DE4104397C2 - Innenzahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine sichellose Innenzahnradpumpe zur Erzeugung von Hochdruck, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Pumpe dieser Gattung ist aus der US 24 58 958 bekannt.

Bei dieser bekannten Pumpe weist die Eaton-Verzahnung - in Drehrichtung der Zahnräder betrachtet - schräg voreilende Durchbrüche auf. Diese Durchbrüche sind als Langlöcher ausgebildet, die sich über etwa 70% der Verzahnungsbreite erstrecken. Die Langlöcher haben eine starke Schwächung des Hohlrades zufolge. Deshalb läßt sich nur ein geringes Dreh­ moment übertragen. Deshalb ist diese Pumpe nur für die Erzeugung extrem niedriger Drücke einsetzbar. Ferner sind bei dieser Pumpe Sauganschluß und Druckanschluß nicht koaxial zueinander angeordnet. Demgemäß sind auch die Anschlußarmaturen relativ zueinander versetzt. Aus diesem Grunde beansprucht diese vorbekannte Pumpe ein großes Bau­ volumen.

Die EP 0 328 745 A2 beschreibt eine Innenzahnradpumpe, bei der sich zwischen Hohlrad und Innenzahnrad ein sichelförmiges Füllstück befindet. Auch bei dieser Pumpe weist das Hohlrad Durchbrüche auf. Um genügend große Strömungsquerschnitte zu erzielen, sind bei dieser vorbekannten Pumpe die Durchbrüche in die nicht-tragende Flanke des einzelnen Zahnes verlegt. Dabei reichen die Bohrungen bis zum Zahnkopf. Sie sollen vor allem kurz vor dem vollen Zahneingriff keine Quetschflüssig­ keit entstehen lassen.

Die DE 35 44 857 A1 beschreibt ebenfalls eine Innenzahnradpumpe mit sichelartigem Füllstück. Auch hierbei weist das Hohlrad Bohrungen auf, die nebeneinander liegen. Die Breite der Verzahnung ist jedoch relativ gering im Vergleich zur axialen Erstreckung der gesamten Pumpe, so daß wiederum das Bauvolumen der Pumpe zur Erfüllung gegebener Aufgaben vergleichsweise groß ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß deren Außenabmessungen noch weiter verkleinert sind, und daß der Saugbereich der Pumpe keine bestimmende Größe für das Bau­ volumen der Pumpe ist, wobei optimale Werte für die Strömungsgeschwindigkeit eingehalten werden können.

Der Kern der Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Durch die Füllung der Verzahnung über die radialen Bohrungen (die im Querschnitt nicht unbedingt kreisrund sein müssen) ist es möglich, die Verzahnung so breit zu machen, wie den Sauganschluß bzw. dasjenige Teil des Gehäuses, welche die aktiven, an der Bildung des Förderstromes beteiligten Zahn­ radteile aufnimmt. Hierdurch ergibt sich eine Minimierung des Bauvolumens für die Pumpe, weil nämlich die Abmessungen des Saugbereiches hierfür keine bestimmende Größe mehr sind.

Durch die radialen Durchbrüche ist es möglich, die Breite der Verzahnung erheblich größer auszubilden als den Wälz­ kreisdurchmesser des Ritzels. Es ist stets eine vollkommende Füllung der Zahnlücken mit Druckmittel gewährleistet, ohne daß Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, bei denen mit Geräuschbildung oder anderen Nachteilen zu rechnen ist.

Durch Anwendung der Erfindung lassen sich Pumpen herstellen, bei welchen die Kosten des Rohmateriales gegenüber den vorbekannten Pumpen halbiert sind. Durch das erfindungsge­ mäße Merkmal, Hohlrad und Ritzel seitlich unmittelbar durch benachbarte Gehäuseteile axial dichtend zu begrenzen und zu führen, ist das Gehäusemittelteil nur um das axiale Spiel breiter als die Verzahnung. Dies bedeutet letzten Endes, daß die Verzahnung so breit ist wie nur irgend möglich.

Die erfindungsgemäße Evolventen-Verzahnung bewirkt, daß die Verzahnungsgesetze (gleichförmige Winkelgeschwindigkeiten zwischen Antrieb und Abtrieb) unabhängig von Achsabstands­ änderungen und Profilverschiebungen eingehalten werden. Sie ist kostengünstiger und ohne Einsatz von Sonderwerkzeugen herstellbar. Außerdem gibt es innerhalb der Zähne jeweils nur einen Saug- und einen Druckbereich, denn die Ritzelzähne sind im Bereich des Saug- und des Druckraumes in den Zahn­ lücken des Hohlrades frei. Die Abdichtung zwischen dem Saug- und dem Druckraum erfolgt einerseits im Bereich des Zahnein­ griffes entlang der Eingriffsstrecke, und andererseits gegenüberliegend im Bereich der Zahnköpfe. Beim Einsatz einer Evolventen-Verzahnung hat jeder Zahn somit zwei Funktionen:

Die Evolvente hat die Aufgabe der Drehmomentübertragung und der Abdichtung zwischen dem Saug- und dem Druckraum in Bereich des Zahneingriffs längs der Eingriffsstrecke; der Zahnkopf übernimmt die Dichtungsfunktion in dem dem Zahnein­ griff gegenüberliegenden Bereich zwischen Saug- und Druck­ raum.

Diese Aufteilung der Funktionen hat den Vorteil, daß die Drehmomentübertragung im Bereich von niederen spezifischen Gleitwerten zwischen den Zahnflanken von Ritzel und Hohlrad erfolgt.

Dadurch, daß die radialen Durchbrüche sich auf ca. 60% der Breite der Verzahnung erstrecken, ist es möglich, die durch die Verzahnung gebildeten Zellen im Saugbereich zufrieden­ stellend mit Druckmedium zu füllen, wobei die Breite der Verzahnung mindestens doppelt so groß ist wie die der Wälz­ kreisdurchmesser des Ritzels. In der Praxis bedeutet dies, daß mehr als zwei, im allgemeinen mindestens vier Bohrungen pro Zahnlücke erforderlich sind.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch die Pumpe;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Pumpe im Bereich der beiden Räder;

Fig. 3 eine Detailansicht im Bereich der Verzahnung;

Fig. 4 Durchbrüche in Form von Bohrungen;

Fig. 5 Ausbildung eines Doppelhohlrades;

Fig. 6 Ausbildung der Dichtleisten am Ritzel;

Fig. 7 Ausbildung der Dichtleisten am Hohlrad;

Fig. 8 einen Teil-Längsschnitt durch die Pumpe mit zusätzlichen Saugtaschen in den Gehäuse-Endteilen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in einem Längsschnitt und einem Querschnitt eine sichellose, kopfdichtende und spielbehaftete jeweils mit einer Flanke dichtenden Zahnradpumpe, und zwar im Bereich eines Gehäusemittelteiles 1, dem sich auf beiden Seiten weitere Gehäuseteile 2 und 3 anschließen. Die gesamte Pumpe mit den Gehäuseteilen 1, 2, 3 hat eine axiale Gesamtlänge L. Ein auf einer Antriebswelle 4 befestigtes außenverzahntes Ritzel 5 steht in Eingriff mit einem innenverzahnten Hohlrad 6. Die Ver­ zahnung 12 des Ritzels 5 und des Hohlrades 6 hat eine axiale Breite B, das Ritzel einen Wälzkreisdurchmesser d0. Die Breite der Verzahnung B ist größer als der Wälzkreisdurchmesser d0. Das Ritzel 5 und das Hohlrad 6 sind nicht koaxial, sondern ex­ zentrisch zueinander gelagert, ferner weist das Ritzel 5 einen Zahn weniger auf als das Hohlrad 6, so daß jeweils die Außen­ seite eines Zahnkopfes 13 am Ritzel 5 mit der Innenseite eines Zahnkopfes 14 am Hohlrad 6 in Berührung kommt. Zu erkennen ist ferner ein Sauganschluß 7 in der Zone, bei der unter Drehung in Pfeilrichtung die Zähne am Ritzel bzw. Hohlrad außer Eingriff geraten. Dem Sauganschluß 7 im Gehäusemittelteil 1, in dem das Hohlrad und das Ritzel gelagert sind, schließt sich in axialer Richtung jeweils zu den benachbarten Gehäuseteilen 2 und 3 eine Saugtasche 8 an, die sich über einen Teil der Mantelfläche 20 des Hohlrades 6 erstreckt. Ein Druckanschluß 10 befindet sich, ebenfalls ausgehend von einer sich über einen Umfangsbereich am Hohlrad erstreckende Drucktasche 11, auf der gegenüberliegenden Seite der Pumpe. Die Zuströmung von Druckmedium zum Innenraum der Pumpe, also den Zahnlücken im Ritzel 5 und im Hohlrad 6, welche die Förderung des Druckmediums bewirken, erfolgt über radiale Durchbrüche 17 im Hohlrad 6. Diese Durchbrüche 17 gehen von der Mantelfläche 20 aus und münden im Zahngrund des Hohlra­ des.

Die Fig. 3 zeigt ein Detail der Verzahnung 12 zwischen dem Ritzel 5 und dem Hohlrad 6. Zu erkennen ist in einem Quer­ schnitt durch das Hohlrad 6 einer der Durchbrüche 17. Dieser mündet so im Zahngrund einer Zahnlücke im Hohlrad, daß dieser auf der ganzen Breite in Umfangsrichtung durchbrochen ist und ferner noch die in Drehrichtung hintere Flanke 16 anschneidet. Die vom Ritzel 5 angetriebene vordere Flanke 15 ist die be­ lastete Flanke, die gegenüber dem Innenraum Dichtheit herstellt und von dem Durchbruch 17 nicht berührt wird. Der Durchbruch 17 ist demnach exzentrisch gegenüber der Achse der Zahnlücke im Hohlrad angeordnet. Diese Maßnahme gestattet, den Durchtritts­ querschnitt des Durchbruches 17 größer zu dimensionieren.

Die Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf eine Zahnlücke im Hohlrad 6. Die radialen Durchbrüche sind dabei als kreisrunde Bohrungen 18 mit dem Durchmesser a ausgebildet.

Die Durchtrittsquerschnitte sind jeweils so gewählt, daß alle Bohrungen mit dem Durchmesser a gemäß Fig. 4 mit der Breite b zwischen 60 und 70% der Breite B des Hohlra­ des betragen. Die Gesamtquerschnittsfläche aller Bohrungen 18 bzw. Öffnungen 19 soll mindestens 20% der Mantelfläche 20 des Hohlrades betragen.

Aus der Fig. 5 ist ein Doppelhohlrad 24 zu erkennen, welches aus zwei Hohlrädern 6a besteht. Dieses steht (nicht darge­ stellt) mit einem Ritzel gleicher axialer Erstreckung, jedoch einteiliger Bauart in Eingriff. Die als langgestreckte Öffnun­ gen 19 ausgebildeten radialen Durchbrüche an der Mantelfläche 20 sind in diesem Falle nicht mittig innerhalb des einzelnen Hohlrades 6a angeordnet, sondern jeweils zu der dem anderen Hohlrad 6a zugewandten Stirnseite hin versetzt. Auf diese Weise entstehen an den beiden Hohlradteilen 6a verbreiterte Dicht­ flächen 25 an den den Gehäuse-Endteilen 2, 3 zugewandten Stirn­ seiten. Eine gleichartige Dichtheit zwischen den beiden Teilen 6a des Doppelhohlrades 24 ist nicht erforderlich, daher genügen dort dünne Stege als Begrenzung der Durchbrüche 19.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Detailansichten der Zahnköpfe 13 bzw. 14 am Ritzel 5 bzw. Hohlrad 6. Zu erkennen ist in Fig. 6 an dem einen Zahn eine als kreisrundes Profil ausgebildete Dichtleiste 21, die in eine entlang dem Zahnkopf 13 angebrachte Nut eingelegt ist. Die Rückseite der Dichtleiste 21 steht über eine Bohrung 23 mit derjenigen Flanke 15 in Verbindung, die dem Druckbereich beim Eingriff mit dem Hohlrad zugewandt ist. Da­ durch baut sich auf der Rückseite der Dichtleiste 21 ein Druck auf, der die Dichtleiste an den gegenüberliegenden Zahnkopf des Hohlrades andrückt. Am benachbarten Zahn in Fig. 6 ist das Dichtelement als T-Profil 22 ausgebildet. Auch dieses ist in eine entsprechende Längsnut eingelegt und steht über eine Boh­ rung 23 mit der dem Druckbereich zugewandten Zahnflanke 15 in Verbindung. Die Fig. 7 zeigt eine sinngemäße Anordnung einer kreisrunden Dichtleiste 21 oder eines T-Profils 22 an den Zahn­ köpfen 14 des Hohlrades 6. Beide Ausführungsformen der Dicht­ leisten sind alternative Ausführungsbeispiele, die jedoch hier in denselben Figuren dargestellt sind. Zu erkennen sind in Fig. 7 ferner die Durchbrüche 17 zur Füllung des Innenraumes der Pumpe, wobei die Breite B des Hohlrades bzw. Ritzels mindestens so groß ist wie der Wälzkreisdurchmesser do des Ritzels 5 (dar­ gestellt in Fig. 1 und 2).

In Fig. 8 ist eine Pumpe ähnlich derjenigen nach Fig. 1 darge­ stellt. Der Saugbereich 7 ist dabei in axialer Richtung in die Gehäuseteile 2 und 3 hinein erweitert und als Saugtaschen 9 ausgebildet. Dadurch ist es möglich, sogar noch im axial äußer­ sten Bereich der Verzahnung eine verbesserte Füllung zu erzie­ len. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Lagerung der Ritzel­ welle 4 in den Gehäuseteilen 2 und 3 die Ausbildung solcher Saugtaschen 9 ohne Inkaufnahme einer vergrößerten Gesamtlänge L zuläßt.

Mit diesen erfindungsgemäßen Merkmalen ist eine Pumpe geschaf­ fen, die bei gegebenen Außenabmessungen ein höheres Fördervolu­ men aufweist als bekannte Pumpen bzw. bei vorgegebenem Förder­ volumen mit kleineren Außenabmessungen ausgeführt werden kann, ohne daß unzulässig hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Pum­ pe entstehen.

Claims (10)

1. Sichellose Innenzahnradpumpe mit einem innenverzahnten Hohlrad (6) und einem mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel (5), mit folgenden Merkmalen:
1.1 das Hohlrad (6) hat einen Zahn mehr als das Ritzel (5);
1.2 Hohlrad (6) und Ritzel (5) sind in einem gemeinsamen Gehäusemittelteil (1) drehbar gelagert, dessen axiale Erstreckung der Breite (B) der Verzahnung (12) des Hohlrades (6) und des Ritzels (5) entspricht und welches einen Sauganschluß (7) und einen Druckanschluß (10) aufweist;
1.3 das Hohlrad (6) weist Durchbrüche (17) auf, die sich von der äußeren Mantelfläche (20) in die Lücken der Verzahnung (12) erstrecken;
1.4 die Breite der Verzahnung (12) ist mindestens so groß wie der Wälzkreisdurchmesser (d0) des Ritzels (5);
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.5 die Verzahnungen von Hohlrad (6) und Ritzel (5) sind als Evolventen-Verzahnung ausgebildet;
1.6 Hohlrad (6) und Ritzel (5) sind seitlich unmittelbar durch benachbarte Gehäuseteile (2, 3) axial dichtend begrenzt und geführt;
1.7 die Durchbrüche (17) sind durch eine Mehrzahl neben­ einander liegender radialer Bohrungen realisiert, deren gesamte Breite längs einer Zahnlücke des Hohl­ rades (6) etwa 60% der Breite (B) der Verzahnung (12) beträgt;
1.8 die der Breite (B) der Verzahnung (12) entsprechende axiale Breite des Gehäusemittelteils (1) beträgt mindestens 40% der axialen Gesamtlänge (L) der Pumpe;
1.9 die radialen Durchbrüche (17, 18) reichen bis in den Bereich der unbelasteten Flanke am Hohlrad, jedoch nicht bis zum Zahnkopf.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Durchbrüche (17, 18) entlang derselben Zahnlücke in der Verzahnung (12) des Hohlrades (6) symmetrisch und mit gleichem axialen Abstand zueinander über die Breite (B) verteilt sind.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Hohlradkopf ein Dichtelement (21) eingesetzt ist, das im Bereich gegenüber dem Zahneingriff am Zahnkopf des Ritzels gleiten kann.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (21) aus profiliertem Kunststoff-Material besteht.

5. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (21) aus einem Werkstoff mit abtragbaren Eigenschaften zur Erleichterung der Einlaufphase besteht.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Dichtelement (21) auf der dem Zahnkopf abgewandten Rückseite mit mindestens einem Verbindungskanal mit der der Druckseite der Pumpe zugewandten Zahnflanke in Verbindung steht.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich des Sauganschlusses (7) axial neben dem Hohlrad (6) zusätzliche Saugtaschen (8) vorge­ sehen sind.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch zwei im wesentlichen identische Hohlräder (6a), die gemeinsam mit einem einzigen Ritzel in Eingriff stehen.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlräder (6a) nebeneinander in drehfester Verbindung stehen.

10. Pumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der axialen Breite (B) der Verzahnung (12) zweier Hohlräder (6a) entsprechende Breite des Gehäuse­ mittelteiles (1) mindestens 60% der gesamten axialen Länge (L) der Pumpe beträgt.