DE10011708A1 - Mehrteilig aufgebautes Gehäuse - Google Patents

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

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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.