Die Erfindung geht aus von einer Innenzahnradmaschine, die als
Pumpe oder als Motor verwendet werden kann und die die Merkmale
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
Aus der DE 26 31 148 A1 ist eine Innenzahnradmaschine bekannt,
bei der beidseits der Zahnräder zwischen diesen und einem Gehäu
seteil jeweils eine Scheibe mit einem zentralen Durchgang ange
ordnet ist. Ein in das Gehäuseteil eingesetztes Gleitlager
greift in den zentralen Durchbruch der Scheibe ein. Bei den
Scheiben handelt es sich allerdings nicht um Axialdruckplatten.
Denn die Scheiben sind gemäß den Angaben in der Schrift in das
Gehäuse der Innenzahnradmaschine eingepreßt und dienen dazu, ein
Füllstück in genau definierter Lage zu den Gleitlagern zu hal
ten.
Bei einer die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auf
weisenden und z. B. aus der DE 25 47 055 A1, Fig. 1 und 2 be
kannten Innenzahnradmaschine ist in einem mehrteiligen Gehäuse
mit einem außenverzahnten Ritzel und mit einem mit dem Ritzel
mitlaufenden, innenverzahnten Hohlrad Hydrauliköl von einem Nie
derdruckraum in einen Hochdruckraum (Pumpenfunktion) oder vom
Hochdruckraum in den Niederdruckraum (Motorfunktion) förderbar.
Das Ritzel ist drehfest mit einer Welle verbunden, die üblicher
weise beidseits des Ritzels jeweils mit einem Lagerabschnitt in
einem in ein Gehäuseteil eingesetzten Gleitlager gelagert ist.
Die bekannte Innenzahnradmaschine weist eine Axialdruckplatte
auf, die aufgrund des Druckes in einem gehäuseseitigen Druckfeld
mit einem leichten Kraftüberschuß an die Zahnräder gedrückt wer
den soll, um den Hochdruck axial abzudichten. Dabei ist man in
der Ausdehnung des Druckfeldes je nach dem gewünschten Maxi
maldruck, dem eine Maschine standhalten soll, durch die erfor
derlichen Materialstärken begrenzt. Insbesondere ist diese Be
grenzung dann deutlich, wenn die Ritzelwelle in einem Gleitlager
gelagert ist und dadurch eine relativ große Aufnahmebohrung an
den Gehäuseteilen erforderlich ist. Eine Begrenzung des Druck
feldes kann auch durch das Vorhandensein von zwei Druckfeldern
bedingt sein, von denen je nach vorgegebener Drehrichtung der
Maschine das eine oder das andere wirksam ist.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Innen
zahnradmaschine zu schaffen, bei der trotz einem nur begrenzt
ausdehnbaren Kompensationsdruckfeld ein in Richtung Zahnräder
wirkender Kraftüberschuß an der Axialdruckplatte in herstel
lungstechnisch einfacher Weise erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird für eine Innenzahnradmaschine mit den Merkma
len aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale aus
dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einer erfindungsgemäßen Innenzahnradmaschine ist also die
Fläche an der Axialdruckplatte, an der ein Druck, der höher ist
als der Niederdruck, eine von den Zahnrädern weggerichtete Kraft
erzeugen kann, verkleinert, so daß ein relativ kleines Kompensa
tionsdruckfeld ausreicht.
Die Flächenverkleinerung wird dadurch erreicht, daß das Gleitla
ger in die Axialdruckplatte hineingreift und die Axialdruckplat
te im Hochdruckbereich der Maschine an dem Durchgang für die
Ritzelwelle einen Rücksprung aufweist. Dieser Rücksprung kann
auf einfache Weise durch Stanzen zusammen mit dem Durchgang her
gestellt werden. Durch den Eingriff des Gleitlagers in die
Axialdruckplatte wird diese gut geführt. Zugleich ist durch den
Abstand des Gleitlagers vom Ritzel auf einfache Weise ein Ring
kanal geschaffen, über den der Rücksprung mit dem Niederdruck
raum verbunden ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen In
nenzahnradmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Gemäß Anspruch 2 besitzt das Gehäuseteil eine in der Wand einer
Aufnahmebohrung für das Gleitlager axial verlaufende, in einem
Schmierölkreislauf liegende Nut, die sich von der den Zahnrädern
zugewandten Stirnseite des Gehäuseteils bis hinter das Gleitla
ger erstreckt. Damit diese Nut nicht unter Umgehung des Lager
spalts mit dem Ringkanal kurzgeschlossen ist, endet der Rück
sprung gemäß Anspruch 2, im Umfangsrichtung gesehen, im Abstand
vor dieser Nut. Vorzugsweise besitzt die Axialdruckplatte gemäß
Anspruch 4 im Hochdruckbereich zwei Rücksprünge, zwischen denen
sich ein Steg zur Führung der Axialdruckplatte am Gleitlager be
findet.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, als Pumpe aus
gebildeten Innenzahnradmaschine ist in den Zeichnungen darge
stellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung
nun näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in einem Schnitt durch die von
den beiden Achsen der Zahnräder aufgespannten Ebene,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1,
Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3,
Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 3 und
Fig. 6 einen Teilschnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 3.
Die in den Figuren dargestellte Innenzahnradpumpe besitzt ein
Gehäuse 10, das sich aus einem ringförmigen Mittelteil 11, das
eine Pumpenkammer 12 radial einschließt, einem ersten Deckelteil
13 und einem zweiten Deckelteil 14 zusammensetzt. Die beiden
Deckelteile 13 und 14 begrenzen die Pumpenkammer 12 in axialer
Richtung. Das Mittelteil 11 übergreift die beiden Deckelteile 13
und 14 im Bereich jeweils einer äußeren Eindrehung 15. Das Dec
kelteil 13 besitzt eine durchgehende Bohrung 16, in die ein
Gleitlager 17 eingepreßt ist. Mit der Bohrung 16 fluchtet eine
Sackbohrung 18 des Deckelteils 14, in die ebenfalls ein Gleitla
ger 17 eingepreßt ist. In den beiden Gleitlagern 17 ist eine An
triebswelle 19 der Pumpe mit jeweils einem Lagerabschnitt 30 ge
lagert. Ein außenverzahntes Ritzel 20 ist innerhalb der Pumpen
kammer 12 auf der Antriebswelle 19 befestigt oder einstückig mit
dieser hergestellt. Das Ritzel befindet sich innerhalb eines in
nenverzahnten Hohlrades 21, dessen Achse exzentrisch zur Achse
des Ritzels 20 angeordnet ist und das an seinem Außenumfang im
Mittelteil 11 des Gehäuses 10 gelagert ist. Im Bereich beidseits
einer durch die beiden Achsen des Ritzels 20 und des Hohlrades
21 aufgespannten Mittelebene 22 kämmen die beiden Zahnräder mit
einander, zwischen denen sich im übrigen ein sichelförmiger
Freiraum 23 befindet.
Dieser Freiraum 23 ist etwa zur Hälfte durch ein zweiteiliges
Füllstück 24 ausgefüllt, das an den Zähnen des Ritzels 20 und
des Hohlrads 21 anliegt und sich an einer Abflachung 29 eines
Füllstückstifts 25 abstützt. Dieser durchquert den Freiraum 23
in der Mittelebene 22 und ist in zwei miteinander fluchtenden
Sackbohrungen der Deckelteile 13 und 14 beidseits der Pumpenkam
mer 12 drehbar gelagert. Die axiale Ausdehnung des Füllstücks 24
stimmt mit der axialen Ausdehnung der beiden Zahnräder 20 und 21
überein.
An diametral gegenüberliegenden Stellen münden in die Pumpenkam
mer 12 ein Saugkanal 26 und ein Druckkanal 27, wobei der Durch
messer des Saugkanals 26 größer als der Durchmesser des Druckka
nals 27 ist. Das Hohlrad 21 besitzt in den Zahnlücken radial von
innen nach außen durchgehende Bohrungen 28, durch die eine
hydraulische Flüssigkeit vom Saugkanal 26 aus in den Freiraum 23
und von dort in den Druckkanal 27 gelangen kann.
Die Pumpe ist so aufgebaut, daß das Ritzel 20 im Betrieb, nach
Fig. 2 betrachtet, im Uhrzeigersinn angetrieben werden muß.
Auch das Hohlrad 21 dreht sich dann im Uhrzeigersinn. In den
Zahnlücken befindliche Hydraulikflüssigkeit wandert mit den
Zahnlücken am Füllstück 24 entlang und gelangt in den Zahnein
griffsbereich der beiden Zahnräder. Dort wird die Hydraulikflüs
sigkeit durch die Bohrungen 28 des Hohlrades 21 hindurch in den
Druckkanal 27 verdrängt. Gleichzeitig wird durch andere Bohrun
gen 28 aus dem Saugkanal 26 Hydraulikflüssigkeit in den Freiraum
23 angesaugt.
Für einen hohen Wirkungsgrad der Pumpe ist eine gute axiale Ab
dichtung der Hochdruckseite der Pumpe notwendig, die sich durch
einen Bereich der Pumpenkammer 12 abgrenzen läßt, in dem sich
das Füllstück 24 befindet und in dem im Anschluß an das Füll
stück die beiden Zahnräder allmählich immer weiter ineinander
greifen. Für eine gute Abdichtung ist zwischen den Zahnrädern 20
und 21 und jedem Deckelteil 13 oder 14 eine Axialdruckplatte 35
angeordnet, die von einem zwischen ihr und dem entsprechenden
Deckelteil 13 oder 14 bestehenden Druckfeld 36 axial gegen die
Zahnräder 20 und 21 gedrückt wird. Ein Druckfeld 36 wird durch
eine Ausnehmung im Deckelteil 13 bzw. 14 gebildet. Es hat, wie
näher aus Fig. 3 hervorgeht, eine halbsichelförmige Gestalt und
erstreckt sich etwa vom Fuße des Füllstücks 24 am Füllstückstift 25
aus bis nahe an die Mittelebene 22 heran. In jedem Deckelteil
13 bzw. 14 befindet sich beidseits der Mittelebene 22 jeweils
eine Ausnehmung 36, wobei die beiden Ausnehmungen 36 jedes Dec
kelteils bezüglich der Mittelebene 22 spiegelbildlich zueinander
ausgebildet sind. Beide enden im Abstand zu der Mittelebene 22,
so daß in deren Bereich noch ein Steg 37 des jeweiligen Deckel
teils zwischen den beiden Ausnehmungen 36 vorhanden ist. Die Au
ßenkontur einer Ausnehmung 36 besitzt einen Abschnitt 38, der
als Kreisbogen ausgebildet ist, dessen Mittelpunkt auf der Achse
des Ritzels 20 liegt und dessen Radius etwas kleiner als der Ra
dius des Fußkreises des Ritzelzahnkranzes ist. Ein zweiter Ab
schnitt 39 der Außenkontur ist ebenfalls ein Kreisbogen, dessen
Mittelpunkt jedoch auf der Achse des Hohlrades 21 liegt. Dieser
Kreisbogen 39 geht zur Mittelebene 22 hin tangential in eine Ge
rade 40 über.
Die beiden Deckelteile 13 und 14 der dargestellten Innenzahnrad
pumpe sind bezüglich der Mittelebene 22 nicht nur im Hinblick
auf die Ausnehmungen 36, sondern insgesamt symmetrisch ausgebil
det. Sie können deshalb sowohl für eine linksdrehend angetrie
bene als auch eine rechtsdrehend angetriebene Pumpe verwendet
werden. Insgesamt können die beiden Ausführungen einer Pumpe mit
den gleichen Teilen aufgebaut werden. Es wird lediglich das Mit
telteil 11 mitsamt den beiden Axialdruckplatten 35 und dem Füll
stück 24 um eine durch die beiden Achsen der Zahnräder 20 und 21
gehende und in der Mittelebene 22 liegende Achse um 180 Grad ge
dreht mit den Deckelteilen 13 und 14 zusammengebaut. Außerdem
wird in der einen Ausführung die eine Ausnehmung 36 und in der
anderen Ausführung die andere Ausnehmung 36 eines Deckelteils
durch eine Elastomerdichtung 41 zu einem Axialspalt 42 zwischen
der jeweiligen Dichtplatte 35 und dem jeweiligen Deckelteil 13
bzw. 14 hin abgedichtet.
Jede Axialdruckplatte 35 ist mit einem Durchgang 50 versehen,
der einen geschlossenen Rand hat, dessen Rand verschiedene, auf
einem Kreis liegende Abschnitte aufweist, deren Durchmesser etwa
mit dem Außendurchmesser eines Gleitlagers 17 übereinstimmt und
in dessen Rand sich einzelne Rücksprünge befinden. Jedes Gleit
lager 17 überragt die der entsprechenden Axialdruckplatte 35 zu
gewandte Stirnfläche des Deckelteils 13 bzw. 14 und greift in
den Durchgang 50 der Axialdruckplatte hinein. Jede Axialdruck
platte 35 umgibt also eng ein Gleitlager 17. Außerdem geht der
Füllstückstift 25 durch eine Bohrung jeder Axialdruckplatte 35
hindurch. Dadurch ist jede Axialdruckplatte 35 in einer Ebene
senkrecht zu den Achsen der Zahnräder in ihrer Lage fixiert. In
Richtung der Achsen ist sie jedoch beweglich, um den Hochdruck
raum der Pumpe axial wirksam abdichten zu können. Von Vorteil
ist bei dieser Lösung vor allem, daß zwischen einer Axialdruck
platte 35 und einem Gleitlager 17 keine Drehbewegung stattfindet
und deshalb die radial aneinanderliegenden Flächen von Gleitla
ger und Axialdruckplatte 35 keine Lagerflächenqualität haben
müssen. Der Durchgang 50 kann deshalb allein durch Stanzen ohne
Nachbearbeitung hergestellt werden.
Zwei Rücksprünge 51 der insgesamt drei Rücksprünge im Durchgang
50 einer Axialdruckplatte 35 befinden sich im Hochdruckbereich
der Pumpe und sind radial durch einen Kreisbogen 52 begrenzt,
dessen Radius kleiner ist als der Radius des Kreisbogenab
schnitts 38 einer Ausnehmung 36. Die zwei Rücksprünge 51 sind in
Umfangsrichtung des Durchgangs 50 durch einen Steg 53 voneinan
der getrennt, der sich beidseits einer durch die Achse des Rit
zels 20 gehenden und senkrecht auf einer durch die beiden Achsen
der Zahnräder 20 und 21 aufgespannten Mittelebene 22 stehenden
Ebene befindet und über den sich eine Axialdruckplatte 35 im
Hochdruckbereich an einem Gleitlager 17 abstützen kann. Von dem
Steg 53 aus erstreckt sich der eine Rücksprung 51 weg etwas über
die Mittelebene 22 hinaus, während der andere Rücksprung 51 im
Abstand vor der Mittelebene 22 endet. Durch die Rücksprünge 51
wird die Fläche der Axialdruckplatte 35 begrenzt, die vom Druck
im Hochdruckraum der Pumpe beaufschlagt werden kann. Die Rück
sprünge 51 tragen somit zur Kompensation der an einer Axial
druckplatte 35 angreifenden Axialkräfte bei.
Zwischen der dem Ritzel 20 zugewandten Stirnfläche eines Gleit
lagers 17 und dem Ritzel 20 besteht ein Abstand, so daß axial
zwischen dem Ritzel 20 und dem Gleitlager 17 und radial zwischen
der Welle 19 und der Axialdruckplatte 35 ein Ringkanal 54 ge
schaffen ist. Der Ringkanal 54 liegt in einem Schmierölkreis
lauf, der zwischen zwei Stellen des Niederdruckraums der Pumpe
verläuft, an denen unterschiedliche Drücke herrschen, und der
über den Lagerspalt 55 zwischen einem Lagerabschnitt 30 der
Welle 19 und einem Gleitlager 17 führt. Zu einem Schmierölkreis
lauf für ein Gleitlager 17 gehört auch eine Längsnut 56 in jedem
Deckelteil 13 bzw. 14, die an einer der entsprechenden Axial
druckplatte 35 zugewandten Stirnfläche eines Deckelteils beginnt
und sich längs einer Bohrung 16 bzw. 18 erstreckt. Die Nut 56
befindet sich also außerhalb eines Gleitlagers 17 und mündet an
dessen dem Ritzel 20 abgewandten Ende im Deckelteil 14 in einen
kreiszylindrischen Raum 57 zwischen dem Ende der Welle 19 und
dem Boden der Sackbohrung 18 und im Deckelteil 13 in einem Ring
raum 58 zwischen einer Wellendichtung 59 und einer Stufe der
Bohrung 16. In jedem Deckelteil verläuft die Längsnut 56 in der
Mittelebene 22, so daß sie die Symmetrie eines Deckelteils be
züglich dieser Ebene nicht zerstört.
In der einer Axialdruckplatte 35 zugewandten Stirnfläche eines
Deckelteils 13 bzw. 14 schließt sich an die Längsnut 56 eine in
axialer Ansicht T-förmige Tasche 60 an, die ebenfalls symme
trisch zur Mittelebene 22 angeordnet ist und die zu beiden Aus
nehmungen 36 im Deckelteil einen Abstand hat. Die Tasche 60
überlappt sich mit einem Langloch 61 in der Axialdruckplatte 35,
über das die Tasche 60 sowohl mit dem Zahnkranz des Ritzels 20
als auch mit der sich auf der Niederdruckseite der Pumpe befind
lichen Ausnehmung 36 eines Deckelteils verbunden ist. Die Nut
56, die Tasche 60 und das Langloch 61 befinden sich im Bereich
zwischen einem Gleitlager 17 und dem Füllstückstift 25 und sind
in der Nähe des Füllstückstifts mit dem Niederdruckraum verbun
den. An sich würde es für den Aufbau eines Schmierölkreislaufes
genügen, wenn die Tasche 60 eines Deckelteils mit der einen Aus
nehmung 36 dieses Deckelteils verbunden ist und sich dazu in der
Axialdruckplatte 35 eine zum Deckelteil hin offene Einprägung
anstelle eines durchgehenden Loches 61 befände. Allerdings ist
in der Axialdruckplatte 35 bereits eine Einprägung 62 vorgese
hen, die zu den Zahnrädern hin offen ist und die den Zahnkranz
des Hohlrades 21 mit einem zwischen den zwei Teilen des Füll
stücks 24 bestehenden Druckraum verbindet. Diese Einprägung 62
kann aus funktionellen Gründen die Axialdruckplatte 35 nicht
axial queren, da sonst zwischen der im Hochdruckbereich befind
lichen Ausnehmung 36 und dem besagten Druckraum zwischen den
beiden Teilen des Füllstücks eine Verbindung bestünde. Wollte
man zwischen der Tasche 60 und der anderen′ Ausnehmung 36 nun
eine Nut in die Axialdruckplatte 35 legen, so wäre eine beidsei
tige Prägung dieser Axialdruckplatte notwendig, was den Herstel
lungsaufwand vergrößern würde.
Dadurch, daß eine Axialdruckplatte 35 das Gleitlager außerhalb
der drei Rücksprünge eng umgibt und, wie deutlich aus Fig. 3
hervorgeht, keiner der Rücksprünge in Umlaufrichtung in die
Längsnut 56 hineinragt, schottet die Axialdruckplatte 35 die
Längsnut 56 und den Ringkanal 54 gegeneinander ab. Die Trennung
der Längsnut 56 und des Ringkanals 54 voneinander ist besonders
wirksam, da das Gleitlager 17 und die Axialdruckplatte 35 axial
ineinandergreifen und dadurch eine Axialspiel der Axialdruck
platte die Trennung nur wenig beeinflußt.
Der Ringkanal 54 ist über eine Aussparung 70, die den dritten
Rücksprung im Durchgang 50 einer Axialdruckplatte 35 bildet, in
dem Bereich des Niederdruckraums, in dem die Zahnkränze der bei
den Zahnräder außer Eingriff gelangen, mit dem Niederdruckraum
verbunden. In diesem Bereich ist der Druck geringfügig niedriger
als im Bereich des Langlochs 61, so daß über das Langloch 61,
die Tasche 60, die Längsnut 56, den Raum 57 bzw. 58, den Lager
spalt 55, den Ringkanal 54 und die Aussparung 70 ein Schmieröl
kreislauf zwischen zwei Stellen unterschiedlicher Drücke be
steht. Insbesondere geht die Aussparung 70 radial über den Fuß
kreis 71 des Ritzels 20 hinaus, endet jedoch vor dessen Kopf
kreis 72. Die Aussparung 70 steht also nur bei bestimmten Dreh
winkeln des Ritzels 20 mit einer Zahnlücke in Verbindung. Da
durch entsteht im Lagerspalt 55 ein pulsierender Volumenstrom.
Es hat sich gezeigt, daß es sich nicht nachteilig auf den
Schmierölkreislauf auswirkt, wenn die Aussparung 70 immer auch
zur niederdruckseitigen Ausnehmung 36 des Deckelteils offen ist,
in der über ihre Ausdehnung hinweg weitgehend gleiches Druckni
veau herrscht.