch im Gehäuse, bei Innenläuferpumpen also stationär angebracht sein. Sie haben dann vorzugsweise einen etwas geringeren Abstand als Zellenteilung auf dem Gehäuseumfang. Auch in dieser Ausführung können die Aus daß kanäle radial im Gehäuse angebracht sein und bevorzugt in einer gemeinsamen NormaleDene liegen.
Die Auslaßkanäle sind vorteilhaft radial angeordnet, liegen in einer gemeinsamen Normalebene und münden in einen Ringraum auf der Mantelfläche eines Innen- oder Außenzylinders.
In diesem Falle werden die Rückschlagventile vorteilhafterweise als ein einziges Band aus Metall oder Kunststoff ausgebildet, das auf bzw. in dem Zylindermantel liegt, an dem die Auslaßkanäle münden. Dieses Metall- oder Kunststoffband ist als geschlossener Ring ausgeführt. In diesem Fall besteht eine Durchmesserdifferenz zwischen dem Durchmesser des Bandes und dem Durchmesser des Außen- bzw. Innenzylinders, an dem die Auslaßkanäle austreten. Das Band läuft daher um und liegt vollständig dichtend nur an der Auslaßöffnung eines Auslaßkanals an.
In einer anderen Ausführung ist das Band als nichtgeschlossener Ring ausgeführt, der den Außenzylindermantel mit den Öffnungen der Auslaßkanäle elastisch umklammert bzw. sich in den Innenzylindermantel mit den Auslaßöffnungen elastisch einschmiegt. Durch den in den Auslaßöffnungen anstehenden Druck wird das Band gegen seine eigene Elastizität ausgelenkt.
Das Band kann auch neben der Normalebene liegen, in der die Auslaßbohrungen angeordnet sind und in diesem Falle sind die Ventilkörper seitlich an dem Band angebracht, z.B. in Form von seitlichen Lappen. Wenn die Auslaßbohrungen abwechselnd in der einen oder anderen Normalebene liegen, kann das Band zwischen beiden Normalebenen liegen und mit einem seitlichen Lappen, d.h. mäanderförmig abwechselnd in die eine und in die andere Normalebene ragen.
Die Pumpe nach dieser Erfindung kann zur Speisung eines Hydrauliksystems dienen. In diesem Falle münden sämtliche Auslaßkanäle in einen gemeinsamen Druckraum, wobei die erfindungsgemäße Besonderheit darin besteht, daß die Auslaßkanäle nur dann öffnen, wenn der Druck in den Druckzellen mindestens gleich dem Druck in dem äußeren Druckraum ist. Es kann also nicht zu einer Implosion kommen.
Die Zellen, die nicht vollständig gefüllt sind und daher noch keinen Auslaßdruck aufgebaut haben, sind gegenüber dem Betriebsdruck verschlossen.
Es ist jedoch auch möglich, auf dem Umfang der Pumpe zwei oder mehr Druckräume vorzusehen. Diese Druckräume haben -der Natur der Rotationskolbenpumpen gemäß - sodann unterschiedliche Fördermengen und vorzugsweise auch unterschiedlichen Förderdruck. Es besteht hierdurch die Möglichkeit, mit nur einer einzigen Pumpe mehrere, zumindest aber zwei Betriebssysteme mit unterschiedlichem Druck und unterschiedlicher Fördermenge zu speisen, Ohne daß Energieverluste auftreten.
Ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpen ist eine Verzahnung, bei der sämtliche im Eingriffsbereich befindlichen Zähne dichtenden Kontakt miteinander haben. Als Eingriffsbereich wird in dieser Erfindung der Bereich bezeichnet, in dem sich die Kopfkreise teilweise überdecken.
Innenzahnradpumpen, die mit einer Sichel ausgestattet sind, haben dabei ihren Einlaßkanal vor der Sichel. Um eine gleichmäßige Füllung der Zahnräume zu erzielen und um die Füllung der Zahnlücken nicht nur durch die Drosselung, sondern auch durch Begrenzung der Füllzeit genau dosieren zu können, können auch zwei Einlaßkanäle im Bereich der Sichel jeweils für den Außenzahnkranz und für das Ritzel vorgesehen sein, wobei die Öffnungsweite dieser EinlaB-kanäle vorzugsweise kleiner als die Zahnteilung ist.
Besonders geeignet sind auch sog. Trochoidenpumpen, bei denen eine Art von Verzahnung in allen auf dem Umfang eines Innenrades gebildeten Zellen ständig im Eingriff ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Innenzahnradpumpe weist ein stationäres Außenrad auf, das einen geschlossenen Innenraum bildet. In diesem Innenraurn ist ein Rotor eingepaßt. Der Rotor füllt den gesamten durch den Kopfkreis der Außenverzahnung umschriebenen Innenraum aus.
Auf dem Rotor bzw. an dem Rotor ist in einer Aussparung das Innenzahnrad gelagert. Die Aussparung umschreibt wiederum den Kopfkreis der Verzahnung des Innenrades. Die Verzahnung des Innenrades kämmt in der Verzahnung des Außenrades bei Umlauf des Rotors. Stirnseitig'vor dem Rotor liegt eine Ölzufuhrkammer auf dem Drehkreis einer Drosselbohrung, die in den Rotor eingebracht ist. Diese Drosselbohrung steht wiederum mit der Verzahnung in Vernindung. Die Auslaßkanäle sind auf dem Umfang des Außenrades bzw. einem der GehäusedecKel mit einem derartigen Abstand verteilt, daß die durch die Verzahnung entstehenden Zellen stets einen Auslaß in dem gemeinsamen Druckraum haben.
Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe ist vorzugsweise durch eine mit wechselnden Drehzahlen arbeitende Verbrennungskraftmaschine, insbesondere den Motor in einem Kraftfahrzeug, angetrieben.
Ausführungsbeispiele: Bei der in Fig. 1 dargestellten Rotationszellenpumpe handelt es sich um eine doppelt wirkende Pumpe, die am Umfang zwei untere (21) und obere (22) Totpunkte aufweist.
Dabei wird hier die jeweilige Stelle der Bewegungsumkehrung der Pumpenflügel 2 als Totpunkt bezeichnet.
Das stationäre Gehäuse 5 hat einen ovalen Innenraum. In diesem ist auf Pumpenwelle 3 der kreiszylindrische Rotor 1 gelagert und drehend mit Drehrichtung 4 angetrieben. Der Rotor bildet in dem Innenraum des Gehäuses zwischen dessen Stirnabdeckungen (nicht dargestellt) zwei sichelförmige Kammern. Diese werden durch Flügel 2, die in Schlitzen des Rotors radial beweglich sind, in Zellen unterteilt, die mit dem Rotor umlaufen und bei einer Rotorumdrehung in jedem Hubbereich zwischen dem unteren Totpunkt 21 und dem oberen Totpunkt 22 volumengrößer werden, so daß in ihnen ein Unterdruck entsteht, und zwischen dem oberen Totpunkt 22 und dem unteren Totpunkt 21 wieder volumenkleiner werden und folglich die zuvor angesaugte Zellenfüllug komprimieren. Das Gehäuse 5 ist von einem Außenmantel 7 umgeben und bildet mit ihm einen ringförmigen Sammelraum 6.
Jeweils zwischen dem unteren Totpunkt 22 und dem in Drehrichtung 4 folgenden oberen Totpunkt 21 liegt Einlaß 10.
Zwischen dem oberen Totpunkt 21 und dem folgenden unteren Totpunkt 22 sind die Auslaßbohrungen 11, 12 hintereinander angebracht. Sie verlaufen im wesentlichen radial und münden in den Sammelraum 6, der in Form eines zylindrischen Ringes das Pumpengehäuse 5 umgibt.
Die Mündungen der Austrittsbohrungen 11, 12 im Sammelraum 6 sind durch ein federndes Metallband 14, vorzugsweise ein Band aus dünnem Federstahl abgedeckt, welches den Außenzylindermantel des Pumpengehäuses 5 federelastisch umklammert. An seinen Enden 17 und 18 weist das Band je ein Langloch 19 und 20 auf und ist mit Hilfe der in den Langlöchern 19 und 20 sitzenden Arretierungen 15 und 16 am Gehäuse längsbeweglich befestigt und gegen Verdrehung und Axialbewegung gesichert, jedoch so, daß die Funktion als Rückschlagventil sichergestellt ist.
Die in den Zufuhrleitungen 8 angeordneten Drosseln (nicht dargestellt) dienen der Anpassung der Fördercharakteristik an die Betriebsparameter, insbesondere Ölmengen- und Öldruckbedarf maximal und mindestens. Sie sina vorzugsweise einstellbar.
Die erfindungsgemäße Pumpenkonstruktion hat sich als zuverlässig arbeitendes, einfach aufgebautes Gerät erwiesen, bei dem die für den Stand der Technik beschriebenen Störungen zuverlässig vermieden werden.
Durch die Verwendung von Doppelflügeln, dünne aufeinander liegende Plättchen, wird erreicht, aaß die Flügel mit ihrer Gesamtbreite die Einlaßöffnungen 10 positiv überdecken, so daß kein Kurzschluß zwischen benachbarten Flügelzellen unterschiedlichen Drucks entsteht. Die Füllung einer Saugzelle hängt nun von der in der Zeiteinheit angesaugten Ölmenge und der zur Verfügung stehenden Füllzeit ab. Die in der Zeiteinheit angesaugte Ölmenge hängt von der nicht dargestellten Drossel in dem Einlaßkanal 10 ab sowie von dem entstehenden Vakuum der Saugzelle. Durch Einstellung der Drossel kann die in der Zeiteinheit geförderte Ölmenge beeinflußt werden. Die Förderzeit hängt zum einen von der Zellenteilung, zum anderen von der Drehzahl der Pumpe ab.
Die Drossel kann derart auf die geforderten Betriebsparameter eingestellt werden, daß sich bis zu einer bestimmten Drehzahl stets eine vollständige Füllung der Saugzellen ergibt und daß erst bei einer Überschreitung dieser Drehzahl nur eine teilweise Füllung eintritt. In diesem Falle wird der von einer Zelle angesaugte Ölstrom ohne Leistungsverlust abgeschnitten. In der nur teilgefüllten Zelle entsteht ein Unterdruck. Wenn diese Zelle in den Kompressionsbereich gerät, so muß zunächst dieser Unterdruck ausgeglichen werden. Dadurch, daß diese Zelle über einen gesonderten Auslaßkanal mit einem Rückschlagventil an dem Betriebsdruck anliegt, wird durch die über dem Drehwinkel stetige Veränderung des eingeschlossenen Zellenvolumens ein langsamer Druckaufbau erreicht, was Kavitationsschäden ausschließt. Erst wenn der Betriebsdruck in der Zelle mindestens erreicht ist, öffnet sich das Rückschlagventil.
Der Abstand der Auslaßkanäle sollte die Zellenteilung nicht übersteigen, da in diesem Falle Druckstöße auftreten können. Vorteilhaft ist es, wenn die Teilung der Auslaßkanäle kleiner ist als die Zellenteilung.
In Fig. 1 bis 3 sind Innenzahnwadpumpen gezeigt. Das Innenzahnrad 30 ist mit der Drehrichtung 31 angetrieben und nimmt dabei das Außenzahnrad 32 mit. Das Außenzahnrad 32 ist auf der Sichel 33 geführt, welche zwischen den Stirnwänden des Gehäuses 34 befestigt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind beidseits der Sichel Einlaßkanäle 8.1 und 8.2 vorgesehen. Es kann sich dabei auch um Nieren handeln, die sich über einen Teilumfang längs der Sichel erstrecken. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die Einlaßöffnungen 8.1 in Drehrichtung so weit vor dem Ende der Sichel enden, daß die den Einlaßkanal überdeckenden Zellen keinen Kurzschluß mit der Auslaßseite herstellen. Durch Anordnung der Einlaßkanäle beidseits der Sichel wird erreicht, daß die Zahnlücken beider Zahnräder gleich gefüllt werden.
Die Einlaßkanäle 8.1 und 8.2 können - wie hier dargestellt - in Umfangsrichtung so begrenzt sein, daß sie von den Zahnhälsen des Innen- bzw. Außenrades positiv überdeckt werden. Gleichzeitig befindet sich in den Einlaßkanälen 8.1 und 8.2 je eine nicht dargestellte Drossel. Hierdurch wird erreicht, daß nur eine begrenzte Füllzeit zur Verfügung steht, die von der Drehzahl abhängig ist.
Auf der Auslaßseite des Eingriffbereiches überschneiden sich die Kopfkreise des Innenrades und des Außenrades, so daß es zur Kompression kommt. Die Zahnlücken werden durch die Auslaßkanäle 35 entleert, die vom Grund jeder Zahnlücke ausgehend über ein Rückschlagventil in den Druckraum 6 einmünden. Der Druckraum 6 ist durch Kanal 29 an das Hydrauliksystem angeschlossen. Als Rückschlagventil dient wiederum ein Band, z.B. ein Metallband, Kunststoffband, das das Außenrad 32 infolge seiner Eigenelastizität eng anliegend umschließt. Mittels Niet 36 ist das Metallband dagegen gesichert, sich relativ zu dem'Außenrad 32 zu verdrehen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist im wesentlichen so ausgestaltet wie das Ausführungsbeispiel nach Fig; 1.
Unterschiedlich ist lediglich die Anordnung des Einlaßkanales 8, der hier auf der Einlaßseite im Bereich des Zahnradeingriffes liegt. Es ist hiermit - im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - das andere Extrem der Lage des Einlaßkanales gezeigt. Auch hier wirkt die Dosierung zum einen durch Drosselung und zum anderen durch die zeitweise, pulsierende Uberdeckung des Einlaßkanales durch die Zähne.
Die Innenzahnradpumpe nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ebenfalls durch die Position des Einlaßkanals 8, außerdem aber auch durch die Wirkungsweise. An der in Fig. 3 gezeigten Stelle entfaltet der Einlaßkanal die nach der Erfindung geforderte Wirksamkeit nur dann, wenn in ihm eine ausreichend starke Drossel enthalten ist, die den Saugstrom derart drosselt, daß nur eine Teilfüllung der Zellen erreicht wird. Nachteilig an dieser Position des Einlaßkanals 8 in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 ist, daß die Zellen des Innen- und des Außenrades - z.B. abhängig von der Einbaulage der Pumpe -unterschiedlich gefüllt werden, was allerdings ohne Auswirkung ist, da der Druck in den Zellen gleich ist.
Die Sichel 33 kann sich bis zu den Schnittpunkten der Kopfkreise erstrecken. Im vorliegenden Fall der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 3 bis 5 ist die Sichel 33 jedoch verkürzt.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Verzahnung erfindungsgemäß so ausgeführt, daß die Zähne des Außenrades und des Innenrades am Schnittpunkt der Kopfkreise unmittelbar dichtenden Kontakt erhalten, und daß auch über den gesamten Eingriffsbereich der dichtende Kontakt der miteinander kämmenden Zähne aufrechterhalten bleibt.
Es ist bei den erfindungsgemäßen Pumpen insbesondere auch möglich, die Drossel in Abhängigkeit von der Drehzahl zu steuern, und zwar beispielsweise so, daß bei Erreichen der Hälfte der maximalen Drehzahl eine zusätzliche Drosselung eingeschaltet wird, so daß die Füllung lediglich noch 50% beträgt. Das bedeutet, daß zwar bis zum Erreichen dieser Hälfte der maximalen Drehzahl zunächst ein Überschuß gefördert wird. Sobald die Drossel einfällt und der Füllungsgrad reduziert'wird, wird jedoch auch die Leistung entsprechend reduziert, so daß sich ab einer bestimmten Drehzahl entsprechend der Verminderung des Füllungsgrades eine verminderte, drehzahlabhängige Leistung und Fördermenge ergibt.
Mit Vorteil anwendbare Pumpen sind auch sog. Zahnringpumpen, z.B. mit Trochoidenverzahnung, wie sie in dem Buch von Backe "Grundlagen der Ölhydraulik'1, 4. Aufl. 1979, S.
127, 129, dargestellt sind. Bemerkenswert ist, daß Außenzahnradpumpen (a.a.o. S. 126) nicht verwendbar sind, da bei ihnen die Forderung, daß die umlaufenden Zellen in der Kompressionszone relativ zueinander und zum Druckraum abgeschlossen sind, nicht verwirklicht werden kann.
Die erfindungsgemäßen Pumpen sind vorteilhafterweise auch als Mehrkreispumpen zu verwenden, bei denen unterschiedliche Drucksysteme mit Ö1 gespeist werden. Dazu werden die Auslaßkanäle gruppenweise zusammengefaßt und mit den unterschiedlichen Drucksystemen verbunden.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4 bis 9 dienen dem Zweck, die geschilderten Merkmale der Erfindung weiter zu verdeutlichen.
Die Fig. 4 zeigt dabei eine erfindungsgemäße Trochoidenpumpe und die Fig. 5 bis 6 Ausgestaltungen einer derartigen Trochoidenpumpe hinsichtlich der Auslaßkanäle.
Bei der Trochoidenpumpe ist das Innenrad 1 auf der Welle 3 mit Drehrichtung 4 angetrieben. Die Besonderheit der Trochoidenverzahnung besteht darin, daß sämtliche Zähne des Innenrades 1 mit den Flanken der Trochoidenverzahnung des Außenrades 32 ständig in Eingriff sind. Das Außenrad 32 ist in dem Gehäuse 5 frei drehbar gelagert und von einem Sammelraum 6 umgeben. Das Innenrad 30 bildet mit dem Außenrad Einzelzellen, die bei Rotation fortlaufend größer und sodann wieder kleiner werden. Jede dieser Zellen ist durch einen von dem Zahngrund des Außenrades 32 ausgehenden Kanal a bis i mit dem Druckraum über ein Rückschlagventil verbunden. Als Rückschlagventil dient wiederum ein federndes Band 14, das hier als geschlossener Ring dargestellt ist. Es sei hinzugefügt, daß dieser Ring, da er geschlossen ist, etwas größer als der Außenmantel des Außenrades 32 ist. Der Ring 14 führt daher eine Taumelbewegung um den Außenmantel aus und verschließt dabei die Auslaßöffnungen a bis i, wobei seine Taumelbewegung von den Druckverhältnissen in den Kanälen bzw. in dem Sammelraum bestimmt wird. Mit 29 ist der gemeinsame Auslaßkanal des Sammelraums 6 bezeichnet.
Die Füllung der einzelnen Zellen erfolgt über den Einlaßkanal 10, der achsparallel kurz vor dem oberen Totpunkt, d.h. dem Umfangsbereich des größten Zellenvolumens von der Seitenwand her in das Gehäuse mündet. In diesem Einlaßkanal 10 liegt eine Drossel, die hier nicht dargestellt ist.
Es sei erwähnt, daß der axiale, in Umfangsrichtung begrenzte Einlaß auch durch eine Niere ersetzt werden kann, wobei dann jedoch eine stärkere Drosselung erforderlich ist. Die Niere 37 ist in Fig. 6 gestrichelt eingezeichnet.
Hervorstechendes Merkmal der Trochoidenpumpe nach Fig. 5 ist, daß jeder Aulaßkanal A bis I durch ein Rückschlagventil gegenüber dem gemeinsamen Ölsammelraum abgeschlossen ist und daß auch die einzelnen entstehenden Zellen im Druckbereich in Umfangs richtung relativ gegeneinander verschlossen sind. Hiermit wird es möglich, die Pumpe drehzahlabhängig nur mit einer Teilfüllung ihrer entstehenden Pumpzellen und in einem Drehzahlbereich zu fahren, in dem die Förderleistung der Pumpe nicht von der Drehzahl wesentlich abhängt.
Einzelheiten dieser Pumpe ergeben sich auch aus dem Axialschnitt nach Fig. 5. Das Pumpengehäuse ist aufgebaut aus dem Außenmantel 5 und den Seitenplatten 23. In den Seitenplatten 23 ist die Welle 3 in einer Gleitlagerung drehbar gelagert und durch Dichtung 25 abgedichtet. Das Pumpenrad 30 ist mit der Welle durch eine Paßfeder 24 verbunden. Es ist ersichtlich, daß das Außenrad 32 in dem Außenmantel 5 aus seinem Außenumfang gleitgelagert ist, wobei jedoch der Außenmantel und das Außenrad jeweils eine umlaufende Nut aufweisen, welche den Drucksammelraum 6 bilden. In dieser Nut des Außenrades 32 liegt das als Rückschlagventil für die Kanäle A bis I dienende Band 14. In dem Einlaßkanal 10 ist die Drossel 9 dargestellt. Die alternativ mögliche Niere 37 ist auch in Fig. 5 gestrichelt dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 entspricht demjenigen nach Fig. 5 in allen wesentlichen Teilen mit Ausnahme der Ausbildung der Rückschlagventile und der Auslaßkanäle. In diesem Ausführungsbeispiel ist das als Rückschlagventil dienende Band - wie sich aus Fig. 6B ergibt - mäanderförmig ausgeführt, indem es beidseitig die Lappen 26 aufweist.
Diese Lappen 26 ragen in die beiden Normalebenen, in welchen auch die Auslaßkanäle b, c, e, g einerseits und a, d, f andererseits verteilt angeordnet sind. Da die Trochoidenpumpe eine ungerade Anzahl von Zellen bildet, müssen an einer Stelle des Bandes 14 zwe aufeinanderfolgende Lappen auf derselben Seite liegen. Die Auslaßkanäle münden in einen gemeinsamen Sammelraum 6, der über den Auslaßkanal 29 mit einem Hydrauliksystem verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausführung des als Rückschlagventil dienendes Bandes liegt darin, daß die einzelnen Lappen voneinander unabhängig beweglich sind. Dadurch wird die Gefahr vermieden, daß sich aufeinanderfolgende Auslaßkanäle vorzeitig öffnen. Außerdem ist - von der zuvor geschilderten, konstruktionsgemäß bedingten Unregelmäßigkeit abgesehen - der Abstand zwischen den auf derselben Seite liegenden Lappen groß, während die Öffnungsbewegung des auf der einen Seite liegenden Lappens, z.B. für Öffnung e, eine Schließbewegung für den auf der gegenüberliegenden Seite liegenden Lappen (für Öffnung f) zur Folge hat. Es ist ersichtlich, daß das Band für dieses Ausführungsbeispiel auch zickzackförmig ausgebildet sein kann, wie es in Fig. 6C angedeutet ist. Die Fig. 6B und 6C stellen die Abwicklung eines Teils des Außenrades 32 mit dem darin liegenden Band 14 dar.
Aus den Fig. 7A und 7B ist die Ausbildung der Trochoidenpumpe für den Fall sichtbar, daß die Pumpe an mehrere Hydrauliksysteme mit unterschiedlichem Druck - und/oder Förderniveau - angeschlossen wird. In diesem Falle weist das Außenrad 32 auf seinem Außenumfang und weist der Außenmantel 5 auf seinem Innenumfang zwei Nuten auf, die die beiden Sammelräume 6.1 und 6.2 bilden und in denen die Bänder 14.1 und 14.2 als Rückschlagventile liegen. Die Auslaßkanäle a bis i sind wiederum in zwei Normalebenen angelegt, und zwar liegen die Auslaßkanäle a, b, e, f in der linken und die Auslaßkanäle c, d, g, h, i in der rechten Normalebene. Beide Sammelräume 6.1 und 6.2 weisen die Auslässe 29.1 und 29.2 zu ihren jeweiligen Hydrauliksystemen auf. Je nach Verteilung der Auslaßkanäle auf die beiden Normalebenen können die Hydrauliksysteme mit unterschiedlichem Förderstrom und mit unterschiedlichem Druck gefahren werden.
Die Figuren 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich durch hohe Förderleistung bei niedriger Drehzahl einerseits und darüberhinaus erfindungsgemäß durch Förderkonstanz ab einer bestimmten - relativ niedrig liegenden - Drehzahl auszeichnet. Diese Zahnradpumpe besteht aus der Gehäuseplatte 101 mit Innenverzahnung 106.
Die Innenverzahnung 106 ist durch den Teilkreis 129, den außen liegenden Fußkreis 111 und den innen liegenden Kopfkreis 105 bestimmt. In dem Innenraum der Gehäuseplatte 101 ist der Rotor 109 drehbar gelagert und angetrieben. Sein Außenumfang 121 ist praktisch mit dem durch den Kopfkreis 105 der Innenverzahnung 106 zusammenfallenden Kreiszylinder identisch. Er sitzt also praktisch spielfrei in der durch den Kopfkreis 105 umschriebenen Bohrung. Am Umfang verteilt enthält der Rotor kreiszylindrische Taschen 107, deren Mittelpunkte auf einem zum Rotor 109 konzentrischen Kreis 110 liegen und die den Außenumfang 121 des Rotors 109 durchschneiden. Die dadurch entstehenden Taschenöffnungen sind durch die Ecken 118 und 119 begrenzt und bilden das Ausgangsmaß für den Winkelabstand 116 der benachbarten Auslaßkanäle 115. Die Taschen nehmen genau in sie hinein passende Ritzel 108 auf, deren Verzahnung mit der Innenverzahnung 106 der Gehäuseplatte 101 übereinstimmt und die durch die Taschenöffnungen 118, 119 hindurch in die Innenverzahnung eingreifen. Die die Taschenöffnungen begrenzenden Ecken 118 und 119 sind leicht gerundet.
Die Gehäuseplatte 101 mit dem Rotor 109 und den Ritzeln 108 ist durch die beiden Gehäusedeckel 102 und 103 abgedeckt.
Der Deckel 103 dient dem Antriebszapfen 128 des Rotors 109 als Lagerung. Der Deckel 102 weist einen Eintritt 112 auf, der als Zulauf für die Pumpflüssigkeit, d.h. das Hydrauliköl dient. Der Eintritt 112 führt zu einem Verteilerraum 125, der dem Rotor vorgelagert ist. Der Rotor weist nun Drosselbohrungen 9 auf, die auf einem von dem Verteilerraum 125 überdeckten Kreis umlaufen. Diese Drosselbohrungen 9 stehen in Verbindung mit Stichkanal 113, der auf den Außenumfany des Rotors führt, sowie einem weiteren Kanal 131, der in die Tasche führt, in welcher die Ritzel gelagert sind. Über die Drosselbohrung und die Kanäle 113 und 131 werden die Zahn lücken des Außenrades und des Innenrades drehzahlabhängig mit Ö1 gefüllt. Die Verzahnung ist nun so ausgelegt, daß die Zähne unmittelbar nach dem Überstreifen der diesbezüglichen Außenflächen des Keilstückes 154 miteinander in Kontakt geraten und dadurch die folgenden Zahn lücken von der sich verkleinernden Ausstoßzelle trennen. Dadurch wird vermieden, daß es zu Kavitationsimplosionen in die unter Unterdruck stehenden Zahnlücken kommt. Diese Kavitationsimplosionen würden zu schneller Zerstörung der Pumpe führen, wenn die Pumpe über längere Zeit in dem Drehzahlbereich mit konstanter Fördermenge betrieben wird. Daher erstreckt sich eine Ausstoßzelle im wesentlichen von der Spitze dieses Keilstückes 154 bis zum Berührungspunkt der beiden Wälzkreise. Hierdurch wird auch die Teilung bestimmt, mit der die Auslässe 115 angeordnet sind.
Die einzelnen Auslässe 115, die jeweils durch Rückschlagventil verschlossen sind, münden in einen gemeinsamen Druckraum 132, der einen Ölanschluß 133 aufweist.
BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Pumpenrad, Rotor, Innenrad 2 Pumpenflügel 3 Pumpenwelle 4 Drehrichtung 5 Pumpengehäuse, Außenmantel 6 Sammelraum, Auslaßkanal, Druckkanal 7 Außenmantel 8 Zufuhrleitung 9 Drossel 10 Einlaß 11 erste Auslaßbohrung 12 zweite Auslaßbohrung 13 dritte Auslaßbohrung 14 Rückschlagventil, federndes Metall-, Stahlband, Band 15 Arretierung 16 Arretierung 17 Bandende 18 Bandende 19 Langloch 20 Langloch 21 unterer Totpunkt 22 oberer Totpunkt 23 Seitenplatte 24 Paßfeder 25 Dichtung 26 Pumpe 27 einstellbare Drossel 28 Verbraucher, Hydromotor 29 Kanal, Auslaßkanal 30 Innenzahnrad 31 Drehrichtung 32 Außenrad 33 Sichel 34 Gehäuse 35 Auslaßkanäle 36 Nut 37 Niere 38 Drehzahlmeßfutter 39 Wandler und Verstärker

Claims

barmag Barmer Maschinenfabrik ALttendeseilschafo Sitz Remscheid, Bundesrepublik Deutschland Ansprüche 1. Zahnradpumpe für Hydraulikflüssigkeit, in deren Einlaß eine Drossel und in deren Auslaß ein Rückschlagventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Innenzahnradpumpe ausgeführt ist, deren Verzahnung so ausgelegt ist, daß im Auslaßbereich alle Zähne der Dichtzone in Eingriff sind, und daß der Eingriff im wesentlichen bereits im Schnittpunkt der Kopfkreise beginnt, und daß mehrere Auslaßkanäle (11, 12) das Gehäuse (5) oder den Rotor verlassen, wobei die Auslaßkanäle durch je ein Rückschlagventil (14) verschlossen sind und in Umfangsrichtung einen Abstand haben, der so groß wie oder kleiner als eine Teilung einer Zelle ist, welche durch die gleichzeitig in Eingriff befindlichen Zähne gebildet wird.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Trochoiaenpumpe ausgeDildet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenzahnrad ortsfest gelagert und drehbar angetrieben ist, daß das Außenzahnrad als frei drehbarer Rotor in dem Pumpengehäuse gelagert ist, und daß Saug- und Druckseite der Pumpe durch eine ortsfeste Sichel (33) getrennt sind.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen beidseits der Sichel angeordnet und um mehr als eine Zahnteilung vom Ende der Sicheln entfernt sind.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenzahnrad von einem als Ölsammelraum dienenden Ringkanal umgeben wird, und daß die Auslaßbohrungen von jedem Zahngrund ausgehend radial in den ringförmigen Sammelraum (6) münden, und daß das Außenzahnrad durch ein als Rückschlagventil für sämtliche Auslaßbohrungen dienendes Band umschlossen ist.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile seitlich an einem das Pumpengehäuse umschließenden Band sitzen.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßbohrungen in zwei Normalebenen des Pumpengehäuses münden, daß zwischen beiden Ebenen das Band das Pumpengehäuse umschließt und daß die Ventilkörper je nach Lage der Auslaßöffnungen auf der einen oder anderen Seite des Bandes an diesem angebracht sind.
8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper achsparallele Erweiterungen des ringförmigen Bandes sind.
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Band mäanderförmig abwechselnd in die eine und die andere Ebene ragt.
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (14) ein in sich geschlossener Ring ist, der das Pumpengehäuse mit geringem Spiel umgibt.
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (14) ein offener Ring ist, der das Pumpengehäuse elastisch umschließt.
12. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrad;stationär ist und einen geschlossenen Innenraum bildet, daß in den Innenraum ein Rotor eingepaßt ist, daß in einer Tasche des Rotors das kleinere Innenrad umläuft und mit dem Außenrad kämmt, daß stirnseitig vor dem Rotor eine Ölzufuhrkammer auf dem Drehkreis einer Drosselbohrung liegt, daß die Droselbohrung in den Rotor eingebracht ist und mit dem Außenumfang des Rotors und/oder der Lagertasche des Innenrades in Verbindung steht.
13. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (9) im Pumpenzulauf (8) einstellbar ist.
14. Pumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (9) an die wechselnde Drehzahl des Antriebsmotors anpaßbar ist, daß ipsbesondere bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl eine zusätzliche Drosselung einschaltbar ist.