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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Zahnradmotor, insbesondere hydraulischen
Zahnradmotor, mit einem einen Einlass und einen Auslass aufweisenden
Gehäuse,
in dessen Innenraum zwei außenseitig
kämmende
Zahnräder
gelagert sind, von denen ein erstes Zahnrad auf einer Abtriebswelle drehfest
angeordnet ist.
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Die
DE 41 31 159 A1 ,
DE 195 28 631 C2 und
DE 198 49 805 C1 offenbaren
jeweils einen hydraulischen Zahnradmotor mit kämmenden Zahnrädern, deren
Stirnflächen
Gegenflächen
in einem Gehäuse gegenüberstehen,
wobei ein Zahnrad drehfest auf einer Antriebswelle sitzt, der Gleitlager
im Gehäuse
zugeordnet sind. Um bei Druckschwankungen eine Verspannung der Stirnflächen der
Zahnräder
mit den gehäuseseitigen
Gegenflächen
zu vermeiden, sind Nuten in den Stirnflächen zumindest eines Zahnrades und/oder
den Gegenflächen
und/oder umlaufende Nuten im Bereich der Gleitlager der Antriebswelle vorgesehen.
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Im
Weiteren zeigt die
DE
39 31 186 C2 einen Zahnradmotor mit im Außeneingriff
kämmenden Zahnrädern, an
deren Seitenflächen
auf mindestens einer Seite eine axial geringfügig bewegliche Dichtplatte
aus einem starren Werkstoff angeordnet ist, die der Kontur des Innenraums
des Gehäuses
folgt und die durch mindestens ein Druckfeld, das auf der den Zahnrädern abgewandten
Seite der Dichtplatte ausgebildet ist, beaufschlagt und in dichtende
Berührung mit
den Zahnradseitenflächen
bringbar ist, wobei der Druck in einem Druckfeld durch ein elektromagnetisches
Steuerventil veränderbar
ist. Um durch eine Steuerung des Druckfeldes eine Drehzahlregelung vorzunehmen,
ist an der Antriebswelle des Zahnradmotors ein mit dem Steuerventil
gekoppelter Drehzahlsensor angeordnet.
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Derartige
Zahnradmotoren werden in der Regel mit einer hochviskosen Flüssigkeit
betrieben, die druckbeaufschlagt das Innere des Gehäuses durchströmt, um die
beiden kämmenden
Zahnräder, von
denen eines drehfest einer Abtriebswelle zugeordnet ist, anzutreiben.
Als nachteilig erweist sich der Zahnradmotor im Zusammenhang mit
einer relativ niedrigviskosen Flüssigkeit,
wie beispielsweise Wasser, da hierbei beachtliche Dichtigkeits-
und Verschleißprobleme
auftreten. Um Undichtigkeitsverluste zu vermeiden, ist die Einhaltung
geringer Fertigungstoleranzen bei den Zahnrädern und dem Gehäuse erforderlich,
die bei einer Erwärmung
des Zahnmotors zu Reibungsverlusten und damit zur Absenkung des
Wirkungsgrades führen.
Im Weiteren ist es erforderlich, dass die beiden Zahnräder exakt kämmen, da
eine Undichtigkeit zwischen den beiden Zahnrädern zu einem unerwünschten
Druckverlust auf der Einlassseite und zu einem ebenfalls unerwünschten
Druckanstieg auf der Auslassseite führt. Allerdings ist mit dem
exakten Kämmen
der Zahnräder
das Problem der Quetschflüssigkeit
verbunden. Darüber
hinaus wirkt sich die direkt gegenüber liegende Anordnung des
Ein- und Auslasses negativ auf den Wirkungsgrad des Zahnradmotors
aus, da die den Zahnradmotor durchströmende Flüssigkeit zweimal gegen die
entgegenlaufenden Zahnflanken der Zähne der Zahnräder gepresst
und umgelenkt wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Zahnradmotor der eingangs genannten
Art zu schaffen, der bei einem konstruktiv einfachen Aufbau einen
hohen Wirkungsgrad aufweist und zum Betrieb mit niedrigviskosen
Flüssigkeiten
geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Einlass und der Auslass auf derselben Seite des Eingriffsbereichs
der beiden Zahnräder derart
versetzt zueinander angeordnet sind, dass der Einlass der einen
Stirnseite und der Auslass der anderen Stirnseite des ersten Zahnrades
zugeordnet ist und der Einlass sowie der Auslass durch einen Trennsteg
strömungstechnisch
voneinander getrennt sind.
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Unter
dem Eingriffsbereich der beiden Zahnräder ist im Sinne der Erfindung
der Bereich zu verstehen, in dem die beiden Zahnräder ineinander
greifen und kämmen.
Aufgrund der Anordnung des Ein- und Auslasses dreht die Flüssigkeit
bzw. das Fluid die beiden Zahnräder,
insbesondere das erste Zahnrad, um im Wesentlichen eine Umdrehung,
bis es aus dem Gehäuse
strömt.
Die Trennwand verhindert die direkte Überströmung von dem Einlass zu dem
Auslass.
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Zweckmäßigerweise
ist das erste Zahnrad breiter als das zweite Zahnrad bemessen und
die auslassseitigen Stirnseiten beider Zahnräder fluchten miteinander. Demnach
steht das bevorzugt doppelt so breit wie das zweite Zahnrad bemessene
erste Zahnrad im Bereich des Einlasses über das zweite Zahnrad vor und
die einströmende
Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, trifft direkt auf das erste Zahnrad, um es
anzutreiben.
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Zur
zuverlässigen
strömungstechnischen Trennung
des Einlasses von dem Auslass, sind vorzugsweise das erste und das
zweite Zahnrad derart vertikal versetzt zueinander ausgerichtet,
dass sich das zweite Zahnrad in Strömungsrichtung hinter dem ersten
Zahnrad befindet. Vorteilhafterweise liegt der Trennsteg an der
einlassseitigen Stirnseite des zweiten Zahnrades an und erstreckt
sich bis zumindest in eine mit der Unterkante des Einlasses und/oder
Auslasses fluchtende Ebene. In Ausgestaltung greift der Trennsteg
in einen umlaufenden Einstich in den Zähnen des ersten Zahnrades ein.
Die durch den Einlass in das Gehäuse
eintretende Flüssigkeit
wird erst dann über
die gesamte Breite des ersten Zahnrades verteilt, wenn sie den Bereich
des Trennsteges verlassen hat. Das zweite Zahnrad übernimmt
im Wesentlichen die Aufgabe des Auskämmens der Flüssigkeit
aus dem ersten Zahnrad. Der Einstich erstreckt sich insbesondere
bis zum Fußkreisdurchmesser
des Zahnrades und ist in seinem Durchmesser vorzugsweise ca. 1 mm
kleiner als der Fußkreisdurchmesser
des Zahnrades bemessen.
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Zweckmäßigerweise
ist der Trennsteg mit einer ersten Gehäuseplatte, in der der Innenraum
für das
erste Zahnrad ausgebildet ist, verschraubt, wobei in eine zweite
Gehäuseplatte
der Innenraum für das
erste und zweite Zahnrad eingelassen ist. Selbstverständlich ist
die erste Gehäuseplatte
abgedichtet mit der zweiten Gehäuseplatte
verschraubt.
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Um
Strömungsverluste
der Flüssigkeit
möglichst
gering zu halten, ist bevorzugt der Einlass schräg zu dem Trennsteg ver laufend
in die erste Gehäuseplatte
und der Auslass sich schräg
von dem Trennsteg wegerstreckend in die zweite Gehäuseplatte
eingelassen. Sonach gelangt der Flüssigkeitsstrom in der Drehrichtung
des ersten Zahnrades in den Innenraum.
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Nach
einer Weiterbildung ist die einlassseitige Stirnseite des ersten
Zahnrades einem in die erste Gehäuseplatte
eingesetzten Zwischenboden zum Verschließen des Innenraums zugeordnet.
Zweckmäßigerweise
haltert der Zwischenboden Dichtungselemente für die Abtriebswelle, die zum
einem in einem der zweiten Gehäuseplatte
zugeordneten Lager und zum anderen in einem parallel zum Zwischenboden
verlaufenden sowie an der ersten Gehäuseplatte festgelegten Deckel
mit einem Lager geführt
ist. Zwischen dem Zwischenboden und dem Deckel kann ein Leckwasser-Austritt
vorgesehen werden.
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Zur
Erzielung einer relativ hohen Drehzahl sowie eines verhältnismäßig großen Drehmomentes an
der Abtriebswelle ist bevorzugt der Durchmesser des ersten Zahnrades
wesentlich größer als
der des zweiten Zahnrades.
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Damit
bei einer geringen Reibung Strömungsverluste
zwischen der Stirnseite des ersten Zahnrades und den entsprechenden
Flächen
des Innenraums vermieden werden, weist vorzugsweise zumindest das
erste Zahnrad auf seinen Stirnseiten Dichtlippen auf, die abdichtend
gegen die zweite Gehäuseplatte
bzw. den Zwischenboden anliegen. Das zweite Zahnrad kann mit oder
ohne stirnseitige Dichtlippen gefertigt sein. Zweckmäßigerweise
sind die Dichtlippen sternförmig
zueinander ausgerichtet.
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Um
zum einen eine temperaturbedingte Durchmesseränderung aus zugleichen und zum
anderen einen toleranzbedingten Spalt, der zu Strömungsverlusten
am Umfang des Zahnrades führen würde zu vermeiden,
trägt in
weiterer Ausgestaltung zumindest das erste Zahnrad auf seinen Zahnköpfen gegen
die erste bzw. zweite Gehäuseplatte
abdichtende Dichtlippen. Da eine Undichtigkeit im Bereich des zweiten
Zahnrades keinen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Zahnradmotors
entfaltet, sind dort abdichtende Maßnahmen, wie beispielsweise
Dichtlippen, entbehrlich. Zweckmäßigerweise
ist das zweite Zahnrad derart gelagert, dass eine Bildung von Quetschwasser
ausgeschlossen ist. Hierzu kann das zweite Zahnrad beispielsweise
mit geringem Spiel auf einer Achse oder schwimmend gelagert sein.
Entscheidend ist bei der Auswahl der Lagerung des zweiten Zahnrades
insbesondere, dass ein Verkanten bzw. Verklemmen ausgeschlossen
ist. Zur kostengünstigen
und gewichtsmäßig leichten
Herstellung des Zahnradmotors sind die beiden Zahnräder aus
einem Kunststoffmaterial gefertigt. Hierbei sind die Dichtlippen
relativ einfach auszubilden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die
Zahnräder
aus einem metallischen Werkstoff zu fertigen und die Dichtlippen
entweder aus diesem Werkstoff auszuformen oder aus einem anderen
Werkstoff zu fertigen und an das Zahnrad anzubauen, beispielsweise
in entsprechende zahnradseitige Nuten einzusetzen.
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Damit
sich die Flüssigkeit
zuverlässig
von der eingangsseitigen Stirnseite zur ausgangsseitigen Stirnseite
des ersten Zahnrades verteilt, sind vorteilhafterweise in den Innenraum
des Gehäuses
zumindest in dem dem ersten Zahnrad zugeordneten Umfangsbereich
schräg
verlaufende Rillen zur Verteilung der Flüssigkeit von der dem Einlass
zugeordneten Stirnseite zu der dem Auslass zugeordneten Stirnseite
vorgesehen. Die Ril len können
beispielsweise über
ca. ein Drittel des Umfangs verteilt sein, wobei zum Übertritt
der Flüssigkeit
von der Einlassseite zur Auslassseite die Fliehkraft der verwirbelten Flüssigkeit
ausgenutzt wird, was insbesondere durch eine Ausrichtung der Nuten
in einem flachen Winkel zu den Zähnen
begünstigt
ist. Zweckmäßigerweise ist
die Tiefe der Rillen an der einlasseitigen Stirnseite tiefer als
auf der auslassseitigen Stirnseite bemessen und nimmt kontinuierlich
ab.
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Alternativ
zur üblichen
Zahnradform bei einem Zahnradmotor sind die Zahnräder als
Kegelräder
ausgeführt.
Bei der Annordnung von Kegelrädern ist
es nicht erforderlich, Rillen im Innenraum des Gehäuses vorzusehen,
da die Form des Kegelrades in Verbindung mit einer Mindestumfangsgeschwindigkeit
den Transport der Flüssigkeit
von der eingangsseitigen Stirnseite zur ausgangsseitigen Stirnseite bewerkstelligt.
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Vorzugsweise
weist das Gehäuse
im Bereich des Einlasses und/oder Auslasses eine derartige Freimachung
auf, dass die Flüssigkeit
in im Wesentlichen tangential zum ersten Zahnrad ausgerichteter Strömungsrichtung
in das Gehäuse
eintritt bzw. aus dem Gehäuse
austritt.
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Alternativ
wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei einem
Zahnradmotor, insbesondere hydraulischer Zahnradmotor, mit einem
einen Einlass und einen Auslass aufweisenden Gehäuse, in dessen Innenraum ein
auf einer Abtriebswelle drehfest angeordnetes Zahnrad gelagert ist,
dadurch gelöst,
dass der Einlass und der Auslass auf derselben Seite des Zahnrades
derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass der Einlass der
einen Stirnseite und der Auslass der anderen Stirnseite des Zahnra des
zugeordnet ist und der Einlass sowie der Auslass durch einen Trennsteg
strömungstechnisch
voneinander getrennt sind.
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Ist
die Drehzahl des Zahnrades groß genug, um
die Flüssigkeit
durch den Auslass auszutragen, wird kein zweites Zahnrad zum Auskämmen der Flüssigkeit
benötigt.
Selbstverständlich
kann dieser Zahnradmotor bereits erläuterte Gestaltungsmerkmale
des zuvor beschriebenen Zahnradmotors, insbesondere bezüglich der
Ausgestaltung des ersten Zahnrades, des Kegelrades und/oder des
Trennsteges aufweisen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Zahnradmotors,
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2 eine
Schnittdarstellung gemäß der Linie
II-II nach 1 und
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3 eine
Schnittdarstellung gemäß der Linie
III-III nach 1.
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Der
Zahnradmotor umfasst ein Gehäuse 1, das
das im Wesentlichen aus einer ersten Gehäuseplatte 2 und einer
zweiten Gehäuseplatte 3 zusammengesetzt
ist, wobei die beiden Gehäuse platten 2, 3 unter
Zwischenanordnung eines Rundschnur-Dichtringes 4 miteinander
verschraubt sind. Die zweite Gehäuseplatte 3 weist
einen Innenraum 5 auf, dessen Kontur zur Aufnahme eines
ersten Zahnrades 6 und eines zweiten Zahnrades 7 ausgebildet
ist, wobei das erste Zahnrad 6 drehfest auf einer Abtriebswelle 8 angeordnet
ist, deren eines Ende in einem in einer Sackbohrung 9 der
zweiten Gehäuseplatte 3 angeordneten
Lager 10 aufgenommen ist. Im weiteren Verlauf erstreckt
sich die Abtriebswelle 8 durch die erste Gehäuseplatte 2,
in der ein Innenraum 11 für das erste Zahnrad 6 ausgebildet
ist, der mittels eines in eine Aussparung 12 eingesetzten
eine gegen die Abtriebswelle 8 abdichtende zweiteilige
Buchse 13 aufnehmenden Zwischenbodens 14 verschlossen
ist. Die Aussparung 12 ist mittels eines ein Lager 15 für die Abtriebswelle 8 aufnehmenden
Deckels 16 verschlossen und steht über einen Leckwasser-Austritt 17 mit
der Umgebung in Verbindung, wobei der Antriebswelle 8 und
dem Deckel 16 mehrere Dichtungen zugeordnet sind. Darüber hinaus
ist in die erste Gehäuseplatte 2 ein
Einlass 18 und in die zweite Gehäuseplatte 3 ein Auslass 19 für eine die
Zahnräder 6, 7 antreibende
Flüssigkeit
eingearbeitet, wobei der Einlass 18 und der Auslass 19 auf
derselben Seite des Eingriffsbereichs 20 der beiden Zahnräder 6, 7 derart
versetzt zueinander angeordnet sind, dass der Einlass 18 der
einen Stirnseite 21 und der Auslass 19 der anderen
Stirnseite 22 des ersten Zahnrades 6 zugeordnet
ist und der Einlass 18 sowie der Auslass 19 durch
einen Trennsteg 23 strömungstechnisch
voneinander getrennt sind, der an der ersten Gehäuseplatte 2 befestigt
ist und mit deren der zweiten Gehäuseplatte 3 zugeordneten
Fläche
eine Trennebene bildet.
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Das
erste Zahnrad 6 ist breiter und im Durchmesser wesentlich größer als
das zweite Zahnrad 7 bemessen, wobei die beiden Zahnräder 6, 7 derart zueinander
ausgerichtet sind, dass ihre auslassseitigen Stirnseiten 22, 25 miteinander
fluchten. Die einlassseitige Stirnseite 21 des ersten Zahnrades 6 ist dem
Zwischenboden 14 zugeordnet und die einlassseitige Stirnseite 26 des
zweiten Zahnrades 6 befindet sich in der Trennebene zwischen
der ersten und zweiten Gehäuseplatte 2, 3 hinter
dem Trennsteg 23. Vertikal sind das erste und das zweite
Zahnrad 6, 7 derart versetzt zueinander ausgerichtet,
dass sich das zweite Zahnrad 7 in Strömungsrichtung der Flüssigkeit
gesehen hinter dem ersten Zahnrad 6 befindet.
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Der
Trennsteg 23 weist auf seiner dem ersten Zahnrad 6 zugewandten
Längsseite
eine kreisabschnittförmige
Aussparung 24 auf, die in einen umlaufenden Einstich 27 in
den Köpfen
der Zähne
des ersten Zahnrades 6 eingreift, wobei sich die Aussparung 24 im
Bereich der Stirnseiten des Trennsteges 23 bis unter die
Unterkante 28 des Einlasses 18 bzw. Auslasses 19 erstreckt,
die in versetzten horizontalen Ebenen liegen.
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Die
Flüssigkeit
tritt über
den schräg
zu dem Trennsteg 23 verlaufenden Einlass 18 in
den Innenraum 11 der ersten Gehäuseplatte 2 ein und
trifft auf das erste Zahnrad 6, um dieses erste Zahnrad 6 sowie
das schwimmend gelagerte zweite Zahnrad in Rotation zu versetzen.
Im Bereich des Trennsteges 23 ist die Flüssigkeit
nur in dem Innenraum 11 der ersten Gehäuseplatte 2 vorhanden,
da das erste Zahnrad 6 umfangsseitig und stirnseitig gegen
den Innenraum 11 bzw. 5 abgedichtet ist. Erst
nach dem Verlassen des Bereichs des Trennsteges 23 verteilt sich
die Flüssigkeit
begünstigt
durch schräg
verlaufende Rillen dem Innenraum 11 bzw. 5 über die
gesamte Breite des ersten Zahnrades 6. Im Eingriffsbereich 20 des
ersten Zahnrades 6 mit dem zweiten Zahnrad 7 wird
die Flüssigkeit
ausgekämmt
und verlässt über den
sich schräg
von dem Trennsteg 23 wegerstreckenden Auslass 19 den
Innenraum 5 der zweiten gehäuseplatte 3.