DE10109770A1 - Füllstücklose Innenzahnradpumpe - Google Patents

Abstract

Eine füllstücklose Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuse (11), einem in einer Bohrung 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. Der Lagerring (5) ist relativ zu der Bohrung um eine zu seiner Achse parallele Schwenkachse (20, 22) durch eine den Lagerring (5) belastende Feder (25) derart schwenkbar, daß der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel (2) und Hohlrad (3) aufrechterhalten bleibt. Die den Lagerring (5) belastende Feder (25) ist eine Stabfeder, die eine in dem Lagerring etwa in dessen Achsrichtung verlaufende Bohrung (24, 26) durchsetzt und zumindest einendig in einer Gehäusebohrung (32) abgestützt ist (Fig. 3).

Description

Die Erfindung betrifft eine füllstücklose Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Innenzahnradpumpen dieser Art sind bekannt. Darin ist das mit einem Ritzel kämmende Hohlrad umlaufend in einem Lagerring aufgenommen, der in dem Pumpengehäuse undrehbar, jedoch um eine zur Ringachse und zur Ritzelachse parallele Schwenkachse schwenkbar angeordnet ist. Um den notwendigen Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen des Hohlrad und des Ritzels aufrecht zu erhalten, ist die Schwenkachse des Lagerrings so angeordnet und steht dieser unter einer so gerichteten Federlast, daß er zusammen mit dem Hohlrad stets im Bereich des Dichtkontakts der Zahnköpfe radial zur Ritzelachse hin bewegt wird. Gemeinsam mit der Federlast können auf den Lagerring die im Druckraum zwischen Ritzel- und Hohlradverzahnung herrschenden Druckkräfte auf den Lagernng wirken (DE 196 51 683 A1, EP-A 848 165). Bei diesen bekannten Innenzahnradpumpen kann die auf den Lagerring wirkende Feder eine Haarnadel-Blattfeder sein, die in einer Axialnut mit einem Rechteckquerschnitt an dem Außenumfang des Lagerrings aufgenommen ist und flächig an dem Nutgrund anliegt, oder eine Schraubendruckfeder, die in einer vom Außenumfang des Lagerrings ausgehenden Radialbohrung angeordnet ist und sich über einen Kugelfuß an der Gehäusewand abstützt (EP-A 848 165).

Aufgrund unvermeidbarer Fertigungstoleranzen sollte dafür gesorgt sein, daß der Lagerring im Betrieb die Bewegungsfreiheit hat, seine Lage entsprechend den auf ihn wirkenden hydraulischen und durch den Zahneingriff zwischen Ritzel und Hohlrad auf ihn übertragenen mechanischen Kräften einzustellen. Diese Bewegungsfreiheit kann durch die Federkraft und die flächige Anlage der Blattfeder oder der Schraubendruckfeder beeinträchtigt sein. Die Beeinträchtigung kann insbesondere bei nicht schmierenden Fördermedien dazu führen, daß bei drucklosen Zuständen der Innenzahnradpumpe, z. B. beim Anlaufen, der Lagerring und mit ihm das Hohlrad relativ zu dem Ritzel gekippt gehalten werden, wobei ein einwandfreier Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen nicht besteht. Das führt bei einem häufigen Start/Stop-Betrieb zu Betriebsproblemen, weil der Druckaufbau dann jeweils nur verzögert erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Innenzahnradpumpe der beschriebenen Art vorzuschlagen, bei welcher ein einwandfreier Dichtkontakt insbesondere zwischen den Zahnköpfen auch aufgrund der Federbelastung des Lagerrings gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Gestaltung gemäß dem Patentanspruch 1.

Durch den Einsatz einer stabförmigen Biegefeder, die sich durch eine axial gerichtete Bohrung in dem Lagerring hindurch erstreckt, kommt es im ausgelenkten Zustand der Stabfeder zu einem sehr geringen Flächenkontakt zwischen dieser und der Bohrung, der sich auf die Anlage der Stabfeder an einer oder maximal zwei Bohrungskanten beschränkt. Die Bewegungsfreiheit des Lagerrings kann nach einer vorteilhaften Gestaltung noch weiter verbessert werden, wenn die im Lagerring vorhandene Bohrung einen Anlagevorsprung enthält, an welchem die Stabfeder anliegt und im übrigen keinerlei Kontakt mit der Bohrungswandung hat. Der Anlagevorsprung kann irgendwo im Längsverlauf der Bohrung vorgesehen sein, ist aber zweckmäßigerweise in deren Längsmitte angeordnet; seine axiale Erstreckung ist relativ zur Bohrungslänge gering und im Sinne einer Reduzierung der Kontaktfläche mit der Stabfeder vorteilhafterweise gerundet, sodaß es theoretisch zu einem Punktkontakt kommt.

Zweckmäßigerweise ist die Stabfeder beidendig in beidseits des Lagerrings vorgesehenen Gehäusebohrungen abgestützt, deren Lage relativ zur Ritzelachse und zu der Bohrung des Lagerrings so bestimmt ist, daß im montierten und drucklosen Zustand der Innenzahnradpumpe die Stabfeder im gewünschten Maß unter Vorspannung ausgebogen ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht der Laufeinheit Ritzel/Hohlrad als Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 2;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 und

Fig. 3 als Einzelheit in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt längs der Linie B-B in Fig. 1, wobei die Axialplatten weggelassen sind.

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 dem Gehäuse 1 mit Axial- und Radialspiel aufgenommen ist. Das Axial- und Radialspiel, das in Fig. 1 durch dicke Linienführung angedeutet und in Fig. 3 übertrieben dargestellt ist, beträgt beispielsweise 0,2 bis 0,5 mm. 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 ist der den Lagerring 5 aufnehmende Gehäuseteil 11 konzentrisch zur Ritzelachse 15 ausgedreht. Die Lagerfläche des Lagerrings 5 hingegen liegt konzentrisch zur Hohlradachse 18, woraus sich ergibt, daß die äußere Umfangsfläche des Lagerrings 5 ihrerseits exzentrisch zu dessen Lagerfläche ist. Die Wand der die Laufeinheit aufnehmenden Bohrung oder Ausnehmung des Gehäuseteils 11 wird teilweise von einem Lagerstift 20 durchsetzt, der in den Boden dieser Ausnehmung eingepreßt ist. Mit der über die Wand überstehenden weitgehend halbzylindrischen Teil-Umfangsfläche des Lagerstifts 20 ragt dieser in eine Axialnut 22 des Lagerrings 5, die dem kreiszylindrischen Querschnitt des Lagerstifts 20 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 im Rahmen des zur Verfügung stehenden Radialspiels in der Ausnehmung des Gehäuseteils 11 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 eine Stabfeder 25 hindurch erstreckt. 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 kontaktfrei durch die Bohrung 24 und die dieser gegenüber erheblich weiteren Gehäuseausnehmungen 28. In den Gehäusebohrungen 32 sind die Abstützenden der Stabfeder 25 jeweils mit Spiel aufgenommen. Die Stabfeder 25 hat über ihre ganze Länge einen gleichbleibenden Kreisquerschnitt. Die von ihr ausgeübte Federkraft ist jeweils abhängig von der Pumpengröße und beträgt im allgemeinen 2-5% der im Druckraum auftretenden Druckkräfte.

Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung ist folgende:
Bei Drehung des Ritzels 2 in der gezeigten Drehrichtung wird Fördermedium durch den nicht gezeigten 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 nicht gezeigten Druckkanal gedrückt. Die diesbezügliche Funktion einer Innenzahnradpumpe sowie Lage und Verlauf von Saug- und Druckkanal in dem Gehäuse 1 sind bekannt und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterung.

Die im Druckraum herrschenden hydraulischen Druckkräfte wirken so, daß ihre Resultierende in Bezug auf die Schwenkachse 20 ein Schwenkmoment an dem Lagernng 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 werden die Zahnköpfe in dem eingriffsfreien Bereich der Verzahnungen druckproportional in dem gegenseitigen Dichtkontakt gehalten. Da diese Funktion aus der eingangs genannten EP-A 848 165 bekannt ist, bedarf es auch hier keiner näheren Erläuterung dazu.

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. Da der Kontakt der Stabfeder 25 mit dem Lagerring 5 sich auf den kurzen Abschnitt des Anlagevorsprungs 26 in der Bohrung 24 beschränkt, kann der Lagerring 5 und mit ihm das Hohlrad 3 seitlichen Kipp- und Schiebebewegungen folgen, die infolge der hydraulischen und mechanischen Kräfte toleranzbedingt im Betrieb auftreten. Auch ist die Reibungshysterese zwischen der Stabfeder 25 und dem Anlagevorsprung 26 so gering, daß bei einer Aufhebung des Betriebsdrucks, z. B. nach dem Abschalten, die Zähne von Ritzel 2 und Hohlrad 3 und insbesondere deren Zahnköpfe dichtend aneinander anliegen und folglich ein einwandfreier erneuter Start mit sofortigem Druckaufbau gewährleistet ist.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausbildung der Innenzahnradpumpe nach dem Ausführungsbeispiel beschränkt. So können anstelle der für Ritzel und Hohlrad gewählten Evolventenverzahnung auch Trochoiden- oder Zykloidenverzahnungen eingesetzt werden. Die Stabfeder kann andere als Kreisquerschnitte aufweisen und braucht nicht von konstantem Querschnitt zu sein. Die von der Stabfeder durchsetzte Lagerringbohrung muß weder zwingend exakt achsparallel zu der Ritzelachse noch zylindrisch sein, sondern kann als ganzes eine gekrümmte oder konische Rotationsfläche als Innenfläche aufweisen, die eine minimale Kontaktfläche mit der Stabfeder ergibt. Auch könnte die Stabfeder selbst eine vorzugsweise zentrale Verdickung haben, die in der ansonsten glatt verlaufenden Bohrung zu einem örtlich beschränkten Kontakt mit dieser führt. Weiterhin ist denkbar, anstelle zweier Abstützbohrungen 32 für die Stabfeder 25 nur eine Gehäusebohrung vorzusehen, in welche die Stabfeder straff eingesetzt, z. B. eingepreßt ist und den Lagerring 5 nicht vollständig durchsetzt. Auch müssen die beiden Abstützbohrungen 32 nicht notwendig miteinander fluchten, sondern können geringfügig von der koaxialen Ausrichtung abweichen, sofern die erforderliche Vorspannung der Stabfeder gewährleistet ist und eine Anlage an mindestens einer Bohrungskante besteht.

Claims (12)

1. Füllstücklose Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuse (1), einem in einer Bohrung 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 der Lagerring (5) relativ zu der Bohrung um eine zu seiner Achse parallele Schwenkachse (20, 22) durch eine den Lagerring (5) belastende Feder (25) derart schwenkbar ist, daß der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel (2) und Hohlrad (3) aufrecht erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lagernng (5) belastende Feder (25) eine Stabfeder ist, die eine in dem Lagerring etwa in dessen Achsrichtung verlaufende Bohrung (24, 26) durchsetzt und zumindest einendig in einer Gehäusebohrung (32) abgestützt ist.

2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabfeder (25) beidendig in miteinander fluchtenden Gehäusebohrungen (32) abgestützt ist.

3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabfeder die Bohrung (24) des Lagerrings (5) mit Spiel durchsetzt.

4. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (24) des Lagerrings einen Anlagevorsprung (26) für die Stabfeder bildet, an welchem die Stabfeder im gespannten Zustand anliegt.

5. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagevorsprung (26) in Längsmitte der Bohrung (24) angeordnet ist.

6. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagevorsprung (26) durch einen Absatz geringeren Durchmessers der Bohrung (24) gebildet ist.

7. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz gerundet ist.

8. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagevorsprung durch eine Krümmung der Wandfläche der Bohrung (24) gebildet ist.

9. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stabfeder abstützende Gehäusebohrung (32) im Boden (30) einer Gehäuseausnehmung (28) vorgesehen ist, der sich zu der Gehäusebohrung (32) hin konisch verjüngt.

10. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (5) zusätzlich zu der Stabfeder (25) durch im Druckraum auf das Hohlrad wirkende hydraulische Druckkräfte in Schwenkrichtung beaufschlagt ist.

11. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (5) zusätzlich zu der Stabfeder (25) durch mindestens ein in Schwenkrichtung wirkendes Druckfeld beaufschlagt ist.

12. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (5) mit Axialspiel in dem Gehäuse (1) aufgenommen ist und Saugraum und Druckraum in den Verzahnungen von Ritzel und Hohlrad durch an deren Stirnseiten dichtend anliegende Axialplatten (8) eingegrenzt sind.