EP1364126A1 - Füllstücklose innenzahnradpumpe - Google Patents
Füllstücklose innenzahnradpumpeInfo
- Publication number
- EP1364126A1 EP1364126A1 EP02714072A EP02714072A EP1364126A1 EP 1364126 A1 EP1364126 A1 EP 1364126A1 EP 02714072 A EP02714072 A EP 02714072A EP 02714072 A EP02714072 A EP 02714072A EP 1364126 A1 EP1364126 A1 EP 1364126A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- bearing ring
- ring
- housing
- pinion
- internal gear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
- F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
Definitions
- the invention relates to an internal gear pump with the features according to the preamble of patent claim 1.
- Suction chamber and pressure chamber between the toothing of the pinion and ring gear are each delimited by housing inserts sealingly abutting the end faces of the pinion and ring gear, one of which is screwed or screwed onto an external thread of the pinion shaft and the other into an internal thread of the housing.
- this design of the housing, the housing inserts and the bearing ring with circumferentially eccentric surfaces is complex because compliance with the high precision required in production, in particular at higher operating pressures, is very complex.
- the object of the invention is therefore to reduce the manufacturing costs of the housing and the bearing ring without running the risk that the tooth tip wear through the sealing abutment of the tooth tips against each other in the non-engaging area of the toothing is excessive.
- Trochoid toothings do not make sealing contact with each other during the entire revolution, but first diverge after full engagement and only in the non-engagement area of the toothing do the tooth heads of some teeth come into contact with the necessary sealing contact. There is therefore a risk of excessive wear of the tooth heads and thus a reduced service life of the machine if the tooth heads are pressed excessively against one another by the swiveling torque acting on the bearing ring in proportion to the pressure. This is prevented according to the invention in that the pressing force of the tooth tips against one another can be kept within limits by limiting the pivoting path of the bearing ring to a predetermined value.
- a bore running approximately parallel to its axial direction can be provided in the bearing ring, through which a pin fixed in the housing protrudes with a play determining the swivel path.
- This pin can be designed as a spiral spring, which presses the bearing ring in the pivoting direction in the depressurized state of the internal gear pump, but prevents or hinders the bearing ring from further pivoting after being relieved by the predominant hydraulic pressure forces.
- a stop pin can be placed in the crescent-shaped radial gap between the bearing ring and the housing recess from the bottom thereof protrude at which the bearing ring strikes after a certain swivel path.
- the stop pin can be fixed to the housing, for example at the bottom of the housing recess or on the bearing ring.
- the swivel path can be determined most precisely from the outset if this pin is arranged offset by approximately 90 ° with respect to the swivel axis of the bearing ring.
- the pivoting path of the bearing ring can be limited by a step which projects axially into the crescent-shaped radial gap between the bearing ring and the housing wall and which can be produced by means of a milling tool in the course of precision machining of the recess base. Since this base is worked out for the sealing contact of the end faces of the pinion and ring gear or corresponding axial plates thereon centrally to the ring gear axis, the step mentioned is given a contour corresponding to the crescent-shaped radial gap.
- Figure 1 is an end view of the unit pinion / ring gear / bearing ring as a section along the line C - C in Figure 2.
- FIG. 4 shows a representation of a second embodiment analogous to FIG. 1;
- FIG. 6 shows a representation of a third embodiment analogous to FIG. 1,
- FIG. 7 shows a partial section along the line E.-E in Fig.6.
- the internal gear pump shown in Figures 1 and 2 includes a whole
- housing 1 designated housing, which is constructed from a cup-shaped housing part 11 and a cup-shaped housing cover 12 fastened to the end face thereof.
- the housing 1 contains suction and pressure channels, not shown, which conduct the conveying liquid to and from the internal gear pump in the usual way.
- a pinion shaft 14 with an axis of rotation 15 is rotatably supported via slide bearings, not shown, and has a coupling part 16 on the right-hand end in FIG. 2 for engagement in the drive shaft of a drive motor, not shown.
- a pinion 2 which meshes with a ring gear 3, is formed in one piece on the pinion shaft 14.
- the ring gear 3 is widened on its outer circumference to form a race 4 and rotatably supported in a bearing ring 5 which is received in a housing recess 13.
- a bearing bush 6 made of a bearing metal is pressed into the bearing ring 5.
- sealing axial plates 8 which axially limit the tightly sealed suction and pressure chamber within the toothing of pinion 2 and ring gear 3 and connect them to the suction channel or the pressure channel by an opening (not shown).
- the pinion 2 and the ring gear 3 are mounted relative to one another with an eccentricity e.
- This distance between the pinion axis 15 and the ring gear axis 18 corresponds to the theoretical tooth geometry of the pinion and ring gear and presupposes that the toothings roll and slide together without play.
- the tooth flanks of the toothings are each designed as involute curves, ie there is involute toothing, the tooth heads being rounded in the non-engagement area to achieve a bump-free run-up and for the purpose of sealing.
- the number of teeth of the ring gear 3 differs from that of the pinion 2 by 1.
- the toothing meshes with one another in such a way that in FIG.
- the housing recess 13 receiving the bearing ring 5 and the outer surface 17 of the housing part 11 with the radii R1 and R2 are machined concentrically with the pinion axis 15.
- the bearing surface 19 and the outer peripheral surface 20 of the bearing ring 5, however, are both concentric to the ring gear axis 18, which means that the outer peripheral surface 20 of the bearing ring 5 with its radius R3 is in turn eccentric to the housing recess 13 and with this a crescent-shaped radial gap
- the wall of the recess 13 is partially penetrated by a bearing pin 22 which is pressed into the bottom of this recess. With the largely semi-cylindrical partial peripheral surface of the bearing pin protruding beyond the wall
- this bearing pin forms a pivot axis parallel to the axes of the pinion 2 and the ring gear 3, about which the bearing ring 5 can be pivoted in the recess 13.
- this pivot axis is offset by approximately 80 ° in the direction of rotation indicated by the arrow in relation to the apex of the non-engaging region in which two tooth heads lie exactly opposite one another.
- the bearing ring 5 has an offset parallel to the axes of rotation 15 and 18 parallel to the direction of rotation by approximately the same amount
- the bore 24 is offset from each shoulder to a shoulder, so that thereby a in the longitudinal center of the bore Ring projection 26 is created.
- the bore 24 opens at both ends in the region of a recess 28 in the housing or cover wall, which has a conically tapering bottom 30, which in turn merges into a housing bore 32 for supporting the bar spring 25.
- the two housing bores 32 are aligned with one another and are offset radially with respect to the pinion axis 15 with respect to the bore 24. This results in the bending prestress of the bar spring 25 shown in FIG.
- the pumped medium is conveyed through the suction channel into the suction chamber (to the left in FIG. 1 from the line AA) between the teeth of the pinion 2 and the ring gear 3.
- the pumped medium is pressed out of the pressure chamber (to the right of line A - A in Fig. 1) with increased pressure through the pressure channel.
- the toothing of the pinion and ring gear is an involute toothing in the exemplary embodiment, its teeth are in mutual sealing contact only in the area of full engagement with their flanks and in the non-engagement area with their tooth heads. In the remaining part of the suction chamber and pressure chamber, the teeth move away from each other to such an extent that essentially the same pressure prevails over the suction chamber and the pressure chamber, and approach each other again in the entry-free area to produce the sealing contact between the tooth heads.
- the prestressed bar spring 25 produces in the depressurized state, i.e. outside of the operation of the internal gear pump and in its start-up phase, approximately in the same direction as the pressure forces, a pivoting moment on the bearing ring 5 and thereby ensures that the toothing is correctly mutually connected and arranged, as well as for the required sealing contact, regardless of the occurrence of the hydraulic pressure forces in the non-invasive area.
- the bias of the bar spring 25 is selected so that in the operating state of the internal gear pump, the hydraulic pressure forces alone ensure the sealing contact and the bar spring 25 is relieved and rests on the opposite side while consuming the play in the annular contact projection 26. In this position, the bar spring has a limiting effect on a further pivoting of the bearing ring 5 and thus relieves the tooth heads of a further contact pressure.
- FIGS. 4 and 5 differs from the previous one in that, instead of the bar spring 25, two stop pins 35 are pressed into the bottom of the housing recess 13 and protrude axially into the sickle-shaped annular gap 21, one of which is about 70 ° and the other another is offset by approximately 170 ° in the direction of rotation indicated by the arrow with respect to the pivot axis 22.
- the thickness of the stop pins 35 and their position are coordinated with respect to the local width of the annular gap 21 so that when the bearing ring 5 abuts the housing wall on one side, a predetermined one Distance to the circumferential surface 20 results, which defines the limited pivot path of the bearing ring 5.
- the stop pins 35 can also be attached to or in the bearing ring 5 instead of being attached in the housing, e.g. welded or glued to the outer peripheral surface of the bearing ring 5, preferably received in an axially directed receiving groove in the peripheral surface of the bearing ring 5.
- a desired tolerance compensation can be set by appropriately selecting the diameter of the stop pin 35.
- the embodiment according to FIGS. 6 and 7 has, as a swivel path limitation for the bearing ring 5, an axially protruding step 45 in the annular gap 21, which extends with the radius R4 concentrically to the ring gear axis and whose contour is aligned with the crescent-shaped annular gap.
- the annular gap 46 present between the step 45 and the outer surface 20 of the bearing ring 5 determines the total pivoting path of the bearing ring 5 on one side of the housing wall diametrically opposite the step 45.
- the bearing ring 5 is acted upon solely by hydraulic pressure forces and the pivoting moment generated therefrom about the pivot axis 22 in order to maintain the sealing contact of the tooth heads in the entry-free area. It comes into contact with the stop pins 35 or the step 45 in the course of the pivoting movement, which then take over part of the pivoting moment and thereby the
- a bar spring of the type described above can additionally be provided, which either also contributes to limiting the pivoting path of the bearing ring or only ensures the sealing contact of the tooth heads in the unpressurized state of the pump in the pretensioned state.
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Abstract
Eine füllstücklose Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuse (1), einem in einer Ausnehmung (13) des Gehäuses quer zu seiner Achse bewegbar, jedoch undrehbar aufgenommenen Lagerring (5), einem in dem Lagerring umlaufend gelagerten innenverzahnten Hohlrad (3) und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel (2). Die innere Umfangsfläche der Gehäuseausnehmung (13) verläuft koaxial zu dem Ritzel (2) und der exzentrisch zu der Ritzelachse (15) liegende Lagerring ist relativ zu der Gehäuseausnehmung um eine zu deren Achse parallele Schwenkachse (22, 23) derart schwenkbar, dass der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel (2) und Hohlrad (3) aufrecht erhalten bleibt. Die Lagerfläche für das Hohlrad (3) bildende innere Umfangsfläche des Lagerrings (5) verläuft koaxial zu dessen äusserer Umfangsfläche (20) und der Schwenkweg des Lagerrings ist durch einen ihn durchsetzenden oder in dem sichelförmigen Spalt (21) angeordneten Stift (25) oder durch eine vorspringende Stufe in diesem Spalt auf ein vorbestimmtes Mass begrenzt.
Description
Füllstücklose Innenzahnradpumpe
Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Innenzahnradmaschine dieser Art ist bekannt (US-A 30 34 446). Darin ist die innere Umfangsflache der Ausnehmung des Gehäuses, in welcher die Einheit Ritzel/Hohlrad/Lagerring aufgenommen ist, zylindrisch und koaxial zu den beiden Lagerbohrungen für das Ritzel und mithin zu diesem selbst ausgebildet. Da das Hohlrad exzentrisch zu dem Ritzel gelagert sein muß, liegt auch die innere Umfangsflache des Lagerrings, die die Lagerfläche für das Hohlrad bildet, exzentrisch zur Ritzelachse. Die äußere Umfangsflache des Lagerrings hingegen ist exzentrisch zu dieser Lagerfläche, nämlich koaxial mit der Ritzelwelle ausgebildet, sodaß der Lagerring insgesamt mit geringem Radialspiel schwenkbar in der Gehauseausnehmung aufgenommen ist. Saugraum und Druckraum zwischen Verzahnungen von Ritzel und Hohlrad sind jeweils eingegrenzt durch an den Stirnflächen von Ritzel und Hohlrad dichtend anliegende Gehäuseeinsätze, von denen einer auf ein Außengewinde der Ritzelwelle und der andere in ein Innengewinde des Gehäuses auf- bzw. eingeschraubt ist.
Fertigungstechnisch ist diese Gestaltung des Gehäuses, der Gehäuseeinsätze und des Lagerrings mit zueinander exzentrischen Umfangsf lachen aufwendig, weil die Einhaltung der insbesondere bei höheren Betriebsdrücken nötigen großen Präzision bei der Herstellung sehr aufwendig ist.
Es sind auch füllstucklose Innenzahnradpumpen mit einem schwenkbaren Lagerring für das Hohlrad bekannt, dessen Lagerfläche und äußere Umfangsflache konzentrisch zueinander sind und der mit geringem Radialspiel in der Gehauseausnehmung aufgenommen ist (EP-A 848 165). Diese Gestaltung des Lagerring bringt es aber mit sich, daß die innere Umfangsflache der Gehauseausnehmung koaxial zu der Hohlradachse liegt und folglich exzentrisch
zu der Lagerung der Ritzelwelle. Die Berücksichtigung dieses Achsenversatzes in den die Lagerung der Ritzelwelle enthaltenden getrennten Gehäuseteilen ist fertigungstechnisch ebenfalls aufwendig.
Im eingriffsfreien Bereich der Verzahnungen, wo nur die Zahnköpfe miteinander in Kontakt stehen, ist bei Zahnradmaschinen dieser Art wegen der geringen
Kontaktfläche die Belastung und damit der Verschleiß relativ am größten. Wenn es sich - wie bei den Ausführungsbeispielen der EP-A 848 165 - bei der Verzahnung von Ritzel und Hohlrad zudem um eine Evolventenverzahnung handelt, stehen deren Zähne nur im Bereich des vollen Eingriffs mit ihren Flanken und im eingriffsfreien Bereich mit ihren Zahnköpfen in einem gegenseitigen Dichtkontakt. Im übrigen Teil von Saugraum und Druckraum entfernen sich die Zähne voneinander so weit, daß über Saugraum und Druckraum jeweils im wesentlichen gleicher Druck herrscht, und nähern sich erst im eintrittsfreien Bereich wieder einander an zur Herstellung des Dichtkontakts zwischen den Zahnköpfen. Die im Druckraum herrschenden hydraulischen Druckkräfte wirken dabei so, daß ihre Resultierende in Bezug auf die Schwenkachse des Lagerrings ein Schwenkmoment an diesem erzeugt, durch welches dessen dem eingriffsfreien Bereich zugeordneter Abschnitt zusammen mit dem Hohlrad radial zur Ritzelachse hin gedrückt wird. Dadurch laufen die Köpfe der sich im eingriffsfreien Bereich einander annähernden Zähne aufeinander auf, wobei sie einem kombinierten Wälz- und Gleitvorgang unterliegen, der Verschleiß zur Folge hat. Daher ist es wünschenswert, den Dichtkontakt auf ein notwendiges aber hinreichendes Maß zu begrenzen, bei dem der vorstehend geschilderte Verschleiß minimal ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Fertigungskosten des Gehäuses sowie des Lagerrings zu senken, ohne Gefahr zu laufen, daß der Zahnkopfverschleiß durch die abdichtende Anlage der Zahnköpfe aneinander im eingriffsfreien Bereich der Verzahnungen übermäßig wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1.
Dadurch, daß die die Einheit Ritzel/Hohlrad/Lagerring aufnehmende
Gehauseausnehmung konzentrisch bzw. koaxial zu dem Ritzel und dessen Lagerbohrungen verläuft, können die entsprechenden Flächen in einer Aufspannung durch Drehoperationen sehr wirtschaftlich hergestellt werden. Dies gilt auch für den Lagerring, dessen Lagerfläche zu der äußeren Umfangsflache konzentrisch ausgebildet ist. Infolge der notwendigen Exzentrizität zwischen Ritzel und Hohlrad entsteht bei dieser Gestaltung allerdings ein ungleichmäßiger, nämlich sichelförmig zunehmender Radialspalt zwischen dem Lagerring und der Gehauseausnehmung. Insbesondere an Innenzahnradmaschinen der hier besprochenen Art, bei denen die Verzahnungen von Ritzel und Hohlrad Evolventenverzahnungen sind, stehen die Zähne im Unterschied zu
Trochoidverzahnungen nicht während der ganzen Umdrehung in Dichtkontakt miteinander, sondern laufen nach dem vollen Eingriff zunächst auseinander und erst im eingriffsfreien Bereich der Verzahnungen setzen die Zahnköpfe einiger Zähne sich mit dem notwendigen Dichtkontakt aneinander. Daher besteht die Gefahr eines übermäßigen Verschleißes der Zahnköpfe und damit einer verringerten Lebensdauer der Maschine, wenn durch das auf den Lagerring wirkende Schwenkmoment druckproportional die Zahnköpfe übermäßig aneinander gedrückt werden. Erfindungsgemäß wird das dadurch verhindert, daß durch eine Begrenzung des Schwenkweges des Lagerrings auf einen vorbestimmten Wert die Andrückkraft der Zahnköpfe aneinander in Grenzen gehalten werden kann.
Für die Begrenzung des Schwenkwegs stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung: Nach einer Ausführungsform kann in dem Lagerring eine etwa parallel zu dessen Achsrichtung verlaufende Bohrung vorgesehen sein, durch welche mit einem den Schwenkweg bestimmenden Spiel ein im Gehäuse befestigter Stift hindurchragt. Dieser Stift kann als Biegefeder ausgebildet sein, die im drucklosen Zustand der Innenzahnradpumpe den Lagerring in Schwenkrichtung drückt, jedoch nach ihrer Entlastung durch die überwiegenden hydraulischen Druckkräfte den Lagerring an einer weiteren Schwenkung hindert oder behindert.
Nach einer anderen Ausführungsform kann in den sichelförmigen Radialspalt zwischen Lagerring und Gehauseausnehmung von deren Boden ein Anschlagstift
vorspringen, an welchem der Lagerring nach einem bestimmten Schwenkweg anschlägt. Der Anschlagstift kann gehäusefest, z.B. am Boden der Gehauseausnehmung oder am Lagerring fest angeordnet sein. Am genauesten läßt sich hierbei der Schwenkweg von vornherein festlegen, wenn dieser Stift etwa um etwa 90° bezüglich der Schwenkachse des Lagerring versetzt angeordnet ist. In einer weiteren Ausführung kann der Schwenkweg des Lagerrings durch eine Stufe begrenzt sein, die in den sichelförmigen Radialspalt zwischen Lagerring und Gehäusewand axial vorspringt und im Zuge der Präzisionsbearbeitung des Ausnehmungsbodens mittels Fräswerkzeug hergestellt werden kann. Da dieser Boden zur dichtenden Anlage der Stirnseiten von Ritzel und Hohlrad bzw. entsprechender Axialplatten daran zentrisch zur Hohlradachse ausgearbeitet wird, erhält die genannte Stufe eine dem sichelförmigen Radialspalt entsprechende Kontur.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus den Unteransprüchen. In dem Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Stirnansicht der Einheit Ritzel/Hohlrad/Lagerring als Schnitt längs der Linie C - C in Fig.2;
Fig.2 einen Schnitt längs der Linie A - A in Fig.1 ;
Fig.3 als Einzelheit in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt längs der Linie B - B in Fig.1 , wobei die Axialplatten weggelassen sind;
Fig.4 eine zu Fig.1 analoge Darstellung einer zweiten Ausführungsform;
Fig.5 einen Teilschnitt längs der Linie D - D in Fig.4;
Fig.6 eine zu Fig.1 analoge Darstellung einer dritten Ausführungsform, und
Fig.7 einen Teilschnitt längs der Linie E.- E in Fig.6.
Die in den Fig.1 und 2 dargestellte Innenzahnradpumpe umfaßt ein im Ganzen mit
1 bezeichnetes Gehäuse, das aus einem topfförmigen Gehäuseteil 11 und einem an dessen Stirnseite befestigten, ebenfalls topfförmigen Gehäusedeckel 12 aufgebaut ist. Das Gehäuse 1 enthält nicht gezeigte Saug- und Druckkanäle, die in üblicher weise die Förderflüssigkeit zur Innenzahnradpumpe und aus dieser heraus leiten.
In dem Gehäuse 1 ist über nicht näher bezeichnete Gleitlager eine Ritzelwelle 14 mit einer Drehachse 15 drehbar gelagert und weist an dem in Fig.2 rechten Ende einen Kuppelteil 16 zum Eingriff in die Antriebswelle eines nicht gezeigten Antriebsmotors auf. Auf der Ritzelwelle 14 ist ein Ritzel 2 einstückig ausgebildet, das mit einem Hohlrad 3 kämmt. Das Hohlrad 3 ist an seinem Außenumfang zu einem Laufring 4 verbreitert und in einem Lagerring 5 drehbar gelagert, der in einer Gehauseausnehmung 13 aufgenommen ist. In den Lagerring 5 ist eine Lagerbüchse 6 aus einem Lagermetall eingepreßt. An den Stirnflächen des Gehäuseteils 11 und des Deckels 12 einerseits und an den Stirnflächen von Ritzel
2 und Hohlrad 3 andererseits liegen abdichtend Axialplatten 8 an, welche innerhalb der Verzahnungen von Ritzel 2 und Hohlrad 3 den dicht abgeschlossenen Saug- und Druckraum axial begrenzen und diese durch jeweils einen nicht gezeigten Durchbruch mit dem Saugkanal bzw. dem Druckkanal verbinden.
Wie aus Fig.1 hervorgeht, sind das Ritzel 2 und das Hohlrad 3 relativ zueinander mit einer Exzentrizität e gelagert. Dieser Abstand zwischen der Ritzelachse 15 und der Hohlradachse 18 entspricht der theoretischen Verzahnungsgeometrie von Ritzel und Hohlrad und setzt spielfreies Abwälzen bzw. Gleiten der Verzahnungen aneinander voraus. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zahnflanken der Verzahnungen jeweils als Evolventenkurven ausgebildet, d.h. es liegt eine Evolventenverzahnung vor, wobei die Zahnköpfe zur Erzielung eines stoßfreien Auflaufens aufeinander im eingriffsfreien Bereich und zum Zweck der Abdichtung gerundet sind. Die Zähnezahl des Hohlrads 3 unterscheidet sich von derjenigen des Ritzels 2 um 1.
Die Verzahnungen kämmen in einer Weise miteinander, daß in Fig.1 unten die Zähne des Ritzels 2 voll in die Zahnlücken des Hohlrads 3 eingreifen und an den Zahnflanken dichtend anliegen, während sie auf der gegenüber liegenden, in Fig.1 oberen Seite ganz aus den Zahnlücken des Hohlrads 3 ausgetreten sind. In diesem eingriffsfreien Hohlradbereich stützen sich mehrere der Zahnköpfe (in dem Ausführungsbeispiel jeweils drei Zahnköpfe) nacheinander im Verlauf der Umdrehung aufeinander ab und trennen dadurch den Saugraum von dem Druckraum in den Verzahnungen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die den Lagerring 5 aufnehmende Gehauseausnehmung 13 und die Außenfläche 17 des Gehäuseteils 11 mit den Radien R1 bzw. R2 konzentrisch zur Ritzelachse 15 bearbeitet. Die Lagerfläche 19 und die äußere Umfangsflache 20 des Lagerrings 5 hingegen liegen beide konzentrisch zur Hohlradachse 18, woraus sich ergibt, daß die äußere Umfangsflache 20 des Lagerrings 5 mit ihrem Radius R3 ihrerseits exzentrisch zu der Gehauseausnehmung 13 ist und mit dieser einen sichelförmigen Radialspalt
21 bildet.
Die Wand der Ausnehmung 13 wird teilweise von einem Lagerstift 22 durchsetzt, der in den Boden dieser Ausnehmung eingepreßt ist. Mit der über die Wand überstehenden weitgehend halbzylindrischen Teil-Umfangsfläche des Lagerstifts
22 ragt dieser in eine Axialnut 23 des Lagerrings 5, die dem kreiszylindrischen Querschnitt des Lagerstifts 22 angepaßt ist. Dieser Lagerstift bildet für den Lagerring 5 eine zu den Achsen von Ritzel 2 und Hohlrad 3 parallele Schwenkachse, um welche der Lagerring 5 in der Ausnehmung 13 schwenkbar ist. Wie aus Fig.1 hervorgeht, liegt diese Schwenkachse etwa um 80° in der durch Pfeil angedeuteten Drehrichtung versetzt gegenüber dem Scheitel des eingriffsfreien Bereichs, in dem zwei Zahnköpfe einander genau gegenüber liegen.
Etwa um den gleichen Betrag entgegen der Drehrichtung versetzt weist der Lagerring 5 eine zu den Drehachsen 15 und 18 parallel gerichtete
Durchgangsbohrung 24 auf, durch welche sich ein als Stabfeder ausgebildeter Stift 25 hindurch erstreckt (Fig.3). Die Bohrung 24 ist von beiden Enden her jeweils zu einer Schulter abgesetzt, sodaß dadurch in Längsmitte der Bohrung ein
Ringvorsprung 26 geschaffen ist. Die Bohrung 24 mündet beidendig jeweils im Bereich einer Ausnehmung 28 in der Gehäuse- bzw. Deckelwandung, die einen sich konisch verjüngenden Boden 30 aufweist, der wiederum in eine Gehäusebohrung 32 zur Abstützung der Stabfeder 25 übergeht. Die beiden Gehäusebohrungen 32 fluchten in diesem Ausführungsbeispiel miteinander und liegen bezüglich der Bohrung 24 radial zur Ritzelachse 15 hin versetzt. Daraus ergibt sich die in Fig.3 gezeigte Biegevorspannung der Stabfeder 25, die mit ihrer Längsmitte an dem Anlagevorsprung 26 anliegt und folglich den Lagerring 5 mit einer zur Ritzelachse 15 hin gerichteten Federkraft belastet. Im übrigen verläuft die Stabfeder in dem in Fig.3 gezeigten Zustand kontaktfrei durch die Bohrung 24 und die Gehäuseausnehmungen 28. In den Gehäusebohrungen 32 sind die Abstützenden der Stabfeder 25 fixiert; diese durchsetzt den von dem Anlagevorsprung 26 gebildeten Teil der Bohrung 24 mit einem dem Betrag nach vorbestimmten Spiel, dessen Bedeutung weiter unten erläutert ist.
Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung ist folgende:
Bei Drehung des Ritzels 2 in der durch Pfeil gezeigten Drehrichtung wird Fördermedium durch den Saugkanal in den Saugraum (in Fig.1 links von der Linie A - A) zwischen den Verzahnungen von Ritzel 2 und Hohlrad 3 eingefördert. Aus dem Druckraum (in Fig.1 rechts von der Linie A - A) wird das Fördermedium mit erhöhtem Druck durch den Druckkanal gedrückt. Da es sich im Ausführungsbeispiel bei der Verzahnung von Ritzel und Hohlrad um eine Evolventenverzahnung handelt, stehen deren Zähne nur im Bereich des vollen Eingriffs mit ihren Flanken und im eingriffsfreien Bereich mit ihren Zahnköpfen in einem gegenseitigen Dichtkontakt. Im übrigen Teil von Saugraum und Druckraum entfernen sich die Zähne voneinander so weit, daß über Saugraum und Druckraum jeweils im wesentlichen gleicher Druck herrscht, und nähern sich im eintrittsfreien Bereich wieder einander an zur Herstellung des Dichtkontakts zwischen den Zahnköpfen.
Die im Druckraum herrschenden hydraulischen Druckkräfte wirken so, daß ihre Resultierende in Bezug auf die Schwenkachse 22 ein Schwenkmoment an dem Lagerring 5 erzeugt, durch welches dieser, genauer: sein dem eingriffsfreien
Bereich zugeordneter Abschnitt, zusammen mit dem Hohlrad 3 radial zur Ritzelachse 15 hin gedrückt wird. Dadurch laufen die Köpfe der sich im eingriffsfreien Bereich einander annähernden Zähne aufeinander auf, wobei sie einem kombinierten Wälz- und Gleitvorgang unterliegen, der einen Verschleiß zur Folge hat. Während dieses Vorgangs werden sie druckproportional in gegenseitigem Dichtkontakt gehalten. Da diese Funktion aus der eingangs genannten EP-A 848 165 bekannt ist, bedarf es hierzu keiner näheren Erläuterung.
Die vorgespannte Stabfeder 25 erzeugt im drucklosen Zustand, d.h. außerhalb des Betriebs der Innenzahnradpumpe und in deren Anlaufphase, etwa in gleicher Richtung wie die Druckkräfte ein Schwenkmoment an dem Lagerring 5 und sorgt dadurch unabhängig von dem Auftreten der hydraulischen Druckkräfte sowohl für eine richtige gegenseitige Zu- und Anordnung der Verzahnungen als auch für den erforderlichen Dichtkontakt im eingriffsfreien Bereich. Es ist jedoch wünschenswert, den Dichtkontakt gerade auf das notwendige Maß zu begrenzen, bei dem der vorstehend geschilderte Verschleiß minimal ist. Deshalb ist die Vorspannung der Stabfeder 25 so gewählt, daß im Betriebszustand der Innenzahnradpumpe die hydraulischen Druckkräfte allein für den Dichtkontakt sorgen und die Stabfeder 25 entlastet und unter Aufbrauchen des Spiels in dem ringförmigen Anlagevorsprung 26 an dessen gegenüber liegenden Seite anliegt. In dieser Lage wirkt die Stabfeder begrenzend auf eine weitere Schwenkung des Lagerring 5 ein und entlastet damit die Zahnköpfe von einem weitergehenden Anpreßdruck.
Die Ausführungsform gemäß den Fig.4 und 5 unterscheidet sich von der vorgehenden dadurch, daß anstelle der Stabfeder 25 in den Boden der Gehauseausnehmung 13 zwei Anschlagstifte 35 eingepreßt sind und axial in den sichelförmigen Ringspalt 21 ragen, von denen einer etwa um 70° und der andere etwa um 170° in der durch Pfeil angegebenen Drehrichtung gegenüber der Schwenkachse 22 versetzt ist. Die Dicke der Anschlagstifte 35 und ihre Position sind in Bezug auf die örtliche Breite des Ringspalts 21 so abgestimmt, daß sich bei einseitiger Anlage des Lagerring 5 an der Gehäusewand ein vorbestimmter
Abstand zu dessen Umfangsflache 20 ergibt, der den begrenzten Schwenkweg des Lagerrings 5 definiert.
Bei einer gegenüber der Ausführungsform in den Figuren 4 und 5 abgewandelten nicht dargestellten Ausführungsform können die Anschlagstifte 35 anstelle der Befestigung im Gehäuse auch an oder in dem Lagerring 5 befestigt sein, z.B. an der äusseren Umfangsfl che des Lagerrings 5 angeschweisst oder angeklebt, vorzugsweise in einer axial gerichteten Aufnahmenut in der Umfangsflache des Lagerrings 5 aufgenommen. Grundsätzlich kann durch entsprechende Wahl des Durchmessers des Anschlagstifts 35 ein gewünschter Toleranzausgleich eingestellt werden.
Die Ausführungsform gemäß den Fig.6 und 7 weist als Schwenkwegbegrenzung für den Lagerring 5 eine axial in den Ringspalt 21 vorspringende Stufe 45 auf, die mit dem Radius R4 konzentrisch zu der Hohlradachse verläuft und deren Kontur an den sichelförmigen Ringspalt angeglichen ist. Der zwischen der Stufe 45 und der Außenfläche 20 des Lagerrings 5 vorhandene Ringspalt 46 bestimmt bei einseitiger Anlage des Lagerrings 5 an der der Stufe 45 diametral gegenüber liegenden Gehäusewand dessen Gesamt-Schwenkweg.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig.4 bis 7 ist der Lagerring 5 allein durch hydraulische Druckkräfte und dem davon erzeugten Schwenkmoment um die Schwenkachse 22 beaufschlagt, um den Dichtkontakt der Zahnköpfe im eintrittsfreien Bereich aufrecht zu erhalten. Er kommt im Zuge der Schwenkbewegung an den Anschlagstiften 35 bzw. an der Stufe 45 zur Anlage, die dann einen Teil des Schwenkmoments übernehmen und dadurch die
Zahnköpfe von einem stärkeren Anpreßdruck entlasten. Außerdem verhindert diese Anlage ein Abheben des Lagerrings 5 von der Schwenkachse 22 und ein daraus resultierendes Durchdrehen des Lagerrings. Auch bei diesen Ausführungsformen kann zusätzlich eine Stabfeder der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen sein, die entweder auch mit zur Begrenzung des Schwenkwegs des Lagerrings beiträgt oder nur im vorgespannten Zustand für den Dichtkontakt der Zahnköpfe im drucklosen Zustand der Pumpe sorgt.
Claims
I . Füllstücklose Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuse (1 ), einem in einer
Ausnehmung (13) des Gehäuses quer zu seiner Achse bewegbar, jedoch undrehbar aufgenommenen Lagerring (5), einem in dem Lagerring umlaufend gelagerten innenverzahnten Hohlrad (3) und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel (2), dessen Zähne durch einen vollen Eingriff in Zahnlücken des Hohlrads, einerseits, und einen Dichtkontakt mit den Zahnköpfen des Hohlrads in einem dem Zahnlückeneingriff annähernd diametral gegenüberliegenden eingriffsfreien Hohlradbereich, andererseits, einen Saugraum und einen Druckraum in den Verzahnungen definieren, wobei die innere
Umfangsflache der den Lagerring (5) aufnehmenden Gehauseausnehmung (13) koaxial zu dem Ritzel (2) verläuft und der exzentrisch zu der Ritzelachse (15) liegende Lagerring relativ zu der Gehauseausnehmung um eine zu deren Achse parallele Schwenkachse (22, 23) derart schwenkbar ist, daß der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel
(2) und Hohlrad (3) aufrecht erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lagerfläche (19) für das Hohlrad (3) bildende innere Umfangsflache des Lagerrings (5) koaxial zu dessen äußerer Umfangsflache (20) verläuft und der Schwenkweg des Lagerrings auf ein vorbestimmtes Maß begrenzt ist.
2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkweg durch einen Stift (25) begrenzt ist, der mit vorbestimmtem
Spiel eine in dem Lagerring (25) etwa in dessen Achsrichtung verlaufende Bohrung durchsetzt und sich an dem Gehäuse abstützt.
3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (25) eine Stabfeder ist, die im drucklosen Zustand der Innenzahnradpumpe den Lagerring derart belastet, daß ein Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel und Hohlrad im eingriffsfreien Bereich der Verzahnungen besteht.
4. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkweg durch mindestens einen Anschlagstift (35) begrenzt ist, der in dem sichelförmigen Spalt (21) zwischen der äußeren Umfangsflache
(20) des Lagerrings und der inneren Umfangsflache der Gehauseausnehmung (13) angeordnet ist.
5. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagstift (35) im Gehäuse (1 ), vorzugsweise in der Gehauseausnehmung (13), oder im oder am Lagerring (15)), vorzugsweise im Bereich des äußeren Umfangs des Lagerrings (15), befestigt ist.
6. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagstift (35), vorzugsweise achsparallel zur Ritzelachse in dem Boden der Gehauseausnehmung befestigt ist.
7. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagsstift in oder an einer äußeren Umfangsflache des Lagerrings, vorzugsweise achsparallel zur Achse des Lagerrings befestigt ist.
8. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagstift etwa um 90° gegenüber der Schwenkachse (22) des
Lagerrings versetzt angeordnet ist.
9. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anschlagstifte vorgesehen sind, die um gleiche Winkel versetzt zu beiden Seiten des Druckraum-Scheitelpunkts angeordnet sind.
10. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkweg durch eine von dem Boden der Gehauseausnehmung
(13) in den Spalt (21 ) zwischen dem Lagerring und der Gehauseausnehmung axial vorspringende Stufe (45) begrenzt ist.
11. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Stufe dem Spalt angepaßt ist und die Stufe einen Ringspalt (46) mit der äußeren Umfangsflache (20) des Lagerrings bildet.
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