DE10103281A1

DE10103281A1 - Gear pump etc. with two meshing gears has die-cast aluminum bearing with cast-in steel sleeve of higher elasticity than rest of bearing

Info

Publication number: DE10103281A1
Application number: DE2001103281
Authority: DE
Inventors: Guido Bredenfeld
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-01

Abstract

The pump gears are born turnable in a housing via bearings (1). At least one of the bearings has increased elasticity within an area, which is subjected to a resultant radial bearing force (FR) during operation of the pump. A component esp. a closed sleeve (2), positioned within that area has higher elasticity than the remainder of the bearing. The bearing is of die-cast aluminum and the sleeve is of steel.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradma schine mit einem Gehäuse und wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehenden, in dem Gehäuse angeordneten Zahnrädern, welche in dem Gehäuse über Lagerkörper drehbar gelagert sind sowie Lagerkörper, welche insbesondere für eine solche Zahnradmaschine vorgesehen sind.The present invention relates to a gear wheel dimension machine with a housing and at least two with each other Meshing gears arranged in the housing, which is rotatably supported in the housing via the bearing body are and bearing bodies, which are especially for such Gear machine are provided.

An derartigen Zahnradmaschinen sind aus der Praxis insbe sondere Zahnradpumpen bekannt, bei denen das Verhalten ei nes volumetrischen Wirkungsgrades in Abhängigkeit von einem Betriebsdruck im wesentlichen durch eine Steifigkeit eines Triebwerkes der Zahnradpumpen bestimmt wird. Die Triebwerke der Zahnradpumpen bestehen aus Lagerkörpern und miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern zum Fördern bzw. zum Ver dichten von Fluiden, wie beispielsweise von Ölen. Such gear machines are particularly useful in practice special gear pumps known in which the behavior egg volumetric efficiency depending on one Operating pressure essentially by a stiffness of a Engine of the gear pumps is determined. The engines the gear pumps consist of bearing bodies and each other engaged gears for conveying or for ver seal fluids such as oils.

Im Betrieb der Zahnradpumpen verformen sich die meist aus Aluminium gefertigten Lagerkörper zunehmend bei steigendem Pumpenbetriebsdruck und den daraus resultierenden Druck kräften. Diese resultierenden Druckkräfte bzw. Radiallager kräfte weisen dabei jeweils eine in Richtung einer Saugsei te der Zahnradpumpe wirkende Kraftkomponente und eine wei tere Kraftkomponente auf, welche in Richtung des zweiten kämmenden Zahnrades wirkt. Darüber hinaus tritt bei den Zahnrädern, welche üblicherweise aus Stahl gefertigt sind, ebenfalls in Abhängigkeit des Pumpenbetriebsdruckes eine Durchbiegung auf.They usually deform when the gear pumps are in operation Aluminum manufactured bearing body increasingly with increasing Pump operating pressure and the resulting pressure forces. The resulting pressure forces or radial bearings Forces each point in the direction of a suction egg te of the gear pump acting force component and a white tere force component, which in the direction of the second meshing gear acts. In addition, the Gears, which are usually made of steel, also depending on the pump operating pressure Deflection on.

Der Lagerverband, welcher jeweils aus einem Zahnrad und ei nem Lagerkörper besteht, erfährt so aufgrund der resultie renden Druckkräfte eine druckabhängige Verlagerung gegen über seiner Ruheposition im drucklosen Zustand. Dabei wer den Zahnköpfe der Zahnräder auf das Gehäuse derart zube wegt, daß ein hydraulisch dichtender Spalt bzw. "Nullspalt" zwischen den Zahnköpfen und dem Gehäuse bei vollem Pumpen betriebsdruck entsteht. Bei bekannten Zahnradpumpen kann ein Verschiebeweg von 0,1 mm bei einem vollen Pumpenbe triebsdruck von 250 bar ausreichend sein, um eine gute Ab dichtung durch eine nahezu vollständige Eliminierung eines Kopfspaltes zu erreichen.The camp association, which each consist of a gear and egg If there is a bearing body, it will experience the result pressure forces against a pressure-dependent shift above its rest position when depressurized. Here who zube the tooth heads of the gears on the housing causes a hydraulically sealing gap or "zero gap" between the tooth tips and the housing when the pump is full operating pressure arises. In known gear pumps can a displacement of 0.1 mm with a full pump load drive pressure of 250 bar should be sufficient to ensure a good sealing by an almost complete elimination of a To reach the head gap.

Die Einstellung dieses Nullspaltes wird bei herkömmlichen Zahnradpumpen werkseitig nach deren Herstellung durch einen Einlaufvorgang derart durchgeführt, daß sich die Zahnköpfe bei einem ersten druckbeaufschlagten Lauf der Zahnradpumpe über eine bestimmte Wegstrecke in das Gehäuse einfräsen. Auf diese Weise stellt sich ein individueller Nullspalt zwischen den Zahnköpfen und dem Gehäuse für den Betriebs punkt "maximaler Pumpenbetriebsdruck" ein.The setting of this zero gap is conventional Gear pumps in the factory after their manufacture by a Running-in process carried out in such a way that the tooth heads when the gear pump runs for the first time under pressure Milling into the housing over a certain distance. This creates an individual zero gap between the tooth heads and the housing for operation point "maximum pump operating pressure".

Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei Vorliegen eines nied rigeren, z. B. des halben maximalen Pumpenbetriebsdruckes zwischen den Zahnköpfen und dem Gehäuse ein gewisser Spalt entsteht, der eine Leckagestelle ausbildet und über den Fördermengenverluste auftreten.The disadvantage, however, is that when a low rigeren, e.g. B. half the maximum pump operating pressure There is a certain gap between the tooth tips and the housing arises, which forms a leak and over the Flow losses occur.

Diese Fördermengenverluste verhalten sich in der dritten Potenz zur Spalthöhe bei nur linearer Abhängigkeit vom Be triebsdruck, wodurch sich ein für Zahnradpumpen bzw. Außen zahnradpumpen typisches Wirkungsgradverhalten ergibt, näm lich gute volumetrische Wirkungsgrade bei niedrigen und ho hen Pumpenbetriebsdrücken und reduzierte volumetrische Wir kungsgrade bei Vorliegen mittlerer Pumpenbetriebsdrucke.These losses in delivery volume behave in the third Potency to the gap height with only a linear dependence on the loading drive pressure, which is a suitable for gear pumps or outside gear pumps give typical efficiency behavior, näm Lich good volumetric efficiencies at low and high pump operating pressures and reduced volumetric We Degree of efficiency when medium pump operating pressures are present.

Aufgrund der durch die vorbeschriebenen Elastizitäten der Bauteile der Zahnradpumpen bedingten, betriebsdruckabhängi gen Verlagerungen ergibt sich der weitere Nachteil, daß durch die druckabhängigen Verlagerungen auch ein Spiel zwi schen den beiden Zahnrädern zueinander beeinflußt wird. Der Einfluß auf dieses Spiel ergibt sich hierbei aus den Kraft komponenten, die jeweils in Richtung von einem auf das an dere Zahnrad wirken.Due to the elasticities of the Components of the gear pumps dependent on the operating pressure gene shifts there is the further disadvantage that due to the pressure-dependent shifts also a game between between the two gears is affected. The Influence on this game results from the force components, each in the direction from one to the other their gear act.

Besonders schwer wiegt dieser Nachteil bei Zahnradpumpen, die nach dem Prinzip der Zweiflanken-Dichtung arbeiten, da diese derart ausgelegt sind, daß bei vollem Pumpenbetriebs druck und einer damit korrespondierenden Vollendverformung der Bauteile der Zahnradpumpe das Flankenspiel zwischen den Verzahnungen sehr gering ist, da damit eine gewünschte Pulsations- und Geräuscharmut erreicht wird. Bei Drücken, welche unter dem vollen Pumpenbetriebsdruck liegen, ist je doch das Zahnflankenspiel zwischen den Verzahnungen der Zahnräder größer, womit die Volumenstrompulsation und die Geräuschemission der Zahnradpumpe wesentlich größer ist.This disadvantage is particularly serious with gear pumps, who work on the principle of double flank sealing, because these are designed such that when the pump is in full operation pressure and a corresponding final deformation of the components of the gear pump the backlash between the Gearing is very low because it is a desired Low pulsation and low noise is achieved. When pressing, which are below the full pump operating pressure is dependent but the backlash between the teeth of the Gears larger, with which the volume flow pulsation and the Noise emission from the gear pump is significantly greater.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Lagerkör per aufgrund der auf sie wirkenden Druckkräfte radial ver formt werden, wodurch bei Vorliegen eines hohen Pumpenbe triebsdruckes Stirnseiten der Lagerkörper konvexe elasti sche Unebenheiten aufweisen, die an dieser sehr sensiblen Stelle in nachteilhafter Weise die Schmierungs- und damit Verschleißeigenschaften negativ beeinflussen.Another disadvantage is the fact that the storage module per due to the radial forces acting on them be formed, which means when there is a high pump loading driving pressure end faces of the bearing body convex elasti bumps that are very sensitive to this Place the lubrication and thus disadvantageously Adversely affect wear properties.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 stellt eine Verbesserung des Standes der Technik dahingehend dar, daß mindestens einer der Lagerkör per wenigstens in einem Bereich, auf den im Betrieb der Zahnradmaschine eine resultierende Radiallagerkraft ein wirkt, ein erhöhtes Elastizitätsmodul aufweist, wodurch ei ner druckabhängigen Verlagerung der Zahnräder gegenüber dem Gehäuse stark entgegengewirkt wird. Somit wird ein uner wünscht großer, in Abhängigkeit des Betriebsdruckes stehen der Verschiebeweg in vorteilhafter Weise wenigstens erheb lich reduziert, und ein Kopfspalt ist nahezu über den ge samten Betriebsbereich der Zahnradmaschine eliminiert. The gear machine according to the invention with the features of Claim 1 represents an improvement in the state of the Technology in that at least one of the storage modules per at least in an area to which the operation of the A resulting radial bearing force acts, has an increased modulus of elasticity, whereby ei ner pressure-dependent displacement of the gears compared to Housing is strongly counteracted. Thus, an un wishes bigger, depending on the operating pressure the displacement in an advantageous manner at least increase reduced, and a head gap is almost over the ge Entire operating range of the gear machine eliminated.

Mit der erfindungsgemäßen zumindest bereichsweisen Verstei fung der Lagerkörper werden die bei aus der Praxis bekann ten Zahnradmaschinen auftretenden Fördermengenverluste, die insbesondere in einem mittleren Betriebsbereich bzw. bei mittleren Betriebsdrücken der Zahnradmaschine auftreten, auf einfache Art und Weise bei geringen Fertigungskosten vermieden.With the reinforcement according to the invention, at least in some areas the bearings are known from practice The loss of delivery rate occurring in gear machines especially in a medium operating range or at medium operating pressures of the gear machine occur, in a simple manner with low manufacturing costs avoided.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Erfindung bei Zahn radpumpen erwiesen. Hier bietet die erhöhte Steifigkeit der Lagerkörper, welche wenigstens in dem Bereich vorgesehen ist, auf welchen eine resultierende Radiallagerkraft ein wirkt, vorteilhafterweise auch eine gewünschte Pulsations- und Geräuscharmut der Zahnradpumpe, da ein Spiel zwischen den im Eingriff stehenden Zahnrädern über den gesamten Be triebsbereich der Zahnradpumpe nahezu gleich gehalten wird.The invention has been found to be particularly advantageous for Zahn wheel pumps proven. Here the increased rigidity of the Bearing body provided at least in the area is, on which a resulting radial bearing force acts, advantageously also a desired pulsation and low noise of the gear pump, since there is a game between the meshing gears over the entire loading drive range of the gear pump is kept almost the same.

Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht nur bei Zahnradpumpen, sondern auch bei anderen Zahnradmaschinen, wie z. B. Zahnradkupplungen, Verwendung finden kann.However, it should be understood that the invention is not limited to Gear pumps, but also with other gear machines, such as B. gear clutches can be used.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge genstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich nung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous refinements of the Ge the invention are the description, the drawing tion and the patent claims.

drawing

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zahnradma schine bzw. des erfindungsgemäßen Lagerkörpers sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschrei bung näher erläutert. Es zeigenTwo embodiments of the Zahnmama invention machine or the bearing body according to the invention are in the Drawing shown and are described in the following exercise explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung, wobei ein Lagerkörper einer Zahnradpumpe mit einem integrierten Bau teil teilweise geschnitten gezeigt ist; und Figure 1 is a schematic, partial representation of a first embodiment of the invention, wherein a bearing body of a gear pump with an integrated construction part is shown partially cut. and

Fig. 2 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung, wobei sich ein in einen Lagerkörper einer Zahnradpumpe integrier tes Bauteil über den gesamten Umfang des Lagerkörpers er streckt. Fig. 2 is a schematic, partial representation of a second embodiment of the invention, wherein an integrated into a bearing body of a gear pump component extends over the entire circumference of the bearing body.

Description of the embodiments

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine schematische Detailansicht eines Lagerkörpers 1 mit einem in dem Lagerkörper 1 integrierten Bauteil 2 dar, wobei der Lagerkörper 1 aus Aluminiumdruckguß und das Bauteil 2 aus Stahl hergestellt ist. Das Bauteil 2 weist aufgrund der Ma terialwahl ein höheres Elastizitätsmodul (E-Modul) als der Lagerkörper 1 auf, wodurch der Lagerkörper in dem Bereich, in welchem das Bauteil 2 angeordnet ist, ein höheres Ela stizitätsmodul aufweist als in dem restlichen Querschnitts bereich.The exemplary embodiment shown in FIG. 1 represents a schematic detailed view of a bearing body 1 with a component 2 integrated in the bearing body 1 , the bearing body 1 being produced from die-cast aluminum and the component 2 from steel. The component 2 has a higher elasticity module (E-module) than the bearing body 1 due to the material selection, whereby the bearing body in the area in which the component 2 is arranged has a higher elasticity module than in the remaining cross-sectional area.

Das Bauteil 2 ist in jenem Bereich des Lagerkörpers 1 ange ordnet, auf welchen eine resultierende Radiallagerkraft, welche in Fig. 1 durch den mit F_R bezeichneten Pfeil ein gezeichnet ist, auf den Lagerkörper 1 einwirkt. Dabei stellt ein mit 3 bezeichneter Raum eine Saugseite der Zahnradpumpe und ein mit 4 bezeichneter Raum eine Hochdrucksei te der Zahnradpumpe dar.The component 2 is arranged in that area of the bearing body 1 , on which a resulting radial bearing force, which is shown in FIG. 1 by the arrow labeled F_R, acts on the bearing body 1 . A space labeled 3 represents a suction side of the gear pump and a space labeled 4 represents a high-pressure side of the gear pump.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 2 in den Lagerkörper 1 eingespritzt und bewirkt durch sein höheres Elastizitätsmodul eine Erhöhung der Steifigkeit im Bereich einer saugseitigen Abstützung des Lagerkörpers zum Gehäuse, wodurch die radialen Verlagerungen eines in dem Lagerkörper 1 drehbar gelagerten, hier nicht näher darge stellten Zahnrades erheblich verringert werden.In the present exemplary embodiment, the component 2 is injected into the bearing body 1 and, due to its higher modulus of elasticity, increases the rigidity in the area of a suction-side support of the bearing body to the housing, as a result of which the radial displacements of a rotatably mounted in the bearing body 1 , not shown here, are presented Gear can be significantly reduced.

Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, ei ne in Abhängigkeit des vorliegenden Anwendungsfalles geeig nete, beliebig andere Materialkombination zwischen dem La gerkörper 1 und dem Bauteil 2 vorzusehen. Um eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls des im Betrieb der Zahnradpumpe mit der resultierenden Radiallagerkraft beaufschlagten Berei ches des Radialkörpers 1 zu erzielen, ist es lediglich er forderlich, daß das Material des Bauteils 2 ein höheres Elastizitätsmodul als das Material des Lagerkörpers 1 auf weist. Vorzugsweise kann die Auswahl der Materialkombinati on auch im Hinblick auf Unterschiede im Verhalten der Wär meausdehnung der beiden Materialien im Verbundlager getrof fen werden, um diese beispielsweise zu einer weiteren Ver steifung des Verbundlagers zu verwenden.Of course, it is within the discretion of the person skilled in the art, depending on the present application, to provide any other material combination between the bearing body 1 and the component 2 . In order to achieve an increase in the modulus of elasticity of the radial body 1 in the operation of the gear pump with the resulting radial bearing force, it is only necessary that the material of the component 2 has a higher modulus of elasticity than the material of the bearing body 1 . Preferably, the selection of the material combination can also be made with regard to differences in the behavior of the thermal expansion of the two materials in the composite bearing, in order to use them, for example, to further stiffen the composite bearing.

Bezug nehmend auf die Fig. 2, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit für funktionsgleiche Bauteile die glei chen Bezugszeichen wie in Fig. 1 Verwendung finden, ist in Alleinstellung der Lagerkörper 1 eines zweiten Ausführungs beispieles dargestellt, der einen sich über den gesamten Umfang des Lagerkörpers 1 erstreckenden Stahlring bzw. eine Hülse aufweist, der eine in dem Lagerkörper 1 vorgesehene Bohrung umschließt. Der Stahlring bzw. das Bauteil 2, wel ches ebenfalls in den Lagerkörper 1 eingespritzt oder auch mit dem Material des Lagerkörpers 1 umspritzt bzw. umgossen ist, ist besonders für Lagerungen von Zahnradpumpen geeig net, deren Hochdruck- und Saugseiten, wie beispielsweise bei einem Reversierbetrieb, wechseln können.With reference to FIG. 2, in which, for reasons of clarity for functionally identical components, the same reference numerals as in FIG. 1 are used, the bearing body 1 of a second embodiment is shown in isolation, one covering the entire circumference of the bearing body 1 extending steel ring or a sleeve which surrounds a bore provided in the bearing body 1 . The steel ring or the component 2 , which is also injected into the bearing body 1 or is also encapsulated or encapsulated with the material of the bearing body 1 , is particularly suitable for bearings of gear pumps whose high-pressure and suction sides, such as in a reversing operation , can switch.

Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, daß anstelle ei nes geschlossenen Stahlringes mehrere Bauteile in einem La gerkörper angeordnet sind, welche sich abschnittsweise über den Umfang des Lagerkörpers erstrecken und vorzugsweise über den Umfang des Lagerkörpers symmetrisch angeordnet sind. Dabei kann deren Anordnung derart gewählt sein, daß die Steifigkeit eines Lagerkörpers den wechselnden Wir krichtungen der resultierenden Radiallagerkraft ausreichend entgegenwirkt.Alternatively, it can be provided that instead of egg nes closed steel ring several components in one La Body are arranged, which overlap in sections extend the circumference of the bearing body and preferably arranged symmetrically over the circumference of the bearing body are. Their arrangement can be chosen such that the rigidity of a bearing body the changing we directions of the resulting radial bearing force are sufficient counteracts.

Weiter besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, den gesamten Lagerkörper aus einem Material zu fertigen, der ein hohes Elastizitätsmodul aufweist. Ein derartiges Mate rial stellt beispielsweise Keramik dar, wobei der Einsatz von Materialien mit einem hohen Elastizitätsmodul dann vor gesehen werden kann, wenn eine spanende Bearbeitung des La gerkörpers nur geringe Fertigungskosten verursacht bzw. eventuell aufgrund hoher Maßhaltigkeit beim Urformen nicht erforderlich wird.Of course, there is also the option of to manufacture the entire bearing body from a material that has a high modulus of elasticity. Such a mate rial represents ceramics, for example, with the use of materials with a high modulus of elasticity can be seen when machining the La body causes only low manufacturing costs or possibly not due to the high dimensional accuracy of the original form is required.

Allen vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist gemein, daß der individuelle Nullspalt zwischen jeweils einem Zahnkopf der Zahnräder und einem Gehäuse der Zahn radpumpe bzw. der Außenzahnradpumpe, welcher sich bei einem Einlaufvorgang einer mit den beschriebenen versteiften La gerkörpern versehenen Zahnradpumpe einstellt, über den ge samten Betriebsdruck der Außenzahnradpumpe wenigstens nahe zu konstant bleibt.All of the above-described embodiments of the invention common that the individual zero gap between one Tooth head of the gears and a housing of the tooth wheel pump or the external gear pump, which is at a Running-in of a stiffened La with the described body-provided gear pump sets the ge entire operating pressure of the external gear pump at least close remains too constant.

Damit wird erreicht, daß eine erfindungsgemäß ausgestattete Außenzahnradpumpe zum einen nur geringe Fördermengenverlu ste aufweist und zum anderen eine Volumenstrompulsation so wie eine Geräuschemission aufgrund eines wenigstens annä hernd konstanten Spiels zwischen den in Eingriff stehenden Zahnrädern gering gehalten wird.This ensures that an equipped according to the invention External gear pump, on the one hand, only a small loss of delivery and has a volume flow pulsation like a noise emission due to at least approx herd constant game between the engaged Gears is kept low.

Claims

1. Gear machine with a housing and at least two intermeshing, in the housing arranged gears, which are rotatably mounted in the housing via bearing body ( 1 ), characterized in that at least one of the bearing body ( 1 ) at least in one Area on which a resulting radial bearing force (F_R) acts during operation of the gear machine has an increased elastic modulus.

2. Gear machine according to claim 1, characterized in that it is designed as a gear pump.

3. Bearing body of a gear machine, especially one Gear machine according to claim 1 or 2, characterized records that he is at least in an area on the Operation of the gear machine a resulting Radialla force (F_R) acts, each with an increased elasticity has module.

4. Bearing body according to claim 3, characterized in that at least in the resulting radial bearing force (F_R) loaded area of the bearing body ( 1 ) a component ( 2 ) is arranged, the modulus of elasticity is higher than the elasticity module of the rest of the Lagerkör pers ( 1 )

5. Bearing body according to claim 3 or 4, characterized in that in each case a plurality of components ( 2 ) in the bearing body ( 1 ) are arranged, which extend at least in sections over the circumference of the bearing body ( 1 ).

6. Bearing body according to claim 4 or 5, characterized in that the component ( 2 ) forms out as a closed sleeve.

7. Bearing body according to one of claims 3 to 6, characterized characterized in that it is made of die-cast aluminum is.

8. Bearing body according to one of claims 4 to 7, characterized in that the component ( 2 ) consists of steel.

9. Bearing body according to one of claims 4 to 8, characterized in that the at least one component ( 2 ) in the bearing body ( 1 ) is injection molded or encapsulated.