DE2601880C2 - Hydraulische Innenzahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Innenzahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Bauprinzip derartiger hydraulischer Innenzahnradmaschinen ist auch unter der Bezeichnung Gerotor bekannt. Der Zahnradsatz eines Gerotors besteht aus einem innenverzahnten Außenzahnrad und einem exzentrisch im Außenzahnrad angeordneten außenverzahnten Innenzahnrad, das einen Zahn weniger aufweist als das Außenzahnrad und durch den gegenseitigen Eingriff der Zähne bei der relativen Dreh- und Umlaufbewegung abgestützt und geführt wird, so daß die Zahnzwischenräume Kammern bilden, deren Volumen sich bei der relativen Dreh- und Umlaufbewegung der beiden Zahnräder abwechselnd verkleinert und vergrößert. Ein Drehschieber sorgt für die synchron mit der Dreh- und Umlaufbewegung erfolgenden Verbindung der sich vergrößernden Kammer mit dem Strömungsmitteleinlaß und der sich verkleinernden Kammern mit dem Strömungsmittelauslaß. Grundsätzlich kann eine solche hydraulische Innenzahnradmaschine wahlweise als Pumpe oder als Motor betrieben werden.

Bei einer aus der US-PS 34 52 680 bekannten hydraulischen Innenzahnradmaschine dieser Art ist der Drehschieber an der einen Stirnseite des Zahnradsatzes angeordnet, so daß er das Strömungsmittel auf dieser Stirnseite den sich vergrößernden Kammern zuleitet und auf der gleichen Stirnseite auch aus den sich verkleinernden Kammern ableitet, während die Kammern auf der entgegengesetzten Stirnseite durch eine Abschlußplatte verschlossen sind. Die Drehschieber, die im allgemeinen bei derartigen Maschinen verwendet werden, weisen gewöhnlich eine recht kcmplizierte Anordnung von Strömungskanälen auf, damit das Strömungsmittel in der richtigen Reihenfolge und zeitlichen Abstimmung zu und von den Kammern geführt wird, wobei einige ίο dieser Kanäle ziemlich kleine Strömungsquerschnitte haben. Wenn eine solche hydraulische Innenzahnradmaschine als Pumpe verwendet wird, hat es sich gezeigt, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen wegen des komplizierten Weges, den das Strömungsmittel durch den Drehschieber nimmt, die sich vergrößernden Kammern nicht vollständig mit Strömungsmittel gefüllt werden. Die Pumpe arbeitet dann nicht mit dem vollen volumetrischen Wirkungsgrad. Ferner besteht die Gefahr, daß infolge von Kavitationserscheinungen Teile der Innenzahnradpumpe beschädigt werden.

Bei einer aus der US-PS 36 27 454 bekannten hydraulischen Innenzahnradmaschine der gleichen Art ist dieser Nachieil dadurch vermieden, daß auf jeder Stirnseite des Zahnradsatzes ein Drehschieber gleicher Art angeordnet ist. Wenn diese Maschine als Pumpe verwendet wird, kann das Strömungsmittel von den beiden Stirnseiten her gleichzeitig in die sich vergrößernden Kammern eintreten, und der für das Füllen der Kammern zur Verfugung stehende Strömungsquerschnitt ist verdoppelt. Dies wird aber durch einen komplizierten und teuren Aufbau der Maschine erkauft, weil die komplizierten Drehschieber, die mit großer Präzision gefertigt werden müssen, doppelt vorhanden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Innenzahnradpumpe so zu verbessern, daß die vollständige Füllung der Kammern beim Ansaugen von beiden Stirnseiten durch eine einfachere Konstruktion ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der nach der Erfindung ausgeführten hydraulischen Innenzahnradpumpe ist der aufwendige Drehschieber nur einmal vorhanden. Die auf der anderen Stirnseite vorgesehene Anordnung von Rückschlagventuen hat dagegen einen sehr einfachen Aufbau, sie ermöglicht aber dennoch die Zufuhr von Stromungsmittel in die sich vergrößernden Kammern mit einem sehr geringen Strömungswiderstand, so daß unter allen Betriebsbedingungen eine vollständige Füllung der Kammern gewährleistet ist. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß keine besonderen Maßnahmen zur Steuerung der zusätzlichen Strömungsmittelzufuhr getroffen werden müssen, denn die Rückschlagventile öffnen sich von selbst unter dem Druckabfall, der entsteht, wenn die sich vergrößernden Kammern über den Drehschieber nicht schnell genug mit Strömungsmittel gefüllt werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Längsschnittansicht einer hydraulischen Innenzahnradpumpe nach der Erfindung und

F i g. 2 eine Querschnittansicht der Innenzahnradpumpe längs der Linie 2-2 in F i g. 1.

Die in F i g. 1 und 2 dargestellte hydraulische Innenzahnradpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Ein zylin-

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drischer Mantel 14 umgibt sowohl einen Teil des Gehäuses als auch mehrere Teile der hydraulischen Innenzahnradpumpe, die noch beschrieben werden sollen. Der zylindrische Mantel 14 wird in seiner Lage am Gehäuse mittels eines Enddeckels 16 und mehrerer Schraubenbolzen 18 gehalten, die sich durch den Enddeckel hindurch erstrecken und deren Gewindeenden in entsprechende Gewindebohrungen des. Gehäuses 12 eingeschraubt sind.

Zwei Dichtungsringe 20 bilden eine Abdichtung zwischen dem Mantel 14 und dem Gehäuse 12 bzw. zwischen dem Mantel 14 und dem Enddeckel 16.

Die hydraulische Innenzahnradpumpe enthält einen Gerotorzahnradsatz mit einem feststehenden innenverzahnten Außenzahnrad und einem außenverzahnten Innenzahnrad. Das feststehende Außenzahnrad besteht aus einem Ring 22, dessen äußere Umfangsfläche im Abstand von der Innenfläche des Mantels 14 "liegt. Die Zähne des Außenzahnrads sind durch zylindrische Rollen 21 gebildet, die drehbar in entsprechend bemessenen zylindrischen Aussparungen 23 des Rings 22 gelagert sind. Die Bereiche zwischen den Rollen 21 bilden Kammern 39, deren Volumen sich bei der relativen Dreh- und Umlaufbewegung der beiden Zahnräder abwechselnd vergrößert und verkleinert.

Das außenverzahnte Innenzahnrad 24 hat einen Zahn weniger als das innenverzahnte Außenzahnrad. Das Innenzahnrad ist exzentrisch zum Außenzahnrad angeordnet und so gelagert, daß es sowohl eine Drehbewegung um seine eigene Achse als auch eine Umlaufbcvegung um die Achse des Außenzahnrads ausführen kann. Durch diese im wesentlichen hypozykloidale Bewegung bewirkt das Innenzahnrad, daß sich die Volumen der Kammern 39 abwechselnd vergrößern und verkleinern. Wie F i g. 1 zeigt, ist das Innenzahnrad 24 mit einer Antriebshülse 26 über eine Taumelwelle 28 verbunden. Die Taumelwelle 28 weist an einem Ende Kerbzähne auf, die in entsprechende Kerbzähne der Antriebshülse 26 eingreifen, so daß sich die Taumelwelle mit der Antriebshülse dreht. Die Drehachse 30 der Taumelwelle, die auch die Drehachse des Innenzahnrads 24 bildet, ist unter einem Winkel relativ zur Drehachse 32 der Antriebswelle 34 angeordnet. Die Taumelwelle 28 weist auch am anderen Ende Kerbzähne auf, die in innere Kerbzähne des Innenzahnrads 24 eingreifen, so daß sich das Innenzahnrad mit der Taumelwelle dreht. Die Kerbzähne an beiden Enden der Taumelwelle sind etwas gekrümmt, damit sich die Taumelwelle 28 gegenüber der Antriebshülse 26 und dem Innenzahnrad 24 nach Art einer Gelenkwelle bewegen kann. Der Eingriff der Zähne des Innenzahnrads mit den die Zähne des Außenzahnrads bildenden Rollen 21 ergibt eine Abdichtung zwischen den sich vergrößernden Kammern und den sich verkleinernden Kammern 39.

Beim Betrieb der hydraulischen Innenzahnradpumpe wird von der Antriebswelle 34 über die Taumelwelle 28 ein Antriebsdrehmoment auf das Innenzahnrad 24 übertragen. Unter diesem Antriebsdrehrnomept führt das Innenzahnrad eine Drehbewegung und eine Umlaufbewegung relativ zum Außenzahnrad aus, wodurch sich die Volumen der Kammern 39 abwechselnd vergrößern und verkleinern, so daß Strömungsmittel in die Kammern und aus den Kammern heraus gefördert wird. Bei der beschriebenen Ausführungsform läuft das Innenzahnrad bei jeder Umdrehung der Antriebswelle 34 sechsmal um, was der Anzahl der Zähne am Innenzahnrad entspricht. Zu jedem Zeitpunkt gibt es drei Kammern, deren Volumen sich vergrößert, und drei Kammern, deren Volumen sich verkleinert.

Die Strömung des Strömungsmittsls zu den Kammern 39 und aus diesen heraus muß zeitlich genau gesteuert werden, damit die hydraulische Innenzahnradpumpe richtig arbeitet. Um eine zeitlich genau abgestimmte Zuführung von Strömungsmittel in die sich vergrößernden Kammern und Abführung von Strömungsmittel aus den sich verkleinernden Kammern 39 zu ermöglichen, ist ein Drehschieber vorgesehen, ίο Der Drehschieber weist zwei feststehende Platten 42, 44 und eine bewegliche Schieberplatte 46 auf. Die feststehenden Platten 42 und 44 sind kreisrund, und ihre Durchmesser sind etwa gleich dem Durchmesser des Rings 22. Die feststehenden Platten 42 und 44 begrenzen einen Teil eines sich axial erstreckenden Strömungsmittelkanals 48, der zwischen den äußeren Umfangsflächen dieser Platten und der Innenfläche des Mantels 14 liegt.

Die feststehende Platte 42 ist unmittelbar neben dem Ring 22 angeordnet und weist mehrere radiale Strömungskanäle 50 auf, die in einer Stirnfläche der Platte ausgebildet sind. Die Anzahl dieser Kanäle 50 entspricht der Anzahl der Kammern 39, die zwischen dem Innenzahnrad und dem Außenzahnrad ausgebildet sind, und jeder dieser Kanäle 50 steht in direkter Verbindung mit einer der Kammern 39. Die Platte 42 weist ferner eine Mittelöffnung auf, durch die sich die Taumelwelle 28 erstreckt.

Die andere feststehende Platte 44 hat an der der Platte 42 zugewandten Stirnfläche eine Anzahl von gekrümmten Nuten 58. Der innere Endabschnitt jeder dieser Nuten steht mit einem zugeordneten axialen Durchlaß 60 in Verbindung, der einen beschränkten Querschnitt hat und sich bis zu der entgegengesetzten Stirnfläche der Platte 44 erstreckt. Die Platte 44 hat ebenfalls eine Mittelöffnung, durch die sich die Taumelwelle 28 erstreckt.

Die bewegliche Schieberplatte 46 ist drehfest mit dem Ende der Taumelwelle 28 verbunden und weist ein ringförmiges Steuerteil 64 auf, und ihr Durchmesser ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der inneren Umfangsfläche 66 eines feststehenden Rings 68, der die Schieberplatte 46 umgibt. Das ringförmige Steuerteil 64 führt in ähnlicher Weise wie das Innenzahnrad 24 eine Dreh- und Umlaufbewegung aus und ist so ausgebildet, daß es bei dieser Bewegung die Durchlässe 60 in der richtigen Reihenfolge öffnet und schließt.

Strömungsmittel wird in den Raum 71 zwischen der beweglichen Schieberplatte 46 und der Innenfläche des feststehenden Rings 68, der die Schieberplatte umgibt, durch einen Strömungsmitteleinlaß 74 eingeführt. Der Strömungsmitteleinlaß 74 ist im Deckel 16 ausgebildet und steht in direkter Verbindung mit dem Raum 71. Ein zweiter Strömungsmitteleinlaß 75 ist im Gehäuse ausgebildet und steht mit dem Strömungsmittelkanal 48 in einer noch zu beschreibenden Weise in Verbindung. Der Strömungsmittelkanal 48 steht mit dem Raum 71 über mehrere Kanäle 76 in Verbindung, die in der feststehenden Platte 44 ausgebildet sind. Das Strömungsmittel, das in die hydraulische Maschine durch den Strömungsmitteleinlaß 74 eintritt, wird mittels des Drehschiebers in die Kammern 39 hinein und aus diesen heraus geleitet, wobei das Strömungsmittel an der gleichen Stirnfläche des Drehschiebers in die Kammern eintritt und aus den Kammern austritt.

Strömungsmittel, das aus den Kammern 39 durch den Drehschieber austritt, geht durch die Mittelöffnungen in den feststehenden Platten 42, 44. Das Strömungsmittel

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strömt dann durch eine Bohrung 67 in das hohle Innere 73 der Taumelwelle 38 und danach durch eine Bohrung

77 in der Taumelwelle, durch eine Bohrung 79 in der Antriebshülse 26 und durch eine Bohrung 81 im Gehäuse 12 zum Strömungsmittelauslaß 83.

An der anderen Stirnseite der Kammer 39 ist eine zweite Steueranordnung vorgesehen, die dazu dient, die Zufuhr von Strömungsmittel in die Kammern 39 hinein zu ergänzen, um sicherzustellen, daß das ganze Volumen der Kammern 39 während deren Vergrößerung \o gefüllt wird.

Diese zweite Steueranordnung weist eine feststehende Platte 78 auf, die an der anderen Stirnseite des Außenzahnrads anliegt. Die Platte 78 ist am Gehäuse 12 durch die Schraubenbolzen 18 befestigt und weist mehrere sich axial erstreckende Ventilbohrungen 80 auf. Die Anzahl der Ventilbohrungen 80 ist gleich der Anzahl der Kammern 39, und jede dieser Ventilbohrungen steht in direkter Verbindung mit einer zugeordneten Kammer 39. In jeder Ventilbohrung 80 ist eine Ventilkugel 84 angeordnet.

Im Gehäuse 12 ist ein ringförmiger Kanal 82 ausgebildet, der so bemessen ist, daß er dauernd in Verbindung mit allen Ventilbohrungen 80 in der feststehenden Platte

78 steht. Wie F i g. 1 zeigt, ist der Durchmesser des sich an den Kanal 82 anschließenden Abschnitts jeder Ventilbohrung 80 etwas kleiner als der Durchmesser der Ventilkugel 84, die in dem anderen Abschnitt der Ventilbohrung 80 angeordnet ist. Somit bildet jede Ventilbohrung 80 zusammen mit der darin angeordneten Ventilkugel 84 ein Kugelrückschlagventil.

Jede Ventilkugel 84 ist in der Ventilbohrung 80 axial frei beweglich. Sie steht einerseits unter dem Druck im Kanal 82 und andererseits unter dem Druck in der zugeordneten Kammer 39. Die axiale Lage jeder Ventilkugel

84 wird deshalb durch den Druckunterschied bestimmt, der zwischen dem Druck im Kanal 82 und dem Druck in der zugeordneten Kammer 39 herrscht

Im Betrieb wird die hydraulische Innenzahnradpumpe im allgemeinen in einem geschlossenen Strömungskreis verwendet, in welchem Strömungsmittel durch den Strömungsmitteleinlaß 74 in die Pumpe eintritt, durch den zuvor beschriebenen Drehschieber in die Kammern 39 hinein- und aus diesen herausgeführt wird und schließlich durch den Strömungsmittelauslaß 83 aus der Pumpe austritt

Strömungsmittel aus einem Vorratsbehälter 85 oder einer ähnlichen Quelle, wie schematisch in F i g. 1 dargestellt ist, wird der hydraulischen Innenzahnradpumpe ferner durch den zweiten Strömungsmitteleinlaß 75 zugeführt Dieses Strömungsmittel strömt über einen im Gehäuse 12 ausgebildeten Kanal 87 zu dem ringförmigen Kanal 82. Das Gehäuse 12 weist ferner einen Kanal 87 zu dem ringförmigen Kanal 8Z Das Gehäuse 12 weist ferner einen Kanal 86 auf, der Druckmittel von dem zweiten Strömungsmitteleinlaß 75 in den Kanal 48 zwischen dem Gehäuse und den feststehenden Schieberplatten 42,44 führt In einem geschlossenen Strömungskreis kann austretendes Strömungsmittel, dessen Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt, vom Strömungsmittelauslaß 83 abgezweigt und dem Vorratsbehälter 85 zugeführt werden. Wahlweise kann der Vorratsbehälter

85 auch mit einer getrennten Strömungsmittelquelle verbunden sein, damit er immer ausreichend gefüllt ist

Wenn Strömungsmittel durch den Drehschieber an der einen Stirnseite der Zahnräder in die sich vergrößernden Kammern 39 eingelassen wird, stellt die durch die Kugelrückschlagventile 80, 84 gebildete Steueranordnung an der anderen Stirnseite der Kammern 39 sicher, daß die Kammern 39 mit vollem volumetrischen Wirkungsgrad oder dicht bei diesem Wert arbeiten.

Da jede der Ventilbohrungen 80 in der feststehenden Platte 78 dauernd mit einer zugeordneten Kammer 39 in Verbindung steht, kann durch die Ventilbohrungen 80 immer Strömungsmittel in die Kammern eintreten, wenn die Zufuhr von Strömungsmittel über den Drehschieber nicht optimal ist. Wenn die Zufuhr von Strömungsmittel zu einer sich vergrößernden Kammer 39 über den Drehschieber nicht ausreichend ist, entsteht in der Kammer ein Druckabfall gegenüber dem Druck in dem ringförmigen Kanal 82, so daß das zugeordnete Kugelrückschlagventil geöffnet wird. Dann tritt Strömungsmittel sowohl über den Drehschieber als auch über das Kugelrückschlagventil in die Kammer ein. Wenn sich dagegen das Volumen einer Kammer verkleinert, so daß der Strömungsmitteldruck in dieser Kammer ansteigt, entsteht ein Überdruck, durch den das Kugelrückschlagventil geschlossen wird, so daß das unter dem hohen Förderdruck stehende Strömungsmittel ausschließlich über den Drehschieber austritt. Das Strömungsmittel aus dem Vorratsbehälter 85 wird somit nur denjenigen Kammern 39 zugeführt, die sich gerade vergrößern und die nicht vollständig gefüllt sind.

Auf diese Weise spricht die Anordnung der Kugelrückschlagventile auf der dem Drehschieber entgegengesetzten Stirnseite des Zahnradsatzes dauernd auf den Strömungsmitteldruck in den Kammern an, und diese Anordnung von Rückschlagventilen wird durch diesen Druck derart gesteuert, daß die Zufuhr von Strömungsmittel in jede sich vergrößernde Kammer, die vom Drehschieber nicht ausreichend mit Strömungsmittel versorgt wird, ergänzt wird. Dies führt sowohl zu einem höheren Wirkungsgrad der Pumpe als auch zu einer Sicherung gegen eine Beschädigung von Teilen der Pumpe infolge einer unzureichenden Strömungsmittelzufuhr.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

26 Ol 880 Patentansprüche:

1. Hydraulische Innenzahnradpumpe mit einem innenverzahnten Außenzahnrad, einem exzentrisch im Außenzahnrad angeordneten außenverzahnten Innenzahnrad, das einen Zahn weniger aufweist als das Außenzahnrad und durch den gegenseitigen Eingriff der Zähne bei der relativen Dreh- und Umlaufbewegung abgestützt und geführt wird, so daß die Zahnzwischenräume Kammern bilden, deren Volumen sich bei der relativen Dreh- und Umlaufbewegung der beiden Zahnräder abwechselnd verkleinert und vergrößert, mit einem Drehschieber zur synchron mit der Dreh- und Umlaufbewegung erfoJgenden Verbindung der sich vergrößernden Kammern mit dem Strömungsmitteleinlaß und der sich verkleinernden Kammern mit dem Strömungsmittelauslaß, wobei der Drehschieber das Strömungsmittel den Kammern auf einer Stirnseite zuleitet und von ihnen ableitet, und mit einer Einrichtung, mit der den sich vergrößernden Kammern auf der anderen Stirnseite noch zusätzliches Strömungsmittel zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Stirnseite für jede Kammer (39) ein Rückschlagventil (80,84) angeordnet ist, das in Richtung der Kammer (39) öffnet und mit einem Kanal (82) verbunden ist, der zum Strömungsmitteleinlaß (75) führt.

2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rückschlagventile (80, 84) in einer gemeinsamen, an der anderen Stirnseite der Zahnräder (22,24) angeordneten Platte (78) gebildet sind.

3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (82, 84) Kugelrückschlagventile sind.