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Die Erfindung geht aus von einer
Innenzahnradmaschine, die als Hydropumpe oder als Hydromotor verwendet
wird und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
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Bei einer Innenzahnradmaschine dieser
Art befinden sich in einem Hohlraum eines Gehäuses ein außenverzahntes Ritzel, das fest
auf einer als Antriebs- oder Abtriebswelle dienenden Welle befestigt und über diese
im Gehäuse
gelagert ist. Mit dem Ritzel kämmt
ein innenverzahntes Hohlrad, das an seiner kreiszylindrischen Außenseite
im Gehäuse
geführt
ist.
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Bei einer aus der Praxis und aus
dem Prospekt G 1209 4.91 2000 der J.M. Voith GmbH, Heidenheim, bekannten,
als Innenzahnradpumpe eingesetzten Innenzahnradmaschine ist das
Hohlrad mit zwischen der den Zahnkranz aufweisenden Innenseite und
der Außenseite
verlaufenden Fluiddurchlässen
versehen, durch die Druckmittel aus dem Raum zwischen den beiden
Zahnrädern
in eine Hochdrucktasche des Gehäuses
verdrängt
werden kann, die in einen Druckkanal übergeht. Durch die Fluiddurchlässe des
Hohlrades kann Druckmittel auch aus einer mit einem Saugkanal des
Gehäuses verbundenen
Niederdrucktasche in den Raum zwischen den beiden Zahnrädern gelangen,
wobei dies üblicherweise
zusätzlich
zu einem Füllen
des Raumes zwischen den Zahnrädern über die
Stirnseiten der Zahnräder
hinweg erfolgt. Bei der bekannten Innenzahnradpumpe ist das Hohlrad
gegen eine vom Hochdruck ausgeübte
Kraft peripheral beidseitig der Hochdrucktasche vom Gehäuse abstützbar. Die
Länge der
dazu am Gehäuse
vorhandenen Abstützabschnitte
in Umlaufrichtung des Hohlrades ist begrenzt, da die Niederdrucktasche
in Umlaufrichtung groß sein
soll und eine Abstützung
gegen die Druckkraft ohnehin nur in einem Winkelbereich von 180 Grad
um die Achse des Hohlrades erfolgen kann. Die Hochdrucktasche ist
axial schmäler
als das Hohlrad und befindet sich mittig des Hohlrades, so daß dieses auch
im Bereich der Hoch drucktasche, und zwar axial beidseitig der Hochdrucktasche
vom Gehäuse
abstützbar
ist. Damit das Hohlrad auch bei stillstehender Pumpe oder bei sehr
niedrigen Drücken
an den die Abstützung
gegen die Druckkraft bewirkenden Gehäuseabschnitten verbleibt und
nicht eine undefinierte Lage einnimmt, ist bei der bekannten Pumpe das
Hohlrad an einen sich im Bereich der Niederdrucktasche befindlichen
Gehäusesteg
anlegbar. Die Niederdrucktache ist an der Außenseite des Hohlrades durch
den Gehäusesteg
sozusagen zweigeteilt, wobei die beiden Teiltaschen über Freiräume an den Stirnseiten
des Hohlrades miteinander verbunden sind. Beim Überfahren des Gehäusesteges
werden die Fluiddurchlässe
des Hohlrades für
eine gewisse Zeit abgedeckt, so daß während dieser Zeit kein hydraulisches
Druckmittel durch sie hindurch in den Raum zwischen den beiden Zahnrädern fließen kann.
Dies beeinflußt
das Saugverhalten der Innenzahnradpumpe insbesondere bei hohen Drehzahlen.
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Ziel der Erfindung ist es demnach,
eine Innenzahnradmaschine, insbesondere eine Innenzahnradpumpe,
die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, so
weiterzuentwickeln, daß über den
gesamten Drehzahlbereich das Saugverhalten gut ist und insbesondere
auch bei hohen Drehzahlen der Niederdruckraum zwischen den beiden
Zahnrädern
vollständig
mit Druckmittel gefüllt wird.
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Dieses Ziel wird bei einer Innenzahnradmaschine
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß der
Gehäusesteg
auf Höhe
der Fluiddurchlässe
des Hohlrades eine in Umlaufrichtung des Hohlrades verlaufende,
zum Hohlrad und zur Niederdrucktasche hin offene Nut aufweist. Aufgrund
dieser Nut kann auch dann Druckmittel von der Niederdrucktasche über einen
Fluiddurchlaß des
Hohlrades in den Innenraum zwischen den beiden Zahnrädern strömen, wenn
sich der Fluiddurchlaß im
Bereich des Gehäusesteges
befindet. Zumindest ist die Zeit, in der der Fluiddurchlaß abgedeckt
ist, verkürzt.
Die Abstützfläche am Gehäusesteg
für das
Hohlrad ist ohne eine Verlängerung
des Gehäusesteges
in Umlaufrichtung des Hohlrades trotz der Nut noch groß genug,
da der Gehäusesteg
das Hohlrad nur gegen kleine Kräfte abzustützen hat
und im wesentlichen nur die Lage des Hohlrades sichert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen einer
erfindungsgemäßen Innenzahnradmaschine
kann man den Unteransprüchen
entnehmen.
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Wie bei der vorbekannten Innenzahnradpumpe
befindet sich auch bei einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe der Gehäusesteg
bevorzugt nicht am Ende der Niederdrucktasche, sondern unterteilt
die Niederdrucktasche in Umlaufrichtung des Hohlrades in zwei Teiltaschen,
befindet sich also innerhalb der Niederdrucktasche. Dann ist die
Nut nicht nur zur einen Seite hin peripheral offen, sondern geht
gemäß Anspruch
2 bevorzugt ganz durch den Steg hindurch, so daß die Fluiddurchlässe des
Hohlrades im Bereich des Steges zu keinem Zeitpunkt mehr abgedeckt
werden. Über
die Nut besteht dann außerdem
eine vorzugsweise zusätzliche
Verbindung zwischen den beiden Teiltaschen der Niederdrucktasche,
so daß über die
Nut auch Druckmittel von der einen Teiltasche in die andere Teiltasche
gelangen kann. Auch erstreckt sich gemäß Anspruch 4 der Gehäusesteg
nur etwa über
die Höhe
des Hohlrades, so daß axial
vor seinen beiden Seiten Freiraum verbleibt, durch den ebenfalls
Druckmittel von der einen Teiltasche in die andere Teiltasche der
Niederdrucktasche gelangen kann.
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Besitzt das Hohlrad gemäß Anspruch
5 mehrere in Achsrichtung des Hohlrads nebeneinander befindliche
Reihen von Fluiddurchlässen,
so werden diese mehreren Reihen bevorzugt von einer einzigen Nut
des Gehäusestegs überdeckt.
Zweckmäßigerweise
ist nur eine einzige Nut am Gehäusesteg
vorhanden, die sich leichter als mehrere Nuten herstellen läßt.
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Gemäß Anspruch 6 ist die Nut im
Gehäusesteg
in Achsrichtung des Hohlrads nur geringfügig breiter als der Bereich
am Hohlrad, in dem sich die Fluiddurchlässe befinden. Es wird dann
die Abstützfläche des
Gehäusesteges
nicht übermäßig vermindert.
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Durch eine Ausbildung gemäß Anspruch
7 ergeben sich gute Strömungsverhältnisse
an der Außenseite
des Hohlrads.
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Ein als Innenzahnradpumpe ausgebildetes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Innenzahnradmaschine
ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen
wird die Erfindung nun näher
erläutert.
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Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch das Ausführungsbeispiel
entlang verschiedener in 2 durch die
Schnittlinie I-I angedeutete Ebenen,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie II-II aus 1 und
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3 einen
Teilschnitt entlang der Linie III-III aus 2.
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Die gezeigte Innenzahnradpumpe besitzt
ein Gehäuse 10,
zu dem ein ringförmiges
Mittelteil 11, das eine Pumpenkammer 12 radial
einschließt,
ein erstes Seitenteil 13 und ein zweites Seitenteil 14 gehören. Die
beiden Seitenteile 13 und 14 begrenzen die Pumpenkammer 12 in
axialer Richtung, besitzen allerdings im Niederdruckbereich der
Pumpe axiale Durchbrüche 15,
deren Hauptfunktion in der Zuführung
von Druckmittel von einem Zwischengehäuse aus besteht, wenn die Pumpe
Teil einer Mehrfachpumpenanordnung ist. Das Mittelteil 11 übergreift
die beiden Seitenteile 13 und 14 im Bereich jeweils
einer äußeren Eindrehung 16.
Jedes Seitenteil 13 bzw. 14 besitzt eine durchgehende
Bohrung 17, in die ein Gleitlager 18 eingepreßt ist.
In den beiden Gleitlagern 18 ist eine Antriebswelle 19 der
Pumpe gelagert.
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Als Teile des Gehäuses 10 der gezeigten
Innenzahnradpumpe können
auch noch ein Befestigungsflansch 24 vor dem ersten Seitenteil 13 und
ein geschlossener Deckel 25 vor dem anderen Seitenteil 14 betrachtet
werden. Durch eine zentrale Öffnung 26 des
Befestigungsflansches 24 tritt die Antriebswelle 19 hindurch
und steht mit einem Kupplungszapfen über das Gehäuse 10 vor. Durch
einen in den Befestigungsflansch 24 eingesetzten und an
der Antriebswelle 19 anliegenden Dichtring 28 ist
die Austrittsöffnung 26 der
Antriebswelle 19 aus dem Gehäuse 10 abgedichtet.
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Ein außenverzahntes Ritzel 30 ist
innerhalb der Pumpenkammer 12 auf der Antriebswelle 19 befestigt
oder einstückig
mit dieser hergestellt. Es befindet sich innerhalb eines innenverzahnten
Hohlrades 31, dessen Achse exzentrisch zur Achse des Ritzels 30 angeordnet
ist und das an seiner nichtverzahnten Außenseite 32 im Mittelteil 11 des
Gehäuses 10 gelagert
ist. Im Bereich beidseits einer durch die beiden Achsen des Ritzels 30 und
des Hohlrades 31 aufgespannten Mittelebene 33 kämmen die
beiden Zahnräder
miteinander, zwischen denen sich im übrigen ein sichelförmiger Arbeitsraum
oder Freiraum 34 befindet.
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Dieser Freiraum 34 ist etwa
zur Hälfte
durch ein zweiteiliges Füllstück 35 ausgefüllt, das
an den Zähnen
des Ritzels 30 und des Hohlrades 31 anliegt und
sich an einer Abflachung eines Füllstückstifts 36 abstützt. Dieser
durchquert den Freiraum 34 und ist in zwei miteinander
fluchtenden Sackbohrungen der Seitenteile 13 und 14 beidseits
der Pumpenkammer 12 drehbar gelagert. Die axiale Ausdehnung
des Füllstücks 35 stimmt
mit der axialen Ausdehnung der beiden Zahnräder 30 und 31 überein.
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An um 90 Grad gegeneinander versetzten Stellen
gehen durch das Mittelteil 11 ein Druckkanal 40 und
ein Saugkanal 41 hindurch, die sich zur Pumpenkammer 12 hin
zu einer Hochdrucktasche 42 bzw. zu einer Niederdrucktasche 43 erweitern.
Und zwar erstrekken sich die beiden Drucktaschen peripheral um das
Hohlrad 31 herum vom Kanal 40 bzw. 41 aus
im wesentlichen jeweils in eine Richtung. Die Drucktaschen sind
als zum Hohlrad 31 hin offene Aussparungen des Mittelteils 11 ausgebildet.
Die Hochdrucktasche 42 erstreckt sich vom Druckkanal 40 aus
entgegen der durch den Pfeil A angedeuteten Laufrichtung des Hohlrads 31 außen am Hohlrad
entlang, ist, in axialer Richtung senkrecht zur Zeichenebene nach 2 betrachtet, in ihrer Ausdehnung kleiner
als die Höhe
des Hohlrades 31 und befindet sich, ebenfalls axial betrachtet,
mittig des Hohlrads. Die Niederdrucktasche 43 erstreckt
sich vom Saugkanal 41 aus in Laufrichtung des Hohlrads 31 und
endet im Abstand zur Hochdrucktasche 42. Die Niederdrucktasche 43 geht
an beiden Stirnseiten des Hohlrades 31 axial über das Hohlrad
hinaus, so daß vom Saugkanal 41 über die
Stirnseiten des Hohlrades 31 eine Verbindung zum Freiraum 34 besteht.
Die Seitenteile 13 und 14 haben dazu einen Abstand
von den Stirnseiten der Zahnräder 30 und 31.
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Aufgrund der Höhe der Niederdrucktasche 43 kann
das Hohlrad 31 zunächst
einmal nur beginnend vom Ende der Niederdrucktasche 43 in
peripheraler Richtung über
die Hochdrucktasche 42 bis zum Saugkanal 41 mit
seiner Außenseite 32 am
Mittelteil 11 anliegen. Diese Anlage genügt, um das
Hohlrad gegen eine vom Hochdruck erzeuge Druckkraft abzustützen. Damit
das Hohlrad bei Inbetriebnahme und auch bei niedrigen im Hochdruckbereich
herrschenden Drücken
eine definierte Position einnimmt, weist das Mittelteil 11 einen
etwa diametral der Drucktasche 42 gegenüberliegenden und die Niederdrucktasche 43 in
zwei Teiltaschen 44 und 45 aufteilenden, sich
also innerhalb der Niederdrucktasche 43 befindlichen Gehäusesteg 46 auf,
der sich bis zur Außenseite 32 des
Hohlrades 31 erstreckt und eine entsprechend der Außenseite 32 kreiszylindrische
Innenwand 47 besitzt.
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In jeder Zahnlücke gehen durch das Hohlrad 31 zwei
in Achsrichtung übereinander
angeordnete Radialbohrungen 51 hindurch, über die
eine offene Verbindung zwischen der verzahnten Innenseite und der
kreiszylindrischen Außenseite 32 des
Hohlrads besteht. In der 2 ist
der Übersichtlichkeit
halber nur in einer einzigen Zahnlücke eine solche Radialbohrung 51 mit
gestrichelten Linien eingezeichnet. Die Radialbohrungen 51 bilden
also zwei in Achsrichtung voneinander beabstandete Reihen von Bohrungen
am Hohlrad 31. Durch sie wird Druckmittel, das in den Zahnlücken des
Ritzels 30 und des Hohlrads 31 am Füllstück 35 entlang
mitgenommen wird, in die Drucktasche 42 und damit in den
Druckkanal 40 verdrängt.
In den Bereich des Freiraums 34 zwischen den beiden Zahnrädern 30 und 31,
der, in Richtung des Pfeiles A betrachtet, vor dem Füllstück 35 liegt, kann
vom Saugkanal 41 aus durch die Niederdrucktasche 43 hindurch
und über
die Stirnseiten des Hohlrads 31 hinweg Druckmittel gelangen.
Außerdem
fließt
auch über
die Radialbohrungen 51 von der Niederdrucktasche 43 aus
Druckmittel in den Freiraum 34, und zwar auch aus der Teiltasche 45,
die über
die Stirnseiten des Hohlrades 31 mit der Teiltasche 44 und
dem Saugkanal 41 verbunden ist.
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Damit die Radialbohrungen 51 nicht
zeitweise abgedeckt werden, weist der Gehäusesteg 46 auf Höhe der Radialbohrungen 51 des
Hohlrads 31 eine in Umlaufrichtung des Hohlrades 31 verlaufende, zum
Hohlrad hin offene und ihn ganz durchquerende Nut 52 auf.
Die beiden Teiltaschen 44 und 45 der Niederdrucktasche 43 sind
also auch über
diese Nut 52 miteinander verbunden. In axialer Richtung
ist die Nut 52 so breit, daß sie sich geringfügig über die
beiden Radialbohrungen 51 einer Zahnlücke hinauserstreckt und beide
Radialbohrungen ganz offen läßt. Wie
besonders deutlich aus 2 hervorgeht,
setzt der Boden 53 der Nut 52 die die Niederdrucktasche 43 nach
radial außen
begrenzende Wand 54 kontinuierlich und ohne Änderung
des Vorzeigens der Krümmung
fort. Dadurch sind die Strömungsverhältnisse für in die
Nut 52 hineinfließendes
und durch sie hindurchfließendes
Druckmittel besonders günstig.
Der Gehäusesteg 46 entspricht
in seiner Höhe
ungefähr der
Höhe des
Hohlrades 31, endet also jeweils etwa an einer Stirnseite
des Hohlrades, so daß der
Raum vor den Stirnseiten des Gehäusesteges
für das
Strömen
von Druckmittel genutzt wird.
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Die Pumpe ist so aufgebaut, daß das Ritzel 30 im
Betrieb, nach 2 betrachtet,
im Uhrzeigersinn angetrieben werden muß. Das Hohlrad 31 dreht sich
dann in Richtung des Pfeiles A mit. In den Zahnlücken der beiden Zahnräder befindliche
Hydraulikflüssigkeit
wandert mit den Zahnlücken
am Füllstück 35 entlang
und gelangt in den Zahneingriffsbereich der beiden Zahnräder vor
die Spitze des Füllstücks 35.
Dort wird die Hydraulikflüssigkeit
durch die Radialbohrungen 51 des Hohlrades 31 hindurch
in die Drucktasche 42 und den Druckkanal 40 verdrängt. Gleichzeitig
wird durch andere Radialbohrungen 51 sowie über die
Stirnseiten des Hohlrades 31 aus der Niederdrucktasche 43 Hydraulikflüssigkeit
in den vor dem Füllstück 35 liegenden
Bereich des Freiraums 34 angesaugt. Für einen hohen Wirkungsgrad
der Pumpe ist eine gute axiale Ab dichtung der Hochdruckseite notwendig,
die sich durch einen Bereich der Pumpenkammer 12 abgrenzen
läßt, in dem
sich das Füllstück 35 befindet
und in dem im Anschluß an das
Füllstück die beiden
Zahnräder
allmählich
immer weiter ineinandergreifen. Für die axiale Abdichtung ist
zwischen den Zahnrädern 30 und 31 und
jedem von den Zahnrädern
einen Abstand aufweisenden Seitenteil 13 oder 14 eine
Axialdruckplatte 60 angeordnet, die von einem zwischen
ihr und dem entsprechenden Seitenteil bestehenden, mit Hochdruck
beaufschlagbaren Druckfeld 61 axial gegen die Zahnräder 30 und 31 gedrückt wird.
Jede Axialdruckplatte 60 umgibt eng die Antriebswelle 19 und
den Füllstückstift 36 und
ist dadurch in einer Ebene senkrecht zur Achse der Antriebswelle 19 in
ihrer Lage gesichert. Im Niederdruckbereich der Pumpe vor dem Füllstück 35 ist
jede Axialdruckplatte 60 natürlich so gestaltet, daß sie einerseits
die nötige
Stabilität
hat, andererseits aber auch das Einströmen von Druckmittel in die
Zahnlücken
der beiden Zahnräder
nicht behindert. Die Außenkontur
einer Axialdruckplatte 60 in einer Ebene senkrecht zur
Achsrichtung geht insbesondere aus 2 hervor,
in der eine Axialdruckplatte mit durchgehenden und, soweit die Außenkontur
verdeckt ist, mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist.