DE4135725C2 - Innenzahnradpumpe mit zwei Hohlrädern und einem gemeinsamen Ritzel - Google Patents
Innenzahnradpumpe mit zwei Hohlrädern und einem gemeinsamen RitzelInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe
zur Erzeugung von Hochdruck nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Eine Pumpe dieser gattungsgemäßen
Bauart ist aus der DE 41 04 397 A1 bekannt.
Innenzahnradpumpen weisen im allgemeinen ein innenver
zahntes Hohlrad auf, mit dem ein außenverzahntes Ritzel
mit geringerer Zähnezahl kämmt, d. h. treibend im Eingriff
steht. In der Regel ist die Verzahnung derartiger Pumpen
- bezogen auf den Durchmesser der Ritzel beziehungsweise
des Hohlrades - relativ schmal, so daß - nachdem der
zu fördernde Volumenstrom durch die Höhe der Zähne und
die Breite der Verzahnung bestimmt ist, dieser Volumen
strom bei den gängigen Pumpen aus konstruktiven Gründen
begrenzt ist.
Zur Steigerung des Fördervolumens einer Innenzahnradpumpe
ist es jedoch bereits bekannt, die Pumpe mit zwei (und
gegebenenfalls mehr) Hohlrädern auszurüsten. Der Hinter
grund dieser Konzeption ist darin zu sehen, daß einer
einfachen Verbreiterung eines Hohlrades fertigungstech
nische Grenzen gesetzt sind, mit der Konsequenz, daß
eine Steigerung des Volumenstroms allenfalls dadurch
erreichbar ist, daß zwei (und gegebenenfalls mehr) Hohl
räder koaxial angeordnet werden, die dann gemeinsam mit
einem einteiligen Ritzel in Eingriff stehen. Eine Innen
zahnradpumpe dieser Art ist als Ausführungsvariante in
der genannten DE 41 04 397 A1 offenbart.
Die Funktionsweise dieser gattungsgemäßen Innenzahnrad
pumpe ist so, daß die vom Ritzel gemeinsam angetriebenen
Hohlräder synergistisch so zusammenwirken, als wäre nur
ein einziges Hohlrad vorhanden. In der Praxis hat sich
dabei nun gezeigt, daß beim Einsatz eines Hohlradpaares
in einer Innenzahnradpumpe die Hohlräder an ihren axialen
Berührungsflächen hydraulisch auseinandergedrückt werden.
Darüberhinaus ist auch zu beobachten, daß an den Hohl
rädern je ein Kräftepaar entsteht, welches die Hohlräder
gegebenenfalls relativ zueinander schrägstellt, d. h.
verkantet. Die Ursache für diese - insbesondere ver
schleißfördernden - Unzulänglichkeiten liegt in der Art
und Weise der hydrostatischen Entlastung der (des) Hohl
radpaare(s).
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
besteht somit darin, die genannten Unzulänglichkeiten
zu eliminieren, d. h. eine Innenzahnradpumpe der gattungs
gemäßen Art anzugeben, bei der die axialen Berührungs
flächen der aneinander anliegenden Hohlräder stabilisiert
sind. Konsequenterweise bedeutet dies, daß die gemeinsam
vom Ritzel angetriebenen Hohlräder sich während des Be
triebs exakt wie ein Einzel-Hohlrad, d. h. wie ein ein
stückiges Hohlrad verhalten.
Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im
Bereich der genannten axialen Berührungsflächen der aneinander anliegenden Hohlräder von
der Seite des Druckanschlusses her betrachtet ein Gegen
lager (Widerlager) vorgesehen ist.
Damit steht nunmehr eine Innenzahnradpumpe zur Verfügung,
bei der während des Pumpbetriebs die Hohlräder an ihren
axialen Berührungsflächen aneinander gepreßt werden;
darüberhinaus wird auch erreicht, daß keine aus der hydro
statischen Entlastung der Hohlradpaare resultierenden
Kräftepaare wirksam werden und die Hohlräder relativ
zueinander verdrehen können. Die erfindungsgemäß konzi
pierte Maßnahme gewährleistet, daß bezüglich der hydro
statischen Belastung jedes der gemeinsam angetriebenen
Hohlräder einzeln für sich betrachtet werden kann und
daß die Kräfte dadurch symmetrisch angreifen.
Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der erfin
dungsgemäßen Innenzahnradpumpe sind Gegenstand der Unter
ansprüche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung
näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt (längs der Schnittlinie
A-B nach Fig. 2) durch eine Innenzahnradpumpe
mit einem Hohlradpaar;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Innenzahnradpumpe
gemäß Fig. 1 im Bereich der Zahnkämmung zwischen
dem Ritzel und den Hohlrädern;
Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch die Innenzahnrad
pumpe mit einem Hohlradpaar und zwar analog Fig.
1 längs der Schnittlinie C-D nach Fig. 2 und
im Bereich der aneinander angrenzenden axialen
Berührungsflächen der Hohlräder;
Fig. 4 einen Ausschnitt des Teil-Längsschnitts gemäß
Fig. 1, jedoch ohne Gegenlager, zur Darstellung
der am Hohlradpaar wirkenden Kräfte und zwar
längs der Schnittlinie A-B nach Fig. 2;
Fig. 5 einen Ausschnitt gemäß Fig. 4 - mit Gegenlager -
zur Demonstration der Wirkung dieses Gegenlagers;
Fig. 6 einen Ausschnitt analog Fig. 4 und 5 zur Demon
stration der auf das Hohlradpaar wirkenden
"axialen Kraft".
Fig. 1 und 2 zeigen in einem Längsschnitt und einem Quer
schnitt eine sichellose, kopfdichtende und spielbehaftete
jeweils mit einer Flanke dichtenden Innenzahnradpumpe,
und zwar im Bereich eines Gehäusemittelteils 1, dem sich
auf beiden Seiten weitere Gehäuseteile 2 und 3 anschlie
ßen. Die gesamte Innenzahnradpumpe mit den Gehäuseteilen
1, 2 und 3 hat eine axiale Gesamtlänge L. Ein auf einer
Antriebswelle 4 befestigtes außenverzahntes Ritzel 5
steht in Eingriff mit einem innenverzahnten Hohlpaar
6′, 6′′. Die Verzahnungen 12 des Ritzels 5 einerseits
beziehungsweise der Hohlräder 6′, 6′′ des Hohlradpaars
andererseits, haben eine axiale Breite B; das Ritzel
5 hat einen Wälzkreisdurchmesser d0. Die Breite der Ver
zahnung B ist größer als der Wälzkreisdurchmesser d0.
Das Ritzel 5 und die Hohlräder 6′, 6′′ sind nicht koaxial
zueinander gelagert, sondern exzentrisch; ferner weist
das Ritzel 5 einen Zahn weniger auf als die Hohlräder
6′, 6′′, so daß jeweils die Außenseite eines Zahnkopfs
13 am Ritzel 5 mit der Innenseite eines Zahnkopfs 14
der Hohlräder 6′, 6′′ in Berührung kommt.
Zu erkennen ist ferner ein Sauganschluß 7 in der Zone,
bei der unter Drehung in Pfeilrichtung X die Zähne des
Ritzels 5, beziehungsweise der Hohlräder 6′, 6′′ außer
Eingriff geraten. Dem Sauganschluß 7 im Gehäusemittelteil
1, in dem die Hohlräder 6′, 6′′ und das Ritzel 5 gelagert
sind, schließt sich in axialer Richtung jeweils zu den
benachbarten Gehäuseteilen 2 und 3 hin eine Saugtasche
8 an, die sich über einen Teil der Mantelfläche 20 der
Hohlräder 6′, 6′′ erstreckt. Ein Druckanschluß 10 befindet
sich - ebenfalls ausgehend von einer sich über einen
Umfangsbereich an den Hohlrädern 6′, 6′′ erstreckenden
Drucktasche 11 - auf der gegenüberliegenden Seite der
Innenzahnradpumpe. Die Zuströmung des zu pumpenden Mediums
(Druckmedium) vom Sauganschluß 7 zum Innenraum der Innen
zahnradpumpe, d. h. zu den Zahnlücken zwischen dem Ritzel
5 und den Hohlrädern 6′, 6′′, wodurch die Förderung
des Druckmediums bewirkt wird, erfolgt über radiale Durch
brüche 17 in den Hohlrädern 6′, 6′′. Diese Durchbrüche
17 gehen jeweils von der Mantelfläche 20 der Hohlräder
6′, 6′′ aus und münden im Zahngrund der Hohlräder 6′,
6′′.
Die im Vorstehenden erläuterte Innenzahnradpumpe ist
Stand der Technik (vergleiche DE 41 04 397 A1). Bezugneh
mend auf den in Fig. 1 dargestellten Längsschnitt läßt
sich in Verbindung mit der Fig. 4 erkennen, daß aufgrund
der Strömungsrichtung des Druck- beziehungsweise Förder
mediums und des hydrostatischen Drucks auf die Hohlräder
6′, 6′′ diese relativ zueinander verkantet werden.
Um dieser Verkantung á priori entgegen zu wirken ist
ein die axialen Berührungsflächen der Hohlräder 6′, 6′′
von der Seite des Druckanschlusses 10 her überbrückendes
Gegenlager 25 vorgesehen. Dieses Gegenlager 25 ist als
integraler Bestandteil des Gehäusemittelteils 1 ausgebil
det und dient als Widerlager für den an die axialen
Berührungsflächen der Hohlräder 6′, 6′′ angrenzenden
Bereich der Hohlräder 6′, 6′′. Es ist insoweit ohne
weiteres ersichtlich, daß die Hohlräder 6′, 6′′ exakt
in ihrer Montageposition fixiert sind.
Eine Weiterbildung des Gegenlagers 25 und gegebenenfalls
der Hohlräder 6′, 6′′ im Bereich ihrer axialen Berührungs
flächen besteht darin, daß im Gegenlager 25 und gegebenen
falls im genannten Bereich der Hohlräder 6′, 6′′ eine
zur Anlagefläche der axialen Berührungsflächen konjugierte
Entlastungsnut 26 beziehungsweise 27 vorgesehen ist.
Diese miteinander kommunizierenden Enlastungsnuten 26,
27 sind dabei zum Sauganschluß 7 hin offen.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt der Innenzahnradpumpe gemäß
Fig. 1 dargestellt, und zwar entsprechend, d. h. längs
der Schnittlinie C-D nach Fig. 2, und dies im Bereich
der aneinander anliegenden axialen Berührungsflächen
der Hohlräder 6′, 6′′. Aus der Darstellung nach Fig.
3 ist insbesondere zu erkennen, daß das Gegenlager 25
Teil des Gehäusemittelteils 1 ist. Die zu beiden Seiten
des Gegenlagers 25 anschließenden Ausnehmungen sind Teil
der Drucktasche 11.
Anhand der Fig. 4, 5 und 6 soll die Wirkungsweise des
erfindungsgemäß vorgesehenen Gegenlagers näher erläutert
werden. In allen drei Zeichnungen ist ein Hohlräderpaar
6′, 6′′ dargestellt, an dem - jeweils über Kraftpfeile
angedeutet - bestimmte Kräfte einwirken.
Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Abschnitt aus Fig. 1,
jedoch ohne Gegenlager. Die beiden Hohlräder 6′, 6′′
sind in den Gehäuseteilen 2, 3 eingesetzt und stützen
sich an Tragschultern des Gehäusemittelteils 1 ab. In
den Hohlrädern 6′, 6′′ sind jeweils radiale Durchbrüche
17 vorgesehen, über die das Druck- beziehungsweise Förder
medium aus dem Inneren der Innenzahnradpumpe (aus dem
Druckraum zwischen dem Ritzel und den Hohlrädern) zum
Druckanschluß 10 gefördert wird.
Die hydrostatische Entlastung an den Hohlrädern bedingt
einerseits, daß die an den axialen Berührungsflächen
wirksamen axialen Kräfte größer sind als die an den Außen
seiten wirkenden; damit ergibt sich eine resultierende
axiale Kraft, die die Hohlräder auseinander zu drücken
sucht. Anderseits ist die konstruktive Gestaltung so,
daß die in Förderichtung auf die Hohlräder wirkenden
Kräfte und die von der hydrostatischen Entlastung her
rührenden Kräfte sich nicht genau gegenüberliegen; so
entstehen versetzt angreifende Kräfte Md, aus denen
wiederum ein Kräftepaar resultiert, das ein Drehmoment
auf die Hohlräder 6′, 6′′ ausübt.
Wird nun - wie in Fig. 5 dargestellt - das Hohlradpaar
durch das Gegenlager 25 gestützt, so ergibt sich, daß die
von der hydrostatischen Entlastung an den Hohlrädern
6′, 6′′ herrührenden Kräfte diametral sich genau gegen
überliegen. Damit herrscht an den Hohlrädern 6′, 6′′
näherungsweise ein Kräftegleichgewicht - die Hohlräder
6′, 6′′ können demzufolge nicht verkantet werden.
Anhand von Fig. 6 soll gezeigt werden, daß über das Gegen
lager 25 die an den axialen Berührungsflächen der Hohl
räder 6′, 6′′ wirksamen Kräfte dahingehend beeinflußt
werden, daß nunmehr eine resultierende Kraft wirksam
wird, die die Hohlräder 6′, 6′′ aneinander preßt. Diese
letztgenannte Wirkung wird durch die Wirkung der Ent
lastungsnuten 26, 27 zusätzlich verbessert.
Abschließend sei noch angemerkt, daß die im Vorstehenden
offenbarte Erfindung nicht nur in Verbindung mit sichel
losen Innenzahnradpumpen der in der DE 41 03 397 A1 ge
nannten Art sinnvoll und damit effektiv anwendbar ist,
sondern auch in Verbindung mit Innenzahnradpumpen mit
Sichel. Auch ist die vorliegende Erfindung in Verbindung
mit Innenzahnradpumpen mit axialer Förderung verwendbar.
Claims (3)
1. Innenzahnradpumpe mit mindestens zwei im wesentlichen
identischen, innenverzahnten Hohlrädern (6′, 6′′) und einem
gemeinsam mit den Hohlrädern kämmenden Ritzel (5),
die in einem gemeinsam gelagerten Gehäuseteil (1)
drehbar gelagert sind, dessen axiale Erstreckung
der Breite (B) der Verzahnung (12) der Hohlräder (6′,
6′′) und des Ritzels (5) entspricht und welches einen
Sauganschluß (7) und einen Druckanschluß (10) auf
weist, wobei die Hohlräder (6′, 6′′) radiale Durchbrüche
(17) für das zu pumpende Medium aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der axialen Berührungsflächen der aneinander anliegenden Hohlräder von
der Seite des Druckanschlusses her betrachtet ein
Gegenlager (25) vorgesehen ist.
2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gegenlager eine zum Sauganschluß hin offene
Nut (26) aufweist.
3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräder in dem der Nut gegenüberliegenden
Bereiche der Anlageflächen der Hohlräder entsprechende
Ausnehmungen (Nut 27) aufweisen.
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