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Hydraulische Maschine mit in einem Druckfeld wirkenden hydraulischen Kräften
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit in einem Druckfeld wirkenden hydraulischen Kräften, wobei das insbesondere zwischen gekrümmten Flächen angeordnete Druckfeld durch einen Rundschnurring begrenzt wird, der in eine einen geschlossenen Linienzug bildende Nut dichtend eingelegt ist.
Die Abdichtung solcher Druckfelder an ihrem Umfang macht Schwierigkeiten, wenn die an dem Druckfeld sich gegenüberliegenden Flächen sich voneinander entfernen können. Es lässt sich zwar dadurch etwas Abhilfe schaffen, dass eine Dichtung verwendet wird, die sehr elastisch ist und eine verhältnismä- ssig grosse Abstandsdifferenz federnd überbrücken kann. Sie ist allerdings in stark ausgedehntem Zustand grösseren Drücken nicht mehr gewachsen. Ausserdem ist sie sehr hinderlich, weil sie in entspanntem Zustand beträchtlich über ihre Nut vorsteht, wenn die die Flächen tragenden Teile nicht ganz oder nahezu senkrecht zu den Flächen aufeinander gelegt werden können, sondern mit aufeinander liegenden Flächen ineinander geschoben werden müssen.
Diese Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass der Rundschnurring durch in den Grund der Nut eingeleitetes Druckmittel gegen die zu dichtende Fläche angepresst wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigen Fig. 1 eine Stirnansicht einer Pumpe ; Fig. 2 einen Längsschnitt nach IN- IN der Fig. 1 ; Fig. 3 einen Querschnitt nach III-III der Fig. 2 ; Fig. 4 eine Stirnansicht, teilweise im Schnitt nach IV-IV der Fig. 2 ; Fig. 5 eine Seitenansicht eines Lagerkörpers, von der rechten Seite der Fig. 4 her gesehen ; Fig. 6 einen Teilschnitt nach VI-VI 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. 1 ; 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 1, der durch zwei sich in der Mitte überlappende zylindrische Ausdrehungen 4, 4'gebildet wird. In diese Ausdrehungen 4, 4'sind zwei beiderseits mit Wellenzapfen 5, 5'versehene Zahnräder 6, 3'eingesetzt, deren Durchmesser dem der Ausdrehungen 4, 4'entspricht. Die Wellenzapfen 5, 5'sind [n Lagerkörpern 7 gelagert, die genau in die Ausdrehungen 4, 4'des Pumpengehäuses 1 passen. Die bei- derseits der Zahnräder liegenden Wellenzapfen 5, 5'und die zugehörigen Lagerkörper 7 sind in Fig. 2 zu gehen.
Der Wellenzapfen 5'des unteren Zahnrades 6'ragt aus dem Lagerkörper 7 und einem das Pum- engehäuse l abschliessenden Gehäusedeckel mit einem Konus 5" heraus und kann mit einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung gekuppelt werden.
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leichsnuten 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 Zahakammern 9 hergestellt, in denen daher kein Druck entsteht. Wird das Zahnrad 6'in der in Fig. 1 iurch einen Pfeil angegebenen Drehrichtung angetrieben, so drehen sich die Zahnräder 6, 6'in gegen- . äufigem Sinne.
Das durch den Saugkanal 2 eintretende Druckmittel, z. B. Öl, wird bei einer solchen Drehung der Zahnräder durch die Zahnkammern 9 nach dem Druckkanal 3 hin gefördert. Solange sich lie Zahnköpfe der Zahnräder im Bereich der Ausgleichsnuten 8, 8'bewegen, kann in den Zahnkamnern 9 kein Überdruck entstehen. Sobald aber ein Zahnkopf den Bereich der Ausgleichsnute 8 bzw. 8'
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verlässt, hat die vor diesem Zahnkopf liegende Zahnkammer keine Verbindung mehr mit dem Saugkanal 2, sondern ist durch den Zahn und die in diesem Bereich nutlose Wandung des Pumpengehäuses 1 abgeschlossen.
In dem Raum des Pumpengehäuses 1, in welchem die Zahnkammern der Zahnräder 6,6' keine Verbindung 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 einer relativ grossen Fläche der Lagerkörper 7 zur Wirkung kam.
Durch die Ausgleichsnuten 8, 8'wird der Ausschubraum 10 auf einen relativ kleinen Bereich des Zahnradumfanges begrenzt, so dass der dort entstehende Ausschubdruck nur auf einer relativ kleinen Fläche auf die Lagerkörper 7 zur Einwirkung kommt. Die axial gerichtete Komponente der durch den Ausschubdruck im Raum 10 entstehenden Kraft sucht die Lagerkörper 7 von den Seitenflächen der Zahnräder 6, 6'wegzudrücken. An der Aussenseite des Lagerkörpers 7 ist ein von einem Dichtschnurring 11 begrenztes Druckfeld 12 vorgesehen, in welchem ein zum Ausschubraum 10 führender Kanal 13 mündet (Fig. 2,4, 8). In dem zwischen dem Gehäusedeckel 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 Seitenflächen der Zahnräder 6, 6'angedrückt und damit das axiale Spiel in dem System beseitigt. Zur Erzielung 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 wirkende 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 Lagerkörper 7 ist ein Kanal 17 vorgesehen, der einerseits über 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 Dichtschnurring 16 bzw. 16'wird also
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dialen Kraftkomponenten14, 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 Pumpengehäuse 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' versehen (Fig. 4), 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
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hende Druckmittel seitlich in den Spalt zwischen die Lagerkörper 7 und die Wandung des Pumpengehäuses 1 eindringt und dort Kräfte erzeugt, die die Lagerkörper 7 von der Gehäusewand wegzudrücken versuchen. Um dieses Druckfeld möglichst klein zu halten, sind im Lagerkörper 7 Begrenzungsnuten 25,25' (Fig. 5,6) 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 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 übermässige einseitige Belastung der Zahnradlagerungen und damit ein vorzeitiger Verschleiss der Teile vermieden.
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Beim Zusammenbau der Pumpe werden die Lagerkörper 7 in die Ausdrehungen 4, 4'des Gehäuses 1 eingeschoben. Die Rundschnurringe 16, 16'werden dabei in die Nuten 21, 21'hineingedrückt, so dass sie kaum oder gar nicht über die Oberfläche des Lagerkörpers hervorragen. Sie behindern daher das Ineinanderfügen der Teile auf keine Weise.
Wenn die Pumpe zu fördern beginnt, fliesst zuerst Drucköl unter verhältnismässig geringem Druck durch die Kanäle 19, 19'in die Druckfelder 15,15'. Sie müssen von dott einen verhältnismässig weiten Weg zurücklegen, um zum Rande des Druckfeldes und in eine Zone geringeren Druckes zu kommen.
Durch den auf diese Weise gedrosselten Abfluss steigt der Druck der zugeführten Flüssigkeit an und wirkt sich auch über die Abzweigungen 20, 20'auf die Rückseite der Rundschnurringe 16, 16'aus. Diese legen sich daher unter verstärktem Druck gegen die gegenüberliegende Gehäuseseite und erschweren wiederum den Abfluss der in die Druckfelder eindringenden Flüssigkeit. Dadurch steigt wiederum deren Druck stärker an, bis schliesslich die Rundschnurringe unter dem vollen Förderdruck gegen die gegenüberliegende Gehäuseseite gedrückt werden und die Druckfelder vollständig abdichten.
Werden die äusseren Teile der Lagerkörper gegen die Wellen der Zahnräder vorgerückt, so federn sie nach innen und verschieben die Wellen bis zur Anlage an die inneren Teile der Lagerbüchsen. Die Rundschnurringe 16, 16'bleiben trotz dieser Bewegung unter dem vollen Förderdruck dichtend auf der gegenüberliegenden Gehäusewand liegen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Maschine mit in einem Druckfeld wirkenden hydraulischen Kräften, wobei das insbesondere zwischen gekrümmten Flächen angeordnete Druckfeld durch einen Rundschnurring begrenzt wird, der in eine einen geschlossenen Linienzug bildende Nut dichtend eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dar Rundschnurring durch in den Grund der Nut (21, 21') eingeleitetes Druckmittel gegen die zu dichtende Fläche angepresst wird.