DE4338875C2 - Reversierbare Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine reversierbare Innenzahnradma­ schine, die als Pumpe oder als Motor eingesetzt werden kann mit einem Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse untergebrachten außenverzahnten Ritzel, mit einem mit dem Ritzel mitlaufen­ den, innenverzahnten Hohlrad und mit einem in einem sichelförmigen Freiraum zwischen dem Ritzel und dem Hohlrad symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen der beiden Zahnräder aufgespannten Mittelebene angeordneten, sichelförmigen Füllstück, das in seine Längsrichtung beidseitig gehäusefest abstützbar ist.

Eine solche Innenzahnradmaschine ist aus der DE 23 18 753 C2 bekannt. Bei dieser Maschine ist in dem sichelförmigen Freiraum zwischen dem außenverzahnten Ritzel und dem innenverzahnten Hohlrad symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen der beiden Zahnräder aufgespannten Mittelebene ein sichelförmiges Füllstück angeordnet, das einstückig ausgebildet ist. Das Füllstück ist unverrückbar im Gehäuse befestigt und besitzt nahe seinen beiden in seiner Längsrichtung gelegenen Enden über die Zahnräder vorsprin­ gende Ansätze, die in genau komplementär geformte Aussparungen in den axial der Zahnräder liegenden Gehäuseteilen eingepresst sind. Es wird angegeben, dass die Ansätze alternativ auch in die Aussparungen eingeklebt oder eingelötet sein können. Für einen guten Wirkungsgrad einer Innenzahnradmaschine mit einem Füllstück kommt es darauf an, dass die Hochdruckseite der Maschine durch das Füllstück gut gegenüber der Niederdruckseite abgedichtet ist. Damit das Spiel zwischen dem einstückigen und unverrückbar im Gehäuse befestigten Füllstück und den Zahnköpfen möglichst gering ist, wird für die bekannte Pumpe vorgeschlagen, sie mit zu geringem Spiel zwischen den Zahnköpfen und dem weicheren Füllstück zu montieren und sie eine Zeitlang bei niedriger Drehzahl und einer ausreichend schmierenden Förderflüssigkeit einlaufen zu lassen. Es mag sein, dass nach einer solchen Montage und einem solchen Einlaufen für die bekannten Innenzahnradmaschine das Spiel zwischen den Zahnköpfen und dem Füllstück so gering wie möglich ist. Ein hoher Wirkungsgrad kann damit jedoch nicht erzielt werden.

Aus der DE 29 54 546 C2 ist eine Innenzahnradpumpe mit einem längsgeteilten Füllstück bekannt geworden, das in einem sichelförmigen Raum zwischen einem Hohlrad und einem Ritzel angeordnet ist. Das Füllstück weist zwei radial bewegliche Füllstückhälften auf, die sich jeweils einerends an einem Füllstückstift abstützen. In dem Trennflächenraum zwischen den beiden Füllstückhälften ist eine das Füllstück durchsetzende Dichtwalze angeordnet. Bei dieser Innenzahn­ radpumpe besteht die Gefahr, dass die Füllstückhälften bedingt durch einen mit der Zeit auftretenden Verschleiß der hydraulischen Belastung nicht mehr standhalten und brechen können mit der Folge eines Totalausfalls der Innenzahnradpumpe mit Schäden an den Zahnrädern und an dem Gehäuse.

Eine reversierbare Innenzahnradmaschine mit den eingangs erwähnten Merkmalen ist auch aus der DE 30 47 609 A1 bekannt geworden. Dort sind zwei Füllstücke vorgesehen, die schwimmend in dem Freiraum zwischen Ritzel und Hohlrad angeordnet sind. Zwischen den einander zugewandten Enden der beiden Füllstücke ist eine Feder angeordnet, welche die Füllstücke mit ihren jeweiligen anderen, voneinander weg weisenden Enden zu jeweils einem gehäusefest gelagerten Anschlagstift drückt. Der Wirkungsgrad einer derartigen Innenzahnradmaschine und die damit realisierbaren Drehzahlen bzw. hydraulischen Leistungen sind begrenzt.

Ziel der Erfindung ist es, eine Innenzahnradmaschine mit den eingangs erwähnten Merkmalen so weiterzuentwickeln, dass durch eine gute Abdichtung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Maschine der Wirkungsgrad erhöht wird.

Dieses Ziel wird für eine reversierbare Innenzahnradmaschi­ ne mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.

Dadurch, dass die beiden Dichtsegmente radial beweglich sind und zumindest im Betrieb der Maschine mit einer kleinen Kraft an die Zahnräder angedrückt werden, werden die Hochdruckseite und die Niederdruckseite der Maschine sehr gut gegeneinander abgedichtet. Die Dichtsegmente können dabei auch geringen Positionsveränderungen der Zahnräder folgen, die durch Verformungen des Gehäuses und kleinen Veränderungen der Lage der Welle, auf der das Ritzel sitzt, bedingt sind und letztendlich auf die sich mit dem Druck ändernden und auf die einzelnen Bauteile der Maschine wirkenden Kräfte zurückzuführen sind. Damit im Betrieb über den Spalt an der dem jeweiligen Zahnrad abgewandten Seite eines Dichtsegments keine Verbindung zwischen der Hochdruck- und Niederdruckseite der Maschine besteht, ist dieser Spalt durch wenigstens ein Dichtelement in jeder Hälfte des Füllstücks abdichtbar.

Zur Abstützung des Füllstücks in Längsrichtung, also im wesentlichen in Umfangsrichtung des Ritzels oder des Hohlrads, ist bevorzugt vor beiden Enden des Füllstücks jeweils eine Anschlagleiste angeordnet, die parallel zu den Achsen der Zahnräder durch den sichelförmigen Freiraum verläuft und die seitlich des Freiraums im Gehäuse gelagert ist. Für die Lagerung genügen Bohrungen, die einfach einzubringen sind. Die Anschlagleisten haben entsprechend einen zumindest teilkreiszylindrischen Querschnitt und sind jeweils in mindestens einer Bohrung auf der einen Seite der Zahnräder, besser jedoch in jeweils einer Bohrung auf jeder Seite der Zahnräder eingeschoben.

Vorteilhaft ist es auch, wenn sich beide Dichtsegmente über die gesamte Länge des Füllstücks erstrecken und an jedem Ende von einer Anschlagleiste abstützbar sind. Besonders einfach herstellen lassen sich die Dichtsegmente, wenn die dem jeweils anderen Dichtsegment zugekehrte Fläche eines Dichtsegments eine Kreiszylinderfläche ist. Befinden sich die Achsen der einander zugekehrten Flächen etwa mittig der beiden Achsen der Zahnräder, so sind die beiden Dichtseg­ mente, senkrecht zur Längsrichtung des Füllstücks betrachtet, jeweils etwa gleichstark, wobei natürlich die Stärke jedes Dichtsegments von der Mittelebene aus zu den Anschlagleisten hin abnimmt.

Die vor den beiden in Längsrichtung liegenden Enden des Füllstücks verlaufenden Anschlagleisten werden zweckmäßi­ gerweise dazu ausgenutzt, um einen übermäßigen Verschleiß der Dichtsegmente zu begrenzen. Ein solch übermäßiger Verschleiß kann unter extremen Betriebsbedingungen auftreten, z. B. bei stark verschmutztem Fördermedium. Durch die seitlichen Anschläge an den Anschlagleisten wird verhindert, dass die Dichtsegmente schließlich so weit geschwächt werden, dass sie der hydraulischen Belastung nicht mehr standhalten können und brechen. Ein Totalausfall der Innenzahnradmaschine mit Schäden an den Zahnrädern und am Gehäuse wird dadurch vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Innenzahnradmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen. Die Ansprüche 4 bis 6 beziehen sich auf günstige Ausgestaltungen im Hinblick auf die Abdichtung des in Längsrichtung des Füllstücks verlaufenden Spalts zwischen den beiden Dichtsegmenten.

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Innenzahnradmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in einem Schnitt durch die von den beiden Achsen der Zahnräder aufgespannte Mittelebene das erste Ausfüh­ rungsbeispiel, dessen Füllstück zum Abdichten des Längs­ spaltes zwei Dichtrollen pro Drehrichtung besitzt,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 und

Fig. 3 das bloße Füllstück des zweiten Ausführungsbeispiels, das nur eine Dichtrolle pro Drehrichtung besitzt.

Die Innenzahnradmaschine nach den Fig. 1 und 2 besitzt ein Gehäuse 10, das sich aus einem ringförmigen Mittelteil 11, das eine Kammer 12 radial einschließt, einem ersten Deckelteil 13 und einem zweiten Deckelteil 14 zusammensetzt. Die beiden Dec­ kelteile 13 und 14 begrenzen die Kammer 12 in axialer Richtung. Das Mittelteil 11 übergreift die beiden Deckelteile 13 und 14 im Bereich jeweils einer äußeren Eindrehung 15. Das Deckelteil 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 Gleitlager 17 einge­ preßt ist. In den beiden Gleitlagern 17 ist eine Antriebswelle 19 der Pumpe gelagert. Ein außenverzahntes Ritzel 20 ist inner­ halb der Pumpenkammer 12 auf der Antriebswelle 19 befestigt oder einstückig mit dieser hergestellt. Es befindet sich innerhalb eines innenverzahnten Hohlrades 21, dessen Achse exzentrisch zur Achse des Ritzels 2 angeordnet ist und das an seinem Außenumfang im Mittelteil 11 des Gehäuse 10 gelagert ist. Im Bereich beid­ seits einer durch die beiden Achsen des Ritzels 20 und des Hohl­ rades 21 aufgespannten Mittelebene 22 kämmen die beiden Zahnrä­ der miteinander, zwischen denen sich im übrigen ein sichelförmi­ ger Freiraum 23 befindet. Die Gehäuseteile 11, 13 und 14 sind symmetrisch bezüglich der Mittelebene 22 ausgebildet.

Der sichelförmige Freiraum nimmt ein sichelförmiges Füllstück 24 auf, das ebenfalls symmetrisch zur Mittelebene 22 ist und an den Zähnen des Ritzels 20 und des Hohlrads 21 anliegt. Die axiale Ausdehnung des Füllstücks 24 stimmt mit der axialen Ausdehnung der beiden Zahnräder 20 und 21 überein.

Für einen hohen Wirkungsgrad der gezeigten Innenzahnradmaschine ist zwischen dem Füllstück 24 und den Zahnkränzen des Ritzels 20 und des Hohlrads 21 eine gute Abdichtung von Vorteil. Deshalb ist das Füllstück 24 längsgeteilt und zweiteilig aus einem er­ sten Dichtsegment 30 und einem zweiten Dichtsegment 31 aufge­ baut. Letzteres ist dem Hohlrad 21 benachbart und kann mit sei­ ner Außenseite 32, die eine Zylinderfläche mit einer mit der Achse des Hohlrads 21 zusammenfallenden Achse ist, mit einer ge­ ringen Überschußkraft gegen die Zahnköpfe des Hohlrades 21 ge­ drückt werden. Das Dichtsegment 30 besitzt eine Innenseite 33, die eine Kreiszylinderfläche ist, deren Achse mit der Achse des Ritzels 20 zusammenfällt und mit der das Dichtsegment 30 gegen den Zahnkranz des Ritzels gedrückt werden kann. Die einander zu­ gewandten Flächen der beiden Dichtsegmente 30 und 31 sind Kreis­ zylinderflächen, deren Achsen etwa mittig zwischen den beiden Achsen der Zahnräder 20 und 21 verlaufen. Die Lage der Achsen und der Radius der einander zugekehrten Flächen der Dichtseg­ mente sind so gewählt, daß schon im Neuzustand der Maschine ein schmaler Spalt zwischen den beiden Dichtsegmenten besteht und daß die beiden Dichtsegmente senkrecht zur Längsrichtung des Füllstücks bzw. in Umlaufrichtung der Zahnräder, also senkrecht zu den einander zugekehrten Flächen 34 und 35 jeweils gleich­ stark sind. Beide Dichtsegmente 30 und 31 erstrecken sich über die gesamte Länge des Füllstücks 24 und sind an ihren Enden je­ weils von einer Anschlagleiste 36 gegen eine hydraulische Kraft abstützbar, die das Füllstück jeweils von der Hochdruckseite der Maschine weg zur Niederdruckseite hin zu verschieben sucht. Jede Anschlagleiste wird wirksam, noch ehe das Füllstück zwischen den Zahnkränzen der Zahnräder geklemmt wird. Jede der sich vor den beiden Enden des Füllstücks 24 befindlichen Anschlagleisten 36 weist genauso wie bei der Ausführung nach Fig. 3 eine zum Füll­ stück 24 hin offene und zu den Zahnrädern 20 und 21 jeweils durch einen Anschlag 37 begrenzte Aussparung 38 auf, in die je­ des Dichtsegment 30 und 31 mit einem Vorsprung 39 mit radialem Spiel hineingreift. Die Anschläge 37 sind wesentlich schmäler als die Aussparung 38, deren Boden die Anschlagfläche für die Dichtsegmente in Längsrichtung des Füllstücks bzw. in Umlauf­ richtung der Zahnräder bildet. Zwischen den Anschlägen 37 und den Dichtsegmenten besteht in Längsrichtung des Füllstücks ein geringer Abstand. Das Dichtsegment 30 ist auch etwas kürzer als der lichte Abstand der Anschlagleisten 36 an den Böden der Aus­ sparungen 38, so daß es zum Ausgleich von Verschleiß an seiner Innenseite 33 auf das Ritzel 20 zuwandern kann. Das Dichtsegment 31 muß nicht unbedingt kürzer sein, da es nach außen wandert. Außerhalb des Bereichs der Aussparung 38 und der den Dichtseg­ menten zugekehrten Flächenbereichen der Anschläge 37 haben die Anschlagleisten 36 eine kreiszylindrische Außenfläche. Beide An­ schlagleisten 36 erstrecken sich mit dem aus Fig. 2 oder 3 er­ sichtlichen Querschnitt über den Freiraum 23 hinaus in Bohrungen der Deckelteile 13 und 14 hinein und sind dadurch schwenkbar ge­ lagert.

Zur Abdichtung des Spalts zwischen den beiden Dichtsegmenten 37 und 38 werden bei der Ausführung nach Fig. 2 in jeder Hälfte des Füllstücks 24 durch Aussparungen 43 in den einander zuge­ wandten Seiten 34 und 35 der Dichtsegmente zwei axiale Durch­ gänge 40 durch das Füllstück gebildet, in denen sich jeweils eine Blattfeder 41 und eine Dichtrolle 42 befinden. Die Blattfe­ der drückt die Dichtrolle in Längsrichtung des Füllstücks 24 ge­ gen zwei konisch aufeinander zulaufende Flächen an den beiden Dichtsegmenten, so daß mehrere gegeneinander abgedichtete Spaltabschnitte zwischen den beiden Dichtsegmenten bestehen. Je nach Drehrichtung sind jeweils die Dichtrollen in der einen oder in der anderen Hälfte des Füllstücks 24 wirksam.

Das Füllstück 24 gemäß Fig. 3 ist im wesentlichen genauso auf­ gebaut wie dasjenige aus den Fig. 1 und 2. Anstelle von zwei Durchgängen 40 mit jeweils einer Dichtrolle 42 und einer Blatt­ feder 41 ist jedoch in jeder Hälfte des Füllstücks beidseits der Mittelebene 22 nur ein Durchgang 40 vorhanden. Die vergrößerte Darstellung nach Fig. 3 kann deshalb auch zur Erläuterung des Füllstücks nach den Fig. 1 und 2 herangezogen werden und ist zusätzlich zu den in die Fig. 1 und 2 eingetragenen Bezugs­ zahlen auch mit den weiter oben erwähnten Bezugszahlen versehen. Auch die in Fig. 3 eingezeichneten Anschlagleisten 36 entspre­ chen genau denjenigen des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2 und sind mit den weiter oben erwähnten, jedoch der Über­ sichtlichkeit halber in Fig. 2 nicht eingezeichneten Bezugszah­ len versehen.

Für einen hohen Wirkungsgrad der Innenzahnradmaschine ist auch eine gute axiale Abdichtung der Hochdruckseite notwendig. Dafür ist zwischen den Zahnrädern 20 und 21 und jedem Deckelteil 13 oder 14 eine Axialdruckplatte 50 angeordnet, die von einem zwi­ schen ihr und dem entsprechenden Deckelteil bestehenden Druck­ feld axial gegen die Zahnräder 20 und 21 gedrückt wird. Ebenso wie die Gehäuseteile sind auch die Axialdruckplatten 50 symme­ trisch zur Mittelebene 22 ausgebildet. Sie haben Bohrungen, die von den Anschlagleisten 36 und von der Antriebswelle 19 durch­ drungen werden und sind dadurch in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Zahnräder 20 und 21 positioniert. Ein Druckfeld wird jeweils in einer in den Darstellungen nicht erkennbaren Ausneh­ mung im Deckelteil 13 bzw. 14 gebildet. Es hat eine halbsichel­ förmige Gestalt und erstreckt sich jeweils nur auf der einen Seite der Mittelebene 22. Es ist durch die jeweilige Axialdruck­ platte 50 hindurch mit der Hochdruckseite der Maschine verbun­ den. Eine Verbindung zwischen den beiden Druckfeldern eines Dec­ kelteils auf den beiden Seiten der Mittelebene 22 besteht nicht. Je nach Drehrichtung der Maschine wird nur im einen Druckfeld ein Druck aufgebaut.

An diametral gegenüberliegenden Stellen münden in die Kammer 12 zwei durch das Mittelteil 11 des Gehäuses 10 führende, gleich­ große Bohrungen als Außenanschlüsse der Maschine. Das Hohlrad 21 besitzt in den Zahnlücken radial von innen nach außen durchge­ hende Bohrungen 62, durch die eine hydraulische Flüssigkeit von der einen Bohrung 60 oder 61 aus in den Freiraum 23 und von dort in die andere Bohrung gelangen kann. Jeder der beiden Anschlüsse 60 und 61 kann der Hochdruck- oder auch der Niederdruckanschluß der Maschine sein. Die Drehbewegung der Zahnräder kann in beide Richtungen stattfinden. Bei einer Verwendung der Maschine als Pumpe wird Hydraulikflüssigkeit durch den einen Außenanschluß angesaugt und gelangt durch Bohrungen 62 in den Freiraum 23. Dort füllen sich die Zahnlücken der beiden Zahnräder mit der Flüssigkeit und schieben sie innen und außen am Füllstück 24 entlang auf die andere Seite des Füllstücks, die in diesem Fall die Hochdruckseite der Maschine ist. Dort wird die Flüssigkeit durch das Ineinandergreifen der Zahnkränze durch Bohrungen 62 hindurch in den anderen Außenanschluß hineinverdrängt. Bei einer Verwendung der Maschine als Motor sind gegenüber einer Verwen­ dung als Pumpe die Hochdruckseite und die Niederdruckseite ver­ tauscht, wenn die Drehrichtung der Zahnräder dieselbe sein soll. Sind dagegen die Hochdruckseite und die Niederdruckseite gleich­ geblieben, so ist die Drehrichtung der Zahnräder entgegengesetzt zu derjenigen bei einer Verwendung der Maschine als Pumpe.

Aufgrund der Zweiteiligkeit des Füllstücks 24, das aus einem weicheren Material als die Zahnräder 20 und 21 besteht, kann Verschleiß an den Außenseiten 32 und 33 der Dichtsegmente, wie er im Betrieb unter normalen Bedingungen stattfindet, ausgegli­ chen werden. Ausgeglichen werden können auch Verspannungen des Gehäuses und Versetzungen der Welle 19, die aufgrund der großen Kräfte auftreten können und zu einer geringen Lageänderung der Zahnräder relativ zueinander führen. Sollte der Verschleiß an den Dichtsegmenten jedoch aufgrund extremer Betriebsbedingungen übermäßig groß werden, so stoßen die Dichtsegmente radial gegen die Anschläge 37 der Anschlagleisten 36, so daß weiterer Ver­ schleiß, ein Bruch dar Dichtsegmente und ein Totalausfall der Innenzahnradmaschine verhindert wird. Es ist vielmehr möglich, nach Beseitigung der Verschleißursache die Maschine, wenn auch bei verringertem Wirkungsgrad, weiterzubetreiben, oder das Füll­ stück auszutauschen.

Claims (6)

1. Reversierbare Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem Gehäuse (10), mit einem in dem Gehäuse (10) untergebrachten außenverzahnten Ritzel (20), mit einem mit dem Ritzel (20) mitlaufenden, innenverzahnten Hohlrad (21) und mit einem in einem sichelförmigen Freiraum (23) zwischen dem Ritzel (20) und dem Hohlrad (21) symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen der beiden Zahnräder (20, 21) aufgespannten Mittelebene (22) angeordneten, sichelförmigen, längsgeteilten Füllstück (24), das in seine Längsrichtung beidseitig gehäusefest abstützbar ist und ein radial bewegliches, an das Ritzel (20) andrückbares, erstes Dichtsegment (30) und ein radial bewegliches, an das Hohlrad (21) andrückbares, zweites Dichtsegment (31) aufweist, wobei sich beide Dichtsegmente (30, 31) über die gesamte Länge des Füllstücks (24) erstrecken, und wobei der Spalt zwischen den beiden Dichtsegmenten (30, 31) durch wenigstens ein Dichtelement (42) in jeder Hälfte des Füllstücks (24) von der Hochdruck- zur Niederdruckseite abdichtbar ist, und wobei vor beiden Enden des Füll­ stücks (24) jeweils eine Anschlagleiste (36) angeordnet ist, die parallel zu den Achsen der Zahnräder (20, 21) durch den sichelförmigen Freiraum (23) verläuft, die seitlich des Freiraumes (23) im Gehäuse (10) gelagert ist und von der jeweils ein Ende der Dichtsegmente (30, 31) in Längsrichtung abstützbar ist, wobei jede An­ schlagleiste (36) in einer den Dichtsegmenten (30, 31) zugekehrten Fläche eine Aussparung (38) aufweist, die zu dem Ritzel (20) und zu dem Hohlrad (21) hin durch einen Anschlag (37) begrenzt ist und in die beide Dichtsegmente (30, 31) mit einem Vorsprung (39) mit seitlichem Spiel eingreifen.

2. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem jeweils anderen Dichtseg­ ment (30, 31) zugekehrte Fläche (34, 35) eines Dicht­ segments (30, 31) eine Kreiszylinderfläche ist.

3. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der einander zugekehr­ ten Flächen (34, 35) etwa mittig der beiden Achsen der Zahnräder (20, 21) verlaufen.

4. Innenzahnradmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jeder Hälfte des Füllstücks (24) beidseits der Mittelebene (22) in einem axial verlaufenden Durchgang (40) im Spalt zwischen den beiden Dichtsegmenten (30, 31) eine an beide Dichtsegmente (30, 31) andrückbare Dichtrolle (42) befindet.

5. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (40) durch zwei sich einander gegenüberliegende Aussparungen (43) in den beiden Dichtsegmenten (30, 31) gebildet wird, die zur Mittelebene (22) hin konisch aufeinander zulaufen.

6. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtrolle (42) von einem Federelement (41) an die beiden Dichtsegmente (30, 31) andrückbar ist.