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Hydraulische Maschine mit Zahnrädern und mindestens einem aufgeschlitzten Lagerkörper
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit in Aussparungen eines Gehäuses umlaufenden und ineinander eingreifenden Zahnrädern und mit mindestens einem aufgeschlitzten Lagerkörper, welcher die Wellen der Zahnräder aufnimmt und unter dem Einfluss mindestens eines radial wirkenden Druckfeldes steht, sowie an einer der Aufschlitzung im wesentlichen gegenüberliegenden Stelle scangeschlitzt ist, dass seine Teile an dieser Stelle gelenkig zusammenhängen.
Die gelenkig federnde Wirkung der Anschlitzung ist naturgemäss am besten, wenn die Anschlitzung verhältnismässig tief in den Lagerkörper eindringt. Es besteht nun die Aufgabe, den Druckfeldern des ge- lenkig federnden Teiles des Lagerkörpers Druckmittel zuzuführen. Das Zuführen über Nuten des Gehäuses und beispielsweise von der aussen liegenden Stirnseite des Lagerkörpers her, erfordert lange Kanäle und besondere Abdichtungen, da sich der Lagerkörper dem Gehäuse gegenüber sowohl radial als auch axial bewegen kann. Es entstehen dabei verhältnismässig grosse Bearbeitungskosten, und im Betrieb sind merkli- che Verluste an Druckflüssigkeit wie auch störende Reibung an den Abdichtungen unvermeidbar.
Diese Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass die elastisch gelenkig wirkende Anschlitzung des Lagerkörpers mit einer sich derart ändernden Tiefe verläuft, dass Raum für eine Druckölbohrung bleibt zur Versorgung des die Lagerschale belastenden Druckfeldes. Auf diese Weise kann das Drucköl durch den Lagerkörper selbst bis an die aussen liegenden Druckfelder geleitet werden.
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der Fig. 5 ; Fig. 7 eine Seitenansicht eines Lagerkörpers von der linken Seite der Fig. 4 her gesehen ; Fig. 8 einen Querschnitt nach VIII-VIII der Fig. l ; Fig. 9 einen Querschnitt nach IX-IX der Fig. 8 ; Fig. 10 einen Teilschnitt nach X-X der Fig. 9 ; Fig. 11 eine Teilansicht der Auslassöffnung von der rechten Seite der Fig. 9 her gesehen.
Ein Pumpengehäuse 1 ist einerseits mit einem Saugkanal 2 und anderseits mit einem gleichachsig gegenüberliegenden Druckkanal 3 versehen (Fig. 3). Beide Kanäle 2,3 münden in einem Hohlraum des Gehäuses l, der durch zwei sich in der Mitte überlappende zylindrische Ausdrehungen 4, 4' gebildet wird.
In diese Ausdrehungen 4, 4' sind zwei beiderseits mit Wellenzapfer 5, 5'versehene Zahnräder 6, 6'eingesetzt, deren Durchmesser dem der Ausdrehungen 4, 4'entspricht. Die Wellenzapfen 5, 5'sind in Lagerkörpern 7 gelagert, die genau in die Ausdrehungen 4, 4'des Pumpengehäuses 1 passen. Die beiderseits der Zahnräder liegenden Wellenzapfen 5, 5' und die zugehörigen Lagerkörper sind in Fig. 2 zu sehen. Der Wellenzapfen 3'des unteren Zahnrades 6'ragt aus dem Lagerkörper 7 und einem das Pumpengehäuse l abschliessenden Gehäusedeckel mit einem Konus 5" heraus und kann mit einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung gekuppelt werden.
In der die Zahnräder 6, 6'umschliessenden zylindrischen Fläche der Ausdrehungen 4, 4'sind Ausgleichsnuten 8, 8' eingebracht, die sich etwa über den halben Umfang der Zahnräder erstrecken (Fig. 3).
Durch diese Ausgleichsnuten wird eine Verbindung zwischen dem Saugkanal 2 und der Mehrzahl der Zahnkammern 9 hergestellt, in denen daher kein Druck entsteht. Wird das Zahnrad 6'in der in Fig. 1 durch einen Pfeil angegebenen Drehrichtung angetrieben, so drehen sich die Zahnräder 6, 6'in gegenläu- figem Sinne. Das durch den Saugkanal 2 eintretende Druckmittel, z. B. Öl, wird bei einer solchen Dre-
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hung der Zahnräder durch die Zahnkammern 9 nach dem Druckkanal 3 hin gefördert. Solange sich die
Zahnköpfe der Zahnräder im Bereich der Ausgleichsnuten 8, 8'bewegen, kann in den Zahnkammern 9 kein Überdruck entstehen.
Sobald aber ein Zahnkopf den Bereich der Ausgleichsnute 8 bzw. 8'verlässt, hat die vor diesem Zahnkopf liegende Zahnkammer keine Verbindung mehr mit dem Saugkanal 2, son- dern ist durch den Zahn und die in diesem Bereich nutlose Wandung des Pumpengehäuses 1 abgeschlossen.
In dem Raum des Pumpengehäuses l, in welchem die Zahnkammern der Zahnräder 6, 6'keine Verbin- dung mit dem Saugkanal 2 haben, der im allgemeinen als Ausschubraum 10 bezeichnet wird, entsteht naturgemäss der Förderdruck, der auch in dem an den Ausschubraum 10 angeschlossenen Druckkanal 3 herrscht. Bisher hat man bei Zahnradpumpen solche Ausgleichsnuten 8, 8'nicht angebracht, so dass bereits in den Zahnkammern 9 ein von Zahnkammer zu Zahnkammer wachsender Ausschubdruck entstehen konnte, der auf die Lagerkörper 7 auf einer relativ grossen Fläche einwirkte.
Durch die Ausgleichsnuten 8, S* wird der Ausschubraum 10 auf einen relativ kleinen Bereich des
Zahnradumfanges begrenzt, so dass der dort entstehende Ausschubdruck nur auf einer relativ kleinen Flä- che auf die Lagerkorper 7 zur Einwirkung kommt. Die axial gerichtete Komponente der durch den Ausschubdruck im Raum 10 entstehenden Kraft sucht die Lagerkörper, voll de Seitenflachen der Zahnräder 6, 6'wegzudrücken. An der Aussenseite des Lagerkörpers 7 ist ein von einem Dichtschnurring 11 begrenztes
Druckfeld 12 vorgesehen, in das ein zum Ausschubraum 10 führender Kanal 13 mündet (Fig. 2, 4, 8).
In dem zwischen dem Gehäusedecl : el und dem Lagerkörper 7 angeordneten Druckfeld 12 entsteht eine vom
Ausschubdruck abhängige Dichtkraft, die der besagten axialen Kraftkomponente entgegenwirkt und etwas grösser ist als diese. Durch diese Dichtkraft aus dem Druckfeld 12 werden die Lagerkörper 7 an die Seiten- flächen der Zahnräder 6, 6'angedrückt und damit das axiale Spiel in dem System beseitigt. Zur Erzie- lung dieser axialen Dichtkraft genügt ein relativ kleines Druckfeld 12, weil der Druck im Ausschubraum
10 auch nur auf eine relativ kleine Fläche der Lagerkörper 7 wirkt.
Der Druck im Ausschubraum 10 erzeugt aber nicht nur eine axiale Kraft, sondern auch radial wir- ikende Kräfte, die durch Pfeile 14, 14'angedeutet sind (Fig. 3). Um Dichtkräfte, die diesen radialen
Kräften 14, 14'entgegenwirken, zu erzeugen, sind an der Mantelfläche der Lagerkörper 7 ebenfalls Druckfelder 15, 15' vorgesehen (Fig. 9), die durch je einen Dichtschnurring 16, 16'begrenzt sind. Im La- gerkörper 7 ist ein Kanal 17 vorgesehen, der einerseits aber den Kanal 13 im Ausschubraum 10, anderseits in einer Druckkammer 18 des Lagerkörpers 7 mündet. Von der Druckkammer 18 führen Kanäle 19, 19'zu den Druckfeldern 15, 15'.
Je ein Zweig (20,20') der Kanäle 19, 19'mündet in einer Ringnut 21,21' unterhalb des dort eingelegten Dichtschnurringes 16, 16'. Der Dichtschnurrilig 16 bzw. 16'wird also durch das Druckmittel an die zylindrische Wandung der Ausdrehung 4, 4'besonders angedrückt, um eine gute Abdichtung des über den Kanal 19 bzw. 19'an den Ausschubdruck angeschlossenen Druckfeldes 15 bzw. 15'zu erreichen. In den Druckfeldern 15 15'werden demnach Dichtkräfte erzeugt, die den ra- ) dialen Kraftkomponenten 14, 14'entgegengerichtet sind und die mit einem gewissen Kraftüberschuss die
Köpfe der Zahnräder 6, 6'gegen die Wandung des Ausschubraumes 10 drücken.
Diese Wirkung der Druckfelder 15, 15'wird noch unterstützt durch einen kolbenartig wirkenden
Pfropfen 22 (Fig. 8,9), der die Druckkammer 18 des Lagerkörpers 7 abschliesst und sich am Pumpenge- hause 1 abstützt. Damit auch das Lagerspiel zwischen den Wellenzapfen 5, 5'und dem Lagerkörper 7 durch die radialen Kräfte aufgehoben werden kann, ist der Lagerkörper 7 mit Schlitzen 23, 23', 24, 24'ver- sehen, so dass er etwas elastisch wird und sich unter dem Einfluss der radialen Dichtkräfte spielfrei an die
Wellenzapfen 5, 5'anlegt.
Die Schlitze 23, 23', 24, 24'stehen mit den Ausgleichsnuten 8, 8'in Verbindung, so dass das von den Zahnrädern 6, 6'geförderte, noch drucklose Druckmittel auch in die Schlitze 23, 23'eintreten kann und die Lagerflächen der Wellenzapfen 5, 5'im Lagerkörper 7 schmiert und kühlt.
Es ist auch zu berücksichtigen, dass im Bereich des Ausschubraumes 10 das unter hohem Druck ste- hende Druckmittel seitlich in den Spalt zwischen die LagerKörper 7 und die Wandung des Pumpengehäu- ses l eindringt und dort Kräfte erzeugt, die die Lagerkörper 7 von der Gehäusewand wegzudrücken versu- chen. Um dieses Druckfeld möglichst klein zu halten, sind im Lagerkörper 7 Begrenzungsnuten 25,25' ) (Fig. 5 und 6) vorgesehen, die durch einen Kanal 26 mit dem Saugbereich in Verbindung gebracht sind, so dass sich das in den Spalt kriechende Druckmittel nur auf einer schmalen Randzone 27 des Lagerkörpers 7 krafterzeugend auswirken kann. Die dort entstehenden Kräfte werden durch die vom Pfropfen 22 erzeugte
Gegenkraft kompensiert.
Durch die Lokalisierung des Pumpendruckes auf einen durch die Ausgleichsnuten 8, 8'verkleinerten ) Ausschubraum 10 und die Begrenzung der an den Ausschubraum 10 angrenzenden Druckfelder 27 mittels der Begrenzungsnuten 25, 25'wird es bei der beschriebenen Zahnradpumpe möglich, mit relativ kleinen
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Gegendruckfeldern, die teils axial (12) und teils radial (15, 15', 22) wirken, ausreichende Dichtkräfte zu erzeugen und alle die Kräfte überzukompensieren, die der Abdichtung des Ausschubraumes 10 entgegenwirken. Durch dieses Kräftespiel wird eine übermässig einseitige Belastung der Zahnradlagerungen und damit ein vorzeitiger Verschleiss der Teile vermieden.
Wie in Fig. 10 zu erkennen ist, sind die Schlitze 24 bzw. 24' (Fig. 4) nicht über die ganze Länge der
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Weise dadurch herstellen, dass der Schlitz mit Hilfe eines Fräserblattes hergestellt wird, das senkrecht zur Achse des Lagerkörpers in diesen eintaucht oder von der Stirnseiten her ein bestimmtes Mass axial in den Lagerkörper eingeschoben wird. Diese Schlitzform gibt erst die Möglichkeit, die Kanäle 19, 19'durch das Innere der Lagerkörper zu führen, ohne den gelenkig federnden Zusammenhalt der Lagerkörperteile zu beeinträchtigen. Auf diese Weise werden aufwendige Kanäle im Gehäuse der Pumpe wie auch störende Dichtungen eingespart.