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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Zahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Zahnradmaschinen,
beispielsweise Außenzahnradpumpen
oder Außenzahnradmotoren,
werden vor allem in der Mobilhydraulik zur Erzeugung oder Wandlung
hydraulischer Energie eingesetzt. Hauptgrund hierfür ist ihr
einfacher Aufbau, der einerseits zu guten Wirkungsgraden und einer
hohen Betriebssicherheit selbst bei schwierigen Einsatzbedingungen
führt und
andererseits eine kostengünstige Herstellung
erlaubt. Ein weiterer Vorteil der Zahnradmaschinen liegt darin,
dass diese bei geringem Bauraum- und Gewichtsbedarf in einem vergleichsweise großen Drehzahl-,
Temperatur- und Viskositätsbereich
einsetzbar sind.
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Aus
der
DE 101 04 621
A1 ist beispielsweise eine hydraulische Außenzahnradmaschinen
bekannt, die ein Gehäuse
besitzt, das einen Innenraum aufweist, der von zwei am Gehäuse befestigten
Deckeln begrenzt ist. In dem Innenraum ist eine Zahnradanordnung
mit einem ersten und einem zweiten Zahnrad angeordnet, die im Außeneingriff
miteinander kämmen.
Das erste Zahnrad ist auf einer Welle befestigt, die auf einer An-/Abtriebsseite
nach außen geführt und über einen
innenliegenden Wellendichtring abgedichtet ist. Das zweite Zahnrad
ist auf einer Achse befestigt. Welle und Achse werden über Lagerbuchsen
in gegenüberliegend
in dem Innenraum des Gehäuses
paarweise angeordneten Lagerkörpern
gelagert. Die Lagerkörper
sind jeweils mit einer Abflachung versehen, über diese in Anlage gebracht und
mittels Stiften zentriert. Die radiale Abdichtung der Zahnräder erfolgt
bei derartigen Zahnradmaschinen druckabhängig, indem der Betriebsdruck
auf der Hochdruckseite in Umfangsrichtung über einen sich zwischen den
Zahnrädern
bildenden sichelförmigen Spalt
auf die beiden Zahnräder
wirkt und die Achse und die Welle der Zahnräder mit einer druckabhängigen Betriebskraft
in die Lagerbuchsen drückt.
Während
der ersten Inbetriebnahme der Zahnradmaschine erfolgt ein definiertes
Einlaufen der Zahnköpfe
im Gehäuse,
wobei die Zahnräder
Material von der Gehäuseinnenwandung
abtragen, so dass Dichtzonen mit einem optimalen Dichtspalt entstehen.
Die beim Einlaufen entstehenden Späne werden kontrolliert mit
dem Druckmittelstrom abgeführt.
Die axiale Abdichtung der Zahnräder
erfolgt ebenfalls druckabhängig,
indem jeweils die Außenseiten
der auf der An-/Abtriebsseite angeordneten und der auf der gegenüber liegenden
Seite angeordneten Lagerkörper mit
Druck beaufschlagt werden, so dass die Lagerkörper definierte Anpresskräfte in axialer
Richtung auf die Seitenflächen
der Zahnräder
ausüben,
d.h. die Lagerkörper
werden abdichtend auf beiden Seiten der Zahnräder gegen die Seitenflächen der
Zahnräder
gedrückt,
um dort den Dichtspalt druckabhängig
möglichst
klein zu halten (Axialspaltkompensation). Hierzu sind die Lagerkörper axial
verschiebbar auf der Welle und Achse gelagert und weisen eine gegenüber dem
Gehäuse
verringerte Axiallänge
auf, so dass sie mit Axialspiel in dem Innenraum aufgenommen sind.
Die Lagerkörper
besitzen auf ihren Außenseiten
jeweils Axialdruckfelder, die durch abschnittsweise in Nuten der
Lagerkörper
und des Gehäuses
eingelegte Axialfelddichtungen und diesen zugeordnete Stützelemente
begrenzt sind. Der Druck wirkt auf die Lagerkörper in den genau begrenzten Axialdruckfeldern
entgegen den inneren hydraulischen Kräften, wobei die äußere an
den Lagerkörpern
wirkende Kraft geringfügig
größer sein
muss als die Kraft, die von innen auf die Lagerkörper wirkt. Außerhalb
der Axialfelddichtungen ist jeweils ein Dichtring vorgesehen, der
das Gehäuse
nach außen
hin abdichtet.
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Nachteilig
bei derartigen Zahnradmaschinen ist, dass Zentrierstifte zur Lagepositionierung
der Lagerkörper
erforderlich sind und es bei schlecht zueinander zentrierten Lagerkörpern zu
einem stufenförmigen
Versatz zwischen den lagerkörperseitigen
Auflageflächen
der Axialfelddichtung kommen kann, so dass sich ein Leckagespalt
zwischen der Axialfelddichtung und den Lagerkörpern ausbildet, der zu einer
ungewünschten
Druckmittelleckage vom Hoch- zum Niederdruckbereich und dadurch
zu einem verschlechterten volumetrischen Wirkungsgrad der Zahnradmaschine
führt.
Des Weiteren kann ein stufenförmiger
Versatz zu einem frühzeitigen
Verschleiß der
Axialfelddichtung und des Stützelements
führen.
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Zur
Verbesserung der Dichtwirkung ist es aus der
DD 218 412 A1 bekannt, die
Lagerkörper
als einteilige Lagerbrille auszubilden, wobei die Axialfeld- und
Gehäusedichtungen
jeweils in eine an der Innenseite des Gehäusedeckels vorgesehene Nut eingebracht
sind, die bereits beim Druckgießen
der Deckel ausgebildet werden. Es hat sich gezeigt, dass derartige
einteilige Lagerbrillen aufgrund ihrer komplexen Geometrie fertigungstechnisch
aufwändig sind.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Zahnradmaschine zu
schaffen, bei der die hydraulischen Verluste bei minimalem vorrichtungstechnischen
Aufwand minimiert sind.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Zahnradmaschine mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße hydraulische
Zahnradmaschine hat ein stirnseitig von zumindest einem Deckel abgedichtetes
Gehäuse,
in dessen Innenraum mindestens eine Zahnradanordnung mit einem ersten
und einem zweiten Zahnrad angeordnet ist, die im Außeneingriff
miteinander kämmen
und beidseitig in Lagerkörpern
gelagert sind, wobei zwischen jeweils zwei in Radialrichtung benachbarten
Lagerkörpern
ein Dichtspalt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß hat jeweils einer der Lagerkörper einen
im Wesentlichen rotationssymmetrischen Grundkörper, wobei der benachbarte
Lagerkörper
im Bereich des Dichtspalts eine zumindest abschnittsweise an eine Außenumfangsfläche des
ersten Lagerkörpers
angepasste Ausnehmung aufweist. Bei dieser Lösung sind die Lagerkörper zweiteilig
mit einem der Welle und einem der Achse zugeordneten Lagerteil ausgebildet,
wobei der erste Lagerkörper
insbesondere als einfaches Drehteil, ohne Fräsbearbeitung, ausgeführt ist.
Der zweite Lagerkörper
hat eine zumindest abschnittsweise an die Außenumfangsfläche des ersten
Lagerkörpers
angepasste Ausnehmung. Dadurch kann gegenüber dem Stand der Technik gemäß der
DE 101 04 621 A1 auf
eine Zentrierung der Lagerkörper
zueinander mittels Stiften verzichtet werden. Eine Querverschiebung
der Lagerkörper
gegeneinander ist durch die an die Außenumfangsfläche des
rotationssymmetrischen Lagerkörpers
angepasste Ausnehmung des zweiten Lagerkörpers verhindert, so dass die
hydraulischen Verluste der Zahnradmaschine bei minimalem vorrichtungstechnischen
Aufwand minimiert sind und ein verbesserter volumetrischer Wirkungsgrad
erreicht wird.
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Gemäß einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Ausnehmung zumindest abschnittsweise konkav
ausgebildet. Vorzugsweise entspricht der Krümmungsradius der Ausnehmung
im Wesentlichen dem Außenradius
des ersten Lagerkörpers.
Vorteilhaft bei dieser Lösung ist,
dass ein Verdrehen der Lagerkörper
den Achsabstand der Zahnräder
nicht beeinflusst.
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Eine
fertigungstechnisch besonders einfache Herstellung der Zahnradmaschine
wird erreicht, wenn die Axialfelddichtungen in einer Nut des Deckels
angeordnet sind. Dadurch können
die Nuten bereits beim Druckgießen
der Deckel gefertigt werden und müssen nicht aufwändig durch
ein Spanverfahren in die Lagerkörper
eingebracht werden. Die Ausbildung der Nuten ist dadurch weitgehend
kostenneutral.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird das zu fördernde
Medium in Zahnlücken der
Zahnräder
von einer Niederdruckseite zu einer Hochdruckseite gefördert, wobei
zumindest eine stirnseitige Ausnehmung, beispielsweise eine 3 bis
4 mm tiefe Tasche, in mindestens einem der Lagerkörper vorgesehen
ist, mittels der eine hydraulische Umsteuerung des Fördermediums
in Richtung der Hochdruckseite der Zahnradmaschine erreicht und
eine Quetschölbildung
verhindert wird. Unterschiedliche Umsteuerungen können durch
variieren lediglich eines der Lagerkörper erreicht werden. Vorzugsweise werden
zwei Ausnehmungen in dem zweiten Lagerkörper im Bereich der konkaven
Ausnehmung, d.h. im Bereich der Zahnflanken der Zahnräder derart ausgebildet,
dass diese benachbart des Bereichs maximalen Eingriffs der Zahnräder angeordnet
und zur Seite hin offen sind, wobei eine Tasche auf der jeweiligen
Hochdruckseite und die andere Tasche auf der jeweiligen Niederdruckseite
der Zahnradmaschine ausgebildet ist.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen, als
Außenzahnradpumpe
ausgeführten Zahnradmaschine
und
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2 eine
dreidimensionale Darstellung eines der Lagerkörperpaare aus 1.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße, als
Außenzahnradpumpe
ausgeführte
Zahnradmaschine 1 mit einem Gehäuse 2, das einen Innenraum 4 aufweist,
der von zwei am Gehäuse 2 befestigten
Deckeln 6, 8 begrenzt ist. Im Innenraum 4 des
Gehäuses 2 ist
eine Zahnradanordnung 10 angeordnet, die zwei im Außeneingriff
miteinander kämmende
Zahnräder 12, 14 aufweist.
Das Zahnrad 12 ist mit einer Antriebswelle 16 drehfest
verbunden und über
diese im Gehäuse 2 gelagert.
Die Antriebswelle 16 ist auf einer Antriebsseite 18 durch
den als Lagerdeckel ausgeführten
Deckel 6 nach außen
geführt
und über einen
Wellendichtring 20 abgedichtet, der einen Wellendichtraum 22 begrenzt.
Das zweite Zahnrad 14 ist mit einer Lagerachse 24 drehfest
verbunden. Die Zahnräder 12, 14 sind über die
Antriebswelle 16 bzw. die Lagerachse 24 in gegenüberliegend
in dem Innenraum des Gehäuses 2 angeordneten
Lagerkörpern 26, 28 in
Lageraugen 30, 32 gelagert. Die Lagerkörper 26, 28 bilden
jeweils ein Lagerkörperpaar 34,
wobei zwischen den in Radialrichtung benachbarten Lagerkörpern 26, 28 ein
Dichtspalt 33 ausgebildet ist.
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Bei
einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Lageraugen 30, 32 zur Verringerung der
Lagerreibung und Verbesserung der Notlaufeigenschaften jeweils mit
einer Gleitlagerbuchse versehen.
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Die
radiale Abdichtung der Zahnräder 12, 14 der
Außenzahnradpumpe 1 erfolgt
druckabhängig. Der
Betriebsdruck auf der Hochdruckseite wirkt in Umfangsrichtung über einen
sich zwischen den Zahnrädern 12, 14 bildenden
sichelförmigen
Spalt auf die beiden Zahnräder 12, 14 und
drückt
die Achse 24 und die Welle 16 mit einer druckabhängigen Betriebskraft
in die Lagerkörper 26, 28 und
die Zahnräder 12, 14 gegen
die Niederdruckseite des Gehäuses 2,
so dass beim ersten Betrieb der Zahnradpumpe 1 ein definiertes
Einlaufen der Zahnräder 12, 14 im
Gehäuse 2 erfolgt
und Dichtzonen mit einem optimalen Dichtspalt entstehen. Die axiale
Abdichtung der Zahnräder 12, 14 erfolgt
ebenfalls druckabhängig,
indem jeweils die Außenseiten
der auf der Antriebsseite 18 angeordneten und der auf der
gegenüberliegenden
Seite angeordneten Lagerkörper 28, 26 mit dem
Betriebsdruck beaufschlagt werden, so dass die Lagerkörper 26, 28 definierte,
druckabhängige
Anpresskräfte
in axialer Richtung auf die Seitenflächen der Zahnräder 12, 14 ausüben. Hierzu
weisen die Lagerkörper 26, 28 eine
gegenüber
dem Gehäuse 2 verringerte
Axiallänge
auf und sind jeweils mit einem Axialspiel in dem Innenraum 4 des
Gehäuses 2 aufgenommen.
Zwischen den Deckeln 6, 8 einerseits und den Lagerkörpern 26, 28 andererseits
ist jeweils eine Axialfelddichtung 36 mit im Wesentlichen
rechteckigem Querschnitt angeordnet. Der Druck wirkt auf die Lagerkörper 26, 28 in
den genau begrenzten Axialdruckfeldern entgegen den inneren hydraulischen Kräften. Außerhalb
der Axialfelddichtung 36 ist jeweils eine ringförmige Gehäusedichtung 38 vorgesehen,
die das Gehäuse 2 nach
außen
hin abdichtet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Axialfelddichtungen 36 und
die Gehäusedichtungen 38 in
Nuten 40 der Deckel 6, 8 angeordnet.
Dadurch können
die Nuten 40 bereits beim Druckgießen der Deckel 6, 8 gefertigt
werden und müssen
nicht aufwändig
durch ein Spanverfahren eingebracht werden. Die Ausbildung der Nuten 40 ist
dadurch weitgehend kostenneutral.
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Wie 2 entnehmbar
ist, die eine dreidimensionale Darstellung eines der Lagerkörperpaare 34 aus 1 zeigt,
hat jeweils einer der Lagerkörper einen
im Wesentlichen rotationssymmetrischen Grundkörper 26, wobei der
benachbarte Lagerkörper 28 im
Bereich des Dichtspalts 33 eine abschnittsweise an die Außenumfangsfläche 42 des
ersten Lagerkörpers 26 angepasste
Ausnehmung 44 aufweist. Das heißt, die Lagerkörper 26, 28 sind
zweiteilig mit einem der Antriebswelle 16 und einem der
Lagerachse 24 zugeordneten Lagerteil ausgebildet, wobei
der erste Lagerkörper 26 insbesondere
als einfaches Drehteil, ohne Fräsbearbeitung,
ausgeführt
ist. Der zweite Lagerkörper 28 ist
mit der an die Außenumfangsfläche 42 des
ersten Lagerkörpers 26 angepassten
Ausnehmung 44 versehen. Dadurch kann auf eine Zentrierung
der Lagerkörper 26, 28 zueinander
mittels Stiften verzichtet werden. Eine Querverschiebung der Lagerkörper 26, 28 gegeneinander
ist durch die an die Außenumfangsfläche 42 des
ersten Lagerkörpers 26 angepasste
Ausnehmung 44 des zweiten Lagerkörpers 28 verhindert,
so dass die hydraulischen Verluste der Zahnradmaschine 1 bei
minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand minimiert sind und ein
verbesserter volumetrischer Wirkungsgrad erreicht wird. Die Ausnehmung 44 ist
konkav ausgebildet und beispielsweise durch ein Fräsverfahren
in den Lagerkörper 28 eingebracht.
Der Krümmungsradius
der Ausnehmung 44 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise dem Außenradius
des ersten Lagerkörpers.
Vorteilhaft bei dieser Lösung
ist, dass ein Verdrehen der Lagerkörper 26, 28 zueinander
den Achsabstand der Zahnräder 12, 14 (siehe 1)
nicht beeinflusst. Das zu fördernde Medium
wird in Zahnlücken
der Zahnräder 12, 14 von einer
Niederdruckseite zu einer Hochdruckseite gefördert, wobei zwei Ausnehmungen 46, 48 in
dem zweiten Lagerkörper 28 im
Bereich der bogenförmigen
Ausnehmung 44, d.h. im Bereich der Zahnflanken der Zahnräder 12, 14,
in eine Stirnfläche 50 eingebracht
sind, mittels denen eine hydraulische Umsteuerung des Fördermediums
in Richtung der Hochdruckseite der Zahnradmaschine 1 erreicht
und eine Quetschölbildung
verhindert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die stirnseitigen Ausnehmungen 46, 48 als
etwa 3 bis 4 mm tiefe Taschen derart ausgebildet, dass diese benachbart
des Bereichs maximalen Eingriffs der Zahnräder 12, 14 angeordnet
und zur Seite hin offen sind, wobei eine Tasche auf der jeweiligen
Hochdruckseite und die andere Tasche auf der jeweiligen Niederdruckseite
der Zahnradmaschine 1 ausgebildet ist. Da das lagerdeckelseitige
Lagerkörperpaar 34 gegenüber dem
enddeckelseitigen Lagerkörperpaar
lediglich spiegelbildlich angeordnet ist, kann diesbezüglich auf
weitere Erläuterungen
verzichtet werden.
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Die
erfindungsgemäße Zahnradmaschine 1 ist
nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel einer
Außenzahnradpumpe 1 beschränkt, vielmehr kann
die Erfindung ebenfalls für
Zahnradmotoren, insbesondere für
reversible Zahnradmotoren, Verwendung finden.
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Offenbart
ist eine hydraulische Zahnradmaschine 1, mit einem stirnseitig
von zumindest einem Deckel 6, 8 abgedichteten
Gehäuse 2,
in dessen Innenraum 4 mindestens eine Zahnradanordnung 10 mit
einem ersten und einem zweiten Zahnrad 12, 14 angeordnet
ist, die im Außeneingriff
miteinander kämmen
und beidseitig in Lagerkörpern 26, 28 gelagert
sind, wobei zwischen jeweils zwei in Radialrichtung benachbarten
Lagerkörpern 26, 28 ein Dichtspalt
ausgebildet ist. Erfindungsgemäß hat jeweils
einer der Lagerkörper 26 einen
im Wesentlichen rotationssymmetrischen Grundkörper, wobei der benachbarte
Lagerkörper 28 im
Bereich des Dichtspalts eine zumindest abschnittsweise an eine Außenumfangsfläche 42 des
ersten Lagerkörpers 26 angepasste
Ausnehmung 44 aufweist.
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- 1
- Zahnradmaschine
- 2
- Gehäuse
- 4
- Innenraum
- 6
- Deckel
- 8
- Deckel
- 10
- Zahnradanordnung
- 12
- Zahnrad
- 14
- Zahnrad
- 16
- Antriebswelle
- 18
- Antriebsseite
- 20
- Wellendichtring
- 22
- Wellendichtraum
- 24
- Lagerachse
- 26
- Lagerkörper
- 28
- Lagerkörper
- 30
- Lagerauge
- 32
- Lagerauge
- 33
- Dichtspalt
- 34
- Lagerkörperpaar
- 36
- Axialfelddichtung
- 38
- Gehäusedichtung
- 40
- Nut
- 42
- Außenumfangsfläche
- 44
- bogenförmige Ausnehmung
- 46
- Ausnehmung
- 48
- Ausnehmung
- 50
- Stirnfläche