DE102013203764A1

DE102013203764A1 - Zahnradmaschine mit langgestreckter Ausnehmung in der Dichtfläche zwischen Zahnrad und Gehäuse

Info

Publication number: DE102013203764A1
Application number: DE201310203764
Authority: DE
Inventors: Guido Bredenfeld
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine mit wenigstens zwei Zahnrädern, die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder von einem Gehäuse umgeben sind, wobei wenigstens ein Zahnrad wenigstens einen Lagerzapfen aufweist, der in einer zugeordneten Lagerbohrung (70) des Gehäuses bezüglich einer Drehachse drehbar aufgenommen ist, wobei der wenigstens eine Lagerzapfen (52) und die zugordnete Lagerbohrung (70) einen Lagerspalt (71) begrenzen, wobei das wenigstens eine Zahnrad mit einer ebenen Seitenfläche (55), die senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist, an einer ebenen Dichtfläche (65) am Gehäuse anliegt. Erfindungsgemäß ist in der Dichtfläche (65) des Gehäuses (20) eine erste langgestreckte Ausnehmung (74) vorgesehen ist, welche über ihre gesamte Länge zum zugeordneten Zahnrad hin offen ist und von diesem überdeckt wird, wobei der Lagerspalt (71) über die erste Ausnehmung (74) mit einer Fluidquelle (14) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 43 09 859 C2 ist eine Zahnradmaschine bekannt. Die Zahnradmaschine umfasst zwei Zahnräder, die im Außeneingriff miteinander kämmen. Die Zahnräder sind von einem Gehäuse mit einem Hoch- und einem Niederdruckanschluss umgeben, wobei eines der Zahnräder mit einem Antriebszapfen aus dem Gehäuse herausragt. Wenn die Zahnradmaschine als Pumpe betrieben wird, wird der Antriebszapfen, beispielsweise mit einem Elektromotor in Drehbewegung versetzt, wobei Druckfluid, vorzugsweise Hydrauliköl vom Niederdruck- zum Hochdruckanschluss fließt. Wenn die Zahnradmaschine als Motor betrieben wird, fließt das Druckfluid vom Hochdruck- zum Niederdruckanschluss, wodurch die Zahnräder und mithin der Antriebszapfen in Drehbewegung versetzt wird.
Beide Zahnräder weisen je zwei kreiszylindrische Lagerzapfen auf, die in einer zugeordneten Lagerbohrung des Gehäuses drehbar aufgenommen sind. Vorliegend sind die Lagerbohrungen in gesonderten Lagerkörpern vorgesehen, die in einem Hauptkörper des Gehäuses beweglich aufgenommen sind. Es sind aber auch Zahnradmaschinen bekannt, bei denen die Lagerbohrungen unmittelbar in dem Hauptkörper des Gehäuses vorgesehen sind. Die Lagerzapfen und die Lagerbohrungen begrenzen jeweils einen Lagerspalt. Beide Zahnräder weisen zwei gegenüber liegende ebene Seitenflächen auf, die senkrecht zu deren Drehachsen angeordnet sind. Die Seitenflächen der Zahnräder liegen an ebenen Dichtflächen des Gehäuses an. Die Dichtflächen sind dabei an den gesonderten Lagerkörpern vorgesehen, die gegen die Zahnräder gedrückt werden, um eine bestmögliche Abdichtung zu erzielen.
In den Lagerspalt wird gezielt Druckfluid eingeführt, um das entsprechende Drehlager zu schmieren und zu kühlen. Hierfür ist in jedem Zahnzwischenraum der beiden Zahnräder eine Bohrung vorgesehen, die radial bezüglich der Drehachse des betreffenden Zahnrades verläuft, wobei sie den entsprechenden Zahnzwischenraum mit dem Lagerspalt verbindet. In einigen der Zahnzwischenräume steht das Druckfluid unter hohem Druck und wird damit in den Lagerspalt gedrückt, so dass dort eine ausreichende Schmierung und Kühlung vorhanden ist.
Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass unabhängig von der Drehzahl der Zahnräder immer gleich viel Druckfluid in den Lagerspalt fließt. Bei hohen Drehzahlen ist es aber gar nicht erforderlich, Druckfluid unter Druck in den Lagerspalt einzuführen. Allein die hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Lagerzapfen und Lagerbohrung reicht dann zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilms aus. Nur bei niedrigen Drehzahlen der Zahnräder muss Druckfluid unter Druck in den Lagerspalt eingeführt werden, um eine ausreichende Schmierung und Kühlung sicherzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad der Zahnradmaschine zu verbessern. Hierbei soll insbesondere die Menge an Druckfluid minimiert werden, die zur Schmierung und Kühlung der Drehlager verloren geht. Dabei soll gewährleistet sein, dass die Zahnradmaschine auch bei niedrigen Drehzahlen der Zahnräder zuverlässig geschmiert ist. Weiter soll die Zahnradmaschine besonders kostengünstig sein. Darüber hinaus sollen die Drehlager der Zahnradmaschine bei jeder Drehzahl ausreichend gekühlt werden.
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Dichtfläche des Gehäuses eine erste langgestreckte Ausnehmung vorgesehen ist, welche über ihre gesamte Länge zum zugeordneten Zahnrad hin offen ist und von diesem überdeckt wird, wobei der Lagerspalt über die erste Ausnehmung mit einer Fluidquelle verbunden ist. Das Druckfluid, das sich in der ersten langgestreckten Ausnehmung befindet, berührt die sich drehenden Zahnräder und wird damit von diesen in seiner Fließbewegung beeinflusst. Dabei ist die genannte Beeinflussung umso stärker, je länger die erste Ausnehmung ist. Unter einer langgestreckten Ausnehmung soll dabei eine Ausnehmung verstanden werden, deren Länge wenigstens 5-mal so groß ist, wie deren mittlere Breite.
Bei der Fluidquelle kann es sich um die Zahnzwischenräume der Zahnräder oder den Hochdruckanschluss der Zahnradmaschine handeln. Es kann aber auch eine externe Fluidquelle vorgesehen sein.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Die Querschnittsfläche der ersten Ausnehmung kann zwischen 0,5 mm² und 3 mm² betragen. Die Querschnittsform der ersten Auswirkung ist vorzugsweise über deren gesamte Länge konstant. Aufgrund dieser sehr engen Querschnittsfläche und der langgestreckten Form der ersten Ausnehmung fließt nur sehr wenig Druckfluid in den Lagerspalt, wobei die Menge dennoch ausreicht, um das Drehlager ausreichend zu kühlen und zu schmieren.
Ein erster Abschnitt der ersten Ausnehmung kann um die Drehachse des zugeordneten Zahnrades herum in nicht rein radialer Richtung verlaufen, wobei er einen Winkelbereich von wenigstens 15° überdeckt. Der genannte erste Abschnitt braucht dabei keinen konstanten Abstand zur Drehachse des zugeordneten Zahnrades aufzuweisen. Die Länge, welche der erste Abschnitt in Umfangsrichtung bezüglich der genannten Drehachse aufweist ist dabei maßgeblich dafür, wie stark die Drehung der Zahnräder die Strömung des Druckfluids in der ersten Ausnehmung beeinflusst.
Die erste Ausnehmung kann so mit der Fluidquelle und dem Lagerspalt verbunden sein, dass das Druckfluid dort entgegen der Drehrichtung des wenigstens einen Zahnrades fließen muss, um von der Fluidquelle in den Lagerspalt zu gelangen. Damit wird die Strömung des Druckfluids bei hohen Drehzahlen der Zahnräder stärker gebremst als bei niedrigen Drehzahlen. Dementsprechend geht bei hohen Drehzahlen weniger Druckfluid über den Lagerspalt verloren, so dass der volumetrische Wirkungsgrad der Zahnradmaschine steigt. Soweit die Zahnradmaschine nur eine einzige Betriebsdrehrichtung aufweist, ist diese anhand der Einlaufspuren zu erkennen, welche die Zahnräder an dem Gehäuse hinterlassen. Die Einlaufspuren befinden sich immer am Niederdruckanschluss. Je nachdem, ob die Zahnradmaschine eine Pumpe oder eine Motor ist, ergibt sich aus dem eingangs beschriebenen Betriebsverhalten der Zahnradmaschine die Drehrichtung der Zahnräder.
In der Dichtfläche kann eine zweite Ausnehmung vorgesehen sein, welche zum zugeordneten Zahnrad hin offen ist und von dessen Zähnen überdeckt wird, wobei die erste Ausnehmung unmittelbar in die zweite Ausnehmung einmündet, wobei die erste Ausnehmung eine kleinere Querschnittsfläche als die zweite Ausnehmung aufweist. Somit kann Druckfluid von den Zahnzwischenräumen über die zweite Ausnehmung in die erste Ausnehmung fließen. Über die zweite Ausnehmung, die im Bereich der Zähne des zugeordneten Zahnrades angeordnet ist, kann darüber hinaus ein Druckausgleich zwischen den Zahnzwischenräumen stattfinden, die von der zweiten Ausnehmung überdeckt werden, so dass dort überall der gleiche Druck herrscht. Im Ergebnis bildet die zweite Ausnehmung die Fluidquelle für die erste Ausnehmung.
Sofern die Zahnradmaschine mit nur einer einzigen Drehrichtung betrieben werden soll, steht die zweite Ausnehmung vorzugsweise unmittelbar mit dem Hochdruckanschluss in Verbindung. Wenn die Zahnradmaschine mit zwei Drehrichtungen betrieben werden soll, erstreckt sich die zweite Ausnehmung vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, welche die Drehachsen der beiden Zahnräder enthält, wobei keine unmittelbare Verbindung mit dem Hochdruck- oder dem Niederdruckanschluss besteht. In diesem Fall sind vorzugsweise zwei gesonderte erste Ausnehmungen vorgesehen, die spiegelsymmetrisch bezüglich der genannten Ebene ausgebildet sind.
Die erste Ausnehmung kann unmittelbar benachbart zur Lagerbohrung enden und in diese einmünden. Damit kann Druckfluid aus der ersten Ausnehmung unmittelbar in den Lagerspalt fließen, der von der Lagerbohrung begrenzt wird.
Dem wenigstens einen Zahnrad kann ein gesonderter Lagerkörper des Gehäuses zugordnet sein, wobei die Lagerbohrung und die Dichtfläche mit der ersten Ausnehmung an dem Lagerkörper angeordnet sind, wobei die zweite Ausnehmung vorzugsweise von einer Fase an dem Lagerkörper begrenzt wird, die entlang des Kopfkreisdurchmessers des wenigstens einen Zahnrades verläuft. Der gesonderte Dichtkörper kann, beispielsweise mit dem Druck des Druckfluids, gegen die Zahnräder gedrückt werden, so dass sich an der Dichtfläche eine besonders dichte Abdichtung ergibt.
Die erste Ausnehmung kann zumindest abschnittsweise von einer Nut in dem Lagerkörper gebildet werden, die vorzugsweise eine konstante Querschnittsform aufweist. Die Querschnittsform kann dabei beispielsweise rechteckig oder halbkreisförmig ausgebildet sein.
Die erste Ausnehmung kann zumindest abschnittsweise von einer Fase an dem Lagerkörper begrenzt werden, die entlang des Kopfkreisdurchmessers des wenigstens einen Zahnrades verläuft.
In dem Gehäuse kann ein geschlossener Kanal vorgesehen sein, der in die Lagerbohrung einmündet, wobei er am gegenüber liegenden Ende mit der ersten Ausnehmung verbunden ist. Der geschlossene Kanal ist vorzugsweise in dem gesonderten Lagerkörper angeordnet. Höchst vorzugsweise ist in den Lagerkörper eine gesonderte Lagerbuchse fest aufgenommen, welche die Lagerbohrung begrenzt, wobei der geschlossene Kanal die Lagerhülse radial durchsetzt. Der geschlossene Kanal wird vorzugsweise von einer kreisrunden Bohrung gebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine;
2 eine grobschematische Draufsicht der Dichtfläche einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine;
2a die Ansicht nach 2 bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine;
2b die Ansicht nach 2 bei einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine;
3 einen Teillängsschnitt der ersten bis dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine, wobei die Schnittebene durch den geschlossenen Kanal verläuft;
4 die Ansicht nach 2 bei einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine; und
4b die Ansicht nach 4 bei einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine.
1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine 10. Die Zahnradmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 20, das aus einem Hauptkörper 30; einem Antriebsdeckel 21 und einem Enddeckel 22 zusammengesetzt ist, die vorzugsweise aus Aluminium oder aus Grauguss bestehen. Der Antriebs- und der Enddeckel 21; 22 liegen an ebenen Stirnflächen an den gegenüberliegenden Enden des Hauptkörpers 30 an, wobei an den Stirnflächen O-Ringe 24 aus einem Elastomer vorgesehen sind, damit aus der entsprechenden Fuge kein Druckfluid austreten kann. Der Antriebs- und der Enddeckel 21; 22 sind über Zylinderstifte 26 relativ zum Hauptkörper 30 ausgerichtet und über (nicht dargestellte) Schraubbolzen mit diesen fest verschraubt. An dem Gehäuse 20 ist ein Hoch- und ein Niederdruckanschluss 27; 23 vorgesehen, welche den Hauptkörper 30 senkrecht zur Zeichenebene und in einer Flucht zueinander durchsetzen. Der Hochdruckanschluss 27 ist dabei vor der Zeichenebene angeordnet, wobei der Niederdruckanschluss 23 hinter der Zeichenebene angeordnet ist.
In dem Gehäuse 20 sind zwei Zahnräder 50 bezüglich einer zugeordneten Drehachse 51 drehbar aufgenommen, wobei die Zahnräder 50 im Außeneingriff miteinander kämmen. Die genannten Drehachsen 51 verlaufen parallel zu einer Längsrichtung 12. Die Zahnräder 50 sind vorliegend schräg verzahnt, sie können aber auch gerade verzahnt ausgebildet sein. Die Zähne 54 der Zahnräder 50 sind durch Schraubenlinien angedeutet.
Die beiden Zahnräder 50 weisen auf beiden Seiten einen kreiszylindrischen Lagerzapfen 52 auf, der in einer Lagerhülse 61 aus einem Gleitlagerwerkstoff wie Messing oder Bronze drehbar gelagert ist, wobei die Lagerhülse 61 wiederum in einem zugeordneten Lagerkörper 60 aus Aluminium fest aufgenommen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedem Lagerzapfen 52 ein gesonderter Lagerkörper 60 zugeordnet, wobei zwei benachbarte Lagerkörper 60 an ebenen Flächen aneinander anliegen und mittels eines Zylinderstiftes 26 zueinander ausgerichtet sind. Die beiden vorstehend genannten Lagerkörper 60 können auch einstückig ausgebildet sein. Die Lagerkörper 60 werden von dem Druck des Druckfluids, beispielsweise Hydrauliköl in der Zahnradmaschine 10 gegen die ebenen Seitenflächen der Zahnräder 50 gedrückt, um eine seitliche Abdichtung der Zahnräder zu bewirken. Hierfür weisen die Zahnräder 50 ebene Seitenflächen 55 auf, die senkrecht zu deren Drehachsen 51 ausgerichtet sind. Die genannten Seitenflächen 55 liegen an ebenen Dichtflächen 65 der Lagerkörper 60 an. Das Druckfluid wirkt auf der der Dichtfläche 65 abgewandten Seite in einem Druckfeld auf den Lagerkörper 60 ein, wobei das Druckfeld von einer zugeordneten Axialdichtung 62 begrenzt wird. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden die Lagerkörper 60 mit den Lagerhülsen 61 als Bestandteil des Gehäuses 20 angesehen.
Einer der Lagerzapfen 52 eines Zahnrades 50 ist einstückig mit einem Antriebszapfen 53 ausgebildet, der durch den Antriebsdeckel 21 hindurch aus dem Gehäuse 20 herausragt. Die entsprechende Durchtrittsöffnung ist mit einem Radialwellendichtring 25 dicht verschlossen, so dass kein Druckfluid austreten kann. Der Antriebszapfen 53 kann beispielsweise mit der Antriebswelle eines (nicht dargestellten) Elektromotors drehfest verbunden werden, wenn die Zahnradmaschine 10 als Pumpe betrieben wird.
Die Innenumfangsfläche 31 des Hauptkörpers 30 weist entlang der Längsrichtung 12 eine konstante Querschnittsform auf, die mit sehr geringem Spiel an den kreiszylindrischen Kopfkreisdurchmesser der Zahnräder 50 angepasst ist. Weiter ist auf die zweite Ausnehmung 64 an dem in 1 linken Lagerkörper 60 hinzuweisen. Diese zweite Ausnehmung 64, die in Form einer Fase ausgebildet ist, erstreckt sich am Umfang des zugeordneten Zahnrades vom Hochdruckanschluss 27 in Richtung des Niederdruckanschlusses 23, wobei sie etwa zwei Zahnteilungen vor dem Niederdruckanschluss 23 endet. Über die zweite Ausnehmung 64 wird eine Fluidverbindung zwischen den Zahnzwischenräumen der Zahnräder und dem Hochdruckanschluss 27 hergestellt, so dass in allen Zahnzwischenräumen, die sich im Bereich der zweiten Ausnehmung 64 befinden, der Druck am Hochdruckanschluss herrscht. In dem Bereich in der Nähe des Niederdruckanschlusses, in dem keine zweite Ausnehmung vorhanden ist, sollen die Zahnköpfe fluiddicht an der Innenumfangsfläche 31 des Hauptkörpers 30 anliegen. Die zweite Ausnehmung 64 kann wie vorliegend dargestellt nur auf einer Seite der Zahnräder 50 vorhanden sein, sie kann aber auch auf beiden Seiten der Zahnräder 50 vorgesehen sein. Im letzteren Fall ist bei schräg verzahnten Zahnrädern 50 zu berücksichtigen, dass die beiden Druckausgleichsfasen 64 unterschiedlich lang ausgebildet sein müssen, damit sie am gleichen Zahn des zugeordneten Zahnrades 50 enden.
2 zeigt eine grobschematische Draufsicht der Dichtfläche 65 einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine. Der vorliegende Dichtkörper 60 ist kreiszylindrisch ausgebildet und besteht aus Aluminium, wobei dessen Durchmesser gleich dem Kopfkreisdurchmesser des zugeordneten Zahnrades ist. An dem in 2 unteren Ende des Dichtkörpers 60 ist eine ebene Anlagefläche 66 vorgesehen, die parallel zur Zylinderachse 67 verläuft. An der Anlagefläche 66 liegt ein (nicht dargestellter) zweiter, spiegelsymmetrischer Lagerkörper an, wobei anstelle der zwei gesonderten Lagerkörper 60 auch ein einziger einstückiger Lagerkörper 60 vorgesehen sein kann.
Die ebene Dichtfläche 65 ist senkrecht zur Zylinderachse 67 ausgerichtet. Weiter umfasst der Lagerkörper 60 eine kreiszylindrische Lagerbohrung 70, die ebenfalls konzentrisch zur Zylinderachse 67 angeordnet ist. Die Lagerbohrung 70 ist vorzugsweise an einer (nicht dargestellten) gesonderten kreiszylindrischen Lagerhülse vorgesehen, die in den verbleibenden Lagerkörper 60 eingepresst ist.
Der Lagerzapfen 52, des der Dichtfläche 65 zugeordneten Zahnrades ist ebenfalls kreiszylindrisch ausgebildet. Damit der Lagerspalt 71 zwischen der Lagerbohrung 70 und den Lagerzapfen 52 deutlich sichtbar ist, wurde der Lagerzapfen 52 entgegen den tatsächlichen Verhältnissen deutlich kleiner als die Lagerbohrung 70 gezeichnet.
An dem Auflagerpunkt 73 weist der Lagerzapfen 52 den geringsten Abstand zur Lagerbohrung 70 auf, wobei angestrebt wird, dass dieser Abstand niemals Null beträgt, so dass am Auflagerpunkt 73 immer ein Schmierfilm vorhanden ist. Die Lage des Auflagerpunktes 73 stellt sich beim Betrieb der Zahnradmaschine so ein, dass die außen am Zahnrad angreifenden hydrostatischen Kräfte des Druckfluids mit den hydrodynamischen Kräften in dem Lagerspalt 71 im Kräftegleichgewicht stehen. Typischerweise ist der Auflagerpunkt 73 aus der Mitte zum Niederdruckanschluss 23 hin verlagert angeordnet.
Vom Hochdruckanschluss 27 in Richtung des Niederdruckanschluss 23 verläuft eine zweite Ausnehmung 64. Diese ist in Form einer Fase, vorzugsweise einer 45°-Fase, zwischen der Dichtfläche 65 und der Außenumfangsfläche 68 des Lagerkörpers 60 ausgebildet. An die zweite Ausnehmung 64 schließt sich die erste Ausnehmung 74 unmittelbar an, wobei diese ebenfalls in Form einer Fase, vorzugsweise einer 45°-Fase, zwischen der Dichtfläche 65 und der Außenumfangsfläche 68 des Lagerkörpers 60 ausgebildet ist. Die Querschnittsfläche der ersten Ausnehmung 74 beträgt beispielsweise 10% der Querschnittsfläche der zweiten Ausnehmung 64.
Die erste Ausnehmung 74 endet mit so großem Abstand zum Niederdruckanschluss 23, dass ein hydraulischer Kurzschluss zwischen dem Niederdruckanschluss 23 und der ersten Ausnehmung 74 ausgeschlossen ist. An dem der zweiten Ausnehmung 64 abgewandten Ende der ersten Ausnehmung 74 ist eine Quernut 75 an der Außenumfangsfläche 68 des Lagerkörpers 60 angeordnet, die parallel zur Zylinderachse 67 verläuft. In der Mitte des Lagerkörpers 60 ist ein geschlossener Kanal in Form einer kreiszylindrischen Bohrung vorgesehen, der ausgehend von der Quernut 75 in die Lagerbohrung 70 einmündet. Vorliegend befindet sich die Einmündungsstelle genau an der Stelle des Auflagerpunktes 73.
Aufgrund der Druckverhältnisse in der Zahnradmaschine fließt das Druckfluid vom Hochdruckanschluss 27 über die zweite Ausnehmung 64, die erste Ausnehmung 74, die Quernut 75 und den geschlossenen Kanal 76 in den Lagerspalt 71. Die Drehrichtung 13 der Zahnräder für die vorliegende Pumpe ist entgegen der Strömungsrichtung des Druckfluids in der ersten Ausnehmung 74 gerichtet. Somit wird die Fließgeschwindigkeit des Druckfluids durch die Flüssigkeitsreibung zwischen den Zähnen des drehenden Zahnrades und dem Druckfluid abgebremst. Dieser Bremseffekt ist umso größer, je höher die Drehzahl der Zahnräder ist. Man spricht auch von einer Schleppströmung. Im Ergebnis fließt bei niedrigen Drehzahlen mehr Druckfluid in den Lagerspalt 71 als bei hohen Drehzahlen.
Hinzuweisen ist außerdem auf einen Temperatur abhängigen Effekt. Bei niedrigen Temperaturen des Druckfluids ist dieses zäher als bei hohen Temperaturen. Diese Veränderung der Viskosität des Druckfluids wirkt sich in der engen ersten Ausnehmung 74 stark aus. Kaltes und somit zähes Druckfluid fließt langsam durch die erste Ausnehmung 74 in den Lagerspalt 71, so dass ein geringer Kühleffekt eintritt. Heißes und somit dünnflüssiges Druckfluid fließt schneller durch die erste Ausnehmung 74 in den Lagerspalt 71, so dass der Kühleffekt bei heißem Druckfluid, also dann, wenn er benötigt wird, größer ist.
Anzumerken ist, dass der erste Abschnitt 77 der ersten Ausnehmung 74 von der gesamten ersten Ausnehmung 74 gebildet wird.
In 2 fließt das Druckfluid direkt an dem Auflagerpunkt 73 in den Lagerspalt, so dass es den Lagerzapfen 52 besonders stark hydrostatisch stützt.
2a zeigt die Ansicht nach 2 bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform ausschließlich durch den Ort, an dem der geschlossene Kanal 76 in die Lagerbohrung 70 einmündet. Dieser ist nunmehr bezüglich der Drehrichtung 13 des Lagerzapfenes 52 vor dem Auflagerpunkt 73 gelegt. Das über die erste Ausnehmung 74 zugeführte Druckfluid stützt den Lagerzapfen 52 daher weniger stark ab, als bei der ersten Ausführungsform nach 2.
Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.
2b zeigt die Ansicht nach 2 bei einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform ausschließlich durch den Ort, an dem der geschlossene Kanal 76 in die Lagerbohrung 70 einmündet. Dieser ist nunmehr bezüglich der Drehrichtung 13 des Lagerzapfenes 52 nach dem Auflagerpunkt 73 gelegen. Das über die erste Ausnehmung 74 zugeführte Druckfluid stützt den Lagerzapfen 52 daher nahezu überhaupt nicht mehr ab.
Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.
Bei der ersten bis dritten Ausführungsform ist der durch das Druckfluid bewirkte Kühleffekt im Wesentlichen gleich.
3 zeigt einen Teillängsschnitt der ersten bis dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine, wobei die Schnittebene durch den geschlossenen Kanal 76 verläuft. Dargestellt ist das Zahnrad 50, das mit seinen Zähnen 54 an der ersten Ausnehmung 74 vorbei läuft. Die erste Ausnehmung 74 in Form einer Fase steht in Verbindung mit der Quernut 75, die sich mit einer konstanten Querschnittsform über die gesamte Breite des Lagerkörpers 60 erstreckt. In der Mitte der Quernut 75 mündet der geschlossene Kanal 76 ein, der in Form einer kreiszylindrischen Bohrung ausgebildet ist. Der geschlossene Kanal 76 durchsetzt an seinem gegenüberliegenden Ende die Lagerhülse 61, so dass er in die Lagerbohrung 70 einmündet. Dabei ist die Lagerhülse 61 fest in den Lagerkörper eingepresst, so dass sie sich nicht verschieben kann. Der geschlossene Kanal 76 wird vorzugsweise hergestellt, nachdem die Lagerhülse 70 eingebaut ist. In der Lagerhülse 61 ist wiederum der Lagerzapfen 52 des Zahnrades drehbar aufgenommen.
4 zeigt die Ansicht nach 2 bei einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine. Die vierte Ausführungsform der Zahnradmaschine ist bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch mit der ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass insoweit auf die Ausführungen zu 2 verwiesen wird. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Die erste Ausnehmung 74 ist über ihre gesamte Länge in Form einer Nut 78 in der Dichtfläche 65 ausgebildet, welche eine konstante Querschnittsform aufweist. Die Nut 78 ist über ihre gesamte Länge zum Zahnrad hin offen und wird von dessen Seitenfläche überdeckt. Die erste Ausnehmung 74 mündet an dem vom Hochdruckanschluss 27 abgewandten Ende der zweiten Ausnehmung 64 in diese ein. Sie führt annähernd auf dem direkten Wege in die Nähe des Auflagerpunktes 73, wobei sie in die Lagerbohrung 70 einmündet und zwar an dem dem Zahnrad zugewandten Ende der Lagerbohrung 70. Der entsprechende Einmündungspunkt kann vor, bei oder nach dem Auflagerpunkt 73 liegen, wobei die betreffenden Varianten die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie die mit Bezug auf 2 bis 2b beschriebenen Varianten.
Die erste Ausnehmung 74 bzw. die Nut 78 verläuft über ihre gesamte Länge um die Drehachse des zugeordneten Zahnrades herum. D. h. an keiner Stelle verläuft die erste Ausnehmung 74 in rein radialer Richtung bezüglich der genannten Drehachse. Dementsprechend wird der erste Abschnitt 77 der ersten Ausnehmung 74 von der gesamten ersten Ausnehmung 74 gebildet. Aufgrund des beschriebenen Verlaufs ergibt sich, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Druckfluid in der ersten Ausnehmung 74 und dem Zahnrad an jeder Stelle unterschiedlich ist. Dementsprechend lässt sich die Wirkung der dortigen Schleppströmung schlecht vorhersagen.
Die Querbohrung und der geschlossene Kanal sind bei der vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine nicht vorhanden.
4b zeigt die Ansicht nach 4 bei einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine. Die fünfte Ausführungsform der Zahnradmaschine ist bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede identisch mit der vierten Ausführungsform ausgebildet, so dass insoweit auf die Ausführungen zu 2 und 4 verwiesen wird. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Der erste Abschnitt 77 der ersten Ausnehmung 74 in Form einer Nut 78 in der Dichtfläche 65 verläuft nunmehr mit nahezu konstantem Abstand zur Drehachse des zugeordneten Zahnrades. Abseits des ersten Abschnitts 77 verläuft die erste Ausnehmung 74 nahezu in rein radialer Richtung. Durch diese Form der ersten Ausnehmung kann die Schleppströmung des Druckfluids in der ersten Ausnehmung 74 leichter vorausberechnet werden.
Anzumerken ist, dass in den 2, 2a, 2b, 4 und 4a auf die Darstellung einer Lagerhülse 61 verzichtet wurde. Die Verwendung einer Lagerhülse 61 ist vorteilhaft, da sich hierdurch die Lebensdauer der Zahnradmaschine verlängert. Es ist aber auch denkbar, die Lagerbohrung 70 unmittelbar am Lagerkörper 60 vorzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Zahnradmaschine
12: Längsrichtung
13: Drehrichtung eines Zahnrades
14: Fluidquelle
20: Gehäuse
21: Antriebsdeckel
22: Enddeckel
23: Niederdruckanschluss
24: O-Ring
25: Radialwellendichtring
26: Zylinderstift
27: Hochdruckanschluss
30: Hauptkörper
31: Innenumfangsfläche
50: Zahnrad
51: Drehachse des Zahnrades
52: Lagerzapfen
53: Antriebszapfen
54: Zahn
55: Seitenfläche des Zahnrades
56: Kopfkreisdurchmesser
60: Lagerkörper
61: Lagerhülse
62: Axialdichtung
63: Zylinderstift
64: zweite Ausnehmung
65: Dichtfläche am Lagerkörper
66: Anlagefläche am Lagerkörper
67: Zylinderachse
68: Außenumfangsfläche
70: Lagerbohrung
71: Lagerspalt
73: Auflagerpunkt
74: erste Ausnehmung
75: Quernut
76: geschlossener Kanal
77: erster Abschnitt der ersten Ausnehmung
78: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4309859 C2 [0002]

Claims

Zahnradmaschine (10), insbesondere Pumpe oder Motor, mit wenigstens zwei Zahnrädern (50), die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder (50) von einem Gehäuse (20) umgeben sind, wobei wenigstens ein Zahnrad (50) wenigstens einen Lagerzapfen (52) aufweist, der in einer zugeordneten Lagerbohrung (70) des Gehäuses bezüglich einer Drehachse (51) drehbar aufgenommen ist, wobei der wenigstens eine Lagerzapfen (52) und die zugordnete Lagerbohrung (70) einen Lagerspalt (71) begrenzen, wobei das wenigstens eine Zahnrad (50) mit einer ebenen Seitenfläche (55), die senkrecht zur Drehachse (51) ausgerichtet ist, an einer ebenen Dichtfläche (65) am Gehäuse (20) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtfläche (65) des Gehäuses (20) eine erste langgestreckte Ausnehmung (74) vorgesehen ist, welche über ihre gesamte Länge zum zugeordneten Zahnrad (50) hin offen ist und von diesem überdeckt wird, wobei der Lagerspalt (71) über die erste Ausnehmung (74) mit einer Fluidquelle (14) verbunden ist.
Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der ersten Ausnehmung (74) zwischen 0,5 mm² und 3 mm² beträgt.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abschnitt (77) der ersten Ausnehmung (74) um die Drehachse (51) des zugeordneten Zahnrades herum in nicht rein radialer Richtung verläuft, wobei er einen Winkelbereich von wenigstens 15° überdeckt.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (74) so mit der Fluidquelle (14) und dem Lagerspalt (71) verbunden ist, dass das Druckfluid dort entgegen der Drehrichtung des wenigstens einen Zahnrades (50) fließen muss, um von der Fluidquelle (27) in den Lagerspalt (71) zu gelangen.
Zahnradmaschine nach einem der vorsehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtfläche (65) eine zweite Ausnehmung (64) vorgesehen ist, welche zum zugeordneten Zahnrad (50) hin offen ist und von dessen Zähnen (54) überdeckt wird, wobei die erste Ausnehmung (74) unmittelbar in die zweite Ausnehmung (64) einmündet, wobei die erste Ausnehmung (74) eine kleinere Querschnittsfläche als die zweite Ausnehmung (64) aufweist.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (74) unmittelbar benachbart zur Lagerbohrung (71) endet und in diese einmündet.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, vorzugsweise rückbezogen auf Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Zahnrad (50) ein gesonderter Lagerkörper (60) des Gehäuses (20) zugordnet ist, wobei die Lagerbohrung (71) und die Dichtfläche (65) mit der ersten Ausnehmung (74) an dem Lagerkörper (60) angeordnet sind, wobei die zweite Ausnehmung (64) vorzugsweise von einer Fase an dem Lagerkörper (60) begrenzt wird, die entlang des Kopfkreisdurchmessers (56) des wenigstens einen Zahnrades (50) verläuft.
Zahnradmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (74) zumindest abschnittsweise von einer Nut (78) in dem Lagerkörper (60) gebildet wird, die vorzugsweise eine konstante Querschnittsform aufweist.
Zahnradmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (74) zumindest abschnittsweise von einer Fase an dem Lagerkörper (60) begrenzt wird, die entlang des Kopfkreisdurchmessers (56) des wenigstens einen Zahnrades (50) verläuft.
Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (20) ein geschlossener Kanal (76) vorgesehen ist, der in die Lagerbohrung (71) einmündet, wobei er am gegenüber liegenden Ende mit der ersten Ausnehmung (74) verbunden ist.