<Desc/Clms Page number 1>
Zahnradmaschine
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
zu Rückschlagventil.
Bei der letzteren vorgeschlagenen Zahnradpumpe enthalten die resultierenden öldruckkräfte auf jedes der Zahnräder jeweils eine Komponente in Richtung auf das andere Zahnrad hin. Die öldruckkräfte werden bei dieser Zahnradpumpe jedoch von den Lagern der Zahnräder aufgenommen.
Das bringt bei sehr hohen Drücken Schwierigkeiten mit sich, da die Belastungsfähigkeit von
Nadellagern, wie sie aus konstruktiven Gründen hier eingebracht sind, begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradmaschine zu schaffen, die für besonders hohe Drücke geeignet ist.
Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradmaschine zu schaffen, die einen guten Wirkungsgrad besitzt.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die einen Betrieb in beiden Dreh-und Lastrichtungen bietet.
Die Erfindung besteht darin, dass ein Zahnrad mit seiner Lagerfläche im Gehäuse im wesentlichen in Richtung der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte beweglich geführt und die Lagerfläche senkrecht zu dieser Verbindungslinie am Gehäuse abgestützt ist.
Unter dem Einfluss des Hochdruckes wird dann dieses Zahnrad gegen das andere Zahnrad gedrückt, auf welches ebenfalls von dem Hochdruck Kräfte ausgeübt werden. Die in Richtung der
Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte wirksamen Komponenten dieser Kräfte heben sich dann auf und werden nicht als Lagerkräfte wirksam. Es hat sich gezeigt, dass die sich aneinander abwälzenden
Zahnräder diese Kräfte ohne weiteres aufnehmen können, ohne dass ein übermässiger Verschleiss eintritt.
Als Stützkräfte müssen nur noch Kräfte senkrecht zu der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte aufgebracht werden, welche die sich nicht aufhebenden Kraftkomponenten aufnehmen. Hiedurch lässt sich eine wesentliche Verminderung der Lagerkräfte und eine Erhöhung der Lebensdauer der Pumpe auch bei hohen Drücken erzielen.
Vorteilhafterweise ist die Zahnradmaschine nach der Erfindung als Mondsichelmaschine mit einem
Stirnrad in Eingriff mit einem Hohlrad grösseren Durchmessers ausgebildet, bei welcher das Hohlrad in dem Maschinengehäuse in Richtung der Verbindung der Zahnradmittelpunkte begrenzt beweglich geführt, das Stirnrad in dem Maschinengehäuse gelagert und zwischen Stirnrad und Hohlrad ein gehäusefester Mondsichelkörper angeordnet ist, und der Raum zwischen Hohlrad und Gehäuse steht mit dem Hochdruckbereich der Maschine in Verbindung, und in einem zwischen Mondsichelkörper, Hohlrad und Stirnrad gebildeten begrenzten Bereich mündet der Sauganschluss, wobei die vom Hochdruck auf das Hohlrad und das Stirnrad ausgeübten Kräfte einen stumpfen Winkel miteinander bilden und über die Zähne der beiden Zahnräder einander teilweise entgegenwirken.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, dass an der Peripherie des Hohlrades im wesentlichen senkrecht zu der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte ein Unterdruckfeld zur Abstützung des ansonsten im Hochdruckraum laufenden Hohlrades angreift.
Die Führung des Hohlrades in dem Maschinengehäuse kann in der Weise erfolgen, dass die Innenwandung des Maschinengehäuses mit dem Aussenradius des Hohlrades auf je etwa einem Halbkreis um zwei längs der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte gegeneinander versetzte Punkte gekrümmt ist, deren Abstand grösser ist als die Toleranz des spielfreien Abstandes beider Zahnräder.
Die erfindungsgemässe Zahnradmaschine ist so ausgebildet, dass die Zahnräder im wesentlichen sämtlich im Hochdruck laufen. Die Abdichtung des Saugraumes kann in der Weise erfolgen, dass in dem unter Hochdruck stehenden Maschinengehäuse im Bereich des Saugraumes eine Platte auf den Zahnrädern aufliegt, die einen in dem Saugraum mündenden Durchbruch aufweist, welcher letztere von einem auf der Aussenseite der Platte abgegrenzten, mit dem Sauganschluss verbundenen Unterdruckfeld umgeben ist. Um bei der Maschine wahlweise Druck und Sauganschluss vertauschen zu können, kann die Anordnung vorteilhafterweise so getroffen werden, dass die Platte sich symmetrisch über die beiden jeweils zwischen Hohlrad.
Stirnrad und Mondsichelkörper gebildeten Räume erstreckt und zwei in je einem dieser Räume mündende Durchbrüche aufweist, die von je einem auf der Aussenseite der Platte abgegrenzten und mit jeweils einem der Anschlüsse der Maschine in Verbindung stehenden Druckbzw. Unterdruckfeld umgeben sind.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert : Fig. l zeigt eine Stirnansicht, teilweise im Schnitt, einer nach der Erfindung ausgebildeten Mondsichelmaschine, Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. l, Fig. 4 veranschaulicht die Abdichtung des Saugraumes bei der Maschine nach Fig. l bis 3, Fig. 5 die Kräfte, die von dem öldruck auf die einzelnen Teile der Maschine ausgeübt werden, Fig. 6 die Kräfte, die auf das Hohlrad wirken, Fig. 7 veranschaulicht die auf das Stirnrad wirkenden
<Desc/Clms Page number 3>
Kräfte, Fig. 8 veranschaulicht die am Gehäuse wirksamen Kräfte, Fig.
9 ist eine perspektivische Darstellung und zeigt einen Teil des Gehäuses, in welchem das Sogfeld zur Abstützung des Hohlrades vorgesehen ist, Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung und Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Mit--20--ist ein Gehäuse bezeichnet, in welchem eine Kammer--22--von im wesentlichen kreisförmiger Gestalt vorgesehen ist. In dieser Kammer --22-- ist ein Hohlrad-24gelagert. Das Hohlrad --24-- steht mit einem Stirnrad --26-- in Eingriff. Das Stirnrad-26-
EMI3.1
im Gehäuse --20-- und einem Deckelteil --34-- gelagert. Der Deckelteil schliesst die die Zahnräder enthaltende Kammer ab. Gehäuse--20--und Deckelteil--34--sind durch einen Dichtring --36-- nach aussen hin abgedichtet. Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist innerhalb der Kammer --2-- ein Mondsichelkörper --38-- vorgesehen.
Dieser Mondsichelkörper ist im wesentlichen begrenzt durch den Kopfkreis des Hohlrades --24-- und den Kopfkreis des Stirnrades - -26--. Der Deckelteil-34-enthält eine kreisförmige Vertiefung --40-- etwa entsprechend der Kammer--22--. In dieser Vertiefung liegt eine Platte--42--. Diese Platte deckt, wie aus Fig. 4 am besten ersichtlich ist, die beiden Räume ab, welche zwischen Stirnrad--26--, Mondsichelkörper --38-- und Hohlrad --24-- gebildet werden. Im Bereich jedes dieser Räume weist die Platte --42-- einen Durchbruch--44 bzw. 46-auf. Auf der Aussenseite der platte --42-- sind um die Durchbrüche--44 bzw. 46-herum durch Dichtringe--48 bzw. 50--Druckfelder abgegrenzt.
Diese Druckfelder stehen mit dem Druckanschluss--52--bzw. mit dem Sauganschluss --54-- in Verbindung. Die Platte--42--deckt nur einen Teil des Hohlrades --24-- und des Mondsichelkörpers--38--ab.
Auf der inneren Mantelfläche der Kammer--22--sind Druck-bzw. Saugfelder vorgesehen, die generell mit--56 und 58--bezeichnet sind und etwa unter einem rechten Winkel zur Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte wirken. Das Saugfeld--56--enthält einen abdichtend im
EMI3.2
Zylinderkörper--60--,Saugfeld--64--abgegrenzt, welches über einen Kanal --6-- und eine T-Bohrung --68-- mit dem Sauganschluss --54-- in Verbindung steht. Eine ähnliche Anordnung ist bei-58vorgesehen, die als Saugfeld zur Wirkung kommt, wenn Druck und Sauganschluss miteinander vertauscht werden. Die Innenfläche der Kammer--22--ist mit dem Aussenradius des Hohlrades auf je etwa einem Halbkreis um zwei längs der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte gegeneinander versetzte Punkte gekrümmt.
Der Abstand dieser Krümmungsmittelpunkte ist grösser als die Toleranz des spielfreien Abstandes beider Zahnräder. Das ist in Fig. 6 dargestellt, wo die beiden Mittelpunkte-mil und M2-zu erkennen sind und der Aussenradius des Hohlrades --24-- als --R-- angegeben ist.
Im Bereich der Saugfelder entsteht dann eine Kante, wie sie übertrieben in Fig. 9 dargestellt ist.
Diese Kante schleift sich beim Betrieb der Pumpe nach kurzer Zeit entsprechend der Lage und Einstellung des Hohlrades --24-- ab. Durch diese Ausbildung der Kammer --22-- ist das Hohlrad geringfügig in Richtung der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte (vertikal in Fig. l) beweglich.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Zahnradmaschine wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 näher erläutert. In Fig. 5 sind die von dem Hochdruck in der Maschine auf die Zahnräder ausgeübten resultierenden Kräfte dargestellt. In den punktierten Bereichen herrscht Hochdruck. Wie man in Fig. 5 erkennt, liegt das Hohlrad praktisch vollständig im Hochdruck. Es ist von einem Hochdruckbereich rings umgeben, und innerhalb des Hohlrades wirkt der Hochdruck auf den grössten Teil des Umfanges. Die Abdichtung des Hochdruckes nach aussen erfolgt durch das feststehende Gehäuse. Der Hochdruck wirkt auf das Hohlrad --24-- einmal längs des gesamten äusseren Umfanges, zum andern längs des grösseren Teiles des inneren Umfanges.
Es wirkt eine nach innen gerichtete, resultierende Kraft, die durch den pfeil --70-- dargestellt ist, im Bereich des Saugraumes-72-, u. zw. entsprechend der Druckdifferenz zwischen Hochdruckraum und Niederdruck-oder Saugraum längs der Drucksehne --74--, die zwischen dem Anlagepunkt des Hohlrades --24-- an dem Mondsichelkörper-38-und dem Anlagepunkt zwischen Hohlrad --24-- und Stirnrad --26-verläuft. Auf das Stirnrad --26-- wirkt eine Kraft, die durch den pfeil --76-- dargestellt ist.
Diese Kraft ist in Fig. 5 von rechts oben nach links unten gerichtet und wirkt der Kraft-70-ungefähr
EMI3.3
Es wirkt die Druckdifferenz längs der Drucksehne-78--, die von dem mittleren Berührungspunkt des Stirnrades --26-- und der inneren Fläche des Mondsichelkörpers --38-- zu
<Desc/Clms Page number 4>
dem Berühungspunkt zwischen Stirnrad und Hohlrad verläuft. Eine dritte Kraft, die durch den Pfeil --80-- dargestellt ist, wirkt auf den Mondsichelkörper und damit auf das Gehäuse, u. zw. längs einer Drucksehne, die zwischen den Berührungspunkten des Hohlrades und des Stirnrades mit dem Mondsichelkörper--38--verläuft. Infolge der Beweglichkeit des Hohlrades --24-- wird das Hohlrad dicht in Anlage an dem Stirnrad--26--gehalten.
Dadurch wird erreicht, dass sich die auf Hohlrad und Stirnrad wirkenden hydraulischen Kräfte zu einem grossen Teil aufheben, ohne die Lager der Zahnräder zu belasten.
In Fig. 6 sind die Kräfte dargestellt, die auf das Hohlrad--24--wirken. Das ist einmal die Kraft--70--, die von dem öldruck von aussen auf den Saugraum--72--hin auf das Hohlrad - 24-- ausgeübt wird. Dieser Kraft--70--entgegengerichtet sind die Reaktionskräfte, die einmal von dem Stirnrad--26--und zum andern vom Gehäuse auf das Hohlrad ausgeübt werden. Diese Reaktionskräfte sind durch Pfeile mit weissen Spitzen dargestellt und mit-82 bzw. 84-bezeichnet.
Wie man sieht, wird der grösste Teil der Kraft --70-- durch die Reaktionskraft --82-- des Stirnrades aufgenommen. Nur eine relativ geringe Reaktionskraft-84-muss von dem Gehäuse aufgenommen werden. Die Reaktionskraft--84--wird aufgeteilt in eine Kraft--86--, die von dem Saugfeld --56-- erzeugt wird. Eine geringe restliche Reaktionskraft bleibt bei--88--an dem Mondsichelkörper-38-wirksam und bewirkt eine dichtende Anlage der Verzahnung des Hohlrades - 24--an dem Mondsichelkörper--38--, während eine weitere, relativ geringe Reaktionskraft bei - an der Innenwandung des Gehäuses bzw. der Kammer --2-- wirksam wird.
Diese Reaktionskraft bei--90--bewirkt, dass die zwischen den um die Mittelpunkte--Ml und M2-gekrümmten Flächen entsprechend den genauen Abmessungen und der Einstellung des Hohlrades abschliesst. Bei--92--ist diese Aufteilung der Kraft--84--veranschaulicht. Auf jeden Fall wird die von dem ölhochdruck auf das Hohlrad ausgeübte Kraft --70-- zum grossen Teil durch die
EMI4.1
aufgenommen.
Fig. 7 veranschaulicht die Kräfte, die an dem Stirnrad wirksam sind. Auf das Stirnrad wirkt einmal die Kraft --76-- von dem ölhochdruck. Zum andern wirkt die Kraft-82'--, die von dem Hohlrad--24--auf das Stirnrad übertragen wird. Die Kraft --82'-- geht dabei nicht durch den Mittelpunkt des Stirnrades--26--. Die resultierende dieser beiden Kräfte ist durch den Pfeil - dargestellt. Die Kraft-94--, die seitlich von dem Mittelpunkt und Drehpunkt des Stirnrades--26--angreift, kann man zerlegen in eine Kraft--96--durch den Mittelpunkt des Stirnrades und ein um diesen Mittelpunkt wirkendes Drehmoment-TR--. Die Kraft --96-- wird durch das Lager aufgenommen, wie durch den Pfeil--98--dargestellt ist.
Fig. 8 erläutert die
EMI4.2
--38-- die(Fig. 7) entgegengerichtet gleich und das Drehmoment--TG-- dem Drehmoment--TR-entgegengerichtet gleich. Hiebei tritt eine dichtende Annäherung des Rades-26-an die Mondsichel in pfeilrichtung --96-- ein.
Bei der beschriebenen Mondsichelmaschine werden somit alle Kräfte in sinnvoller Weise so aufgewogen, dass auch bei höchsten Drücken eine saubere Abdichtung des Saugraumes gegen den Hochdruckraum gewährleistet ist, dass aber nur ein geringer Verschleiss stattfindet. Es ist nicht erforderlich, die Abdichtung zwischen Hochdruckraum und Saugraum durch zusätzliche Druckfelder vorzunehmen. Die auf den Lagern wirksamen Kräfte können relativ gering gehalten werden, da sich die hydraulischen Kräfte über die aneinander anliegenden Zahnräder zu einem grossen Teil aufheben. An den Zahnrädern, die sich aneinander abwälzen, können die Kräfte bequem aufgenommen werden, ohne dass ein unzulässiger Verschleiss erfolgen würde.
Es ist zwar vorteilhaft, wenn die seitliche Stützkraft auf das Hohlrad durch ein Saugfeld--56-- aufgenommen wird. Das ist jedoch keine notwendige Voraussetzung. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Innenwandung der Kammer--22--, die, im übrigen in gleicher Weise geformt ist wie in Fig. 6, einen Ring enthält, der aus etwa 2 mm starkem Blech besteht, welches mit Gleitmetall oder Polytetrafluoräthylen beschichtet ist. Hier wird die seitliche Stützkraft von dem Gehäuse selbst aufgebracht. Diese Stützkraft ist auch hier relativ gering, da der Hauptteil der auf das
<Desc/Clms Page number 5>
Hohlrad wirkenden hydraulischen Kraft von der Reaktionskraft des Stirnrades kompensiert wird.
Das Hohlrad --24-- muss entsprechend formsteifer ausgeführt sein, damit seine Zähne im
EMI5.1
Ausführungsform mit einer normalen Zahnradpumpe mit zwei Stirnrändern-106 und 108-von gleicher Zähnezahl. Das Stirnrad --108-- ist mit einem Nadellager --110-- auf einem Exzenter --112-- gelagert, der auf einem Zapfen --114-- vorgesehen ist. Infolgedessen kann das Stirnrad --108-- eine Schwenkbewegung a relativ zu dem Stirnrad --106-- um den Mittelpunkt-116des Zapfens--114--ausführen. Das ist näherungsweise eine Translationsbewegung längs der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte. In Fig. 11 ist ebenfalls der Hochdruckraum punktiert dargestellt.
Wie man leicht erkennt, übt der Hochdruck auf die Stirnräder--106 und 108--Kräfte aus, die nach innen auf den Saugraum --118-- hin gerichtet sind und eine relativ grosse Komponente auf jeweils das andere Stirnrad hin besitzt. Diese Komponente in Richtung der Verbindungslinie der Zahnradmittelpunkte drückt die beiden Stirnräder--106 und 108--gegeneinander, wodurch sich diese Komponenten aufheben und nicht an den Lagern wirksam werden. Es ist nur noch eine Abstützung etwa senkrecht zu dieser Verbindungslinie erforderlich, die von dem Lager bewirkt wird. Die eingetragenen Kräfte sind bedeutungsgleich zu denen der Fig. 5 bis 8 und stellen auch hier Mittelwertgrössen der oszillierenden Kräfte dar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zahnradmaschine mit zwei in einem Gehäuse über Lagerflächen gelagerten Zahnrädern, die auf einer Seite miteinander in Eingriff stehen und sich aneinander abwälzen, auf dem grössten Teil des Umfanges mit den Zahnköpfen vor einer Wandung des Gehäuses laufen und mit dem Gehäuse einen relativ kleinen Saugraum und einen sich in peripherer Richtung relativ weit um die Zahnräder herum erstreckenden Druckraum begrenzen, wobei die resultierenden öldruckkräfte auf jedes der Zahnräder
EMI5.2
Verbindungslinien der Zahnradmittelpunkte beweglich geführt und die Lagerfläche senkrecht zu dieser Verbindungslinie am Gehäuse abgestützt ist.
EMI5.3