DE1097279B

DE1097279B - Fluid pump or motor with an internally toothed and an externally toothed wheel

Info

Publication number: DE1097279B
Application number: DEN11888A
Authority: DE
Inventors: Otto Nuebling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-02-24
Filing date: 1956-02-24
Publication date: 1961-01-12

Description

Flüssigkeitspumpe bzw. -motor mit einem innenverzahnten und einem außenverzahnten Rad Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitspumpen oder -motore, welche vorzugsweise Öl fördern oder mit Öl betrieben werden und mit einem innenverzahnten und einem außenverzahnten Rad versehen sind, deren Zähnezahlen sich um einen Zahn unterscheiden, d. h. das innere der beiden Zahnräder einen Zahn weniger aufweist als das äußere, wobei die beiden Räder exzentrisch zueinander gelagert sind und das Außenrad mit seitlichen Deckeln verschraubt ist, die auch das innerhalb des Außenrades angeordnete und mit diesem kämmende Innenrad an dessen Stirnseiten dichtend umschließen und an ihren Innenrändern mit rohrförmigen Fortsätzen versehen sind, die als Wellenstummel für die Lagerung des Außenrades dienen.Liquid pump or motor with one internally toothed and one externally toothed wheel The invention relates to liquid pumps or motors, which preferably deliver oil or are operated with oil and with an internally toothed and an externally toothed wheel, the number of teeth of which is around one tooth distinguish, d. H. the inner of the two gears has one tooth less than the outer one, the two wheels being eccentric to each other and the outer wheel is bolted to side covers that also cover the inside of the Outer wheel arranged and meshing with this inner wheel sealing on its end faces enclose and are provided with tubular extensions on their inner edges, which serve as stub shafts for the bearing of the outer wheel.

Das Innenrad ist mittels der rohrförmigen Antriebswelle im Gehäuse gelagert. Bekanntlich. sind durch die exzentrische Lagerung und die unterschiedliche Zähnezahl der beiden Räder zwischen deren Verzahnungen Kammern gebildet, welche sich beim Drehen der Räder vergrößern bzw. verkleinern. Des weiteren ist es bekannt, in der Hohlwelle des Innenrades einen Steuerschieber anzuordnen und durch Verdrehen desselben die Fördermenge stufenlos zu verändern.The inner wheel is in the housing by means of the tubular drive shaft stored. As is well known. are due to the eccentric mounting and the different Number of teeth of the two wheels formed between their toothing chambers, which increase or decrease as you turn the wheels. It is also known to arrange a control slide in the hollow shaft of the inner wheel and rotate it the same to change the delivery rate continuously.

Der Steuerschieber trennt die zwischen den Verzahnungen entstandenen Überdruckkammern von den entsprechenden Unterdruckkammern. Durch die in den Kammern wirkenden Öldrücke würde man erwarten, daß das Außenrad zu einer Ellipse verformt wird und daß die in Richtung der Exzentrizität abdichtenden Zahnköpfe durch die elastische Verforinung der beiden Räder dichter würden.The control slide separates the gears created between the teeth Overpressure chambers from the corresponding negative pressure chambers. By in the chambers acting oil pressures one would expect that the outer wheel deforms to an ellipse is and that the sealing in the direction of the eccentricity tooth tips by the elastic deformation of the two wheels would become denser.

Entgegen dieser Auffassung hat es sich bei vielen Versuchen erwiesen, daß sich das Außenrad und das Innenrad so verformen, daß das gesamte Zahnspiel bei den für die Abdichtung wichtigen Zahnkopfleisten in Richtung der Exzentrizität auftritt und. daß 90° senkrecht zur Richtung der Exzentrizität die Zahnköpfe zum Tragen kommen. Eine theoretische Erklärung hierfür ergibt sich durch die nachstehende Betrachtung der Auswirkung der hydraulischen Drücke.Contrary to this view, it has been found in many attempts that the outer wheel and the inner wheel deform so that the entire backlash with the tooth head strips, which are important for sealing, occur in the direction of the eccentricity and. that 90 ° perpendicular to the direction of the eccentricity, the tooth tips come into play. A theoretical explanation for this results from the consideration below the effect of hydraulic pressures.

Das Außenrad, welches mit den beiden seitlichen Deckeln fest verschraubt ist, ist mittels der erwähnten rohrförmigen Fortsätze der seitlichen Deckel im Gehäuse gelagert. Da der Durchmesser dieser Fortsätze oder Wellenstummel kleiner ist als der Zahnkopfdurchmesser des Innenrades, entsteht ein Biegemoment auf das System des mit den seitlichen Dekkeln verschraubten Außenrades, welches das Außenrad ellipsenförmig verbiegt, derart, daß die große Achse der Ellipse in Richtung der Exzentrizität fällt. In ähnlicher Weise wirken auch die parallel zur Exzentrizität gerichteten Öldrücke und in ähnlicher Weise verformt sich auch das Innenrad. Beim ohnehin sehr steifen Innenrad beträgt die Verformung nur einen Bruchteil der Verformung des Außenrades, da die elastische Länge, welche sich aus dem Umfang der Räder ergibt, beim Außenrad viel größer ist.The outer wheel, which is firmly screwed to the two side covers is, is by means of the mentioned tubular extensions of the side cover in the housing stored. Since the diameter of these extensions or stub shafts is smaller than the tooth tip diameter of the internal gear, a bending moment is created on the system of the outer wheel screwed to the side covers, which makes the outer wheel elliptical bends so that the major axis of the ellipse is in the direction of eccentricity falls. Those directed parallel to the eccentricity also act in a similar way Oil pressures and, in a similar way, the internal gear is also deformed. With a lot anyway stiff inner wheel, the deformation is only a fraction of the deformation of the outer wheel, because the elastic length, which results from the circumference of the wheels, for the outer wheel is much bigger.

Die Verformung der beiden Zahnräder, besonders des Außenrades, hat zur Folge, daß die Leckölmenge mit steigendem Öldruck zunimmt, da sich der Ausflußquerschnitt vergrößert. Hierbei ist zu beachten, daß bei sehr kleinem Spiel in erster Linie die Klebewirkung des Öles an den Wänden maßgebend ist für die Größe der Leckölmenge. Nach der bekannten Ausflußformel für enge Querschnitte nimmt die Ausflußmenge mit der dritten Potenz der Höhe des Querschnittes zu. Die Verformung der Räder hat demnach zur Folge, da,ß sich das Zahnspiel senkrecht zur Exzentrizität bis auf Null verkleinert, in Richtung der Exzentrizität sich aber verdoppelt. In Richtung der Exzentrizität liegen aber die Zahnkopfdichtleisten, welche den Druckraum vom Saugraum abdichten. Die Verdoppelung des Zahnspieles bedeutet aber nach obigem den achtfachen Leckölverlust.The deformation of the two gears, especially the outer gear, has As a result, the amount of leakage oil increases with increasing oil pressure, since the outflow cross-section enlarged. It should be noted that with very small play primarily the adhesive effect of the oil on the walls is decisive for the size of the leakage oil quantity. According to the known outflow formula for narrow cross-sections, the outflow increases with it to the third power of the height of the cross-section. The deformation of the wheels has accordingly As a result, the backlash is reduced to zero perpendicular to the eccentricity, but doubles in the direction of the eccentricity. In the direction of eccentricity but are the tooth head sealing strips, which seal the pressure chamber from the suction chamber. However, according to the above, doubling the backlash means eight times the leakage oil loss.

Des weiteren entsteht durch das Gleiten der Zahnköpfe aufeinander senkrecht zur Exzentrizität ein Reibungsverlust.Furthermore, the sliding of the tooth tips on each other occurs a friction loss perpendicular to the eccentricity.

Damit diese Nachteile vermieden werden, muß das Flächenträgheitsmoment von Außenrad und seitlichen Deckeln, bezogen auf ihren gemeinsamen Schwerpunkt, und das Flächenträgheitsmoment des Innenrades derart bemessen sein, daß die elastische Verformung der beiden Räder zusammengenommen in Richtung der Exzentrizität nur einen Bruchteil von dem im voraus festgelegten Zahnspiel beträgt. Um dies zu erreichen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Außenrad am Außenumfang mit einem Versteifungsring von T-förmigem Querschnitt und die mit ihm verschraubten seitlichen Deckel mit je einem Versteifungsring von C-förmigem Querschnitt versehen sind.In order to avoid these disadvantages, the geometrical moment of inertia must of the outer wheel and side covers, based on their common center of gravity, and the geometrical moment of inertia of the internal gear be dimensioned such that the elastic Deformation of the two wheels taken together in the direction of eccentricity only one Fraction of the backlash specified in advance. To this To achieve it is proposed according to the invention that the outer wheel on the outer circumference with a stiffening ring of T-shaped cross-section and those screwed to it each side cover is provided with a stiffening ring with a C-shaped cross-section are.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Maschine der eingangs erwähnten Art mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Außenrad dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Flüssigkeitspumpe (oder -motor), Fig. 2 einen Querschnitt- nach Linie A-B der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Ansicht des Außenrades, Fg. 4 eine schematische Ansicht des mit den seitlichen Deckeln verschraubten Außenrades und eine Darstellung der auf dasselbe senkrecht zur Exzentrizität wirkenden Kräfte und ' Fig. 5 gleichfalls die schematische Ansicht des Außenrades mit den damit verschraubten Deckeln und eine Darstellung der- auf dasselbe in Richtung der Exzentrizität wirkenden Kräfte.In the drawings, an embodiment of a machine is shown in FIG initially mentioned type with an outer wheel designed according to the invention. It shows Fig. 1 a longitudinal section through the liquid pump (or motor), Fig. 2 shows a cross section along line A-B of FIG. 1, FIG. 3 shows a schematic view of the outer wheel, FIG. 4 a schematic view of the screwed to the side covers Outer wheel and a representation of the acting on the same perpendicular to the eccentricity Forces and 'Fig. 5 also shows the schematic view of the outer wheel with the thus screwed covers and a representation of the- on the same in the direction of the Eccentricity acting forces.

Das Innenrad 1, welches mit der Antriebswelle 2 ein Stück bildet, ist mit den Lagern 3 und 4 im Gehäuse 5 gelagert.The inner wheel 1, which forms one piece with the drive shaft 2, is mounted in the housing 5 with the bearings 3 and 4.

Das Außenrad 6, welches mittels der Schrauben 7 mit den Deckeln 8 verschraubt ist, ist mittels der rohrförmigen Fortsätze 34 der Deckel 8 und mittels der Lager 9 und 10 exzentrisch zum Innenrad 1 im Gehäuse 5 gelagert. Das Innenrad 1 einschließlich des größeren Teiles der Antriebswelle 2 ist hohl, und in demselben ist der Steuerschieber 11 drehbar gelagert. Im Steuerschieber 11 führen eingegossene Kanäle 12 und I3 (Fig. 2) das Öl den-Kammern 14 und 15 zwischen den Zahnrädern zu bzw. aus diesen ab. Denn Schieber 11 wird das Öl durch ringförmige Räume 16 und 17 (Fig. 1) im Gehäuse 5 und Bohrungen 18 und 19 zu bzw. abgeleitet. In bekannter Weise kann die Fördermenge durch Verdrehen des Steuerschiebers 11 mit Hilfe des Hebels 20 stufenlos verändert werden.The outer wheel 6, which is screwed to the covers 8 by means of the screws 7 , is mounted eccentrically to the inner wheel 1 in the housing 5 by means of the tubular extensions 34 of the covers 8 and by means of the bearings 9 and 10. The inner wheel 1 including the larger part of the drive shaft 2 is hollow, and the control slide 11 is rotatably mounted in the same. In the control slide 11 cast channels 12 and I3 (Fig. 2) lead the oil to the chambers 14 and 15 between the gears to and from them. Because slide 11 is the oil through annular spaces 16 and 17 (Fig. 1) in the housing 5 and holes 18 and 19 to or derived. In a known manner, the delivery rate can be varied continuously by turning the control slide 11 with the aid of the lever 20.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie die hydraulischen Drücke gemäß den Pfeilen 21 auf das Außenrad 6 senkrecht zur Exzentrizität wirken. In Fig. 2 trennt die Querwand 22 im Steuerschieber 11 den Saugraum vom Druckraum. Drehen sich die beiden Räder 1 und 6 in. der angegebenen Pfeilrichtung, so vergrößern sich- die Räume 15 und saugen das Öl aus dem Kanal 13, während sich die Räume 14 verkleinern und das Öl durch den Kanal 12 hinausdrücken. Es ist ersichtlich,- daß alle Zahnräume links von der Wand 22 unter Druck stehen und die waagerechten Komponenten dieser hydraulischen Kräfte in der in Fig. 3 dargestellten Weise wirken. Nach Fig. 3 würde man vermuten, daß die rechts von der senkrechten Mitte liegenden Zahnköpfe 23 auf die Zahnköpfe des Innenrades gedrückt würden und sich das Außenrad dabei nach der gestrichelten Linie 24 ellipsenförmig verformen würde. Die Praxis zeigt jedoch, daß dies nicht der Fall ist, was an Hand der Fig. 4 und 5 erläutert wird.-In Fig. 4 sind die auf die Zähne wirkenden Kräfte durch die gestrichelt eingezeichneten Pfeile 25 dargestellt. Als Gegenkräfte wirken die Lagerdrücke geinäß -den voll gezeichneten Pfeilen 26. Da der Lagerdurchmesser a kleiner ist als der Durchmesser der Verzahnung b, wirkt auf Außenrad und Deckel ein Biegemoment, welches diese nach der gestrichelt gezeichneten Ellipse 27 verformen. In ähnlicher Weise bewirken die in Fig. 5 durch die Pfeile 28 dargestellten senkrechten Kräfte eine Verformung gemäß der gestrichelten Ellipse 31 senkrecht zur Exzentrizität. Diese Art elastischer Verformung bewirkt, daß an den Stellen 30 ein vermehrtes Zahnspiel entsteht. Da sich die Zähne an den Stellen 29 berühren, verursachen sie einen großen Reibungsverlust. Dazu tritt der vergrößerte Leckölverlust an den. Zähnen 30. Diese trennen den Öldruckraum 12 vom Ölsaugraum 13, und sämtliche Zähne, die gemäß Fig. 2 rechts und links von den Zähnen 30 liegen, tragen zur Abdichtung weiterhin nicht bei. Nach einer bekannten Gleichung nimmt die Durchflußmenge mit der dritten Potenz des Zahnspieles zu. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Abstand der beiden dichtenden Flächen so gering ist, daß die Klebewirkung des Öles an den Flächen für die Größe der Durchflußmenge maßgebend ist. Würden sich beispielsweise Außenrad und Innenrad so zweit verformen, daß durch das zusätzliche Spiel, das an den Zähnen 30 auftritt, das normale Laufspiel, mit welchem die Verzahnung hergestellt ist, sich an diesen Stellen verdoppelt, dann würde abhängig vom Öldruck die Leckölmenge vielfach potenziert zunehmen.In Fig. 3 it is shown how the hydraulic pressures according to the Arrows 21 act on the outer wheel 6 perpendicular to the eccentricity. In Fig. 2 separates the transverse wall 22 in the control slide 11, the suction space from the pressure space. Are they turning both wheels 1 and 6 in the direction indicated by the arrow, the increase Spaces 15 and suck the oil out of the channel 13, while the spaces 14 decrease in size and push the oil out through channel 12. It can be seen - that all tooth spaces to the left of the wall 22 are under pressure and the horizontal components of this hydraulic forces act in the manner shown in FIG. 3. According to Fig. 3 would one suspects that the tooth tips 23 lying to the right of the vertical center the tooth tips of the inner wheel would be pressed and the outer wheel would move according to the dashed line 24 would deform elliptically. However, practice shows that this is not the case, which is explained with reference to FIGS. 4 and 5. In Fig. 4 the forces acting on the teeth are indicated by the dashed lines Arrows 25 shown. The bearing pressures act as counter-forces in accordance with those shown in full Arrows 26. Since the bearing diameter a is smaller than the diameter of the toothing b, a bending moment acts on the outer wheel and cover, which is shown by the dashed line deform drawn ellipse 27. Similarly, those in FIG. 5 operate the arrows 28 represented vertical forces a deformation according to the dashed line Ellipse 31 perpendicular to the eccentricity. This type of elastic deformation causes that at the points 30 there is increased backlash. Since the teeth are on the Touch points 29, they cause a great loss of friction. In addition the increased leakage oil loss to the. Teeth 30. These separate the oil pressure chamber 12 from Oil suction space 13, and all the teeth that are shown in FIG. 2 to the right and left of the teeth 30 are still not contributing to the seal. According to a well-known equation the flow rate increases with the third power of the tooth clearance. Here is provided that the distance between the two sealing surfaces is so small that the adhesive effect of the oil on the surfaces is decisive for the size of the flow rate is. For example, the outer wheel and the inner wheel would deform so twice that by the additional play that occurs on the teeth 30, the normal running play, with which the gearing is made, then doubles in these places Depending on the oil pressure, the amount of leak oil would increase many times to the power.

Die elastische Verformung fällt beim - Außenrad stärker ins Gewicht als beim Innenrad. Bekanntlich steigert sich die elastische Verformung mit der dritten Potenz der elastischen Länge. Diese ist beim Außenrad viel größer als beim Innenrad. Dadurch wäre das Trägheitsmoment des Außenrades ohne besondere Maßnahmen viel geringer als das Trägheitsmoment des Innenrades. Aber infolge der Vergrößerung des Querschnittes des Außenrades 6 durch den Versteifungsring 32 mit T-Querschnitt und der Querschnittsvergrößerung der mit dem Außenrad 6 fest verschraubten seitlichen Deckel 8 durch die Versteifungsringe 33 mit C-Querschnitt wird das Trägheitsmoment des Außenrades und der Deckel bedeutend erhöht. Somit ist es möglich, das Außenrad derart zu gestalten, daß dessen elastische Verformung in tragbaren Grenzen verbleibt. Die elastische Verformung beider Räder zusammen muß so gering sein, daß die Zähne an den Stellen 29 nicht zur Berührung kommen und dadurch die Leckölmenge tragbar wird.The elastic deformation has a greater impact on the - outer wheel than with the inner wheel. As is known, the elastic deformation increases with the third Power of the elastic length. This is much greater for the outer wheel than for the inner wheel. As a result, the moment of inertia of the outer wheel would be much lower without special measures than the moment of inertia of the internal gear. But as a result of the increase in the cross section of the outer wheel 6 through the stiffening ring 32 with T-cross section and the cross-sectional enlargement the side cover 8, which is firmly screwed to the outer wheel 6, through the stiffening rings 33 with a C-section, the moment of inertia of the outer wheel and the cover becomes significant elevated. Thus, it is possible to make the outer wheel so that its elastic Deformation remains within acceptable limits. The elastic deformation of both wheels together must be so small that the teeth at points 29 do not come into contact come and thereby the amount of leakage oil is sustainable.

Wird zur Regelung der Fördermenge der Steuerschieber 11 verdreht, dann verdreht sich damit die Querwand 22, und die unter Druck stehenden Zahnkammern werden entsprechend der Lage der Wand 22 verändert. Da bei den sich drehenden Rädern immer ein anderer Querschnitt die maximale Beanspruchung erhält und da das Trägheitsmoment der beiden Räder, wenn man von den eigentlichen Zahnköpfen absieht, annähernd gleich ist, ändert sich an der elastischen Verformung der Räder nichts. Lediglich kommt die große Achse der Ellipse immer in Richtung der Querwand 22 zu liegen. Die geschilderten Mängel der Verformung der Zahnräder treten demnach grundsätzlich bei jeder Lage des Steuerschiebers 11 auf, so daß die getroffenen Maßnahmen zur Erhöhung der Formsteifigkeit des Außenrades sinngemäß auch für andere Schieberstellungen die gleiche vorteilhafte Wirkung haben. If the control slide 11 is rotated to regulate the delivery rate, the transverse wall 22 rotates with it, and the tooth chambers under pressure are changed according to the position of the wall 22. Since a different cross-section always receives the maximum load on the rotating wheels and since the moment of inertia of the two wheels is almost the same, apart from the actual tooth tips, nothing changes in the elastic deformation of the wheels. Only the major axis of the ellipse always comes to lie in the direction of the transverse wall 22. The described deficiencies in the deformation of the gears therefore occur in principle in every position of the control slide 11, so that the measures taken to increase the dimensional stiffness of the outer wheel also have the same advantageous effect for other slide positions.

Claims

PATENT CLAIM: Liquid pump or motor with an internally toothed and an externally toothed wheel, the number of teeth of which differ by one tooth and which are mounted eccentrically to one another, the outer wheel being screwed to two side covers, the inner wheel also being glass arranged within the outer wheel and meshing with it at its end face sealingly and are provided on their inner edges with tubular extensions which serve as shaft stubs for the bearing of the outer wheel, characterized in that the outer wheel (6) on the outer circumference with a stiffening ring (32) of T-shaped cross-section and with Lateral cover (8) screwed to it are each provided with a stiffening ring of C-shaped cross-section. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 640 812, 871692; Swiss Patent No. 286 616; French patent specification No. 1108 196.