DE1653827A1

DE1653827A1 - Verschleissausgleichende hochdruck- zahnradpumpe

Info

Publication number: DE1653827A1
Application number: DE1967E0034709
Authority: DE
Inventors: Otto Eckerle; Robert Jung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-09-01
Filing date: 1967-09-01
Publication date: 1975-06-19
Also published as: DE1653827B2

Description

Verschieißausgleichende Hochdruckzahnradpumpe_o

Die Erfindung bezieht sich auf eine verschleißausgleichende Hochdruckzahnradpumpe mit einem angetriebenen außenverzaimten Ritzel, einem mitlaufenden innenverzahnten Hohlrad, einem beweglichen sichelförmigen Füllstück zwischen Ritzel und Hohlrad und einer oder
zwei die Zahnräder seitlich abdeckende Axialscheiben, sowie einem auf der Druckseite der Zahnräder bezüglich dieser radial verschieblieh angeordneten, in einem bestimmten Winkelbereich die Außenumfangsfläohe des Hohlrades umgebenden und dieses als einziger Statorteil, "Steuerkolben" genannten Einsatzteil, welches den ersten

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Teil des Druckauslaßkanals enthält, bezüglich radialer Kräfte zum grössten Teil entlastet ist und damit nur mit geringer Überschusskraft gegen den Umfang des Hohlrades drückt.

Bei den bekannten Pumpen dieser Gattung stützt sich das Hohlrad einerseits im Zahneingriff in den Flanken des Ritzels und andererseits mit seinem Zahnkopfkreisdurchmesser a_uf dem beweglich angeordneten Füllstück ab. Die Zahnräder laufen daher ohne Flankenspiel und müssen mit einer äussersten Genauigkeit hergestellt werden. Bei dem Gegenstand vorliegender Erfindung wird die Abstützung des Hohlrades mit seinem Kopfkreisdurchmesser auf dem Füllstück beibehalten, jedoch im Zahneingriff auf die Abstützung des Hohlrades auf den Flanken der Ritzelwelle verzichtet. Die Bahnräder müssen daher nicht mehr so genau gefertigt werden, da das' Getriebe im Gegensatz zu den bekannten Pumpen mit Flankenspiel läuft,.

Um dies zu ermöglichen wird der Steuerkolben in der Nähe des Zahneingriffs der beiden Zahnräder drehbar aber nicht verschiebbar gelagert, der Drehpunkt ausserhalb des unter Druck stehenden Entlastungsfeldes zwischen Hohlrad und Steuerkolben angeordnet und das Entlastungsfeld so ausgebildet, dass sein Flächenschwerpunkt oberhalb der Wirkungslinie der radialen Kompensationskräfte liegt.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind»

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Pig. 1 zeigt eine Pumpe im Querschnitt ,

Pig. 2 eine Draufsicht auf den Steuerkolben in Pfeilrichtung II

gemäss Pig. I,

Pig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Pig. I,

Pig. 4 eine weitere Pumpe im Querschnitt,

Pig. 5 einen Schnitt längs der Linie V - V in Pig. 4,

Pig. 6 eine Abwandlung der Pumpe gemäss Pig. 4,

Pig. 7 einen Querschnitt durch eine andere Pumpe,

Pig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII - VIII in Pig. 7, ·

Pig. 9 eine Variante zu Pig. 8 im Schnitt längs der Linie

IX - IX in Pig. IO

Pig.10 einen Schnitt längs der Linie X - X in Pig. 9 und

Pig.11 eine weitere Variante zu Pig. 6.

Die in den Pig. 1-3 gezeigte Pumpe besteht aus dem Gehäuse 1, dem Hohlrad 2, das mit dem angetriebenen Ritzel 3 umläuft und dem sichelförmigen Püllstück 4» das auf dem Bolzen 5 beweglich gelagert ist. In dem exzentrisch ausgebildeten Gehäuse 1 ist zwischen Hohlrad und Gehäuseboiirung der Steuerkolben 6 angeordnet, der durch einen Stift 7 in der Nähe des Zahneingriffs im Y/inkelbereich (λ drehbar, aber nicht verschiebbar gelagert ist. Am Aussendurchmesser des Steuerkolbens 6 sind Druckfelder 8 angeordnet, die durch Ringkolben 9 begrenzt werden und in der Summe etwas grosser sind als die von innen auf das Hohlrad 2 wirkenden Druckkräfte₀

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Diese Druckfelder drehen den Steuerkorben 6 um den Stift 7, welcher mit geringer Kraft das Hohlrad 2 auf das beweglich angeordnete Füllstück 4 drückt. Das Füllstück bewegt sich auf das Ritzel 3, bis es zur Anlage kommt. Die Umfangsspalte sind dadurch ausgeglichen. Ein zwischen Steuerkolben 6 und Hohlrad 2 vergesehenes -^ntlastungsfeld JL-2 ist so abgestimmt, dass das Hohlrad 2 mit Sicherheit am Steuerkolben 6 anliegt und nicht in den Flanken der Ritzelwelle 3· Eine Anordnung des Drehpunktes - dargestellt durch den Stift 7 auf der geometrischen Achse, die durch die beiden Mittelpunkte von Ritzel 3 und Hohlrad 2 geht, ist nicht von Vorteil, da durch die Druckfeldänderungen (verursacht durch die verschiedenen Stellungen der Zähne) innerhalb des Hohlrades 2 an den Dichtstellen in Höhe des Füllstückes und im Zahneingriff eine doppelte in gleicher Richtung wirkende Momentenänderung stattfindet, die stark schwankende Flächenpressungen zwischen Hohlradkopfkreis und Füllstück bewirkt. Der Drehpunkt sollte ausserhalb des Winkelbereiches, der von Druck beaufschlagt ist, angeordnet sein, also vorzugsweise im Winkelbereich Q. Der Steuerkolben 6 umschlingt vorzugsweise etwa 180 des Hohlradumfanges. Dadurch wird eine stabile und schwingungsdämpfende Lagerung des Hohlrades erreicht. Um die G-rösse des Entlastungsfeldes 12 trotzdem auf dem gewünschten Maß zu halten, werden Querrillen 15 und 15' angeordnet, die unter Saugdruck stehen. Der Aussendurohmesser des Steuerkolbens 6 wird an den Enden 13 bzw. 14 des Steuerkolbens zurückgenommen, damit der Ausgleich nicht verhindert wird.

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Das Entlastungsfeld 12 und die Öltasche 10 sind so ausgebildet, dass der Flächenschwerpunkt S oberhalb der Wirkungslinie WL liegt, also ausserhalb des Bsreiches, der sich durch die Wirkungslinie WL und den Zahneingriff ergibt_o Dadurch wird das Hohlrad 2 mit Sicher heit an der Gleitfläche des Bntlastungsfeldes 12 anlaufen und Abdichtung der Terzahnung mit flankenspiel gewährleisten«»

Der in den seitlichen Gehäuseteilen 11 bzw. 11' drehbar gelagerte Stift 7 übernimmt nicht nur die drehbare Lagerung des Steuer- ^ kolbens 6, sondern a_uch die axiale Mittenfixierung. In Einstichen des Stiftes 7 sind Sprengringe 18 vorgesehen, die den Steuerkolben in seiner Mittellage fixieren. Der-Stift 7 hat in der Mitte einen Bund 17· Durch die kurze Führung kann sich der Steuerkolben in geringem Bereich nach dem Hohlrad 2 ausrichten· Auch eine ballige Ausführung des Stiftes 7 erfüllt diesen Zwecke·

Bei dem in den S"ig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein erheblicher Teil der Belastung , die normalerweise auf das Püll-

stück wirkt, vom Steuerkolben auf die Axialscheibe und deren Befe- ^ stigungsstift, sowie auf die Ritzelwelle übertragen.

Der Steuerkolben 6 stützt sich auf der Axialscheibe 20 ab, die um den Stift 19 drehbar in den Gehäuseteilen 11 bzw. II¹ gelagert ist» Auf der dem Getriebe abgewandten Seite ist eine Ausnehmung 21, die über die Bohrung 24 vom Druokraum mit Drucköl gespeist wird und mittels eines Kolbens 22 und eines O-Ringes 23 abgedichtet wird·

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Der Axialkolben 22 ist zu den axialen Gehäuseteilen 11 bzw. 11^f hin durchbrochen, wodurch eine hydrostatische Entlastung der Axialscheibe 20 sowohl zum Getriebe 2, 3» 4 als auch zu den axialen Gehäuseteilen 11 bzw. II¹ entsteht. Damit kann der Steuerkolben 6 bei einer Bewegung des Getriebes (Durchbiegung der Ritzelwelle 3') die Axialscheibe 20 immer der Ritzelwelle 3* nachschieben. Das Flankenspiel zwischen Ritzel 3 und Hohlrad 2 wird dadurch gewährleistet, dass der Steuerkolben 6 über einen Stift gemäss Fig. 1 oder 10 im Gehäuse bzw. in den Gehäuseteilen 11 bzw. II¹ fixiert ist. Die Pressung und damit der Verschleiss des Hohlrades 2 auf dem Füllstück 4 kann bei dieser Ausführung dadurch reduziert werden, dass ein Teil der radialen Belastung vom Steuerkolben 6 über die Axialscheibe 20 auf die Ritzelwelle 3¹ übertragen wird. Hierzu müssen allerdings die Maße genau abgestimmt sein, um sowohl eine Anlage des Hohlrades 2 am Füllstück 4, als auch eine Anlage der Axialscheibe 20 an der Ritzelwelle 3^f zu erhalten.

Um dieses Problem zu lösen, gibt es zwei Wege. Das Füllstück wird zunächst etwas dicker ausgebildet, so dass die Anlage Steueriolben 6, Hohlrad 2, Füllstück 4 und Ritzelkopfkreis· gewährleistet ist. Die Pumpe ist voll funktionsfähig. Nach einem gewissen Eihlaufverschleiss des Füllstückes 4 kommt auch der Steuerkolben 6 mit der Axialscheibe 20 an der Ritzelwelle 3' zur Anlage. Die Gleitfläche 25 zwischen Axialscheibe 20 und Ritzelwelle 3' und die Gleitfläche zwischen Füllstück 4 und Hohlrad verschleissen dann gemeinsam» Die Flächen-

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Pressungen und der Yersehleiss sind damit wesentlich geringer, wobei trotzdem eine optimale Abdichtung gewährleistet ist. Eine andere Möglichkeit, die Toleranzen zu überbrücken, ist die, die Abstützung des Steuerkolbens 6 über die Axialscheiben 20 elastisch zu gestalten* Zu diesem Zweck wird der Steuerkolben 6 mit einem Einstich 26 versehen, durch den ein elastischer Kragen 27 entsteht, der federnd auf die Axialscheibe 20 drückt. Die bewegliche Aufhängung des Füllstückes 4 ist in der Fig. 4 durch einen Bolzen 5 erreicht, an dem das Füllstück 4 drehbar befestigt ist. Der Stift 5 ist angeflacht und gleitet in einem Schlitz 28 der Axialscheibe 20. Dies hat den Vorteil, dass die Axialscheibe ?0 durch die FüllstückbelaBtung um den Stift 19 gedreht wird und auch dann an der Ritzelwelle 3 zur Anlage kommt, wenn das Füllstück 4 beim Einlaufen noch alleine die Belastung durch die Druckfelder des Steuerkolbens 6 aufnimmt. Dadurch ist es möglich, über die Iiivung 24 und die Bohrung 29 eine Druckschmierung der Gleitfläche 25 der Axialscheibe 20 auf der Ritzelwelle 3 zu erreichen, ohne einen grcssereü Terluat beim Einlaufen der Pumpe in Kauf zu nehmen.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit der elastischen Abstützung des Steuerkolbens 6 auf der Axialscheibe. Bei dieser Ausführung ist das Flächenstück 30 der Axialscheibe 31 durch den Schlitz 32 und die Bohrung 33 elastisch gestaltet. Die Abstützung des Steuerkolbens 6 im Zahneingriff erfolgt über einen Stift gemäss Fig. 1 oder 10.

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In den Fig. 7 und 8 ist eine andere Variante der Abstützung des Steuerkorbens dargestellt. Der Steuerkorben 6 und die beiden Axialscheiben 34 und 34' sind an dem Stift 35, der in die beiden Gehäuseteile 11 und II¹ eingreift drehbar gelagert. Ein zv/eiter Stift 36 verbindet den Steuerkolben 6 mit den Axialscheiben 34 und 34'_} ohne jedoch in die axialen Gehäuseteile 11 und 11' einzugreifen. Die Abstützung des Steuerkolbens 6 erfolgt wieder über die Axialscheiben auf der Ritzelwelle 3'. Sowohl der Stift 35 als auch der Stift 36 sind vorzugsweise mit einem kurzen Bund 37 bzw. 38 versehen, um eine Einstellung des Steuerkolbens 6 auf das Hohlrad 2 nicht zu behindern_e

Die Fig. 9 und 10 stellen eine ähnliche Konstruktion dar. Hier wird ein halbkreisförmiger Stift 39 in den axialen Gehäuseteilen 11 bzw. II¹ in Umfangrichtung fixiert, wobei dieser Stift sich an der Innenwand des Gehäuses 1 anlegt. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt in der stabilen und schwingungsunempfindlichen Lagerung des Drehpunktes für den Steuerkolben 6. Ein weiterer bemerkenswerter Punkt ist die einfache Lösung der federnden Auflage des Steuerkolbens 6 auf den Axialscheiben 34 und 34' , die gemäss Fig. 9 durch einen beiderseits des Bundes 40 im Steuerkolben 6 stark geschwächten Stift 41 erreicht wird.

In der Fig. 11 ist eine Pumpe mit einer weiteren Variante des radialen Kräfteausgleichs dargestellt·

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Der Steuerkolben 6 liegt an zwei Flächen 42 und 43 auf der Axialschei"be auf und zwar im Zahneingriff auf dem Flächenstück 42, wodurch die Einhaltung eines bestimmten Flankenspieles gewährleistet ist und auf dem Flächenstück 43, das durch die Bohrung und den Schlitz 46 federnd gestaltet ist. Der zur Aufhängung des Füllstückes dienende Stift 5 greift hier in einen Schlitz 26 im Gehäuseteil 11 ein. Dies hat den Torteil, dass der axiale Ausgleich nicht durch die Füllstückbelastung gestört wird.

Die Aufhängung des Steuerkolbens 6 erfolgt mittels eines kreisrunden Kolbens 47» der an seinem steuerkolbenseitigen Ende eine Kugel 48 aufweist, die in eine entsprechende Kalotte 49 des Steuerkolbens 6 eingreift. Dieser Kolben 47 fixiert den Steuerkolben 6 in Drehrichtung, wobei jedoch eine freie Einstellung des Steuerkolbens 6 auf das Getriebe durch die Kugel möglich ist. Im Leerlauf drückt eine Feder 50, die zwischen Druckanschlussdeckel 51 und Kolben 47 eingespannt ist, diesen Kolben und damit den Steuerkolben am Getriebe an.

Die Zeichnungen und die Beschreibung sind auf eine Maschine abgestellt, bei der das Öl über radiale Bohrungen im Hohlrad 2 und über den Steuerkolben 6 aus dem Gehäuse gefördert wird. Selbstverständlich sind die grundsätzlichen Lösungen auch auf.Maschinen mit axialem Ausgang übertragbar·

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

(1J Verschleißausgleichende Hochleistungszahnradpumpe mit einem angetriebenen aussenverzahnten Ritzel, einem mitlaufenden innenverzahnten Hohlrad, einem beweglichen sichelförmigen Füllstück zwischen Ritz₌el und Hohlrad und einer oder zwei die Zahnräder seitlich abdeckende, Axial scheiben, sowie einem auf der Druckseite der Zahnräder- bezüglich dieser radial verschieblich angeordneten, in einem bestimmten Winkelbereich die Aussenurafangsfläche des Hohlrades umgebenden und dieses als einziger Statorteil berührenden, "Steuerkolben" genannten Einsatzteil, welches den ersten Teil des Druckauslasskanals enthält, bezüglich radialer Kräfte zum grössten Teil entlastet ist und damit nur mit geringer Überschusskraft gegen den Umfang des Hohlrades drückt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (6) in der Wähe des Zahneingriffs der beiden Zahnräder (2,3) drehbar aber nicht verschiebbar gelagert, der Drehpunkt ausserhalb des unter Druck stehenden Entlastungsfeldes (12) zwischen Hohlrad (2) und Steuerkolben angeordnet und das Entlastungsfeld (12) so ausgebildet ist, dass sein Flächenschwerpunkt (S) oberhalb der Wirkungslinie (Wt) der radialen Kompensationskrä£te liegt»
2. Hochdruckzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 4ea? als Drehpunkt für den Steuerkolben (6) ein Stift (7) dient, der in die axialen Gehäuseteile (11,-11·) eingreift und

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und innerhalb des Steuerkolbens mit einem Bund (17) versehen oder "ballig ausgebildet ist. .
3. Hoc*jdrtiekiahnr€äpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steuerkolben (6) auf einem halbkreisförmigen Stift (39) abstützt, der an der Gehäuseinnenwand anliegt und in den axialen Gehäuseteilen (11, 11') geführt ist.
4. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsdruckfeld (12) im Steuerkolben (6) ^ konisch ausgebildet ist und durch zwei unter Saugdruck stehende Querrillen (15, 15') begrenzt ist.
5. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (6) das Hohlrad (2) in einem Winkelbereich von etwa 180° umfasst und an den Enden im Bereich des Aussenumfanges abgesetzt ist. (YgI₀ 13,14).
6. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steuerkojben (6) ausser auf dem Hohlrad (2) über einen Kragen (27) auf den seitlichen Axialscheiben (20) abstützt, in denen der Füllstückbolzen (5) verschiebbar gelagert ist, wobei die Axialscheiben (20) an einem Stift (19) drehbar aufgehängt sind und mit einer zylindrischen Gleitfläche (25) auf der Ritzelwelle (3^r) aufliegen.

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7. Hochdruckzahnradpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (27) durch einen Einstich (26) im Steuerkolben elastisch ist.
8. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Axialscheiben (31) auf dem der Steuerkolben (6) anliegt durch einen Schlitz (32), der in eine > Bohrung (33) übergeht, elastisch ausgebildet ist.
9. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (4) im iMeuzustand einen etwas grö'sseren Aussendurchmesser als erforderlich hat, damit das vom Steuerkolben {6) angedrückte Hohlrad (2) zuerst am Füllstück
anläuft, bevor die Axialscheibe (20, 31) auf der Ritzelwelle ^3') abgestützt wird.
10. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steuerkolben (6) über einen Stift (36) oder einen elastischen Stift (41) und über die Axialscheiben

(34, 34¹) auf der Ritzelwelle abstützt.
11. Hochdruckzahnradpumpe nach den'Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steuerkolben (6) sowohl im Bereich des Zahneingriffs, als auch am gegenüberliegenden Ende über
zwei Flächen (42, 43) auf der Axialscheibe (44) abstützt«,

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12. Hochdruckzahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 "bis 11, gekennzeichnet durch einen mittleren im Gehäuse (1) geführten und durch eine Jeder (51) "belasteten Kolben (47), der am inneren Ende mit einer kugelförmigen Fläche (48) versehen ist, die in eine Kalotte (49) des Steuerkorbens (6) eingreift.

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