DE4140293C2 - Sichellose Innenzahnradpumpe mit in die Zahnköpfe eingesetzten Dichtelementen - Google Patents
Sichellose Innenzahnradpumpe mit in die Zahnköpfe eingesetzten DichtelementenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine sichellose Innenzahnradpumpe
zur Erzeugung von Hochdruck nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Eine Pumpe dieser gattungsgemäßen
Bauart ist als besonderes Ausführungsbeispiel aus
der DE 41 04 397 A1 bekannt.
Innenzahnradpumpen weisen im allgemeinen ein innenverzahntes
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 bzw. des Hohlrades
- relativ schmal, so daß - nachdem der zu fördernde
Volumenstrom durch die Höhe der Zähne und die Breite der
Verzahnung bestimmt ist, dieser Volumenstrom bei den
gängigen Pumpen aus konstruktiven Gründen begrenzt ist.
Sichellose Innenzahnradpumpen haben insbesondere den Vorteil
eines minimalen Bauvolumens.
Zur Verbesserung der Dichtheit zwischen den Zahnköpfen von
Ritzel und Hohlrad ist in der DE 41 04 397 A1 bereits vorgeschlagen
worden, in jedem der Zahnköpfe einer der beiden
Zahnräder ein Dichtelement einzusetzen. Diese Dichtelemente
stehen rückseitig mit dem Druckbereich in Verbindung,
so daß sie sich beim Kämmen der Zahnräder dichtend gegen
den Zahnkopf des jeweils anderen Zahnrads anlegen.
Bei der aus der DE 41 04 397 A1 bekannten sichellosen
Innenzahnradpumpe entsteht jedoch im Betrieb des Druckaufbaus
an den Zahnköpfen der geometrischen Form der
Dichtelemente entsprechend nur eine Liniendichtung. Dies
hat bei ungünstigen Verhältnissen aufgrund von Toleranzabweichungen,
von Abstandsveränderungen oder von Änderungen
der Kopfkreisdurchmesser ggf. zur Folge, daß die Dichtheit
der Innenzahnradpumpe mangelhaft ist. Dies bedeutet einen
Verlust an Pumpmedium, einen Abfall des volumetrischen
Wirkungsgrades, eine Zunahme der Druckpulsation und schließlich
eine Zunahme des Geräuschpegels der Pumpe beim Betrieb.
Die für eine Abhilfe erforderlichen günstigeren
Spaltverhältnisse im Bereich der Zahnkopf-Dichtung beim
Druckaufbau ließe sich mit einem extrem hohen Fertigungsaufwand
realisieren.
Die US 28 66 417
beschreibt eine Innenzahnradpumpe, bei der im wesentlichen
der gesamte Zahn jeweils als Dichtelement ausgebildet ist.
Der Zahn hat dabei somit zwei Funktionen zu erfüllen: Zum
einen muß er Drehmoment übertragen, zum anderen muß er
dichten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde,
eine sichellose Innenzahnradpumpe der gattungsgemäßen
Art anzugeben, mit der die Dichtwirkung beim Druckaufbau
zwischen den sich gegenüberliegenden Zahnköpfen der
Zahnräder verbessert wird, ohne daß der Fertigungsaufwand
überproportional ansteigt und mit der Folge, daß die vorgenannten
Unzulänglichkeiten (Druckpulsation, Geräusch)
eliminiert sind.
Diese Aufgabe wird
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Mit anderen - als im Patentanspruch 1 gebrauchten - Worten
ausgedrückt, liegt der Kern der vorliegenden Erfindung
letztlich darin, die Zahnköpfe des Hohlrades oder des
Ritzels quasi durch einen äquivalenten, d. h. gleichwirkenden
Einsatz zu ersetzen, der aufgrund seiner spezifischen
Ausgestaltung bzw. Formgebung im Bereich des
Druckaufbaus eine Flächendichtung realisiert und so für
einen minimalen Spalt zwischen Ritzelkopf und Hohlradkopf
sorgt. Damit wird auch der volumetrische Wirkungsgrad
verbessert, was schließlich zur Folge hat, daß die
Innenzahnradpumpe für höhere Drücke geeignet ist. Gleichermaßen
entfallen die bei der Fertigung bzw. Montage einer
Innenzahnradpumpe erforderlichen extremen Anstrengungen
zur Spaltminimierung; beispielsweise entfällt das gemeinsame
Ausspindeln der Gleitlager der Lagerdeckel einer
Innenzahnradpumpe. Im Hinblick auf die Fertigung von Hohlrädern
ist anzumerken, daß das aufwendige und komplizierte
Profilschleifen der Hohlkopfform entfallen kann, weil
diese ja durch einen separat, und damit kostengünstiger
zu fertigenden Einsatz verifiziert ist.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Konzeption
besteht darin, daß über die erreichte Radialkompensation
eine sinnvolle Druckaufbausteuerung über Steuerschlitze
möglich ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine sichellose
Innenzahnradpumpe im Bereich der beiden
Zahnräder,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Dichtelements
in Verbindung mit seinem Einbau im
Zahnkopf eines Hohlrades.
Die Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt eine sichellose,
kopfdichtende und spielbehaftete jeweils mit einer Flanke
dichtende Innenzahnradpumpe, und zwar im Bereich eines
Gehäusemittelteils 1, dem sich - in Axialrichtung betrachtet
- weitere Gehäuseteile anschließen. Die gesamte
Pumpe mit den drei Gehäuseteilen habe eine axiale Gesamtlänge
L. Ein auf einer Antriebswelle 4 befestigtes
außenverzahntes Ritzel 5 steht im Eingriff mit einem
innenverzahnten Hohlrad 6. Die Verzahnung 12 des
Ritzels 5 und des Hohlrads 6 habe eine axiale Breite B,
das Ritzel einen Wälzkreisdurchmesser d0; die Breite der
Verzahnung sei größer als der Wälzkreisdurchmesser d0.
Das Ritzel 5 und das Hohlrad 6 sind nicht koaxial,
sondern exzentrisch zueinander gelagert; ferner weist das
Ritzel 5 einen Zahn weniger auf als das Hohlrad 6,
so daß jeweils die Außenseite 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 X die Zähne am Ritzel 5 bzw. Hohlrad 6
außer Eingriff geraten. Dem Sauganschluß 7 im Gehäusemittelteil
1, in dem das Hohlrad 6 und das Ritzel 5
gelagert sind, schließt sich in axialer Richtung jeweils
zu den benachbarten Gehäuseteilen eine Saugtasche 8 an,
die sich über einen Teil der Mantelfläche 20 des Hohlrads
6 erstreckt. Ein Druckanschluß 10 befindet sich,
ebenfalls ausgehend von einer sich über einen Umfangsbereich
am Hohlrad erstreckenden Drucktasche 11, auf der
gegenüberliegenden Seite der Pumpe. Die Zuströmung von
Druckmedium zum Innenraum der Pumpe, also zu den Zahnlücken
im Ritzel 5 und im Hohlrad 6, welche die Förderung des
Druckmediums bewirken, erfolgt über - vgl. Fig. 2 - radiale
Durchbrüche 17 im Hohlrad 6. Diese Durchbrüche 17
gehen von der Mantelfläche 20 aus und münden im Zahngrund
des Hohlrades 6.
Die soweit beschriebene sichellose Innenzahnradpumpe ist
Stand der Technik.
Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 sind nun - in an sich
bereits bekannter Weise - an den Zahnköpfen des Hohlrades
6 jeweils Dichtelemente 30 eingesetzt, die gemäß
der vorliegenden Erfindung besonders ausgebildet und
gelagert bzw. gehalten sind. Diese erfindungsgemäßen
Dichtelemente 30 sind in Fig. 2 vergrößert dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Hohlrades 6 im Bereich
eines Zahnkopfes 14. Über den Umfang des Hohlrades 6
betrachtet sind die zur Zuströmung des Druckmediums zum
Innenraum der Innenzahnradpumpe vorgesehenen Durchbrüche
17 eingearbeitet.
Die Dichtelemente 30 sind jeweils im Übergangsbereich
zwischen einem Durchbruch 17 und einem Zahnkopf 14 eingesetzt,
und zwar so, daß zum Durchbruch 17 hin ein Überlappungsbereich
(Hinterschneidung) 32 entsteht. Die äußere,
sprich kopfseitige Stirnfläche 33 des Dichtelements 30
ist so ausgebildet, daß sie bei symmetrischer Anordnung
des Dichtelements 30 relativ zu einem Zahnkopf 14
dessen Soll-Kopfform, d. h. dessen geometrischer Idealform,
exakt entspricht.
Das Dichtelement 30 selbst ist - wie an sich bekannt -
radial beweglich (vgl. Pfeil Y) in einer komplementär zum
Querschnitt des Dichtelements 30 ausgebildeten Profilnut
34 im Zahnkopf 14 montiert bzw. eingesetzt. Damit
läßt sich eine radial gerichtete Verschiebung des Dichtelements
30 in der Profilnut 34 verifizieren. Die
genannte Radialverschiebung ist beidseitig begrenzt, und
zwar einerseits durch eine an die gerundete bzw. profilierte
Stirnfläche 33 angrenzende Krempe mit einer an
einer komplementären Anschlagfläche 36 des Zahnkopfes 14
anschlagenden konjugierten Anschlagfläche 37 des Dichtelements
30; der zweite Anschlag wird durch einen formschlüssigen
Festanschlag 38 des Fußteils 39 des Dichtelements
30 an der konjugierten Seitenfläche 40 der
Profilnut 34 realisiert. Zwischen diesen beiden Anschlägen
kann somit das Dichtelement 30 im Ausmaß der
Spaltbreite Z radial bewegt werden.
Wie der zeichnerischen Darstellung nach Fig. 2 zu entnehmen
ist, hat das Dichtelement 30 etwa die Querschnittsform
eines Pilzes, wobei das in Umlaufrichtung X des Hohlrades
6 betrachtet nacheilende Fußteil konisch in
Richtung Mantelfläche 20 verbreitert ist. Der genannte
Festanschlag 38 ergibt sich so über die komplementäre
Wandausbildung der Profilnut 34.
An den Fuß des Dichtelements 30 schließt ein Freiraum 41
an, der über den genannten Hinterschnitt 32 bzw. Anschnitt
des Durchbruchs 17 zum Druckraum der Pumpe hin
offen ist. So entsteht - vom Fuß des Dichtelements 30
aus betrachtet - eine zum Druckraum hin offene Verbindung,
über die das Dichtelement 30 beim Umlauf der Zahnräder
druckbeaufschlagt wird und über die in der Druckaufbauphase
das Dichtelement 30 vom Systemdruck an den Ritzelkopf
13 angepreßt werden kann. Damit das Dichtelement
30 in der Saugphase der Innenzahnradpumpe nicht aufgrund
der Fliehkraft von der Anschlagfläche 36 abhebt, liegt
dem Fuß des Dichtelements 30 im Freiraum 41 ein Federelement,
insbesondere eine Wellenfeder 42 gegenüber.
Das im vorstehenden anhand von Fig. 2 offenbarte Dichtelement
30 muß letztendlich folgende Eigenschaften aufweisen:
- - Da die Liniendichtung an dem einen Kopfende beginnt und nach einem Drehwinkel von ca. 40° am anderen Kopfende endet, muß das Dichtelement über die ganze Kopfbreite ausgebildet werden.
- - Die Kopfform entspricht der vom Ritzelkopf bzw. vom Hohlradkopf erzeugten Geometrie.
- - Für eine mögliche Einlaufphase muß das Element ausweichen können, wobei um den Einlauf zu begrenzen, ein beidseitiger Endanschlag vorhanden sein muß.
Das Material des Dichtelements 30 muß gute Einlaufeigenschaften
aufweisen, so daß als Werkstoff nur
Buntmetall oder faserverstärkter Kunststoff in Frage
kommt.
Ergänzend sei angemerkt, daß - axial über einen Bereich
von 360° betrachtet - eine Führung für die Dichtleisten
vorhanden sein muß, um ein seitliches Auswandern zu
verhindern.
Claims (5)
1. Sichellose Innenzahnradpumpe mit einer im wesentlichen mit
einer Flanke dichtenden Verzahnung, mit einem
innenverzahnten Hohlrad (6) und einem mit dem Hohlrad
(6) kämmenden Ritzel (5), die in einem gemeinsam
gelagerten Gehäuseteil (1) drehbar gelagert sind,
dessen axiale Erstreckung der Breite der Verzahnung
(12) des Hohlrades (6) und des Ritzels (5) entspricht
und welches einen Sauganschluß (7) und einen
Druckanschluß (10) aufweist, wobei das Hohlrad (6)
radiale Durchbrüche (17) für das zu pumpende Medium
aufweist, und wobei in den Zahnköpfen (14) des
Hohlrads (6) je ein in einer entsprechend
ausgebildeten Profilnut (34) radial bewegliches
Dichtelement (30) eingesetzt ist, das am
gegenüberliegenden Zahnkopf des Ritzels (5) gleiten
kann,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- 1.1 das Dichtelement (30) nimmt im Bereich der Gleitfläche die - in Umfangsrichtung gesehen - gesamte Kopffläche des Hohlrades (6) ein;
- 1.2 die Kopfform des Dichtelementes (30) entspricht der vom Ritzkopf erzeugten Geometrie.
2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement (30) und die Profilnut (34)
zueinander komplementär so ausgebildet sind,
daß die radiale Beweglichkeit des Dichtelements
einerseits durch einen das Eintauchen in die
Profilnut (34) begrenzenden Endanschlag (36) und
andererseits durch einen das Ausfahren aus der
Profilnut (34) begrenzenden Festanschlag (38)
definiert ist.
3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement (30) der Profilnut (34)
gegenüber über ein Federelement, insbesondere
eine Wellfeder (4) vorgespannt eingesetzt ist.
4. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Unterseite des Dichtelements (30)
eine offene Verbindung zum Druckraum des zu
pumpenden Mediums vorgesehen ist.
5. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtelemente (30) aus Buntmetall oder
faserverstärktem Kunststoff gefertigt sind.
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