DE10011708A1 - Mehrteilig aufgebautes Gehäuse - Google Patents
Mehrteilig aufgebautes GehäuseInfo
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem mehrteilig aufgebauten Gehäuse für eine hydraulische Arbeitsmaschine (10), insbesondere einer Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor), das aus einer, die Triebwerkskammer (30) bildenden Gehäusekörper (14) und aus diesen Gehäusekörper (14) verschließenden Deckeln (16, 18) besteht. Am Gehäusekörper (14) sind radial verlaufende Versorgungskanäle (48, 50) ausgebildet, die umfangsseitig in Anschlüssen des Druckerzeugers (10) enden. Aufgrund der Druckbeaufschlagung der Triebwerkskammer (30) treten im Gehäusekörper (14) hohe Spannungen auf, die besonders im Bereich der hochdruckbeaufschlagten Versorgungskanäle (48, 50) Gehäusebrüche hervorrufen können. DOLLAR A Um diese Spannungen am Gehäusekörper (14) zu reduzieren, wird vorgeschlagen, zwischen dem Gehäusekörper (14) und den Deckeln (16, 18) Mittel (52) vorzusehen, die einer betriebsdruckbedingten Aufweitung des Gehäusekörpers (14) in Richtung der Versorgungskanäle (48, 50) entgegenwirken.
Description
Die Erfindung geht aus von einem mehrteilig aufgebauten
Gehäuse für eine hydraulische Arbeitsmaschine, insbesondere
eine Zahnradmaschine als Pumpe oder Motor entsprechend der
Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiges Gehäuse ist
beispielsweise aus der DE 25 10 496 A1 bereits bekannt.
Dieses Gehäuse umfasst einen Gehäusekörper, der zur
Ausbildung einer das Triebwerk aufnehmenden Kammer mit einer
durchgehenden Ausnehmung versehen ist. An den beiden
Stirnseiten des Gehäusekörpers sind Deckel befestigt, die
die Kammer zur Umgebung hin verschließen. Zur Zentrierung
der Deckel am Gehäusekörper sind an jeder Stirnfläche zwei
einander diagonal gegenüberliegende Passstifte vorgesehen.
Mittels entgegengesetzt diagonal dazu plazierten
Schraubverbindungen sind die Deckel am Gehäusekörper
verankert.
Unter anderem aus Kostengründen ist der Gehäusekörper aus
Aluminium in einem Strangpressverfahren hergestellt.
Aluminium hat allerdings den Nachteil einer im Vergleich zu
Stahl oder Grauguss geringeren Festigkeit. Zudem weist
Aluminium keinen ausgeprägten Dauerfestigkeitsbereich auf.
Die das Triebwerk aufnehmende Kammer von Arbeitsmaschinen
ist unter Betriebsbedingungen stetig wechselnden Drücken
ausgesetzt. Insbesondere im Bereich des hochdruckführenden
Versorgungskanals können dadurch die am Gehäusekörper
auftretenden Spannungen so groß werden, dass Risse und
Gehäusebrüche auftreten. Bekannt gewordene Lösungen für
dieses Problem erstrecken sich darin, die
Materialbelastbarkeit durch Vergrößerung der Wandstärken,
den Einsatz hochfester Aluminiumlegierungen oder durch
Kaltverfestigungen der bruchgefährdeten Querschnitte zu
erhöhen. Diese Maßnahmen erhöhen jedoch das Bauvolumen
und/oder verteuern die Herstellung eines Gehäusekörpers.
Demgegenüber weist ein Gehäuse einer hydraulischen
Arbeitsmaschine mit den Merkmalen der beiden unabhängigen
Ansprüche 1 und 11 den Vorteil auf, dass mit geringerem
Fertigungsmehraufwand eine höhere Festigkeit, eine längere
Lebensdauer und eine höhere Druckbelastbarkeit des
Gehäusekörpers erreicht wird.
Gemäß Anspruch 1 sind dazu Mittel vorgesehen, die aufgrund
ihrer Anordnung einer in Richtung der Versorgungskanäle
gerichteten Aufweitung des Gehäusekörpers entgegen wirken.
Die Mittel bilden dazu zwischen den Deckeln und dem
Gehäusekörper einen Formschluss aus.
Nach den Ansprüchen 2 und 4 sind die Mittel besonders
einfach und kostengünstig darstellbar, wenn sie in Form
sacklochartiger Aussparungen in den Deckeln ausgebildet
sind, in die der Gehäusekörper abschnittsweise eingesetzt
ist oder wenn sie in Form von Passkörpern und zugeordneten
Ausnehmungen ausgeführt sind. Eine besonders gute
Wirksamkeit der Mittel wird erreicht, wenn die Deckel und
der Gehäusekörper aus unterschiedlichen Materialien
gefertigt sind und wenn das Material des Deckels eine höhere
Festigkeit als die des Gehäusekörpers hat. Mittel in Form
von Aussparungen im Deckel eignen sich darüber hinaus
besonders gut zur Anordnung von Dichtungen zur Abdichtung
der Triebwerkskammer gegenüber der Umgebung.
Nach Anspruch 11 sind die dem Gehäusekörper zugewandten
Stirnflächen der Deckel ballig nach außen gewölbt. Beim
Anschrauben dieses Deckels an den Gehäusekörper verformt
sich dieser im elastischen Bereich, bis die einander
zugewandten Stirnflächen plan aneinander anliegen. Die
Vorspannkraft beider Bauteile ist aufgrund dieser Verformung
der Deckel höher, als bei Deckeln mit planen Stirnflächen.
Mechanisch wirkt sich diese Maßnahme derart aus, dass
zwischen dem Gehäusekörper und dem Deckel höhere
Haftreibungskräfte wirksam sind. Eine größere Haftreibung
wirkt aufgrund der eingeschränkten Relativbeweglichkeit der
Bauteile auch einer betriebsdruckbedingten Aufweitung des
Gehäusekörpers entgegen.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung.
In Fig. 1 ist anhand einer Explosionsdarstellung der an
sich bekannte Aufbau einer Zahnradmaschine gezeigt.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
Fig. 2 bis 6 dargestellt. Diese zeigen Deckel eines
Gehäuses für eine Zahnradmaschine zum Teil in verschiedenen
Ansichten.
Die in Fig. 1 in Einzelteilen dargestellte Zahnradmaschine
10 hat ein Gehäuse, aus einem Gehäusekörper 14 und aus
Deckeln 16 und 18, die an dessen Enden angeordnet sind. Der
Gehäusekörper 14 ist als Strangpreßprofil ausgebildet und
weist eine durchgehende Ausnehmung 12 auf. Letztere ist
durch die Deckel 16 und 18 zur Umgebung hin verschlossen.
Zur Abdichtung der Deckel 16 und 18 sind an den Stirnseiten
des Gehäusekörpers 14 Dichtungen 19 vorgesehen. Einer der
Deckel 16 ist als Flanschplatte mit einer Durchgangsöffnung
20 ausgebildet, durch die hindurch eine
drehmomentübertragende Welle 22 nach außen ragt. Über die
Flanschplatte läßt sich die Zahnradmaschine 10 mit einer An-
/Abtriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor oder
einem Generator, je nach Betriebsweise der Zahnradmaschine
10 als Pumpe oder Motor, koppeln. Die Deckel 16, 18 sind mit
dem Gehäusekörper 14 verschraubt. Dazu sind jeweils vier, im
Bereich ihrer Ecken ausgebildete Bohrungen 23 vorgesehen,
durch die hindurch Befestigungsschrauben 26 in
Gewindebohrungen 28 des Gehäusekörpers 14 einschraubbar
sind.
Die von den Deckeln 16, 18 verschlossene Ausnehmung 12
bildet eine Kammer 30 zur Aufnahme des Triebwerks 24.
Letzteres besteht aus zwei im Außeneingriff miteinander
kämmenden Zahnrädern 32 und 34, die auf der
drehmomentübertragenden Welle 22 und einer dazu parallel
angeordneten Sekundärwelle 36 geführt sind. Das Zahnrad 34
kann drehfest oder frei beweglich auf der Sekundärwelle
angeordnet sein, während das Zahnrad 32 drehfest mit der
nach außen führenden Welle 22 verbunden ist, um ein
Drehmoment zu übertragen. Die Zahnräder 32 und 34 kämmen
zumindest im Einflankeneingriff miteinander.
Zur Lagerung der Wellen 22 und 36 sind Lagerbuchsen 38 bis
44 vorhanden, die jeweils paarweise zu beiden Seiten der
Zahnräder 32, 34 angeordnet sind. Diese Lagerbuchsen 38 bis
44 dienen darüber hinaus auch zur axialen Abdichtung der von
den Zahnrädern 32, 34 und dem Gehäusekörper 14 begrenzten
Zahnkammern. Die im wesentlichen zylindrischen Lagerbuchsen
38 bis 44 weisen umfangsseitig jeweils eine Abflachung 46
auf, mit der sie aneinander anliegen. Die Außenkontur eines
Paars von Lagerbuchsen 38 bis 44 entspricht dadurch im
wesentlichen der Kontur einer Acht. Eine entsprechend
geformte Innenkontur der Ausnehmung 12 des Gehäusekörpers 14
ermöglicht eine radiale Abstützung der Lagerbuchsen 38 bis
44 in der Kammer 30. Die Ver- beziehungsweise Entsorgung des
Triebwerkes 24 mit Druckmittel erfolgt über
Versorgungskanäle 48 und 50, die an einander
gegenüberliegenden und am Umfang des Gehäusekörpers 14
ausgebildeten Flanschflächen 52 enden. An den Flanschflächen
52 sind zur Befestigung entsprechender Anschlußstutzen
(nicht gezeichnet) um die Mündungsstelle der
Versorgungskanäle 48, 50 herum Gewindebohrungen 51
angebracht. Die Versorgungskanäle 48, 50 verlaufen radial zu
der das Triebwerk 24 aufnehmenden Kammer 30.
Unter Betriebsbedingungen ist diese Kammer 30 mit
Druckmittel gefüllt und wird bekanntermaßen vom Triebwerk 24
in hochdruck- und niederdruckführende Abschnitte geteilt.
Infolge des Hochdrucks weitet sich der Gehäusekörper 14 auf,
wobei sich die maximale Aufweitung im Bereich der
Mündungsstelle des hochdruckführenden Versorgungskanals 48,
50 meßbar ist. Da der Gehäusekörper 14 aus Aluminium
gefertigt ist, bringt er im Vergleich zu einer aus Stahl
oder Grauguss hergestellten Ausführung diesen Druckkräften
relativ geringe Widerstandskräfte entgegen. Der
hochdruckbeaufschlagte Abschnitt des Gehäusekörpers 14 ist
durch den ebenfalls dort angeordneten Versorgungskanal 48,
50 und durch die Gewindebohrungen 51 zur Verankerung
etwaiger Anschlußstutzen mechanisch geschwächt. Desweiteren
schwankt das Druckniveau im Betriebsfall der Zahnradmaschine
10 periodisch, meist mit hoher Frequenz. Diese Gegebenheiten
können zu Rissen und im Extremfall zu Brüchen des
Gehäusekörpers 14 führen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demnach
darin konstruktiv einfache und preisgünstig realisierbare
Maßnahmen vorzuschlagen, die die am Gehäusekörper 14
auftretenden Spannungen zumindest teilweise an die Deckel
16, 18 ableiten um dadurch die Spannungen am Gehäusekörper
14 auf ein unkritisches Niveau zu senken. Aluminium als
Material für den Gehäusekörper 14 soll dabei aus
fertigungstechnischen Gründen ebenso beibehalten werden, wie
die äußeren Abmessungen des Gehäuses 11.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird einerseits vorgeschlagen,
Mittel 52 zwischen dem Gehäusekörper 14 und den Deckeln 16,
18 vorzusehen, die einen der Aufweitung des Gehäusekörpers
14 entgegenwirkenden Formschluß bilden und darüber hinaus
diese Mittel 52 derart anzuordnen, dass der Formschluss
insbesondere einer Aufweitung des Gehäusekörpers 14 in
Richtung der Versorgungskanäle 48, 50 entgegenwirkt.
Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 handelt es sich
bei diesen Mitteln 52 um eine Aussparung 54 an der dem
Gehäusekörper 14 zugewandten Seite wenigstens eines Deckels
16, 18. Die Aussparung 54 ist in ihren Abmessungen auf die
Außenkontur des Gehäusekörpers 14 derart abgestimmt, dass
zumindest in einer Schnittebene X durch die Zahnradmaschine
10, in der auch die Versorgungskanäle 48, 50 verlaufen,
Spielfreiheit zwischen Deckel 16, 18 und Gehäusekörper 14
besteht. Durch das Einsetzen des Gehäusekörpers 14 in die
Aussparung 54 bildet die, die Aussparung 54 umgebende
Wandung 56 mit dem Gehäusekörper 14 einen Formschluss, der
einer betriebsdruckbedingten Aufweitung des Gehäusekörpers
14 in Richtung der Versorgungskanäle 48, 50 entgegenwirkt.
Die Spannungen des Gehäusekörpers 14 werden durch diese
Mittel 52 in Zugspannungen des Deckels 16, 18 umgewandelt,
so dass das Spannungsniveau am bruchgefährdeten Querschnitt
sinkt. Besonders wirksam ist diese Maßnahme, wenn das
Material der Deckel 16, 18 eine höhere Festigkeit aufweist
als der Gehäusekörper 14. Dabei wäre neben einer höherfesten
Aluminiumlegierung beispielsweise auch Stahl oder Grauguss
vorstellbar.
Bei einer zweiten, in Fig. 3 dargestellten, Variante sind
die vorgeschlagenen Mittel 52 in Form von Stiftlochbohrungen
58 und Paßstiften (nicht eingezeichnet) ausgeführt. Die
Stiftlochbohrungen 58 sind an der dem Gehäusekörper 14
zugewandten Seite eines Deckels 16, 18 vorgesehen, während
die Paßstifte am Gehäusekörper 14 verankert sind und aus der
Stirnfläche dieses Gehäusekörpers 14 herausragen. Sie
erstrecken sich in Längsrichtung der Zahnradmaschine 10.
Maßgeblich für die beabsichtigte Wirksamkeit eines derartig
ausgeführten Formschlusses zwischen den Deckeln 16, 18 und
dem Gehäusekörper 14 ist, dass dieser Formschluss ebenfalls
in Richtung der Versorgungskanäle 48, 50 wirkt, das heißt,
dass die Stiftlochbohrungen 58 in der in Fig. 3 mit X
bezeichneten Schnittebene durch die Zahnradmaschine 10
plaziert sind, in der auch die am Gehäusekörper 14 nach
Fig. 1 angeordneten Versorgungskanäle 48, 50 verlaufen.
Dadurch kann ein Teil der Spannungen im Gehäusekörper 14 auf
den Deckel 16, 18 übertragen werden. Um selbst nicht
plastisch verformt zu werden, sollten die Paßstifte
zumindest annähernd den Durchmesser der Schrauben haben mit
denen der Deckel 16, 18 am Gehäusekörper 14 verankert ist.
Grundsätzlich ausreichend wäre es, einen derartigen
Formschluss auch nur auf der besonders gefährdeten
Druckseite des Gehäusekörpers 14 vorzusehen.
Bei einer weiteren Ausführungsform, die in den Fig. 4a
und 4b, als Draufsicht und als Seitenansicht von
Ausschnitten des Gehäusekörpers 14 und eines Deckels 16, 18
dargestellt ist, sind die Mittel 52 als sogenannte
Druckstege 60 ausgebildet, die die gedachte und in
Verlaufsrichtung der Versorgungskanäle 48, 50 geführte
Schnittebene X senkrecht durchkreuzen und somit senkrecht
zur Aufweitungsrichtung des Gehäuses 14 ausgerichtet sind.
Die Druckstege 60 greifen in dafür vorgesehene Ausnehmungen
62 ein, welche alternativ am Deckel 16, 18 oder am
Gehäusekörper 14 ausgebildet sein können. Die Druckstege 60
lassen sich einteilig an einem dieser beiden Bauteile
anformen oder als separate Einlegeteile ausführen.
Druckstege 60 haben im Unterschied zu dem im zweiten
Ausführungsbeispiel genannten Passstiften einen rechteckigen
Querschnitt mit abgerundeten Kanten. Ihr Vorteil besteht
unter anderem darin, dass sie aufgrund einer größeren, der
Aufweitung entgegenwirkenden Anlagefläche geringeren
Spannungen ausgesetzt sind.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante sind die Mittel 52
als Textur 64 zwischen den einander zugewandten Seiten der
Deckel 16, 18 und dem Gehäusekörper 14 ausgebildet. Diese in
Fig. 5 nur schematisch darstellbare Textur 64 bildet quasi
eine Verzahnung zwischen diesen Bauteilen aus, deren Zähne
und Zahnlücken vergleichbar zu den Druckstegen 60 nach
Ausführungsbeispiel 3 senkrecht zur Aufweitungsrichtung
entlang der Stirnflächen am Gehäusekörper 14 und Deckel 16,
18 ausgerichtet sind. Jedem Zahn ist eine entsprechend
geformte Zahnlücke am benachbarten Bauteil zugeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6a und 6b, die
einen Deckel 16, 18 in der Vorderansicht und der Draufsicht
zeigen, ist die dem Gehäusekörper 14 zugewandte Deckelfläche
66 ballig nach außen gewölbt. Die Wölbung muß sich nicht
zwangsweise in Richtung der mit Y bezeichneten Hoch- und der
mit Z bezeichneten Querachse der Deckelfläche 66 erstrecken,
sondern kann sich auch nur in Richtung der Hochachse Y
ausdehnen. Die Richtung Y der Hochachse verläuft senkrecht
zur Richtung der Aufweitung des Gehäusekörpers 14 und kreuzt
demnach, wie bei den anderen vorgeschlagenen Lösungen, die
von den Versorgungskanälen 48, 50 der Zahnradmaschine 10
aufgespannte Schnittebene X. Beim Befestigen der Deckel 16,
18 am Gehäusekörper 14 verformen sich diese im elastischen
Bereich bis die einander zugewandten Flächen plan aneinander
anliegen. Aufgrund der Verformung kann eine wesentlich
höhere Vorspannung zwischen beiden Bauteilen aufgebracht
werden. Erhöhte Vorspannungen wirken sich in höheren
übertragbaren Haftreibungskräften aus, die wiederum die
Relativbeweglichkeit der miteinander verschraubten Bauteile
entgegen wirken. Sinngemäß kann die Stirnfläche des
Gehäusekörpers 14 alternativ oder zusätzlich zur Stirnseite
des Deckels 16, 18 ballig nach außen gewölbt sein.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den
beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne vom
Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Diesbezüglich
nennenswert ist, dass durch eine Erhöhung der
Oberflächenrauhigkeit der miteinander in Wechselwirkung
stehenden Stirnflächen der Deckel 16, 18 und dem
Gehäusekörper 14 Optimierungen in bezug auf die Wirksamkeit
des vorgeschlagenen Formschlusses möglich sind. Dieser
Erhöhung sind aufgrund der Dichtheitsanforderungen
allerdings technische Grenzen gesetzt. Ferner ist darauf
hinzuweisen, dass die vorgeschlagenen Ausführungsvarianten
auch in Kombination miteinander auftreten können.
Claims (11)
1. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse für eine hydraulische
Arbeitsmaschine (10), insbesondere Zahnradmaschine (Pumpe
oder Motor), mit einem Gehäusekörper (14), der zur
Ausbildung einer ein Triebwerk (24) aufnehmenden und mit
Betriebsdruck beaufschlagbaren Triebwerkskammer (30) mit
einer Ausnehmung (12) versehen ist, die zu wenigstens einer
Stirnseite des Gehäusekörpers (14) hin offen ist, mit radial
zur Triebwerkskammer (30) verlaufenden und an der
Umfangsfläche des Gehäuses mündenden Versorgungskanälen (48,
50) und mit einem die wenigstens eine Öffnung der
Triebwerkskammer (30) verschließenden und an einer
Stirnseite des Gehäusekörpers (14) verankerbaren Deckel (16,
18), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäusekörper
(14) und dem Deckel (16, 18) Mittel (52) vorgesehen sind,
die insbesondere einer in Richtung der Versorgungskanäle
(48, 50) erfolgenden, betriebsdruckbedingten Aufweitung des
Gehäusekörpers (14) entgegenwirken.
2. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel (52) zwischen dem
Gehäusekörper (14) und dem Deckel (16, 18) einen Formschluss
bilden.
3. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (52) eine Aussparung
(54) im Deckel (16, 18) vorgesehen ist, in die der
Gehäusekörper (14) abschnittsweise einsetzbar ist und dass
die Aussparung (54) in ihren Abmessungen auf die Außenmaße
des Gehäusekörpers (14) in Richtung der Versorgungskanäle
(48, 50) spielfrei abgestimmt ist.
4. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass an einer, der Umfangsfläche des
Gehäusekörpers (14) zugewandten Wandung (56) der Aussparung
(54) des Deckels (16, 18) Dichtungen vorgesehen sind, die
die Triebwerkskammer (30) zur Umgebung hin abdichten.
5. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (52) in Form von
Passkörpern (60) und von diese Passkörper (60) aufnehmende
Ausnehmungen (58, 62) ausgebildet sind.
6. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Passkörper Druckstege (60) sind,
deren Längsachse parallel zur Stirnfläche und senkrecht zur
Aufweitungsrichtung es Gehäusekörpers (14) ausgerichtet ist.
7. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Passkörper Paßstifte sind, die in
einer Schnittebene durch den Gehäusekörper (14) angeordnet
sind, in der auch die Versorgungskanäle (48, 50) des
Triebwerks (24) verlaufen und die senkrecht aus der
Stirnfläche des Gehäusekörpers (14) herausragen.
8. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (52) eine Textur
(64) vorgesehen ist, die an wenigstens einer der einander
zugewandten Stirnflächen der Deckel (16, 18) und des
Gehäusekörpers (14) ausgebildet ist und dass die Textur (64)
senkrecht zur betriebsdruckbedingten Aufweitung des
Gehäusekörpers (14) ausgerichtet ist.
9. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine
Deckel (16, 18) und der Gehäusekörper (14) aus
unterschiedlichen Materialien bestehen und dass das Material
des Deckels (16, 18) eine höhere Festigkeit als das Material
des Gehäusekörpers (14) hat.
10. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach einem der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (14)
als Strangpreßprofil mit einer durchgehende Ausnehmung (12)
ausgebildet ist und daß die Ausnehmung (12) an beiden Enden
von Deckeln (16, 18) verschlossen ist.
11. Mehrteilig aufgebautes Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die dem Gehäusekörper (14) zugewandte
Stirnfläche des Deckels (16, 18) ballig nach außen bewölbt
ist und dass sich die Wölbung wenigstens in Richtung der
Hochachse Y des Deckels (16, 18) erstreckt.
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