EP1025360B1

EP1025360B1 - Innenzahnradmaschine

Info

Publication number: EP1025360B1
Application number: EP98952712A
Authority: EP
Inventors: Reinhard Pippes
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-17
Publication date: 2001-11-28
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: DE19746983A1; EP1025360A1; DE59802272D1; WO1999022142A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem außenverzahnten Ritzel und einem mit dem Ritzel mitlaufenden innenverzahnten Hohlrad, mit einem halbsichelförmigen, in dem Freiraum zwischen dem Ritzel und dem Hohlrad angeordneten Füllstück, das aus einem Segmentträger und einem Dichtsegment besteht, und mit mindestens einem federbelasteten zylinderförmigen Dichtelement zwischen dem Segmentträger und dem Dichtsegment.

Eine derartige Innenzahnradmaschine ist aus der DE 43 22 239 A1 bekannt. In dem Freiraum zwischen einem außenverzahnten Ritzel und einem innenverzahnten Hohlrad ist ein halbsichelförmiges Füllstück angeordnet, das aus einem Segmentträger und einem Dichtsegment besteht. Zwischen dem Segmentträger und dem Dichtsegment befindet sich ein Spalt. Dieser Spalt ist durch zwei Dichtelemente, die sich über die Breite des Füllstückes erstrecken, abgedichtet. Die Dichtelemente sind als Dichtrollen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Die Dichtrollen sind von je einer Blattfeder gegen den Segmentträger und gegen das Dichtsegment gedrückt. Die Dichtrollen berühren den Segmentträger und das Dichtsegment jeweils linienförmig. In der Praxis findet jedoch eine elastische Verformung von Segmentträger, Dichtsegment und Dichtrolle statt, die um so größer ist, je größer die Kraft ist, mit der die Dichtrollen gegen den Segmentträger und gegen das Dichtsegment gepreßt werden. Diese Kraft ist im Betrieb der Innenzahnradmaschine von dem Druck abhängig, mit dem die Innenzahnradmaschine betrieben wird. Aus der linienförmigen Berührung wird somit in der Praxis eine flächenförmige Berührung. Je größer die sich berührenden Flächen sind, desto geringer ist die mechanische Beanspruchung des Segmentträgers, des Dichtsegmentes und der Dichtrollen. Abgesehen davon, daß eine Dichtrolle, deren Durchmesser in der Größenordnung des Spaltes zwischen dem Segmentträger und dem Dichtsegment liegt, sich in dem Spalt zwischen dem Segmentträger und dem Dichtsegment verklemmen könnte, ist es vorteilhaft, den Durchmesser der Dichtrollen möglichst groß zu wählen, damit die Berührungsflächen zwischen der Dichtrolle und dem Segmentträger einerseits und zwischen der Dichtrolle und dem Dichtsegment andererseits möglichst groß sind. Über eine Vergrößerung des Durchmessers der Dichtrollen ist grundsätzlich eine Erhöhung des maximal zulässigen Betriebsdrucks der Innenzahnradmaschine möglich. Einer Erhöhung des Durchmessers der Dichtrollen sind jedoch Grenzen gesetzt. Der Segmentträger ist mit Ausnehmungen für die Aufnahme der Dichtrollen und der Blattfedern versehen. Die Größe dieser Ausnehmungen ist durch den Durchmesser der Dichtrollen und die Dicke der Blattfedern bestimmt. Da die Ausnehmungen den Segmentträger schwächen, begrenzen sie den maximal zulässigen Druck, mit dem die Innenzahnradmaschine betrieben werden darf, um so mehr je größer sie sind. Um die Ausnehmungen für die Dichtrollen und die Blattfedern möglichst klein zu halten, werden für die unterschiedlichen Baugrößen von Innenzahnradmaschinen Dichtrollen mit verschieden großen Durchmessern in feiner Abstufung verwendet. Die einzelnen Durchmesser unterscheiden sich dabei nur um wenige Zehntelmillimeter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenzahnradmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die es erlaubt, die Innenzahnradmaschine bei gleichen Außenabmessungen mit einem höheren Druck zu betreiben.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die Ausbildung des Dichtelementes als Dichtleiste, deren Querschnittsfläche von einem in sich geschlossenen Polygonzug in der Art eines Dreiecks gebildet ist, ergibt sich eine große Berührungsfläche zwischen der Dichtleiste und dem Segmentträger sowie zwischen der Dichtleiste und dem Dichtsegment. Der für die die Dichtleisten aufnehmenden Aussparungen benötigte Platz verringert sich, da der Radius des Umkreises der Querschnittsfläche der Dichtleiste kleiner gewählt werden kann als der Radius der kreisförmigen Querschnittsfläche einer entsprechenden Dichtrolle. Die Schwächung des Segmentträgers fällt daher geringer aus, so daß der Segmentträger mit einer größeren Kraft belastbar ist. Da die auf den Segmentträger wirkende Kraft von dem Druck in der Innenzahnradmaschine abhängig ist, ermöglicht eine Erhöhung der maximal zulässigen auf den Segmentträger wirkenden Kraft auch eine entsprechende Erhöhung des Drucks, mit dem die Innenzahnradmaschine betrieben werden darf.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Eine konvexe Verrundung der Seiten der Querschnittsfläche der Dichtleisten ergibt einen Krümmungsradius der Querschnittsfläche der Dichtleiste in dem an dem Segmentträger anliegende Bereich und in dem an dem Dichtsegment anliegenden Bereich der Dichtleiste, der jeweils größer als der Radius des Umkreises der Querschnittsfläche der Dichtleiste ist. Eine konvexe Verrundung auch der Ecken der Querschnittsfläche der Dichtleiste verringert den Umkreis der Querschnittsfläche der Dichtleiste. Außerdem verringert sich die Gefahr, daß die Dichtleiste sich in dem Spalt zwischen dem Segmentträger und dem Dichtsegment verkantet. Durch den unterschiedlich großen Krümmungsradius der Umfangslinie der Querschnittsfläche der Dichtleiste, der sich von einem kleinen Wert im Bereich der Ecken auf einen maximalen Wert in der Mitte der Seiten vergrößert, reicht für die verschiedenen Baugrößen der Innenzahnradmaschine eine gröbere Abstufung der Abmessungen der Dichtleiste aus. Hierdurch verringern sich der Aufwand und die Kosten für die Lagerhaltung. Zudem ist bei einer groben Abstufung der Abmessungen der Dichtleiste die Gefahr von Verwechselungen geringer als bei feinen Abstufungen, da verschieden große Ausführungen auch ohne besondere Meßmittel unterschieden werden können. Durch die symmetrische Gestaltung der Querschnittsfläche der Dichtleiste braucht bei ihrem Einbau die Winkellage der Dichtleiste nicht berücksichtigt zu werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Figur 1: einen Schnitt durch eine als Pumpe ausgebildete Innenzahnradmaschine,
Figur 2: einen Schnitt durch das Füllstück der in der Figur 1 dargestellten Innenzahnradmaschine in vergrößerter Darstellung,
Figur 3: einen Schnitt durch ein zum Stand der Technik gehörendes, als Dichtrolle ausgebildetes Dichtelement,
Figur 4: einen Schnitt durch ein gemäß der Erfindung als Dichtleiste ausgebildetes Dichtelement und
Figur 5: die Querschnittsfläche der in der Figur 4 dargestellten Dichtleiste.

Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse einer als Pumpe ausgebildeten Innenzahnradmaschine 1. In dem Mittelteil 2 des Gehäuses der Innenzahnradmaschine 1 sind ein außenverzahntes Ritzel 3 und ein mit diesem mitlaufendes innenverzahntes Hohlrad 4 angeordnet. Das Hohlrad 4 ist in dem Mittelteil 2 des Gehäuses der Innenzahnradmaschine 1 geführt. Das Ritzel 3 ist an einer Antriebswelle 5 drehfest gehalten. Die Antriebswelle 5 wird von einem in der Figur 1 nicht dargestellten Motor angetrieben. Die Drehrichtung der von der Antriebswelle 5 angetriebenen Ritzels 3 ist durch einen Pfeil 6 angegeben. In einem Freiraum 7 zwischen dem Hohlrad 4 und dem Ritzel 3 ist ein Füllstück 8 angeordnet. Das Füllstück 8 besteht aus einem Segmentträger 9 und einem Dichtsegment 10. Der Segmentträger 9 und das Dichtsegment 10 stützen sich an einer Abflachung 11 eines Anschlagstiftes 12 ab. Zwischen dem Segmentträger 9 und dem Dichtsegment 10 befindet sich ein Spalt 13. Zwei Dichtleisten 14 und 15, die sowohl an dem Segmentträger 9 als auch an dem Dichtsegment 10 anliegen, dichten den Spalt 13 ab. Zwei Blattfedern 16 und 17 sorgen für eine definierte Lage der Dichtleisten 14 bzw. 15. Die Dichtleisten 14 und 15 sowie die Blattfedern 16 und 17 sind in Aussparungen des Segmentträgers 9 angeordnet. Einzelheiten des Füllstückes 8 sind in der Figur 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Über einen Saugkanal 18 und über in der Figur 1 nicht sichtbare Kanäle, die seitlich an dem Hohlrad 4 vorbeiführen, ist dem Freiraum 7 Hydraulikflüssigkeit zugeführt. In den Zahnlücken befindliche Hydraulikflüssigkeit wandert an dem Füllstück 8 entlang und gelangt in den mit dem Bezugszeichen 19 versehenen Zahneingriffsbereich des Ritzels 3 und des Hohlrades 4. Von dort wird die Hydraulikflüssigkeit über in der Figur 1 nicht sichtbare Kanäle seitlich an den Zahnrädern 3 und 4 vorbei in einen Druckkanal 20 verdrängt. Die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit drückt das Füllstück 8 auseinander. Dabei werden der Segmentträger 9 gegen die Zähne des Ritzels 3 und das Dichtsegment 10 gegen die Zähne des Hohlrades 4 gedrückt. Zusätzlich preßt die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit die Dichtleisten 14 und 15 gegen den Segmentträger 9 und gegen das Dichtsegment 10. Der größte Anteil der im Betrieb auf die Dichtleisten 14 und 15 wirkenden Kraft wird von dem Druck der Hydraulikflüssigkeit erzeugt. Die Blattfedern 16 und 17 sorgen bei niedrigem Pumpendruck, insbesondere während des Anlaufes der Innenzahnradmaschine, für eine definierte Lage der Dichtleisten 14 bzw. 15.

Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das Füllstück 8 in gegenüber der Figur 1 vergrößerter Darstellung. Der Segmentträger 9 und das Dichtsegment 10 stützen sich an der Abflachung 11 des Anschlagstiftes 12 ab. Zwischen dem Segmentträger 9 und dem Dichtsegment 10 erstreckt sich der Spalt 13. Die Ausnehmungen für die Dichtleisten 14 und 15 sowie die Blattfedern 16 bzw. 17 in dem Segmentträger 9 sind mit den Bezugszeichen 21 und 22 versehen. Die Querschnittsfläche der Dichtleisten 14 und 15 ist nicht kreisförmig wie beim Stand der Technik sondern von einem in sich geschlossenen Polygonzug in der Art eines Dreiecks, vorzugsweise eines gleichzeitigen Dreiecks, gebildet, dessen Seiten und Ecken konvex verrundet sind.

Zum Vergleich sind in der Figur 3 ein entsprechend dem Stand der Technik als Dichtrolle mit kreisförmiger Querschnittsfläche ausgebildetes Dichtelement und in der Figur 4 ein gemäß der Erfindung als Dichtleiste mit dreieckförmiger Querschnittsfläche ausgebildetes Dichtelement gegenüber gestellt. Um Einzelheiten besser darstellen zu können, ist in der Figur 4 nur ein Ausschnitt aus der Figur 2, nämlich der Bereich der Ausnehmung 21, in vergrößerter Darstellung gezeigt. Der entsprechende Bereich ist auch in der Figur 3 dargestellt. Die der Figur 4 entsprechenden Teile der Figur 3 sind mit den in der Figur 4 verwendeten Bezugszeichen versehen, wobei an das Bezugszeichen zur Unterscheidung jeweils ein "*" angefügt ist.

Die Figur 3 zeigt eine beim Stand der Technik eingesetzte Dichtrolle 14*. Die Dichtrolle 14* ist in einer Ausnehmung 21* eines Segmentträgers 9* angeordnet. Sie wird von einer Blattfeder 16* gegen eine Seitenwand der Ausnehmung 21* des Segmentträgers 9* und gegen das Dichtsegment 10* gedrückt. Die von dem Dichtsegment 10* abgewandte Seite der Ausnehmung 21* ist verrundet, um die Kerbwirkung der Ausnehmung 21* so gering wie möglich zu halten. Der Radius der Querschnittsfläche der Dichtrolle 14* ist mit r_k bezeichnet. Im Hinblick auf möglichst große Berührungsflächen zwischen der Dichtrolle 14* und dem Segmentträger 9* sowie zwischen der Dichtrolle 14* und dem Dichtsegment 10* bei Druckbeaufschlagung der Dichtrolle 14* durch die Hydraulikflüssigkeit ist ein möglichst großer Radius r_k von Vorteil. Wie oben ausgeführt, geht in der Praxis die Berührungslinie zwischen der Dichtrolle 14* und dem Segmentträger 9* aufgrund elastischer Verformung der Dichtrolle 14* und des Segmentträgers 9* in eine Berührungsfläche über, die um so größer ist, je größer der Radius r_k der Dichtrolle 14* ist. Das Gleiche gilt für die Berührungslinie zwischen der Dichtrolle 14* und dem Dichtsegment 10*. Im Hinblick auf eine möglichst kleine Ausnehmung 21* für die Dichtrolle 14* in dem Segmentträger 9* ist ein möglichst kleiner Radius r_k von Vorteil, da die Ausnehmung 21* den Segmentträger 9* schwächt. Der Radius r_k der Dichtrolle 14* in der Figur 3 sei so optimiert, daß die Innenzahnradmaschine mit einem möglichst großen Druck betrieben werden kann.

In der Figur 4 ist anstelle der in der Figur 3 verwendeten Dichtrolle 14* eine gemäß der Erfindung ausgebildete Dichtleiste 14 verwendet. Der Umkreis der Querschnittsfläche der Dichtleiste 14 ist mit der Bezugszahl 23 versehen, der Radius r_u des Umkreises ist mit r_u bezeichnet. Um den Vergleich zwischen den Figuren 3 und 4 zu erleichtern, ist der Umkreis 23 der Querschnittsfläche der Dichtleiste 14 genau so groß wie die kreisförmige Querschnittsfläche der Dichtrolle 14* gewählt. Es ist deutlich zu erkennen, daß der Radius der Dichtleiste 14 sowohl im Berührungsbereich zwischen Dichtleiste 14 und dem Segmentträger 9 als auch im Berührungsbereich zwischen der Dichtleiste 14 und dem Dichtsegment 10 größer als der Radius r_k in den entsprechenden Berührungsbereichen der Figur 4 ist. In der Figur 4 ist die Umfangslinie der Ausnehmung 21* zum Vergleich als Strichlinie 24 dargestellt. Die Fläche 25 zwischen der Strichlinie 24 und der Aussparung 21 zeigt, in welchem Maß die Ausnehmung 21 kleiner als die Ausnehmung 21* ist. Obwohl der Radius der Dichtleiste 14 sowohl im Bereich der Berührungsfläche der Dichtleiste 14 mit dem Segmentträger 9 als auch im Bereich der Berührungsfläche der Dichtleiste 14 mit dem Dichtsegment 10 größer als bei einer Dichtrolle 14* mit demselben Radius wie der Umkreis 23 der Querschnittsfläche der Dichtleiste 14 ist, ist die für die Aufnahme der Dichtleiste 14 und der Blattfeder 16 erforderliche Ausnehmung 21 kleiner als die entsprechende Ausnehmung 21* in der Figur 3. Die Erfindung erlaubt es, die Innenzahnradmaschine mit einem höheren Druck zu betreiben.

Die Figur 5 zeigt die mit der Bezugszahl 26 versehenen Querschnittsfläche der in der Figur 4 dargestellten Dichtleiste 14. Die Umfangslinie der Querschnittsfläche 26 ist mit der Bezugszahl 27 versehen. Die Umfangslinie 27 ist ein in sich geschlossener Polygonzug, der die Querschnittsfläche 26 in der Art eines gleichseitigen Dreiecks umschließt, dessen Seiten 28, 29 und 30 und dessen Ecken 31, 32 und 33 konvex verrundet sind. Der Krümmungsradius der Umfangslinie 27 ist im Bereich der Ecken 31, 32 und 33 kleiner als in der Mitte der Seiten 28, 29 und 30. In der Figur 5 besteht die Umfangslinie 27 im Bereich der Ecken 31, 32 und 33 aus Abschnitten von Kreisen mit den Mittelpunkten 34, 35 bzw. 36 und dem Radius r_e. Die Seiten 28, 29 und 30 bestehen aus Abschnitten von Kreisen mit den Mittelpunkten 37, 38 bzw. 39 und dem Radius r_s. Der Radius r_s ist in diesem Ausführungsbeispiel über zehn Mal größer als der Radius r_e. Jeweils ein Kreisabschnitt mit dem Radius r_e ist über einen Übergangsabschnitt mit einem Kreisabschnitt mit dem Radius r_s verbunden.

Die Gestaltung der Dichtleiste ist im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 am Beispiel der Dichtleiste 14 beschrieben worden. Die obigen Ausführungen gelten in entsprechender Weise auch für die Dichtleiste 15.

Claims

Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem außenverzahnten Ritzel und einem mit dem Ritzel mitlaufenden innenverzahnten Hohlrad, mit einem halbsichelförmigen, in dem Freiraum zwischen dem Ritzel und dem Hohlrad angeordneten Füllstück, das aus einem Segmentträger und einem Dichtsegment besteht, und mit mindestens einem sich über die Breite des Segmentträgers erstreckenden federbelasteten zylinderförmigen Dichtelement zwischen dem Segmentträger und dem Dichtsegment, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement als Dichtleiste (14, 15) ausgebildet ist, deren Querschnittsfläche (26) von einem in sich geschlossenen Polygonzug in der Art eines Dreiecks gebildet ist.
Innenzahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten (28, 29, 30) der Querschnittsfläche (26) der Dichtleiste (14, 15) konvex verrundet sind.
Innenzahnradmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (31, 32, 33) der Querschnittsfläche (26) der Dichtleiste (14, 15) konvex verrundet sind.
Innenzahnradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Umfangslinie (27) der Querschnittsfläche (26) der Dichtleiste (14, 15) im Bereich der Ecken (31, 32, 33) kleiner als in der Mitte der Seiten (28, 29, 30) ist.
Innenzahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (26) der Dichtleiste (14, 15) von einem geschlossenen Polygonzug in der Art eines gleichschenkligen Dreiecks gebildet ist.
Innenzahnradmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (26) der Dichtleiste (14, 15) von einem geschlossenen Polygonzug in der Art eines gleichseitigen Dreiecks gebildet ist.