DE102012221947A1

DE102012221947A1 - Außenzahnradmaschine

Info

Publication number: DE102012221947A1
Application number: DE201210221947
Authority: DE
Inventors: Ulrich Lendl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Außenzahnradmaschine, insbesondere Pumpe oder Motor, mit sich axial gegenüberliegend einem Niederdruckanschluß 18 und einem Hochdruckanschluß 19. Mit wenigstens zwei Zahnrädern 4, 5 rotationssymmetrischen Querschnitts, die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder 4, 5 in einem Innenraum 2 eines Gehäuses 1 angeordnet sind, dessen Querschnitt weitgehend der Umlaufkontur der Zahnräder 4, 5 entspricht. Dabei weist das eine Zahnrad 4 einen Wellenzapfen 6 und das andere Zahnrad 5 eine An- oder Abtriebswelle 8 auf, die jeweils in einer Lagerbohrung 7, 7’; 9, 9’ einer einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisenden Lagerbuchse um jeweils eine Drehachse drehbar gelagert sind. Die Lagerbuchsen sind in dem Querschnitt des Innenraums 2 des Gehäuses 1 im Wesentlichen entsprechenden Aufnahmeausnehmungen 23, 23’ des Gehäuses 1 aufgenommen. Die Zahnräder 4, 5 sind an den Übergängen ihrer Kopfkreise 25 zu ihren Stirnseiten 22 mit radial umlaufenden Fasen 26 versehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Außenzahnradmaschine, insbesondere Pumpe oder Motor, mit sich axial gegenüberliegend einem Niederdruckanschluß und einem Hochdruckanschluß, mit wenigstens zwei Zahnrädern rotationssymmetrischen Querschnitts, die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet sind, dessen Querschnitt weitgehend der Umlaufkontur der Zahnräder entspricht, wobei das eine Zahnrad einen Wellenzapfen und das andere Zahnrad eine An- oder Abtriebswelle aufweist, die jeweils in einer Lagerbohrung einer einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisenden Lagerbuchse um jeweils eine Drehachse drehbar gelagert sind, wobei die Lagerbuchsen in dem Querschnitt des Innenraums des Gehäuses im Wesentlichen entsprechenden Aufnahmeausnehmungen des Gehäuses aufgenommen sind.
Wenn die Zahnradmaschine als Pumpe betrieben wird, fließt Druckfluid, beispielsweise Hydrauliköl vom Niederdruckanschluß zum Hochdruckanschluß, wobei die Zahnräder über die Antriebswelle beispielsweise durch einen Elektromotor in Drehbewegung versetzt werden. Wenn die Zahnradmaschine als Motor betrieben wird, fließt das Druckfluid vom Hochdruckanschluß zum Niederdruckanschluß, wodurch die Zahnräder und damit auch die Abtriebswelle in Drehbewegung versetzt werden.
Bei der Herstellung der Außenzahnradmaschine wird der der Innenraum des Gehäuses zur Aufnahme der Zahnräder und der Lagerbuchsen mit einheitlich axial durchgehender Wandung ausgebildet. D.h. die Innenumfangsfläche weist entlang der Längsrichtung überall eine konstante Querschnittsform auf. Die fertig zusammengebaute Außenzahnradmaschine wird dann einem Einlaufprozeß unterzogen. Dazu wird die Außenzahnradmaschine mit einem Druckfluid gefüllt, wobei sie an eine Druckfluidquelle und eine Druckfluidsenke angeschlossen wird. Die Zahnräder werden nun in Drehbewegung versetzt, so daß sich in der Zahnradmaschine der maximale Betriebsdruck ausbildet. Dies führt dazu, daß die Zahnräder vom Druck im Bereich des Hochdruckanschlusses auf der diesem gegenüberliegenden Seite gegen die Innenumfangsfläche des Gehäuses gedrückt werden. Die Relativbewegung zwischen den Zahnrädern und dem Gehäuse bewirkt, daß an der Innenumfangsfläche des Gehäuses auf der dem Hochdruckanschluß gegenüberliegenden Seite Material abgetragen wird, so daß dort die Innenumfangsfläche des Innenraums des Gehäuses im Bereich der Zahnräder gegenüber den Bereichen der Lagerbuchsen radial nach außen versetzt sind. Typischerweise bestehen die Zahnräder aus gehärtetem Stahl und das Gehäuse aus Aluminium oder Grauguß.
Bei dem Einlaufprozeß entstehen an der Wandung des Gehäuseinnenraums an den Seitenrändern zwischen dem Bereich der Zahnräder und den Bereich der Lagerbuchsen Grate. Diese Grate drücken sich zwischen die Stirnseiten der Zahnräder und die daran anliegenden Lagerbuchsen, so daß diese Teile nicht optimal dichtend aneinander liegen und damit den volumetrischen Wirkungsgrad der Außenzahnradmaschine verringern.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Außenzahnradmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zahnräder an den Übergängen ihrer Kopfkreise zu ihren Stirnseiten mit radial umlaufenden Fasen versehen sind.
Durch diese Ausbildung der Zahnräder mit radial umlaufenden Fasen werden durch die Fasen ein Freiräume geschaffen, in die das Material der Grate hineingedrückt wird und nicht sich zwischen die Stirnseiten der Zahnräder und die daran anliegenden Lagerbuchsen drückt. Damit bleiben die Stirnseiten der Zahnräder dicht an den Lagerbuchsen in Anlage, so daß der hohe volumetrische Wirkungsgrad der Zahnradpumpe nicht reduzierend beeinträchtigt wird.
Dabei ist die Wand des Innenraums des Gehäuses auf der dem Hochdruckanschluß gegenüberliegenden Seite im Bereich der Umlaufkontur der Zahnräder gegenüber den die Lagerbuchsen aufnehmenden Bereichen durch einen Einlaufbetrieb der Außenzahnradmaschine erzeugt um eine sichelartige Einlauftiefe vertieft, wobei das Maximum der Einlauftiefe annähernd dem Abstand zwischen dem Innendurchmesser der Fasen und dem Kopfkreis der Zahnräder entspricht.
Da die Fase in dem ohnehin stattfindenden Schleifprozeß bei der Herstellung der Zahnräder integriert werden kann, entstehen weitgehend keine zusätzlichen Herstellkosten für die Fasen der Zahnräder.
Die Fasen erleichtern auch das Handling der Zahnräder, da bei deren Montage nicht mehr auf scharfe Kanten an den Zähnen der Zahnräder geachtet werden muß und somit Verletzungen des Monteurs beim Anfassen der Zahnräder durch diese Scharfen Kanten ausgeschlossen sind.
Auch wird das Entstehen von Riefen durch diese scharfen Kanten an anderen Bauteilen der Zahnradpumpe bei deren Zusammenbau vermieden.
Die durch die Fasen erzeugten Freiräume weisen vorzugsweise ein annähernd dem Volumen des Grates entsprechendes Volumen auf.
Weisen die Fasen einen Fasenwinkel von annähernd 45° zu den Stirnseiten der Zahnräder auf, so wird ein gut aufnahmefähiger Freiraum für das Material der der Grate geschaffen.
Die Zahnräder bestehen vorzugsweise aus einem eine größere Härte aufweisenden Werkstoff als das Gehäuse, wobei die Gehäuse aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aber aus Grauguß und die Zahnräder aus Stahl bestehen können.
Zur Verschleißminderung sind vorzugsweise die Zahnräder zumindest an der Oberfläche ihrer Zähne gehärtet.
Damit die Lagerbuchsen durch die Drehbewegungen des Wellenzapfens sowie der An- oder Abtriebswelle nicht mitgedreht werden, sind vorzugsweise die Lagerbuchsen verdrehgesichert in den Aufnahmeausnehmungen des Gehäuses angeordnet.
Bauteilreduzierend und montagefreundlich können jeweils die zwei radial nebeneinander liegenden Lagerbuchsen zu einer Lagerbrille miteinander verbunden sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Außenzahnradmaschine
2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich eines Zahnkopfes eines Zahnrads der Außenzahnradmaschine nach 1.
Die in 1 dargestellte Außenzahnradpumpe und weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Innenraum 2 aufweist, in dem zwischen zwei Lagerbrillen 3, 3’ zwei Zahnräder 4 und 5 angeordnet sind. Die Zahnräder 4 und 5 kämmen im Außeneingriff miteinander.
Die Lagerbrillen 3, 3’ sind in Aufnahmeausnehmungen 23, 23’ des Gehäuses 1 aufgenommen, deren Querschnitt der Außenkontur der Lagerbrillen 3, 3’ entspricht.
Das Zahnrad 4 ist drehfest auf einem Wellenzapfen 6 angeordnet, der zu beiden Seiten des Zahnrads 4 hervorsteht und mit ihren hervorstehenden Bereichen jeweils in einer Lagerbohrung 7, 7’ der Lagerbrillen 3, 3’ drehbar gelagert ist.
Das Zahnrad 5 ist drehfest auf einer Antriebswelle 8 angeordnet, die ebenfalls zu beiden Seiten des Zahnrads 5 hervorsteht und mit ihren hervorstehenden Bereichen jeweils in einer Lagerbohrung 9, 9’ der Lagerbrillen 3, 3’ drehbar gelagert ist.
An der äußeren Seite der einen Lagerbrille 3 wird von einem Stützelement 11 eine Axialabdichtung 10 in Anlage gehalten, wobei diese Seite des Gehäuses 1 von einem ersten Deckel 12 verschlossen ist, der mittels Schrauben 13 an das Gehäuse 1 angeschraubt ist.
Der Innenraum 2 des Gehäuses 1 ist über eine zwischen Deckel 12 und Gehäuse 1 angeordnete Ringdichtung 14 nach außen abgedichtet ist.
In gleicher Weise wird an der äußeren Seite der anderen Lagerbrille 3’ von einem Stützelement 11’ eine Axialabdichtung 10’ in Anlage gehalten, wobei diese Seite des Gehäuses 1 von einem zweiten Deckel 15 verschlossen ist, der mittels Schrauben an das Gehäuse 1 angeschraubt ist. Der Innenraum 2 des Gehäuses 1 ist über eine zwischen dem Deckel 15 und dem Gehäuse 1 angeordnete Ringdichtung 14’ nach außen abgedichtet.
Das dem zweiten Deckel 15 zugewandte Ende der Antriebswelle 8 ragt abgedichtet von einer Radialwellendichtung 17 durch eine Durchgangsöffnung 16 im Deckel 15 nach außen.
Dieses nach außen ragende Ende der Antriebswelle 8 ist durch einen nicht dargestellten Drehantrieb drehbar antreibbar. Damit wird auch das Zahnrad 5 und durch dieses das Zahnrad 4 drehbar angetrieben. Dadurch wird an einem Niederdruckanschluß 18 Hydrauliköl angesaugt und zu einem Hochdruckanschluß 19 gefördert.
Die im Gehäuse 1 ausgebildeten Niederdruckanschluß 18 und Hochdruckanschluß 19 liegen sich koaxial gegenüber und führen vom Äußeren des Gehäuses 1 zu dem Eingriffsbereich der Zahnräder 4 und 5.
In dem in 1 dargestellten Auslieferungszustand sind der Hochdruckanschluß 19 und der Niederdruckanschluß 18 jeweils von einem Verschlußstopfen 20, 20’ verschlossen.
In 2 ist der Bereich eines Zahnkopfes 21 eines Zahns des Zahnrades 4 dargestellt, der sich momentan auf der dem Hochdruckanschluß gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 befindet. An den zueinander parallelen planen Stirnseiten 22 des Zahnrades 4 sind die ebenfalls planen Stirnseiten 24 der Lagerbrillen 3 und 3’ in Anlage.
An den Übergängen des Kopfkreise 25 der Zahnräder 4 und 5 zu ihren Stirnseiten 22 sind die Zahnräder 4 und 5 mit radial umlaufenden Fasen 26 versehen, die einen Fasenwinkel zu den Stirnseiten 22 von 45° aufweist.
Die Fasen 26 der Zahnräder 4 und 5 sind in 1 zwar vorhanden, aber wegen Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt.
Bei einem bereits erfolgten Einlaufbetrieb der Außenzahnradpumpe haben die Zahnräder 4 und 5 die Wand 28 des Innenraums 2 des Gehäuses 1 im Bereich der Zahnräder 4 und 5 jeweils um eine sichelförmige Einlauftiefe 27 vertieft und das dabei aufgeworfene Material des Gehäuses 1 in die durch die Fasen 26 der Zahnräder 4 und 5 gebildeten Freiräume verdrängt.
Die durch die Fasen 26 erzeugten Freiräume entsprechen dabei in ihrem Volumen dem Volumen des aufgeworfenen und verdrängten Materials des Gehäuses 1. Weiterhin entspricht auch der Abstand des Innendurchmessers 29 der Fasen 26 zu dem Kopfkreis 25 der maximalen Eintauchtiefe 27, so daß ein ungehindertes Verdrängen des aufgeworfenen Materials des Gehäuses 1 in die durch die Fasen 26 gebildeten Freiräume erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Innenraum
3: Lagerbrille
3’: Lagerbrille
4: Zahnrad
5: Zahnrad
6: Wellenzapfen
7: Lagerbohrung
7’: Lagerbohrung
8: Antriebswelle
9: Lagerbohrung
9’: Lagerbohrung
10: Axialabdichtung
10’: Axialabdichtung
11: Stützelement
11’: Stützelement
12: erster Deckel
13: Schrauben
14: Ringdichtung
14’: Ringdichtung
15: zweiter Deckel
16: Durchgangsöffnung
17: Radialwellenabdichtung
18: Niederdruckanschluß
19: Hochdruckanschluß
20: Verschlußstopfen
20’: Verschlußstopfen
21: Zahnkopf
22: Stirnseite Zahnrad
23: Aufnahmeausnehmung
23’: Aufnahmeausnehmung
24: Stirnseite Lagerbrillen
25: Kopfkreis
26: Fase
27: Einlauftiefe
28: Wand
29: Innendurchmesser Fase

Claims

Außenzahnradmaschine, insbesondere Pumpe oder Motor, mit sich axial gegenüberliegend einem Niederdruckanschluß (18) und einem Hochdruckanschluß (19), mit wenigstens zwei Zahnrädern (4, 5) rotationssymmetrischen Querschnitts, die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder (4, 5) in einem Innenraum (2) eines Gehäuses (1) angeordnet sind, dessen Querschnitt weitgehend der Umlaufkontur der Zahnräder (4, 5) entspricht, wobei das eine Zahnrad (4) einen Wellenzapfen (6) und das andere Zahnrad (5) eine An- oder Abtriebswelle (8) aufweist, die jeweils in einer Lagerbohrung (7, 7’; 9, 9’) einer einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisenden Lagerbuchse um jeweils eine Drehachse drehbar gelagert sind, wobei die Lagerbuchsen in dem Querschnitt des Innenraums (2) des Gehäuses (1) im Wesentlichen entsprechenden Aufnahmeausnehmungen (23, 23’) des Gehäuses (1) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (4, 5) an den Übergängen ihrer Kopfkreise (25) zu ihren Stirnseiten (22) mit radial umlaufenden Fasen (26) versehen sind.
Außenzahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (28) des Innenraums (2) des Gehäuses (1) auf der dem Hochdruckanschluß (19) gegenüberliegenden Seite im Bereich der Umlaufkontur der Zahnräder (4, 5) gegenüber den die Lagerbuchsen aufnehmenden Bereichen durch einen Einlaufbetrieb der Außenzahnradmaschine erzeugt um eine sichelartige Einlauftiefe (27) vertieft ist, wobei das Maximum der Einlauftiefe (27) annähernd dem Abstand zwischen dem Innendurchmesser (29) der Fasen (26) und dem Kopfkreis (25) der Zahnräder (4, 5) entspricht.
Außenzahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasen (26) einen Fasenwinkel von annähernd 45° zu den Stirnseiten (22) der Zahnräder (4, 5) aufweisen.
Außenzahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (4, 5) aus einem eine größere Härte aufweisenden Werkstoff als das Gehäuse (1) bestehen.
Außenzahnradmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem Leichtmetall bestehen.
Außenzahnradmaschine nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (4, 5) aus Stahl bestehen.
Außenzahnradmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (4, 5) zumindest an der Oberfläche ihrer Zähne gehärtet sind.
Außenzahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchsen verdrehgesichert in den Aufnahmeausnehmungen des Gehäuses angeordnet sind.
Außenzahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die zwei radial nebeneinander liegenden Lagerbuchsen zu einer Lagerbrille (3, 3’) miteinander verbunden sind.