DE1425916A1 - Pressure-balanced bearing loads in hydraulic arrangements - Google Patents
Pressure-balanced bearing loads in hydraulic arrangementsInfo
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Description
Druckausgeglichene Lagerbelastungen in hydraulischen Anordnungen Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Vorrichtungen und insbesondere den Druckausgleich von Lagern hoher Belastung in hydraulischen Vorrichtungen. Pressure Equalized Bearing Loads in Hydraulic Assemblies The invention relates to hydraulic devices and, more particularly, to pressure equalizing high load bearings in hydraulic devices.
Die Erfindung beschreibt und beansprucht in größerem Detail einige Merkmale, die dargestellt und beschrieben sind in der USA-Patentanmeldung Ser. No. 303 905, die am 22, August 1963 angemeldet wurde. Die Erfindung ist besonders anwendbar für hydraulische Pumpen oder Motoren mit ineinandergreifenden Zahnrädern und wird besonders im Hinblick darauf beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfinduni auch eine breitere Anwendung finden kann. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft angewendet in hydraulischen Vorrichtungen, die mit vergleichsweise hohen hydraulischen Drücken arbeiten und in denen die Lagerdrücke relativ hohe Beträge erreichen und in denen Hilfslösungen, die manchmal bei Vorhandensein geringer hydraulischer Drücke angewendet werden, von vorneherein unzulänglich oder nicht zweckentsprechend sind.The invention describes and claims in more detail some features which are illustrated and described in U.S. patent application Ser. No. 303 905 filed on August 22, 1963. The invention is particularly applicable to hydraulic pumps or motors with meshing gears and will be described with particular reference thereto. It should be noted, however, that the invention can find wider application. The invention is particularly advantageously used in hydraulic devices which operate with comparatively high hydraulic pressures and in which the bearing pressures reach relatively high amounts and in which auxiliary solutions, which are sometimes used in the presence of low hydraulic pressures, are a priori inadequate or inadequate.
Hydraulische Zahnradpumpen oder Motoren der Ausbildung, auf die sich die vorliegende Erfindung insbesondere bezieht, bestehen in Ublicher Weise aus einem außenverzahaten Zahnrad, das an einer Welle befestigt ist, die drehbai# in Lagern-des Gehäuses gelagert ist und einem innenverzahnten Zahnkranz, der das außenverzahnte Zahnrad umgibt -und drehbar-gelagert ist in einem Lager, das in dem Gehäl#se angeordnet oder mit dem Gehäuse einstückig ist. Die Zahnräder bilden eine Vielzahl von Kammern, die einander abgedichtet sind und üblicherweise ist eine Hälfte dieser Kammern einem hohen hydraulischen Druck ausgesetzt, während die andere Hälfte einem niedrigen hydraulischen Druck ausgesetzt ist. Diese hohen Drücke erzeugen einen radialen Außendruck auf dass innenverzahnte Zahnrad, der durch das Lager auf das Gehäuse übertragen wird, Dieselben.'Drücke erzeugen eine radial nach innen gerichtete Kraft auf das außenverzahnte Zahnrad, die auf die Welle übertragen wird und dann über die Welle auf die Wellenlagerung im Gehäuse. Die Richtung dieser zwei Kräfte Ist üblicherweise 180 0 versetzt.Hydraulic gear pumps or motors of the training to which the present invention relates in particular consist in the usual way of an externally toothed gear that is attached to a shaft that is rotatably mounted in bearings of the housing and an internally toothed ring gear which the externally toothed The gear wheel surrounds and is rotatably mounted in a bearing which is arranged in the housing or is integral with the housing. The gears form a plurality of chambers which are sealed against one another and usually one half of these chambers is subjected to high hydraulic pressure while the other half is subjected to low hydraulic pressure. These high pressures generate a radial external pressure on the internally toothed gear, which is transmitted through the bearing to the housing, the same. 'Pressures generate a radially inwardly directed force on the externally toothed gear, which is transmitted to the shaft and then on the shaft the shaft bearing in the housing. The direction of these two forces is usually 180 ° offset.
Die Art eines bisher vorgeschlagenen Lagers is t abhängig von der Größe der zu übertragenden Kräfte. Wenn die Kräfte gering sind, wurde ein übliches Gleitlager vorgeschlagen. Alle Gleitlager haben einen Lauf spalt oder, "Lagerspalt" zwischen der nach innen gerichteten Lagerfläche und der nach auß ' en gerichteten Lagerfläche des iarin drehenden Teils, wobei dieser Laufspalt üblicherweise von ien Lagerdurckmesser abhängt und in der Regel o-,oo10 cm pro cm ies Lagerdurchmessers (o,oolo inehes per inch of bearing diameter) antspricht. Dieser Spalt ermöglicht einen Schmierfilm, der dauernd lie beiden den Drücken ausgesetzten Flächen trennen muß.The type of bearing proposed so far is dependent on the size of the forces to be transmitted. When the forces are small, a common plain bearing has been proposed. All bearings have a gap a run or, "bearing gap" between the inwardly facing bearing surface and the after Auss' s addressed bearing surface of the iarin rotating part, said running gap typically depends on ien Lagerdurckmesser and o- usually oo10 cm per cm ies Bearing diameter (oolo inehes per inch of bearing diameter). This gap enables a lubricating film that must permanently separate both surfaces exposed to pressure.
Jenn die Kräfte ansteigen, dann erzeugen sie Lagerdrücke, die aus-?eichen, den Schmierfilm abzureißen, wobei eine Berührung von detall auf Metall -s-tättf indet'und Fehler- im Lager entstehen. in solchen Fällen war es bisher notwendig., auf Rollenlager überzugehen oder die Gleitlager so groß zu bemessen, daß die spezifischen Flächendrücke auf das Maß erniedrigt werden, das der FlüssigkeitsfIlm ohne Beschädigung tragen konnte', Beide dieser Maßnahmen sind teuer und aufwendig. Die vorliegende Erfindung behandelt dieses Problem.Jenn the forces increase, then they generate bearing pressures that are sufficient, to tear off the lubricating film, with a touch of detail on metal -s-ttf indet'und errors arise in the warehouse. in it has been such cases up to now necessary. to switch to roller bearings or to dimension the plain bearings so large that that the specific surface pressures are reduced to the extent that the liquid film could wear without damage ', Both of these measures are expensive and laborious. The present invention addresses this problem.
Das Problem.ist erschwert durch die Tatsache, daß die Richtung der auf die Lager-ausgeübten Kräfte vielfach nicht bekannt ist. Zum BeiApiel, sofern die Drehrichtung einer hydraulischen Pumpe umgekehrt wird in der Weise, daß der Einlaß zum Auslaß wird und umgekehrt" dann verschiebt sich die Drehrichtung der Kräfte üblicherweise um 180 0 , In der gleichen Weise, sofern die Zonen, die üb- licherweise an der neutralen Achse der Zahnräder sind, aus dieser üblichen Stellung gedreht werden, um das Ausflußvolumen der Pumpe zu vermindern,. dann wird sich die Richtung 'der Kräfte ebenso -und entsprechend drehen Weiterhin ist der Betrag der Kräfte nicht immer bekannt, obwohl dieser üblicherweise sich ändert proportional der Differenz-zwischen den hohen und den niedrigen Drücken und auch zur axiglen.Ljnge der verwendeten Zahnräder, z.B. wenn Zahnräder verschiedener axialer Länge eingebaut werden, um die Leist«i#ng.d,#ir Pur#pe,4ei.gleicher Gehäusebemessung zu ändern.The problem is compounded by the fact that the direction of the forces exerted on the bearings is often not known. For BeiApiel, the direction of rotation of a hydraulic pump provided is reversed in such a manner that the inlet becomes the outlet and vice versa, "then the rotational direction of the forces shifts usually 180 0 In the same manner, provided that the areas, which are usually the neutral axis of the gears are to be rotated from this usual position in order to reduce the outflow volume of the pump, then the direction of the forces will also rotate and accordingly. Furthermore, the magnitude of the forces is not always known, although this usually changes changes proportionally to the difference between the high and low pressures and also to the axial length of the gears used, e.g. when gears of different axial lengths are installed in order to achieve the same performance To change the housing dimensioning.
Die vorliegende-,£r.findui#g schlägt die Verwendung von Gleitlagern bzw. Hülsenlagern vor und die Verbindung des hohen Druckes zum niedrigen Druck durch den Zwischenraum des Lagers oder Spalt in einer solchen.Weise, daß 4ußeren,radialen Kräften, die auf das Teil einwirken, das.vom-Lager getragen ist, entgegenwirkt.durch Kräfte der hydraulischen Drücke in dem Lagerspalt, Das rotierende Teil wird daher tatsächlich-Iii dem Lager hydrostatisch schwebend gehalten.-Nach der erfindungsgemäßen Lehre wird ein größerer als üblicher Lagerspalt vorgeschlagen und der hohe hydraulische Druck wird in diesen Lagerspalt geleitet an zumindestens zwei am Umfang im Ab- stand befindliche Stellen, die so angeordnet sind, daß sie auf das Teil eine hydraulische Kraft ausüben, die der äußeren Kraft widersteht. Mittel sind dann vorgesehen zum Verbinden einiger Teile des Lagerspaltes zurück zu den niedrigen hydraulischen Drücken oder dem Sumpf, so daß ein begrenzter, aber stetiger Strömungsfluß durch den Lagerspalt und ein gesteuerter Druckabfall in dem Sp#tlt vorhanden ist. Der Druck in dem Lagerspalt ändert sich von einem Maximum an der Stelle, wo er in das Lager eingeführt ist, zü einem Minimum> wo er zum Sumpf zurückgeführt ist, wobei der Druckabfall eine Funktion des Lagerspaltes ist und ob der Spalt gleichmäßig um das Lager herum ist oder exzentrisch, abhängig von der radialen Verschiebung des rotierenden Teils als Ergebnis der auf dieses einwirkenden äußeren Kräfte. Diese Änderung in der Spaltweite ist nutzbar gemacht zur Änderung-der Druckgradienten in dem Lagerspalt, so daß dieser selbsttätig den einwirkenden Kräften standhält bzw. entgegenwirkt.The present invention proposes the use of plain bearings or sleeve bearings and the connection of the high pressure to the low pressure through the space of the bearing or gap in such a way that external, radial forces acting on the Acting part that is supported by the bearing counteracts by forces of the hydraulic pressures in the bearing gap, the rotating part is therefore actually kept floating hydrostatically in the bearing.-According to the teaching of the invention, a larger than usual bearing gap is proposed and the high hydraulic pressure is passed into this bearing gap to at least two circumferentially spaced locations which are arranged in such a way that they exert a hydraulic force on the part which withstands the external force. Means are then provided for connecting some portions of the bearing gap back to the low hydraulic pressures or the sump so that there is limited but steady flow of flow through the bearing gap and a controlled pressure drop in the gap. The pressure in the bearing gap changes from a maximum where it is introduced into the bearing to a minimum where it is returned to the sump, the pressure drop being a function of the bearing gap and whether the gap is uniform around the bearing is or eccentric, depending on the radial displacement of the rotating part as a result of the external forces acting on it. This change in the gap width can be used to change the pressure gradient in the bearing gap, so that it automatically withstands or counteracts the forces acting on it.
Die Anoüdnung der Stellen, wo der hohe hydraulische Druck in die Lager zugeführt wird und in den Sumpf zurückgeführt wird, ändert sich abhängig von der Richtung der äußeren radialen Kräfte, die auf das rotierende Teil einwirken. Sofern die Richtung der einwirkenden äußeren Kräfte vollkommen unbekannt ist, dann wird nach der Erfindung die Strömung hohen Druckes in den Lagerspalt zugeführt an drei, im gleichen Abstand sich über den Umfang erstreckenden Stellen durch drei verschiedene, die Strömung leitende bzw. einschränkende Mündungen bzw. Düsen, wobei dann das obere und untere Ende des Lagers mit der Seite geringen Druckes verbunden sind., Sofern die axiale Kraft doppelt gerichtet ist und die Ebene der Kräfte bekannt ist, dann wird die Str3mung hohen Druckes zugeführt durch die die Strömung leitende bzw. einschränkende Mündungen bzw, Düsen in den Lagerspalt an zwei Stellen, die jeweils 90 0 zur Ebene der Kräfte und.an deren Seite jeweils gegenüberliegen. Der Lagerspalt ist ebenso verbunden mit der Seite geringen Druckes an zwei Stellen, die beide in der Ebene der Kräfte und jeweils an gegen--überliegenden Enden dieser Ebene vorhanden sind.The design of the locations where the high hydraulic pressure is fed into the bearings and returned to the sump changes depending on the direction of the external radial forces acting on the rotating part. If the direction of the acting external forces is completely unknown, then, according to the invention, the flow of high pressure is fed into the bearing gap at three equally spaced points over the circumference through three different orifices or nozzles that guide or restrict the flow The upper and lower end of the bearing are then connected to the low pressure side. If the axial force is double-directed and the plane of the forces is known, then the flow of high pressure is fed through the orifices that guide or restrict the flow or, nozzles in the bearing gap at two points, each 90 ° to the plane of the forces und.an opposite each other. The bearing gap is also connected to the low pressure side at two points, both of which are present in the plane of the forces and at opposite ends of this plane.
Sofern die äußere Kraft einseitig gerichtet und die Ebene der Kräfte bekannt ist, dann ist die Strömung hohen Druckes in den Lagerspalt zugeführt an zwei Stellen, die um einen Winkelbetrag von annähernd 120c)'einander entfernt sind und symmetrisch mit und an der Seite des Lagers angeordnet, die der Kraft gegenüberliegt.Provided that the external force is directed unilaterally and the level of forces is known, then the flow of high pressure is fed into the bearing gap two places that are approximately 120c) 'apart and arranged symmetrically with and on the side of the bearing which is opposite to the force.
Eine dritte Stelle in einem Winkeiabstand von 1200 von jedem der beiden Druckzuführstellen ist dann mit der Seite niedrigen Druckes verbunden.A third digit at an angular distance of 1200 from each of the two Pressure feed points are then connected to the low pressure side.
Weiterhin können Stellen zwischen der Stelle geringen Druckes und den Stellen hohen Druckes miteinander verbunden sein, um die Druckgradienten auszugleichen und zu verbessern, so daß die äußere einseitig gerichtete Kraft eine Richtung über einen Winkelbetre, ag-von 120 0 haben kann.Furthermore, can be interconnected positions between the point of low pressure and high pressure points, the pressure gradient compensate and improve, so that the outer unidirectional force one direction over a Winkelbetre ag-by, may have 120 0th
Das Wesen der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Lageranordnung in hydraulischen Vorrichtungen, in der der Druck der hydraulischen Flüssigkeiten verwendet ist, das neue Teil, das in dem Lager rotiert, schwi mmend zu lagern bzw. zu umspülen.The essence of the invention is to create a new and improved one Bearing arrangement in hydraulic devices in which the pressure of the hydraulic Liquids used, the new part rotating in the bearing is floating to store or to wash around.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Anordnung eines neu(#n und verbesserten Lagers, das bei einer gegebenen Bemessung unbeanstandet arbeitet, eine große Belastung aufnimmt und eine lange Lebensdauer aufweist.Another object of the invention is the arrangement of a new (#n and improved bearing that works perfectly for a given dimension, absorbs a large load and has a long service life.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung eines Lagersystems der vorbesehriebanen Art, das eine geringe Startreibung und auch eine geringe Laufreibung aufweist.Another object of the present invention is the arrangement a storage system of the vorbesehriebanen kind, which has a low starting friction and also has a low running friction.
Ein weiterer Gegen stand der Erfindung ist die Anordnung eines Lagersystems-für hydraulische Vorrichtungen, die wirksam Lasten verschiedener Größen und Richtungen beim gleichen hydraulise hen Druck tragen kann.Another object of the invention is the arrangement of a storage system for hydraulic devices that effectively carry loads of various sizes and directions can bear at the same hydraulic pressure.
Die ErMndung kann bauliche Abwandlungen in verschiedenen Teilen aufweisen. Die Anordnung von Teilen bevorzugter Ausbildungsform wird 'im einzelnen in der nachfolgenden Beschreibung in.Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig.1 in einer Seitenansicht und im Schnitt einen hydraulischen Zahnradmotor einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausbildungsform, Fig,2 und 3 den Querschnitt nach Fig.1, entnommen den dortigen Linien 2 - 2 und 3 - 3, Fig.4 eine Ansicht, in etwa ähnlich der von Fig.2, jedoch mit übertriebener Darstellung des Lagerspaltes und dem Verlauf des Druckabfalls für übliche, auf das Lager wirkende Lasten; Fig,5 eine Ansicht ähnlich Fig.4 mit der Darstellung des Druckabfalls, sofern eine höhere Kraft auf das rotierende Teil ausgeübt ist, Fig.6 eine Ansicht, ähnlich Fig.4, aber mit der Darstellung des Druckabfalls sofern eine geringere Kraft auf das rotierende Teil ausgeübt wird, die in einem Winkel zur Horizontalen angreift,-Fig-7 eine Ansicht ähnlich Fig.5, jedoch mit der Darstellung einer abgewandelten Ausbildung der Erfindung, die verwendet wird, sofern die Druckrichtung' unbekannt ist, Fig.8 eine Ansicht ähnlich Fig.7 mit der Darstellung des Druckabfalls, sofern eine horizontale Kraft in Richtung nach links auf das rotierende Teil ausgeübt ist, Fig,8a eine Planansicht der Lagerfläche nach Fig.-7 und 8, Fig.9 eine Ansicht irgendwie ähnlich zu Fig.4, jedoch mit der Darsteijüng einer abgewandelten Ausbildungsform der Erfindung, die verwendet ist, sofern die Druckrichtung horizontal und zweifach gerichtet ist; und Fig.10 den Druckabfall, sofern eine Horizontalkraft nach links auf das rotierende Teil ausgeübt ist. Nach den Zeichnungeri# in denen die Darstellungen zum Zwecke der Erläuterung bevorzugte Ausbildungsformen der Erfindung zeigen, ohnee die Erfindung einzuschränken, zeigen die Fig,1 bis 3 einen innenverzahnten Zahnradmotor, der grundsätzlich besteht aus einem Gehäuse A, einer angetriebenen Welle B, einem außenverzahnten Zahnrad C, das mit der Welle B verkeilt ist und ein innenverzahntes Zahnrad D, das das außenverzahnte Zahnrad umgibt und mit diesem drehbar ist.The invention can have structural modifications in various parts. The arrangement of parts of a preferred embodiment is explained in detail in the following description in connection with the drawings. They show: FIG. 1 in a side view and in section a hydraulic gear motor of a preferred embodiment according to the invention, FIGS. 2 and 3 the cross-section according to FIG. 1, taken from the lines 2 - 2 and 3 - 3 there, FIG. 4 a view, roughly similar to that of FIG. 2, but with an exaggerated representation of the bearing gap and the course of the pressure drop for normal loads acting on the bearing; 5 is a view similar to FIG. 4 showing the pressure drop if a higher force is exerted on the rotating part, FIG. 6 is a view similar to FIG. 4, but showing the pressure drop if a lower force is exerted on the rotating part Part is exercised, which acts at an angle to the horizontal, -Fig-7 a view similar to Fig.5, but with the representation of a modified embodiment of the invention, which is used if the pressure direction is unknown, Fig.8 a view similar 7 with the representation of the pressure drop if a horizontal force is exerted on the rotating part in the left direction, FIG. 8a a plan view of the bearing surface according to FIGS. 7 and 8, FIG. 9 a view somewhat similar to FIG , but with the Darsteijüng a modified embodiment of the invention, which is used when the printing direction is horizontal and two-way; and FIG. 10 shows the pressure drop if a horizontal force to the left is exerted on the rotating part. According to the drawings in which the representations show preferred embodiments of the invention for the purpose of explanation, without restricting the invention, FIGS. 1 to 3 show an internally toothed gear motor, which basically consists of a housing A, a driven shaft B and an externally toothed gear C, which is keyed to the shaft B and an internal gear D which surrounds the external gear and is rotatable therewith.
Das dargestellte Gehäuse A besteht grundsätzlich aus einem Hauptgehäuseteil 10 mit einer nach oben gerichteten zylindrischen Ausnehmung, die bestimmt ist durch eine untere ebene Fläche 11 und eine zylindrische Wandfläche 12. Eine Abdeckplatte 1,3 bildet den anderen Teil des Gehäuses und erstreckt sich über die Ausnehmung und hat eine nach unten gerichtete Fläche 14, die zur Fläche 11 parallel verläuft.The illustrated housing A basically consists of a main housing part 10 with an upwardly directed cylindrical recess which is defined by a lower flat surface 11 and a cylindrical wall surface 12. A cover plate 1, 3 forms the other part of the housing and extends over the recess and has a downwardly directed surface 14 that is parallel to surface 11.
Das außenverzahnte Zahnrad C ist zur Drehung mit der Welle B verkeilt durch einen Keil 15. Der innenverzahnte Zahnkranz D -ist drehbar in der zylindrischen Fläche 12*gelagert um eine Achse, die der Drehachse des Zahnrades C und entsprechend der Welle B gegenüber versetzt ist.The externally toothed gear C is keyed for rotation with the shaft B by a wedge 15. The internally toothed ring gear D is rotatably mounted in the cylindrical surface 12 * about an axis which is offset from the axis of rotation of the gear C and corresponding to the shaft B.
Der Zahnkranz D hat einen Zahn oder mehrere Zähne mehr als.das Zahnrad C und die Zähne sind in gleitender dichtender Anlage, um eine Vielzahl von KaImern 16H, löL zu bilden, die bei der Rotation der Zahnräder progressiv in ihrem Volumen zunehmen und abnehmen. Diese Zahnräder haben eine neutrale Achse 17, wie aus Fig,2 hervorgeht, bestimmt durch die Stellung der Kammern mit Maximal- und Minimalvolumen.- Die obere Fläche 14 ist in gleitender dichtender Anlage mit den oberen Flächen der Zahnräder C, D. In gleicher Weise liegt die untere Fläche 11 der Ausnehmung in gleitender dichtender Anlage mit der unteren Fläche der Zahnräder C, D und hat sich boge nförmig erstreckende Einlaß- und Auslaßöffnungen 20 und entsprechend 21. die dort angeordnet sind und von der Rotationsachse einen Abstand aufweisen, so daß sie mit den Kammern der Zahnräder anwachsenden und vermindernden Volumens'verbunden sind. Die Einlaßöffnung 20 hat einen Förderkanal 20a, der sich nach unten erstreckt und mit einer nicht dargestellten Kraftquelle hohen Flüssigkeitsdruckes verbunden ist. In ähnlicher-Weise ist die Auslaßöffnung 21 mit einem Kanal 21a verbunden, der sich nach unten erstreckt und mit dem nicht dargestellten Sumpf verbunden ist.The ring gear D has one or more teeth more than the gear wheel C and the teeth are in sliding sealing engagement to form a plurality of cavities 16H, L, which progressively increase and decrease in volume as the gear wheels rotate. These gears have a neutral axis 17, as can be seen in Fig. 2, determined by the position of the chambers with maximum and minimum volumes. The upper surface 14 is in sliding sealing engagement with the upper surfaces of the gears C, D. In the same way the lower surface 11 of the recess is in sliding sealing engagement with the lower surface of the gears C, D and has arcuate inlet and outlet openings 20 and 21 correspondingly arranged there and spaced from the axis of rotation so that they with the chambers of the gears increasing and decreasing volumes are connected. The inlet opening 20 has a delivery channel 20a which extends downward and is connected to a power source, not shown, of high fluid pressure. Similarly, the outlet port 21 is connected to a channel 21a which extends downward and is connected to the sump, not shown.
Die Fläche 11 zwischen den bogenförmigen Enden der Durchlässe 20, 21 wirkt als Felder bzw. Zonen des Motors» Diese Felder bzw. Zonen haben eine bogenförmige Weite, die zumindest gleich ist der bogenförmigen Weise der Zahnradkammern 16H, 16L bei ihrer maximalen bogenförmigen Weite, um die Verbindung von einer Öffnung 20 zu der anderen Öffnung durch die Kammern zu vermeiden.The area 11 between the arcuate ends of the passages 20, 21 acts as fields or zones of the engine. These fields or zones have an arcuate width at least equal to the arcuate shape of the gear chambers 16H, 16L at their maximum arcuate width to avoid communication from one opening 20 to the other opening through the chambers.
Die zylindrische Fläche 12 wirkt als Gleitlager für den innenverzahnten Zahnkranz und hat nach der vorliegenden Erfindung einen Durchmesser, der größer ist als üblich für den Durchmesser der Außenmantelfläche des Zahnkranzes D, um einen Zwischenraum c oder Lagerspalt zu bilden, der mit einem Schmiermittel gefüllt ist, das im vorliegenden Fall der hydraulischen Flüssigkeit entspricht$ die, zum Antrieb des Motors verwendet wird. Obwohl die Flächen 11, 14 dichtend an der oberen und unteren Fläche des Zahnrades D anliegen, schließen sie die oberen und unteren Enden des Lagerspaltes e. The cylindrical surface 12 acts as a slide bearing for the internally toothed ring gear and, according to the present invention, has a diameter which is larger than usual for the diameter of the outer circumferential surface of the ring gear D in order to form a gap c or bearing gap which is filled with a lubricant, which in the present case corresponds to the hydraulic fluid used to drive the motor. Although the surfaces 11, 14 lie sealingly against the upper and lower surfaces of the gear D , they close the upper and lower ends of the bearing gap e.
In übliche Gleitlager ist der radiale Spalt üblicherweise annähernd ooolo cm pro cm des Durchmessers (o,oolo inehes per inch of diameter)"aber nach der vorliegenden Erfindung ist der Spalt größer als Diesel?, nämlich o,oo15 bis o.,olo cm pro cm im Durchmesser (0,0015 bis o,olo inches per inch or diameter); o,oo4 ist bevorzugt für einen Motor oder Pumpe der dargestellten Art"der ?ehler bzw. Deformationen des Zahr-rades D unter hohen Drücken aus-,xleicht. Daher ist der Zahnkranz innerhalb von Grenzen frei, sich radial innerhalb seines stutzlagers unter der Wirkung von radialen ,Kräften zu bewegen.In conventional plain bearings, the radial gap is usually approximately ooolo cm per cm of diameter (oolo inehes per inch of diameter) "but according to the present invention the gap is larger than diesel?, Namely o, oo15 to o cm in diameter (0.0015 to 0.01 inches per inch or diameter); 0.04 is preferred for a motor or pump of the type shown "which compensates for malfunctions or deformations of the gear D under high pressures . Therefore, the ring gear is free within limits to move radially within its support bearing under the action of radial forces.
En der dargestellten erfindungsgemäßen Ausbildungsform stehen die jammern 16H, die sich auf der linken Seite der neutralen Achse. )efinden, wie aus Fig.2 hervorgeht, alle unter den hohen Flüssigceitsdrücken und diese Drücke üben eine radiale Außenkraft über eine Hälfte der gesamten inneren Fläche.des Zahnkranzes D aus. In the embodiment according to the invention shown, the whine 16H are located on the left side of the neutral axis. ) efinden, as shown in Figure 2, all high among the Flüssigceitsdrücken and these pressures exert a radially outer force over a half of the entire inner Fläche.des sprocket D from.
#lie diese Kräfte können integriert,#werden zu einer-einzigen großen 7adialen Außenkraft F, die annähernd rechtwinklig zu und auf der lochdruckseite der neutralen Achse 17 verläuft. Bei dem dargestell-;en Motor ist diese Kraft F einseitig gerichtet und seine Richtung .st bekannt. Diese Kraft F wird auf das Gehäuse übertragen über [en Film des Schmieröls in dem Lagerspalt C und erzeugt ein Maß #es tagerdruckes, das umgekehrt proportional ist dem Durchmesser [nd der Länge des Lagers. In hydraulischen Vorrichtungen, auf die ;ich die Erfindung bezieht, können die Kraft F und der spezifische Druck, den dieser erzeugt, sehr hohe Beträge erreichen, der ausreichend ist, um den Schmierfilm in dem Lagerspalt abzureißen, wobei in diesem Fall Metall auf Metall läuft und Lagerschäden bald folgen.#lie these forces can be integrated, # become a single large 7adial external force F, which runs approximately at right angles to and on the pressure side of the neutral axis 17 . In the motor shown, this force F is unidirectional and its direction is known. This force F is transmitted to the housing via a film of the lubricating oil in the bearing gap C and generates a measure of bearing pressure that is inversely proportional to the diameter and length of the bearing. In hydraulic devices to which the invention relates, the force F and the specific pressure it generates can reach very high amounts sufficient to tear off the lubricating film in the bearing gap, in which case metal runs on metal and bearing damage will soon follow.
Nach der Erfindung ist eine entgegengesetzte hydraulische Kraft erzeugt an der Außenfläche des Zahnkranzes, die der Kraft F entgegengesetzt ist, so daß entstehende Kräfte, die ausreichend sein würden, den Schmierfilm abzureißen, vermieden werden.According to the invention, an opposite hydraulic force is generated on the outer surface of the ring gear, which is opposite to the force F, so that resulting forces, which would be sufficient to tear off the lubricating film, avoided will.
Dies geschieht durch Verbindung von in Abstand befindlichen Stellen des Lagerspaltes c mit dem hydraulischen hohen Druck und andere Stellen mit dem geringen hydraulischen Druck bzw. Rücklauf, Die Weiße der räumlichen Anordnung dieser Stellen und deren Verbindung zu den hohen und geringen Drücken nimmt eine Anzahl verschiedener Gestalten ein, aber in der bevorzugten dargestellten Ausbildungsform sind die Stellen festgelegt durch Anordnung einfach sich erstreckender Nuten in der Fläche 12 und Verbinden dieser Nuten an ihren,Enden mit entsprechenden Drücken durch Kanäle in dem Gehäuse. Daher hat die zentrische Fläche ein Paar von Nuten oder Rinnen 30, 31 hohen Druckes, die symmetrisch an der Hochdruckkammerseite der 0 neutralen Achse 17 angeordnet sind und einen Winkelabstand von 120 zueinander haben. Jede Nut 30, 31 ist mit dem Einlaß oder,der Öff- nung 20 hohen Druckes verbunden durch Nuten 30a und entsprechend 31a in der Fläche 11. Daher wird hydraulische Flüssigkeit mit hohem Druck dem Lagerspalt c zugeführt an zwei Stellen, die in einem Winkel von jeweils 60 0 zur Senkrechten der neutralen Achse, d.h. der Linie der Wirkung der Kraft F liegen und sich über die gesamte axiale Länge der Fläche 12 erstrecken.This is done by connecting spaced points of the bearing gap c with the high hydraulic pressure and other points with the low hydraulic pressure or return. The whiteness of the spatial arrangement of these points and their connection to the high and low pressures takes a number of different forms but in the preferred illustrated embodiment, the locations are defined by arranging simply extending grooves in surface 12 and connecting these grooves at their ends with corresponding pressures through channels in the housing. Therefore, the central surface has a pair of grooves or grooves 30, 31 of high pressure, which are arranged symmetrically on the high pressure chamber side of the 0 neutral axis 17 and are angularly spaced 120 from one another. Each groove 30, 31 is connected to the inlet or, the opening 20 of high pressure through grooves 30a and correspondingly 31a in the surface 11. Therefore, hydraulic fluid with high pressure is supplied to the bearing gap c at two points which are at an angle of 60 0 in each case to the perpendicular of the neutral axis, ie the line of the action of the force F, and extend over the entire axial length of the surface 12.
Die Stelle geringen Druckes ist festgelegt durch eine Nut 33, die nahe dem Mittelpunkt der Seite der Kammer niedeten Druckes in der neutralen Achse 17 angeordnet ist und diese Nut 33 ist verbinden mit dem Auslaßkanal 21 durch eine Nut 33a in der Fläche 11. The low pressure location is defined by a groove 33 which is located near the center of the low pressure chamber side in the neutral axis 17 and this groove 33 is connected to the outlet channel 21 through a groove 33a in the surface 11.
Bei der Tätigkeit ist die hydraulische Flüssigkeit hohen Druckes an einer axialen Strömung gehindert, aber fließt ringsumlaufend durch den Lagerspalt c-von der Nut' _30 zu der Nut _3.3 und von der Nut _31 zu der Nut 3_3. Der Lagerspalt bildet eine ständige Beschrän;-kung dieses Flusses und führt zu einem beständigen Abfall oder Gradienten in den hydraulischen Drücken in dem Lagerspalt c zwischen den Nuten 30, 31 und der Nut 33 vom Maximum zu Null. Sofern dieser Spalt gleichbleibend ist, dann i.st der Druckabfall gleichbleibend oder linear. Sofern der Spalt ungleichförmig ist, dann wird der Druckgradient ebenfalls nicht gleichmäßig und dort am größten sein, wo der Spalt am geringsten ist und umgekehrt. Diese hydraulischen Drücke in dem Lagerspalt üben radial nach innen gerichtete Kräfte g über die gesamte äußere Fläche des Zahnkranzes D aus. Bei der Arbeit bewegt sich der Zahnkranz radial in dem Gehäuse unter dem Einfluß der verschiedenen Kräfte, um den Lagerspalt und Druckgra-_ dienten zu ändern. Ein Druckabfall wirkt in der Weise, daß die Kräfte g integrieren zu einer einzigen großen Kraft G, die allgemein der Kraft F entgegenwirkt. Tatsächlich ist der Zahnkranz innerhalb der Kammer hydraulisch in einem Gleichgewicht gehalten4 Die Fig.4, 5 und 6 zeigen schematisch den Druckabfall bei verschiedenen Arbeitsbedingungen. In Fig,4 ist der Lagerspalt c gleichmäßig über den gesamten Umfang. Der Druckabfall der Kräfte ist dargestellt durch die Linie 35. Die Kräfte der Flüssigkeit in dem Spalt an der linken Seite der neutralen Achse 17 integrieren zu einer einzigen Kraft G L in Richtung nach rechts auf den Zahnkranz D. Die Kräfte an der rechten Seite der neutralen Achse 17 integrieren zu einer JBinzelkraft GR in Richtung nach links auf den Zahnkranz D. Diese Kraft GR ist geringer als die Kraft GL und die Differenz ist die der Kraft F entgegenwirkende Kraft. Die Kraft GL minus Kraft GR ist ausreichend groß, um die von der Kraft F aus entstehenden Drücke daran zu hindern, den Schmierfilm abzureißen. Wenn sich der Zahnkranz D radial bewegt, dann ändert sich die Exzentrizität des Spaltes und entsprechend ändern sich die Druckgradienten und daher ändern sich ebenso die relativen Größen der Kräfte GL und GR. Daher, sofern, wie in Fig.5 dargestellt ist, die Kraft F anwächst, dann bewegt sich das Zahnrad D nach links und ändert den Spalt und Gradienten, wie durch die Linie 36 dargestellt ist und erhöht die Größe der Kraft GL und vermindert die Größe der Kraft G., Sofern, wie aus Fig.6 hervorgeht, die Kraft F in einem Winkel von 300 zur neutralen Achse.angreift, dann ändern sich die Druckgradienten, wie durch die Linie 41 angegeben ist, so daß die Kraft GR stets zum Teil der Kraft F entgegenwirkt.During operation, the high pressure hydraulic fluid is prevented from flowing axially, but flows all around through the bearing gap c-from groove ' _30 to groove _3.3 and from groove _31 to groove 3_3. The bearing gap forms a constant restriction of this flow and leads to a constant drop or gradient in the hydraulic pressures in the bearing gap c between the grooves 30, 31 and the groove 33 from maximum to zero. If this gap is constant, then the pressure drop is constant or linear. If the gap is non-uniform, then the pressure gradient will also not be uniform and will be greatest where the gap is smallest and vice versa. These hydraulic pressures in the bearing gap exert radially inwardly directed forces g over the entire outer surface of the ring gear D. During work, the ring gear moves radially in the housing under the influence of various forces in order to change the bearing gap and pressure gradient. A pressure drop acts in such a way that the forces g integrate into a single large force G which generally counteracts the force F. In fact, the ring gear is kept in hydraulic equilibrium within the chamber4. Figures 4 , 5 and 6 show schematically the pressure drop under different working conditions. In FIG. 4, the bearing gap c is uniform over the entire circumference. The pressure drop of the forces is represented by the line 35. The forces of the liquid in the gap on the left side of the neutral axis 17 integrate into a single force G L in the direction to the right on the ring gear D. The forces on the right side of the neutral axis Integrate axis 17 into a single force GR in the direction to the left on the ring gear D. This force GR is less than the force GL and the difference is the force counteracting the force F. The force GL minus the force GR is sufficiently large to prevent the pressures generated by the force F from tearing off the lubricating film. When the ring gear D moves radially, the eccentricity of the gap changes and the pressure gradients change accordingly and therefore the relative magnitudes of the forces GL and GR also change. Therefore, if, as shown in Figure 5, the force F increases, then the gear D moves to the left and changes the gap and gradient as shown by line 36 and increases the magnitude of the force GL and decreases the magnitude of the force G. If, as can be seen from Fig. 6, the force F acts at an angle of 300 to the neutral axis, then the pressure gradients change, as indicated by the line 41, so that the force GR is always partially the force F counteracts.
Ebenso sind nach der vorliegenden Erfindung Stellen des Lagers zwischen den Nuten 30, 31 hohen Druckes und der Nut 33 niedrigen Druckes miteinander verbunden, um einen Druckgradienten im Spalt zu erhalten, sofern die.Richtung der Kraft F sich verschiebt. In der dargestellten Ausbildungsform sind diese Stellen in Gestalt von zwei Nuten .38.und 39 in der Fläche 12 in einem Winkelabstand von annähernd 30 0 zur neutralen Achse an der Seite der neutralen Achse geringen Druckes vorhanden.-Diese Nuten 38, 39 sind durch sine Nut 4o in der Fläche 14 verbunden, gerichtet radial nach außen von der zylindrischen Fläche 12. Die Verwendung einer solchen gut wird den Druckgradienten ändern,dem Gradienten gegenüber, der vorherrschen würde, der durch die Linie 41 in Fig-.6 dargestellt ist. T4s ergibt sich eine irgendwie verbesserte Ausgleichswirkung.Likewise, according to the present invention, points of the bearing between the grooves 30, 31 of high pressure and the groove 33 of low pressure are connected to one another in order to obtain a pressure gradient in the gap if the direction of the force F shifts. In the embodiment shown, these points are in the form of two grooves .38 and 39 in the surface 12 at an angular distance of approximately 30 ° to the neutral axis on the side of the neutral axis of low pressure. These grooves 38, 39 are through sine Groove 4o connected in face 14, directed radially outward from cylindrical face 12. Use of such a well will change the pressure gradient from the gradient that would prevail, represented by line 41 in Figure 6. T4s results in a somehow improved compensating effect.
)ie Erfindung ist in gleicher Weise anwendbar in den Fällen, wo lie Richtung derkraft nicht bekannt-ist.. Nach der Erfindung, wie Lnsbesondere in den Fig,7 und 8 dargestellt ist, wie der hohe )rück dem Lagerspalt zugeführt an drei Stellen 50, 51 und 52, die einen Winkelabstand von 120 0 zueinander haben durch die Strömung Deschränkende Mündungen 50a, 51a und 52a.) he invention is known-not applicable in the same way in cases where lie direction derkraft .. According to the invention, such as particular in FIGS, 7 and 8, as the high) reset the bearing gap is supplied at three points 50 , 51 and 52, an angular distance of 120 0 have each other by the flow Deschränkende orifices 50a, 51a and 52a.
#ig.8a zeigt die Oberansicht einer bevorzugten Anordnung zum Ver-)inden des hohen Druckes mit dem Lagerspalt. Dazu sind die Stellen Ln Gestalt von radialen Druchlässen 50b, -51b und 52b. vorhanden" lie einen Winkelabstand von 1200 zueinander haben und angeordnet 3ind in der axialen Mittelebene bzw, halben Höhe-- der Lagerfläche )2. Der Kanal 50 ist verbunden mit einer sich naeh vertikal er-;treckenden Nut 50c in der Lagerfläche 62, die in der Mitte von ,wei in Umfangsrichtung sich erstreckenden Nuten 50b, 50e einiündet, die beide angeordnet sind nahe, j aber einen Abstand haben ;u den oberen und unteren Enden der Lagerfläche 62. Diese Nuten ')Od, 50e erstrecken sich über einen Winkel von annähernd 100 0 , so daß deren Enden einen Abstand von annähernd 20 0 zu den Enden von angrenzenden sich Über den Umfang erstreckenden Nuten 51d, 5le und 52d und 52e aufweisen.# ig.8a shows the top view of a preferred arrangement for connecting the high pressure to the bearing gap. For this purpose, the locations Ln are in the form of radial passages 50b, -51b and 52b. The channel 50 is connected to a near vertically extending groove 50c in the bearing surface 62, which in FIG the middle of, wei in circumferentially extending grooves 50b einiündet 50e, both of which are located close to, but j have a distance u to the upper and lower ends of the bearing surface 62. These grooves') Od, 50e extending over an angle of approximately 100 0 so that their ends are spaced approximately 20 0 from the ends of adjacent circumferential grooves 51d, 5le and 52d and 52e.
Der Durchmesser oder die Länge oder beide der radialen Durchlässe 50b, 51b, 52b kann so eingeschränkt oder verlängert sein, daß sie eine Beschränkung oder Düse für den durchfließenden Flüssigkeitsstrom bilden, die größer ist als die Beschränkung des normalen Lagerspaltes c an den axialen Enden der Lagerfläche 62, wo die Strömung zum Niederdruck oder dem Sumpf geleitet wird.The diameter or the length or both of the radial passages 50b, 51b, 52b can be restricted or elongated so that they form a restriction or nozzle for the flowing liquid flow which is greater than the restriction of the normal bearing gap c at the axial ends of the bearing surface 62 where the flow is directed to the low pressure or sump.
Im Betrieb ist eine beständige Flüssigkeitsströmung von der Hochdruckkraftquelle, die nicht dargestellt ist, aus durch die drei einführenden Durchlässe oder Auslässe 50b, 51b, 52b und den Lagerspalt c zu dem Sumpf vorhanden. Diese Strömung erzeugt einen Druckabfall über die.Kanäle und den Spalt c, wobei sich der Abfall durch die Auslässe ändert, wenn der Spalt sich ändert. Daher, sofern eine Kraft das Teil D' zur Öffnung 50 verschiebt, nimmt der Druckabfall durch die Auslaßöffnung 50 ab, erhöht den Druck in den Nuten 50b und 50c und vermindert den Druck in den gegenüberliegenden Nuten 51b, 51c und 52b und 52e. Die Änderung der Drücke in dem Lagerspalt C ergibt eine Änderung in dem Kraftverlauf, der die hydraulische Ausrichtung des Teils D' in dem Lagerspalt bewirkt.In operation there is a steady flow of fluid from the high pressure power source, not shown, through the three introducing passages or outlets 50b, 51b, 52b and bearing gap c to the sump. This flow creates a pressure drop across the channels and gap c, the drop through the outlets changing as the gap changes. Therefore, if a force displaces the part D 'towards the port 50 , the pressure drop through the outlet port 50 decreases, increases the pressure in the grooves 50b and 50c, and decreases the pressure in the opposing grooves 51b, 51c and 52b and 52e. The change in the pressures in the bearing gap C results in a change in the force profile which causes the hydraulic alignment of the part D 'in the bearing gap.
Die Fig.9 und 10 zeigen die Anwendung der Erfindung in den Fällen, in denen die Ebene der Kräfte bekannt, aber die Richtung umkehrbar ist. In der Ausbildung nach Fig.9 ist die Kraft M als horizontale Kraft dargestellt. In einem solch-en Falle istlie Lagerfläche mit » Nuten 60, 61 versehen, die mit dem hohen Flü#sigkeitsdruck verbunden sind, wobei diese Nuten angeordnet sind in der Ebene rechtwinklig zur Richtung der Kraft, Der Lagerspalt ist verbunden mit Nuten Ö2, 63, angeordnet in der Ebene der Kraft mit der Saugseite oder dem Rücklauf. Die Linien 66 und 67 zeigen die Druckgradienten, wenn die Kraft M null ist. Sofern die Kraft M angenommen nach links wirkt, wie in Fig.10 dargestellt ist, dann zeigen die Linien 66' und 671 die Druckgradienten, die durch die-Verschiebung des Teils nach links erhalten'werden. Festzustellen ist, daß der Druckabfall von der Nut 60 und 61 zu der Nut 63 relativ steil ist, so daß die durch die Drücke erzeugte Kraft zur rechten der Ebene durch die Nuten 60, 61 vermindert ist, Auf der anderen Seite ist der Druckabfall von den Nuten--60 und 61 zur Nut 62 vermindert, so daß die integrierte Kraft dieser Drücke größer ist und der Kraft M widerstehen kann, um das Teil in seiner Lagerung auszugleichen.Figures 9 and 10 show the application of the invention in cases where the plane of the forces is known but the direction is reversible. In the embodiment according to FIG. 9, the force M is shown as a horizontal force. In such a-s the case istlie bearing surface with "grooves 60, provided 61, which are sigkeitsdruck connected to the high Flü #, these grooves being arranged in the plane perpendicular to the direction of the force, the bearing gap is connected to grooves Ö2, 63, arranged in the plane of the force with the suction side or the return line. Lines 66 and 67 show the pressure gradients when the force M is zero. If the force M is assumed to act to the left, as shown in FIG. 10, then the lines 66 ' and 671 show the pressure gradients that are obtained by shifting the part to the left. It should be noted that the pressure drop from the groove 60 and 61 to the groove 63 is relatively steep, so that the force generated by the pressures to the right of the plane through the grooves 60, 61 is reduced. On the other hand, the pressure drop from the Grooves - 60 and 61 reduced to groove 62 so that the integrated force of these pressures is greater and can withstand the force M to balance the part in its storage.
Es ist bekannt, den hohen hydraulischen Druck einer Pumpe zu der Seite des Lagers zu führen, wo die Kräfte übertragen werden müssen. Bisher war das Problem, daß die durch die Drücke in dem Lagerspalt erzeugten Kräfte zeitweise viel größer wurden als die.zu übertragende Kraftm um die Welle oder das in dem Lager getragene Teil zu bewegen und somit auf die gegenüberliegende Seite des Lagers mit einer solchen Kraft drückten, daß der Schmierfilm dort abgerissen und Schäden am Lager verursacht wurden.It is known to have the high hydraulic pressure of a pump to the side of the camp where the forces have to be transferred. So far the problem has been that the forces generated by the pressures in the bearing gap are at times much greater were used as the force to be transmitted around the shaft or in the bearing Part to move and thus to the opposite side of the bearing with such a Kraft pressed, that the lubricating film there tore off and caused damage to the bearing became.
Die vorliegende Erfindung beseitigt durch den Vorschlag, den Spalt zu vergrößern und den Punkt der Verschiebung des Lagers zu steuern, diese Schwierigkeiten. Es ist zu ersehen, daß eine Anordnung dargestellt wurde, zum hy- draulischen Ausgleich des bewegten Teils innerhalb eines Gleitlagers gegen jegliche Kombination von Kräften, die auf das-Teil ausgeübt werden können, so daß Gleitlager angewendet werden für Zwecke, hohen radialen Kräften eines darin rotierenden Teiles zu widerstehen ohne Gefahr zu laufen, daß der Flüssigkeitsfilm abgerissen wird und Schäden am Lager entstehen.The present invention overcomes these difficulties by proposing to increase the gap and control the point of displacement of the bearing. It will be seen that an arrangement has been shown for hydraulically balancing the moving part within a sliding bearing against any combination of forces that may be exerted on the part so that sliding bearings are used for purposes of producing high radial forces therein to withstand rotating part without running the risk of the liquid film being torn off and damage to the bearing.
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Also Published As
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