DE10118055A1 - Hydraulische Arbeitsmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine hydraulische Arbeitsmaschine, insbesondere eine Zahnradpumpe, ein Zahnradmotor oder dergleichen, vorgeschlagen, umfassend mindestens einen Dichtungszug, der in einer Dichtungsnut (12) angeordnet ist, wobei zwischen der Wandung der Dichtungsnut (12) und dem Dichtungszug (13) mindestens ein Druckraum (16, 17) liegt. Der Dichtungszug weist zur Erhöhung der Dichtwirkung mindestens eine Aussparung (18) auf (Figur 3).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer hydraulischen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Zahnradpumpe, einem Zahnradmotor oder dergleichen, nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.

Eine derartige hydraulische Arbeitsmaschine ist aus der Praxis bekannt und kann beispielsweise in Form einer Zahn­ radmaschine wie einer Zahnradpumpe ausgebildet sein, die entweder einsinnig oder reversierbar betreibbar sein kann. Eine einsinnig betreibbare Zahnradmaschine ist für einen Betrieb mit einer bestimmten Dreh- und Druckrichtung ausge­ legt. Hingegen ist eine reversierbar betreibbare Zahnradma­ schine derart ausgelegt, daß ein Wechsel der Druckseiten bzw. der Drehrichtungen möglich ist.

Eine aus der Praxis bekannte Zahnradmaschine besteht im we­ sentlichen aus einem Gehäuse, in dem ein in vier Lagerbuch­ sen gelagertes Zahnradpaar angeordnet ist, von denen eines über eine Antriebs- bzw. Abtriebswelle, welche einen Gehäu­ sedeckel durchgreift, mit einem anzutreibenden Bauteil bzw. einer Antriebseinheit verbunden werden kann. Aufgrund des Druckgefälles zwischen einem Hochdruckbereich und einem Niederdruckbereich der Zahnradmaschine wirkt auf die Lager­ buchsen bzw. auf die Lagerkörper eine Kraft, mit welcher die Lagerkörper in axialer Richtung dichtend gegen die Zahnräder gepreßt werden.

Zur Abdichtung eines Hochdruckraums gegenüber einem Nieder­ druckraum weist die Zahnradmaschine eine Axialfelddichtung auf. Die Axialfelddichtung begrenzt eine definierte, druck­ beaufschlagte Fläche einer Lagerbrille, welche jeweils von zwei Lagerbuchsen bzw. deren Stirnseiten gebildet ist. Die Axialfelddichtung ist hierbei in eine Nut der Lagerbrille eingelegt und zwischen der Lagerbrille und einem an diese angrenzenden Bauteil, z. B. dem Gehäusedeckel, angeordnet.

Bei einer einsinnigen Zahnradmaschine erfolgt die mittels der Axialfelddichtung gewährleistete Dichtung stets in der­ selben Richtung, nämlich ausgehend von der Hochdruckseite gegen die Niederdruckseite der Zahnradmaschine. Hingegen können bei einer reversierbaren Zahnradmaschine die Hoch­ druckseite und die Niederdruckseite vertauscht werden.

Die relativ weiche Axialfelddichtung wird aufgrund des Druckgefälles im Betrieb der Zahnradmaschine an die nieder­ druckseitige Nutwand gedrückt, wobei die Dichtung ein gewisses Spiel zur hochdruckseitigen Nutwand hat und so ein Druckraum vorliegt, über den eine Druckölversorgung der Axialfelddichtung sichergestellt ist. Der Druckraum be­ wirkt, daß der Dichtungszug zum einen an die lateralen Wan­ dungen und zum anderen an das an die Lagerbrille angrenzen­ de Bauteil angepreßt wird. Die Dichtwirkung im Bereich der Nutwandung ist dabei jedoch relativ unbestimmt.

An der dem angrenzenden Bauteil zugewandten Seite weist die Axialfelddichtung üblicherweise ein Stützelement auf, wel­ ches bei einer einsinnigen Zahnradmaschine in der Regel im wesentlichen L-förmig und bei einer reversierbaren Zahnrad­ maschine im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Das Stützelement, das aus einem relativ steifen Material herge­ stellt ist, dient dazu, daß der Dichtungszug beim Betrieb der Zahnradmaschine nicht in den niederdruckseitigen Spalt zwischen der Lagerbrille und dem angrenzenden Bauteil ein­ wandert.

Trotz Einsatz des Stützelements, dessen seitliche und stirnseitige Begrenzungsflächen eben ausgebildet sind, kommt es bisher oftmals zu Fehlfunktionen, bei denen sich der Druck im Dichtspalt unzulässig ausbreitet, und die Dichtwirkung des Dichtungszuges genügt damit nicht den ge­ stellten Anforderungen.

Vorteile der Erfindung

Die hydraulische Arbeitsmaschine nach der Erfindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welcher der Dichtungszug zur Erhöhung der Dichtwirkung min­ destens eine Aussparung hat, hat demgegenüber den Vorteil, daß aufgrund der mindestens einen Aussparung die über den Druckraum auf den Dichtungszug wirkenden Kräfte definiert in den Dichtungszug eingeleitet bzw. abgebaut werden kön­ nen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der hydraulischen Arbeitsmaschine nach der Erfindung schließt sich die Aus­ sparung an den Druckraum an.

Bei einer solchen Aussparung, die vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Dichtebene in den Dichtungszug ein­ gebracht ist, liegt beim Betrieb der Arbeitsmaschine ein definiertes Druckfeld innerhalb der Aussparung und des an diese angrenzenden Druckraums vor, wobei das innerhalb der Aussparung bzw. des Druckraumes wirkende Druckfeld stets größer als das von außen auf den Dichtungszug wirkende Druckfeld ist. Dadurch, daß sich die Aussparung in Richtung der Dichtebene erstreckt, entsteht bei Beaufschlagung des Druckraums und damit der Aussparung mit Drucköl eine zu­ sätzliche Kraft, welche nach außen in Richtung der latera­ len Nutwandungen gerichtet ist. Diese auf den Dichtungszug wirkende Kraft führt gegenüber dem Stand der Technik zu ei­ ner verbesserten Dichtwirkung des Dichtungszuges.

Es ist natürlich auch denkbar, daß der Druckraum äußerst klein ausgebildet ist und die sich an den Druckraum an­ schließende Aussparung den Druckraum im wesentlichen mitum­ faßt.

Zweckmäßig hat eine Aussparung, die sich an den Druckraum anschließt, eine im wesentlichen parallel zur Dichtungsnut verlaufende Erstreckungsrichtung. Dies bewirkt, daß der Dichtungszug, wenn die Aussparung über die gesamte Länge des Dichtungszuges ausgebildet ist, im Betrieb der hydrau­ lischen Arbeitsmaschine über seine gesamte Länge im wesent­ lichen den gleichen Druckölkräften ausgesetzt ist.

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann, wenn der Dichtungszug an der Stirnseite ein Stützelement aufweist, die Aussparung in das Stützelement eingebracht sein. Eine derartige Aussparung, die zweckmäßig auf der ab­ zudichtenden Seite des Dichtungszuges angeordnet ist, führt zu einem definierten und gezielt raschen Druckabbau im Ab­ dichtbereich.

Die Aussparung des Stützelementes kann an einer seitlichen Begrenzungskante des Stützelements angeordnet sein, welche der Niederdruckseite zugewandt ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind derart angeordnete Aus­ sparungen über die gesamte Längserstreckung des Dichtungs­ zuges regelmäßig verteilt. Zwischen den Aussparungen verbleiben bei dieser Ausführungsform sogenannte Stützstel­ len bzw. Stützstege, welche die Abstützung des Stützele­ ments an der angrenzenden Nutwandung gegen die auf den Dichtungszug und damit auf das Stützelement wirkenden Kräf­ te gewährleisten. Solche Aussparungen auf der abzudichten­ den Seite führen zu kleineren Druckfeldern auf der Abdicht­ seite und damit zu größeren Anpreßkräften.

Die Aussparungen, deren Ebene vorzugsweise im wesentlichen rechtwinklig zur Dichtebene und parallel zur Nutwandung ausgebildet ist, haben vorteilhafterweise eine geringe Tie­ fe, so daß sich das Stützelement bei Einwirkung eines Drucks nur wenig verformt.

Durch den mittels der Aussparungen des Stützelements erhöh­ ten Anpreßdruck des Stützelements verbessert sich die Dichtwirkung des Dichtungszuges deutlich. Dies führt wie­ derum gegenüber dem Stand der Technik zu geringeren Lecköl­ mengen, was zu einem höheren Wirkungsgrad der hydraulischen Arbeitsmaschine sowie einer geringeren Systemerwärmung führt.

Herstellungstechnisch läßt sich ein Dichtungszug gemäß der Erfindung leicht realisieren, indem am Druckgußwerkzeug für das Stützelement korrespondierend zu den Ausnehmungen in dem Stützelement ausgebildete Vorsprünge angeformt werden.

Es versteht sich, daß bei einem Dichtungszug der hydrauli­ schen Arbeitsmaschine nach der Erfindung sowohl Ausnehmun­ gen an dem Stützelement als auch eine Ausnehmung, die sich an den Druckraum anschließt, ausgebildet sein können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge­ genstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich­ nung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Vier Ausführungsbeispiele einer hydraulischen Arbeitsma­ schine nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der folgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer reversierbaren Zahnradmaschine im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht gemäß dem Aus­ schnitt III in Fig. 1,

Fig. 4 einen alternativen Dichtungszug in einer der Fig. 3 entsprechenden Darstellung,

Fig. 5 einen vereinfachten Querschnitt durch eine einsin­ nige hydraulische Arbeitsmaschine in einer der Fig. 2 ent­ sprechenden Darstellung,

Fig. 6 einen Dichtungszug im Querschnitt bei einer einsinnig arbeitenden hydraulischen Arbeitsmaschine in ei­ ner der Fig. 3 entsprechenden Darstellung, und

Fig. 7 eine alternative Ausführungsform eines Dichtungs­ zuges bei einer einsinnig arbeitenden hydraulischen Ar­ beitsmaschine im Querschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine als reversierbare Zahnradmaschine 1 ausgebildete hydraulische Arbeitsmaschine dargestellt, die ein Maschinengehäuse 2 aufweist, welches mittels einer Bo­ denplatte 3 und einer Deckelplatte 4 verschlossen ist.

Die Deckelplatte 4 der Zahnradmaschine 1 ist von einer An­ triebswelle 5 durchgriffen, auf welcher ein erstes Zahnrad 6 drehfest angeordnet ist.

Das erste Zahnrad 6 steht mit einem zweiten Zahnrad 7 in Eingriff, welches auf einer Achse 8 drehfest angeordnet ist. Die Antriebswelle 5 ist jeweils in zwei Lagerkörpern 9A, 9B und die Achse 8 ist jeweils in zwei Lagerkörpern 10A, 10B drehbar gelagert. Die Lagerkörper 9A und 10A sowie die Lagerkörper 9B bzw. 10B sind jeweils über einen Bolzen 11A bzw. 11B miteinander verbunden und bilden so jeweils eine Lagerbrille.

Dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch die Zahnrad­ maschine 1 ist zu entnehmen, daß an den der Bodenplatte 3 zugewandten Stirnseiten der eine Lagerbrille bildenden La­ gerkörper 9A und 10A eine Nut 12 ausgebildet ist, in wel­ cher ein als Axialfelddichtung dienender Dichtungszug 13 angeordnet ist.

Wie dem in Fig. 3 vergrößert dargestellten Querschnitt durch den Bereich III in Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht der Dichtungszug 13 der Zahnradmaschine 1 aus einem Dicht­ element 14, auf dessen der Bodenplatte 3 zugewandten Stirn­ seite ein im wesentlichen U-förmiges Stützelement 15 ange­ ordnet ist, das sich mit seinen Schenkeln an den Wandungen der in den Lagerkörper 10A eingebrachten Nut 12 abstützt.

Zwischen dem Dichtelement 14 und der Wandung der Nut 12 sind zwei Druckräume 16 und 17 ausgebildet, mittels welcher der Dichtungszug 13 beim Betrieb der Zahnradmaschine 1 druckbeaufschlagt ist. Das Dichtelement 14 ist im Quer­ schnitt derart an das Stützelement 15 angepaßt, daß das Dichtelement 14 und das Stützelement 15 bei Druckbeauf­ schlagung des Dichtungszuges 13 über die Druckräume 16 und 17 an ihre angrenzenden Dichtflächen, d. h. den Boden 3 und die beiden Seitenwandungen der Nut 12, gedrückt sind.

Das Stützelement 15 hat im Querschnitt beidseits entlang seiner Erstreckung in der Nut 12 regelmäßig verteilt ange­ ordnete Ausnehmungen 18, zwischen denen in der Fig. 2 er­ sichtliche sogenannte Stützstege bzw. Stützstellen 19 aus­ gebildet sind, über die sich das Stützelement 15 an den la­ teralen Wandungen der Nut 12 abstützt.

Die Ausnehmungen 18 gewährleisten einen gezielten Druckab­ bau und eine hohe Dichtwirkung der Axialfelddichtung 13. Des weiteren führen die Ausnehmungen 18 zu kleinen Druck­ feldern auf der jeweiligen Abdichtseite und zu großen An­ preßkräften.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Axi­ alfelddichtung 20 dargestellt. Die Axialfelddichtung 20, die ebenfalls zum Einsatz bei einer reversierbaren Zahnrad­ maschine ausgebildet ist, weist ein Dichtungselement 21 so­ wie ein an der der Bodenplatte 3 zugewandten Stirnseite des Dichtungselements 21 angeordnetes, im wesentlichen U-förmig ausgebildetes Stützelement 22 auf.

In dem Dichtelement 21 sind an der den Druckräumen 16 und 17 zugewandten Seite nutartige, in Richtung der Bodenplatte 3 weisende Aussparungen 23 und 24 ausgebildet, die sich je­ weils über die gesamte Länge des Dichtungszuges 20 erstrec­ ken. Die nutartigen Aussparungen 23 und 24, die sich an die Druckräume 16 und 17 anschließen, bewirken, daß der in den Druckräumen 16 und 17 herrschende Druck eine laterale Komponente auf das Dichtelement 21 und das Stützelement 22 ausübt, so daß ein hoher Anpreßdruck in Richtung der late­ ralen Wandungen der Nut 12 wirkt, was wiederum zu einer ho­ hen Dichtwirkung des Dichtzuges 20 führt.

In Fig. 5 ist schematisiert eine einsinnig arbeitende Zahnradpumpe 30 im Querschnitt dargestellt, wobei aus Grün­ den der Übersichtlichkeit für funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gewählt wurden. Entsprechend der oben beschriebenen Zahnradmaschine nach Fig. 1 weist die Zahnradpumpe 30 ebenfalls eine Axialfelddichtung 31 auf, welche einen Nie­ derdruckraum gegen einen Hochdruckraum dichtet und in einer Nut 37 angeordnet ist.

Der Aufbau der Axialfelddichtung 31 ist in Fig. 6 im Quer­ schnitt näher dargestellt. Sie weist ein gummiartiges Dichtelement 32 auf, an dessen Stirnseite ein im Quer­ schnitt im wesentlichen L-förmiges Stützelement 33 ausge­ bildet ist. Das Stützelement 33 hat eine höhere Steifigkeit als das gummiartige Dichtelement 32. Im Bereich des Bodens der Nut 37 ist zwischen dem Dichtelement 32 und der Wandung der Nut 37 ein Druckraum 36 ausgebildet. An der seitlichen Begrenzungsfläche des Stützelements 33 sind Ausnehmungen 34 ausgebildet, welche durch Stege 35 voneinander getrennt sind. Die Wirkung der Ausnehmungen 34, die auf der Dicht­ seite der Axialfelddichtung 31 angeordnet sind, entspricht derjenigen der Ausnehmungen der Axialfelddichtung nach Fig. 3.

In Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform einer Axi­ alfelddichtung 40 bei einer einsinnigen Zahnradpumpe darge­ stellt. Entsprechend der in Fig. 6 dargestellten Ausfüh­ rungsform weist die Axialfelddichtung 40 ein Dichtelement 41 und ein Stützelement 42 auf. Zwischen dem Boden der Nut 37 und dem Dichtelement 41 ist ein Druckraum 43 ausgebil­ det. Der Druckraum 43 mündet in eine nutartige Ausnehmung 44 des Dichtelements 41, welche an der dem Deckel 3 abge­ wandten Seite der Axialfelddichtung 40 ausgebildet ist. Die Wirkung der Ausnehmung 44 entspricht derjenigen der Ausneh­ mungen 23 und 24 bei der Ausführungsform nach Fig. 4.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr ist die Erfindung generell auf alle Feldabdichtungen mit Stützele­ ment bei hydraulischen Maschinen oder auch auf entsprechend ausgebildete Dichtsysteme von Flügelzellenpumpen oder In­ nenzahnradpumpen übertragbar.

Claims (6)

1. Hydraulische Arbeitsmaschine, insbesondere eine Zahnrad­ pumpe, ein Zahnradmotor oder dergleichen, umfassend min­ destens einen Dichtungszug (13; 20; 31; 40), der in ei­ ner Dichtungsnut (12; 37) angeordnet ist, wobei zwischen der Wandung der Dichtungsnut (12; 37) und dem Dichtungs­ zug (13; 20; 31; 40) mindestens ein Druckraum (16, 17; 43) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungszug (13; 20; 31; 40) zur Erhöhung der Dichtwirkung minde­ stens eine Aussparung (18; 23, 24; 34; 44) aufweist.

2. Hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aussparung (23, 24; 44) an den Druckraum (16, 17; 44) anschließt.

3. Hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aussparung (23, 24; 44) eine im wesentlichen parallel zur Dichtungsnut (12) ver­ laufende Erstreckungsrichtung aufweist.

4. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungszug (13; 31) an einer Stirnseite ein Stützelement (15; 33) auf­ weist, und daß die Aussparung (18; 34) in das Stützele­ ment (15; 33) eingebracht ist.

5. Hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer seitlichen Begrenzungskante des Stützelements mehrere Aussparungen (18; 34) über die Längserstreckung des Dichtungszuges (13; 31) im wesent­ lichen regelmäßig verteilt angeordnet sind.

6. Hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (18; 34) im wesent­ lichen rechtwinklig zur Dichtebene und parallel zu einer seitlichen Wandung der Dichtungsnut (12; 37) ausgebildet sind.