DE1703077A1

DE1703077A1 - Hydraulische Zahnradpumpe oder Zahnradmotor

Info

Publication number: DE1703077A1
Application number: DE19681703077
Authority: DE
Inventors: Robert Gelin
Original assignee: Sigma
Current assignee: Sigma
Priority date: 1967-04-14
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1971-11-18
Also published as: US3481275A; GB1177022A; ES352707A1; FR1526323A; DE1703077B2; DE1703077C3

Description

Patentanwälte

Dip!. Ing. F. Weickmann, DIpI. Ing. H. Weickmann, Dipl. Phys. Dr. K. Flncke DIpI. ing. F. A. Weickmann, Dipl. Cbem. B. Huber

8 Räilnehan 27, täählstr. 22

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SOOIETE IHDUSTRIELLE GEHERALE DE MECANIQUE APPLIQUEE S.I.G.M.A-Hydraulische Zahnradpumpe oder Zahnradmotor

Die Priorität der französischen Patentanmeldung Nr. 102o844 vom 14. April 1967 ist in Anspruch genommene

Die Erfindung betrifft die hydraulischen

Zahnradpumpen und -motoren, bei welchen die Wellen der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder auf jeder Seite in einem gemeinsamen starren, in axialer Richtung innerhalb eines Gehäuses verschieblichen Lager gelagert sind, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um auf die beiden Lager eine Kraft auszuüben, welche sie den ^lanken der Zahnräder nähert, indem sie sie gegen Anschlage druckt, deren Abstand etwas grosser als die Breite der Zahnräder ist, woiSir diese Einrichtungen in Kammern, welche z,T„

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von den den Zahnrädern abgewandten Seitenflächen dieser Lager begrenzt werden, an der Förderseite der Pumpe oder an dem Einlaßt des Motors entnommene Flüssigkeit einführen, wobei eine der Wellen ('Verbindungswelle" genannt) durch das Gehäuse auf einer einzigen Seite tritt, während die andere Welle ('innere Welle" genannt) nicht durch das Gehäuse tritt.

Die Erfindung bezweckt, diese Pumpen und Motoren so auszubilden, dass sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen, insbes. hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Einfachheit des Aufbaus.

Hierfür wird erfindungsgemäss auf jeder Seite

derartiger Pumpen und Motoren diese Kammer so ausgebildet, dass sie sich nicht nur gegenüber wenigstens dem grössten Teil des Lagers erstreckt, sondern auch gegenüber der inneren Welle, wobei sie jedoch von der Zone isoliert ist, welche dem nicht durch das Gehäuse tretenden Ende der Verbindungswelle gegenüberliegt.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt längs der Linie

fe I-I der Fig. 2 einer ersten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemässen hydraulischen Pumpe.

Fig. 2 und 3 sind Schnitte längs der Linien

II-II bzw. III-III der Figo 1, wobei die Zahnräder entfernt gedacht sind.

Fig. 4 zeigt in grosserem Maßstab die Eingriffszone der Zahnräder der Pumpe der Fig. 1 bis 3·

Fig. 5, 6 und 7 zeigen in gleicher Darstellung wie Fig. 1, 2 und 4 eine gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Pumpe, wobei Fig. 5 ein Schnitt längs

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der Linie V-V der Figo 6 und'Pig. 6 ein Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 5 ist.

Die Pumpe besitzt gemäss den Angaben der französischen Patentschrift Nr. 1.433.479 vom 16_O Februar 1965 und ihres ersten Zusizpatents Fr₀ 89.409 vom 16. Mai 1967 einen Stator mit einem mittleren Körper 1 und zwei Planschen 2 und 2a, welche durch Schrauben 3 vereinigt sind, sowie zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder 4 und 5, welche in zwei abgeschnittenen Bohrungen 6 und 7 angeordnet sind, wobei das Zahnrad 4 fest auf einer Verbindungswelle oder Antriebswelle 8 sitzt, welche nur durch den Plansch 2a tritt. Eine Saugöffnung 9 und eine Drucköffnung 10 stehen mit der Verbindungszone zwischen den beiden Bohrungen 6 und 7 in Verbindung, und die Welle 8 dreht sich stets in dem durch den Pfeil in Pig. T und 5 angedeuteten Sinn. Das Zahnrad 5 sitzt fest auf einer inneren Welle oder Abtriebswelle 11 , welche nicht durch die Plansche 2 und 2a tritt_o Eine Dichtung 21 ist an der Durchtrittsstelle der Welle 8'vorgesehen*

Die Wellen 8 und 11 sind in starren verschieb-

lichen Lagern 12 und 12a gelagert, welche auf jeder Seite der A Zahnräder durch einen einzigen Teil gebildet werden, welcher angenähert die Form einer Acht hat. Die Lager 12 und 12a sind in abgeschnittenen Bohrungen 13, 14 und 13a, 14a angeordnet, welche in dem Körper 1 die gleichen Achsen wie die Bohrungen 6 und 7 haben ο Zweckmässig sind zwischen den Lagern 12, 12a und den Wellen 8, 11 Rollenlager oder Kugellager 15» 16 und 15a, 16a angeordnet. Jedes Lager besitzt zwei Nuten 22 und zur Füllung bzw. Druckentlastung.

Die der Planke des entsprechenden Zahnrades

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abgewandte Seitenfläche eines jeden Lagers bildet eine Wand einer Kammer 24 oder, 24a, welche Druckflüssigkeit aufnimmt, welche das betreffende Lager in Richtung auf die Zahnradflanke zu verschieben sucht· Diese Flüssigkeit wird der Förderseite der Pumpe vorzugsweise mit Hilfe von Kanälen 25 und 25a entnommen, welche vollständig durch die beweglichen Lager treten und in einer Füllnut 22 oder 22a beginnen·

Es sind Anschlageinrichtungen vorgesehen,

welche den kleinsten Abstand el zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Lager 12 und 12a auf einen ¥ert begrenzen, welcher etwas grosser als die Breite 1 eines Zahnrades ist. Zweckmässig werden diese Anschlageinrichtungen durch Schultern 17, 17a und 18, 18a gebildet, welche in dem Körper der Pumpe 1 zwischen der mittleren Bohrung 6 oder 7 und den seitlichen Bohrungen 13, 13a oder 14, 14a vorgesehen sind, derart, dass die Schulterpaare 17, 17a und 18, 18a den Abstand d, haben· Diese Schultern werden vorzugsweise durch die Bänder einer Yerdickung des Körpers 1 gebildet·

Es können Absätze 19, 19a, 20 und 20a oder

Zonen grösseren Durchmessers an den Bohrungen 13, 13a und 14, 14a von den Enden der mittleren Bohrungen 6 und 7 aus vorgesehen werden, so dass die Lager 12 und 12a in dem Körper 1 nur durch einen feil ihrer Länge geführt werden, wobei diese Abs^ätze einerseits miteinander auf jeder Seite der Pumpe und andererseits mit der Saugöffnung 10 in Verbindung stehen, um die Abfuhr der leckstromungen in der weiter unten erläuterten Weise bu ermöglichen·

Die Zahnräder 4 und 5 sind mit einer so groeeen axialen Freiheit eingebaut, dass sie gegenüber den Schultern

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17» .17jäf'^8 und 18a automatisch durch die beweglichen Säger Ϊ2 und 12a zentriert werden können.

Bekanntlich arbeitet diese Pumpe folgender-

- massen, wobei der Umlaufsinn der flüssigkeit und der Drehsinn der Zahnrader in den figuren durch Ifeile angegeben ist:

Infolge des seitlichen Spiels (d-1) zwischen

den Zahnrädern und den Lagern, welches sah'r klein ist (grössenordnungsmäesig einige hundertstel Millimeter) , stören die in der von der Pumpe umgewälzten flüssigkeit enthaltenen Terunreinigungen, welche zwischen den Flanken der Zahnräder und den benachbarten Seiten der Lager durchtreten, nicht das Arbeiten derselben und können keinen Abrieb der Flanken der Zahnrader bewirken* Der durch dieses Spiel erzeugte Wirkungsgradverlust ist · in der Praxis vernaohlässigbar.

Srfindungsgemäss erstrecken sioh nun diese

Kammern 04- und 24|fe auf jeder Seite der Pumpe nicht nur den von. den Planken der entsprechenden Zahnräder 4» 5 abgewandten Seitenflächen eines jeden Lagers 12, 12a gegenüber, sondern auch gegenüber der Antriebswelle 1t* Ferner sind diese Kammern von den Zonen isoliört, welche dem nicht durch das Gehäuse tretenden Bnde der Aniriebswelle 8 (rechts in fig· 1 und 5) gegenüberliegen und den durch das Gehäuse tretenden Abschnitt dieser Welle (links in diesen Figuren) umgeben.

Diese Kammern sind aussen von zwischen den beweglichen[Lagern und den entsprechenden Flanschen 2 und 2a liegenden Dichtungsringen 26 und 26^ eingefasst.

GemSsa einer ersten in Fig. 1 bis 4 dargestell-4ttsfShr|ingsform wird jede Kammer 24 oder 24a duroh zwei 27 oder 27a begrenzt, welche die Kammer 24

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oder 24a von der der Antriebswelle 8 gegenüberliegenden Zone 28 oder 28a isolieren, welche durch Verbindung mit der Ansaugung druckentlastet wird· Die nicht von der Welle 8 durchdrungene Zone 28 hat Kreisquerschnitt, während die Zone 28ja einen ringförmigen Querschnitt hat·

In jeder Zone 28 oder 28a kann ein Zwischenring 29 oder 29a angeordnet werden, welcher den oben genannten Ringen 30 oder 30a ähnlich ist, wobei die Welle 8 durch den Ring 29a tritt. Die beiden Ringe 29 und 29a stützen die Dichtungen 27, 27a nach aussen ab, und die vier Ringe dienen zur axialen Abstützung der Wälzlager·

Zweckmassig wird jedes lager mit einem Kanal 31 (oder 31a)versehen, welcher auf einer Seite in die Zone 28 oder 28a und auf der anderen Seite in einen Absatz 19 oder 19a mündet und den Rückfluss der Leokströmungen zu der Ansaugoffnung 9 gestattet, da, wie aus Pig· 3 hervorgeht, diese Absätze frei mit dieser öffnung in Verbindung stehen· Die Kammer 28a ist axial bis zu der Dichtung 21 verlängert·

Die obigen Zwischenringe 29 oder 29a sind so ausgebildet, dass sie den Durohtritt der Leekstromungen zu dem Kanal 31 oder 31a gestatten, während die Ringe 30 oder 30a in gleicher Weise so ausgebildet sind, dass sie der aus dem Kanal 25 oder 25a kommenden Druckflüssigkeit gestatten, frei die den Enden der ¥elle 11 gegenüberliegende Zone 32 oder 32a zu erfüllen· Bs ist zu bemerken, dass die Zonen 32 oder 32_a, den Kammern 24 und 24a angehören. Diese Ausbildung kann insbes· darin bestehen, diese Ringe mit radialen Schlitzen 33 oder 33a zu versehen.

Gemäsa einer anderen in Pig. 5 bis 7 darge-

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stellten Ausführungsform wird die Kammer 24 (oder 24a) durch zwei Dichtungen begrenzt, nämlich die aussere Diohtung 26 (oder 26a.) und eine innere Dichtung 35 (oder 35a), welche entweder den durch das Gehäuse tretenden Abschnitt der Antriebswelle 8 umgibt (die die Kammer 24a begrenzende Dichtung 35a), oder zwischen einer in eine Vertiefung 34 in dem Flansch 2 eintretenden aber nicht durch diesen tretenden Terlangerung dieser Welle und diesem Flansch angeordnet ist (die die Kammer 24 begrenzende Dichtung 35)* Zwischen der Dichtung 35 und dem benachbarten Ende der Welle 8 ist ein Schutzring 40 angeordnet. Ebenso ist zwischen der Dichtung 35a und einer Schulter 41 der Welle 8 % ein Schutzring 40a angeordnet. Die Dichtungen 35 und 35a und die Ringe 40 und 40a haben gleiche Querschnitte.

Das nicht durch das Gehäuse tretende Ende der

Antriebswelle 8 bestimmt mit dem Flansch 2 eine Zone 36, welche durch ein Iioch 38 mit der Saugseite der Pumpe verbunden und von der Kammer 24 durch die innere Dichtung 35 isoliert ist. Das durch das Gehäuse tretende Ende der Welle 8 bestimmt eine ringförmige Zone 36a, welche auch durch die sie von der Kammer 24a isolierende innere Dichtung 35a und durch die Dichtung 21 defi- .μ niert ist.

Zur Druckentlastung dieser ringförmigen Zone

36a können in der Welle 8 radiale Kanäle 38 ausgebildet werden, welche einerseits mit dieser Zone und andererseits mit einem Kanal 39 in Verbindung stehen, welcher über die ganze Länge der !Teile reicht und in die Zone 36 mündet·

Das Arbeiten der erfindungsgemassen Pumpe unterscheidet sich von dem der eingangs erwähnten bekannten Pumpe in der weiter unten erläuterten Weise.

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Der in. den Kammern 24 und 24a hergestellte

Druck drückt offenbar die Lager gegen ihre Anschläge, wobei die Zahnräder ohne Behinderung ihrer Drehung zentriert werden· Ferner halten die auf die beiden Enden der Welle 11 drückenden Druckkräfte einander das Gleichgewicht. Ein Flüssigkeitsdruck in den Zonen 28 und 28a (Fig. 1 bis 4) oder 36 und 36a (Fig. 5 bis 7) erzeugt dagegen infolge der verschiedenen aktiven Querschnitte (an welchen diese Welle dem hydraulischen Druck an ihren beiden Enden unterworfen ist) einen Druck in Richtung des Flansche 2a, durch welchen die Welle 8 tritt. Da dieser Druck aber nur gleicii dem Ansaugedruck ist, unterliegt die Welle 8 keinem erheblichen axialen Schub.

Die Vorteile der obigen Pumpe sind folgende: Zunächst wird der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe verbessert. Bei der in Fig· 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform enthalten nämlich die Zonen 28 und 28a öl unter· einem zwischen dem Ansaugedruck und dem Förderdruck liegenden Zwischendruck, wobei dieses öl, welches von den Wälzlagern 15 und 15a durchgelassen wird, die Welle 8 beiderseits des Zahnrades 4 umspült. Die durch das seitliche Spiel zwischen dem Zahnrad 4 und den Lagern 12 und 12a durchtretenden Leckströmungen treten auf dem ausgedehnten Sektor α (Figo 2) auf, in welchem die unter dem Förderdruck stehende, in den Zähnen des Zahnrades 4 befindliche Flüssigkeit mit einer unter einem niedrigeren Druck stehenden Flüssigkeit in "Verbindung gesetzt wird, nämlich entweder mit der unter dem Anaaugedruck stehenden Flüssigkeit (Leckströmungen f_g und f.,), oder mit der unter einem Zwischendruck stehenden, die Welle 8 umspülenden Flüssigkeit (Leckströmungen f a ) <. Ferner wird bei dieser ersten Ausführungs-

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form die Antriebswelle 11 von einer unter dem Förderdruck stellenden Flüssigkeit umspült, welche von den Wälzlagern 16 und 16a durchgelaufen wird. Die Locks tr ömungen treten nur in dem schmalen Sektor β (Fig. 2) auf, in welchem die unter dem Ansaugedruck stehende Flüssigkeit mit der unter dem Förderdruck stehenden Flüssigkeit in Verbindung gesetzt wird, welche die Welle 11 umspült (Leckströmu'ngen f.) oder in den Zähnen ent-

halten ist (Leckströmungen f_ und fj. Die erste Aus führung s form der Erfindung (Fig. 2) begrenzt die Leckströmungen zwischen dem Zahnrad 5, der Welle 11 und den Lagern 12 und 12a auf einen Sektor, wahrend die zweite Ausfiihrungsform (Figo 5 bis 7), bei M welcher die Antriebswelle und die Abtriebswelle beide von einer unter dem Förderdruck stehenden Flüssigkeit umspült werden, alle (mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichneten) Leckströmungen auf zwei schmale Sektoren β (Fig. 5) begrenzt, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe noch weiter verbessert wird. _

In zweiter Linie erhält man eine bessere Füllung der .Verzahnung» In der Zone, in welcher die seitlichen Leckströmungen f/, f~ und f. lokalisiert sind (siehe Fig. 2, 4, 6 und 7) befindet sich nämlich gerade die Zone 42, welche durch die Hut 23 gespeist wird „ Die von dem Zahnrad 5 herrührende zusätzliche Strömungsmenge verbessert die Füllung.

Drittens ist die Erwärmung der Pumpe geringer,

da sich die Leckströmung, welche zwischen den Zahnrädern und den Flanken der Lager gedrosselt wird, entspannt und erwärm ty bevor sie von der frischen von der Saugseite kommenden Flüssigkeit ausgenommen wird. Hierdurch wird der Durchtritt einer warmen ""■ -üssigkeit durch die Nadel- oder Kugellager und eine allgemeine

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Erwärmung der Pumpe vermieden.

Schliesslich ermöglichen die beiden obigen

Ausfuhrungsformen Vereinfachungen des Aufbaus» nämlich das Vorhandensein von nur zwei Leckkanälen (51 und 31& der Pig. 1), oder auch den Portfall eines jeden Leckkanals bei der zweiten Ausfuhrungsform (Pig· 5). Die Vereinfachungen betreffen noch die inneren Dichtungen, nämlich den Portfall der der Abtriebswelle entsprechenden Dichtungen (Pig. 1) und bei der zweiten Ausfuhrungsform (Pig. 5) eine innere Dichtung 35» welche dem Herauflquetschen einen erheblich grosseren Widerstand entgegensetzt.

Die Erfindung kann naturlich abgewandelt werden. So können insbes. die Rollenlager 15» 15a, 16 und 16a. durch Gleitlager ersetzt werden, welche in die beweglichen Lager 12 und 12a eingesetzt oder in diesen ausgearbeitet werden können, wobei diese Ausführungεform dadurch möglich gemacht wird, dass die Zahnräder und die Lager der Pumpe unter dem Forderdruck stehen.

Gemäss einer weiteren Ausfuhrungsabwandlung bildet die Vorrichtung einen hydraulischen Motor, welcher Druckflüssigkeit durch die Öffnung 10 empfängt und sie drucklos durch die öffnung 9 abführt, wobei dann die Verbindungswelle 8 die Antriebswelle ist. Selbstverständlich hat ein derartiger hydraulischer Motor die gleichen Vorteile wie die oben fur eine hydraulische Pumpe erläuterten.

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Claims

Kammern M

1·1 Hydraulische Torrichtung mit Zahnradern, bei welcher die Wellen der in Eingriff stehenden Zahnräder auf jeder Seite in einem gemeinsamen starren in axialer Eichtung innerhalb eines Gehäuses verschieblichen Lager gelagert sind, wobei zur Ausübung einer Kraft auf die beiden Lager, welche sie der Planke der Zahnrader nähert, indem sie sie gegen Anschläge druckt, deren Abstand etwas grosser als die Breite der Zahnräder ist, Einrichtung vorgesehen sind, welche in teilweise von den

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von den Zahnradern abgewandten Seltenflachen dieser Lager b Flüssigkeit einfuhren, welche einer Zone der Torrichtung entnommen ist, in welcher ein hoher'Druck herrscht (Forderseite der Pumpe oder Einlass der Motors), wobei eine dieser Wellen ("Terbindungswelle* genannt) auf einer einzigen Seite durch das ©ehäuse tritt, wahrend die andere Welle flünnere Welle¹¹ genannt) nicht durch das Gehäuse tritt, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite der Torrichtung die Kammer (24 oder 24a) sich nicht nur gegenüber wenigstens dem grossten Seil des Lagers (12 oder 12a) erstreckt, sondern auch gegenüber der inneren Welle (11), wobei sie von der dem nicht durch das Sehäuse tretenden Ende der Terbindungswelle (8) gegenüberliegenden Zone (28 oder .56) isoliert ist.
2.) Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (24 und 24a) je duretyzwei Dichtungen begrenzt sind, welche zwischen der Seitenwand (2 oder 2a) des Gehäuses und der benachbarten Seitenwand des Lagere angeordnet sind, nämlioh eine aus a ere Dichtung (26 oder 26a.) an dem umfang dee Lagers (12 oder 12a) und eine innere Dichtung (27 oder

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27»), welche diese Zone (28 oder 28&) isoliert oder das durch däe Gehäuse tretende Ende der Terbindungewelle (8) umgibt, wobei diese Zone mit einer unter einem geringen Druck stehenden Zone der Torrichtung verbunden ist (Saugseite der Pumpe oder Auslass des Motors)·
3.) Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (24 und 24a) je durch zwei Dichtungen begrenzt werden, welche zwischen der Seitenwand (2 oder 2a) des Gehäuses und der benachbarten Seiten wand des Lagers angeordnet sind, nämlich eine au se ere Dichtung (26 oder 26a.) an dem Umfang des legere und eine innere Dichtung (35 oder 35&)i welche auf einer Seite den durch das Gehäuse tretenden Abschnitt der Terbindungewelle (8) umgibt und auf der anderen Seite zwischen der Seitenwand (2) des Genaueee und einer Yerlängerung dieeer Welle angeordnet ist, welche in diese Yand eintritt, ohne sie zu durchdringen, wobei die beiden inneren Dichtungen praktisch den gleichen Querschnitt haben und diese Kammer (24 oder 24a) von einer Zone (36 oder 36&) isolieren, welche auf der ersten obengenannten Seite den durch das Gehäuse tretenden Abschnitt der Antriebswelle umgibt und auf der anderen Seit« Ihrem nicht durch das (Jehauet tretenden Abschnitt gegenüberliegt, wobei diese Zone mit einer unter einem niedrigen Druck stehenden Zone der Torrichtung verbündtη ist (Saugseite der Pumpe oder Auslass des Motors).

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