DE1703077C3 - Hydraulische Zahnradpumpe oder hydraulischer Zahnradmotor mit AuBeneingriffszahnrädern - Google Patents

Description

Zum Stand der Technik ist noch die USA.-Patentschrift 2 871 7¹M zu erwähnen, bei d"r die die Druckkammern begrenzenden Druckflächen die Wellenenden der im Gehäuse endenden ;^-:triebenen Znhnradwelle !9 «. 19 b miiumfassen und die Druckkammern an dem dem Antriebs- oder Ablriebsschafi abgewandten Ende dieser Zahnradwcllc gegenüber dei angrenzenden lioclvJruckkammer der getriebenen Welle durch eine innere Druckfelddichtung abgedichtet sind. Daduich sollen jedoch die bei Zahnrädern mit Schrägvvrzahnung auftretenden Längskräfte ausgeglichen werden. Es handelt sich also um eine völlig andere Problematik als sie der Erfindung zugrunde liegt.

Weitcrc zweckmäßige Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden an liand von Zwei A.usführungsbeispi'.-lcn näher e.'autert. In den Figuren ist im einzelnen folgendes wiedergegeben:

Fig. 1 ist ein Axialschnitt längs der Linie I-I der F i g. 2 einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Zahnradpumpe mit Außeneingriffsverzahnung;

Fig. 2 und 3 sind Schnitte längs der Linien Il-II bzw. ΙΠ-1ΙΙ der Fig. 1. wobei die Zahnräder entfernt gedacht sind:

Fig. 4 zeigt in größerem Maßstab die Eingriffszone der Zahnräder der Pumpe der F i g. 1 his 3:

Fig. 5. 6 und 7 zeigen in gleicher Darstellung wie F i g. 1, 2 und 4 eine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete hydraulische Pumpe mit Außeneingriffsverzahnung, wobei F i g. 5 ein Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 6 und F i g. 6 ein Schnitt längs der Linie Vl-Vl der F ig. 5 ist.

Die Pumpe hat ein Gehäuse 1. das mit zwei Dekkcln 2, 2« durch Schrauben 3 vereinigt ist. sowie zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder4 und 5. welche in zwei abgeschnittenen Bohrungen 6 und 7 angeordnet sind, wobei das Zahnrad 4 fest auf einer Verbindung*- oder Antriebswelle 8 sitzt, welche nur durch den Flansch la tritt. Eine Saugöffnung9 und eine Drucköffnung 10 stehen über die Zahnlücken der Zahnräder4, 5 miteinander in Verbindung, und die Welle 8 dreht sich stets in dem durch den Pfeil in F i g. 1 und 5 angedeuteten Sinn. Das Zahnrad 5 sitzt fest auf einer getriebenen Welle 11, welche nicht durch die Deckel 2 und la tritt. Eine Dichtung 21 ist an der Durchtrittsstclle der Welle 8 vorgesehen.

Die Wellen 8 und 11 sind in starren verschieblichen Lagern 12 und 12 a gelagert, welche auf jeder Seite der Zahnräder durch einen einzigen Teil gebildet werden, welcher angenähert die Form einer Acht hat. Die Lager 12 und 12« sind in abgeschnittenen Bohrungen 13, 14 und 13 a, 14« angeordnet, welche in dem Gehäuse 1 die gleichen Achsen wie die Bohrungen 6 und 7 haben. Zweckmäßig sind zwischen den Lagern 12, 12« und den Wellen 8. II Rollenlager oder Kugellager 15, 16 und 15«. 16 t; angeordnet. Jedes Lager besitzt zwei Nuten 22 und 23 zur Füllung bzw. Druckentlastung.

Die der Flanke des entsprechenden Zahnrades abgewandte Seitenfläche eines jeden Lagers bildet eine Wand einer Druckkammer 24, 24«, welche Druckilüssif'koit aufnimmt, welche das betreffende Lager in Richtung auf die Zahnradflanke zu verschieben sucht. Diese Flüssigkeit wird der Förderseile der Pumpe \ο;/ugsv.eise mit Hilfe von Kanälen 25, 25« entnommen, welche vollständig durch die beweglichen Lager treten und in einer Füllnut 22, 22« beginnen.

Es sind Anschlagschultcrn 17, 17« und 18, 18« vorgesehen, welche den klcinr.ten Abstandd zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Lager 12, 12« auf einen Wert begrenzen, welcher etwas gröL'jcr als die Breite 1 eines Zahnrades

ίο ist. Diese Anschlagschultern sind zwischen der mittleren Bohrung 6, 7 und den seitlichen Bohrungen 13, 13« und 14, 14« vorgesehen, derart, daß die Schulterpaare 17. 17 α und 18, 18« den Abstand d haben. Diese Schullern werden vorzugsweise durch die Ränder einer Verdickung des Gehäuses 1 gebildet.

Es sind Absätze 19, 19 «, 20, 20 « oder Zonen größeren Durchmessers an den Bohrungen 13, 13« und 14. 14« von den Enden der mittleren Bohrungen 6 und 7 ausgehend vorgesehen, so daß die Lager 12

ao und 12« in dem Gehäuse 1 nur durch einen Teil ihrer Länge geführt werden, wobei diese Absätze einerseits miteinander auf jeder Seite der Pumpe und andererseits mit der Saugöffnung 10 in Verbindung stehen, um die Abfuhr der Leckströmungen in der vveiter unten erläuterten Weise zu ermöglichen.

Die Zahnräder 4 und 5 sind mit Längsspicl eingebaut, damit sie durch die längsverschiebbaren Lagerkörper 12. 12« an die Schultern 17, 17«, 18 und 18« in Längsrichtung angelegt werden können.

Die Druckkammern 24 und 24« auf jeder Seite der Pumpe erstrecken sich also nicht nur auf die den Flanken der entsprechenden Zahm ader 4, 5 abgewandten Seitenflächen eines jeden Lagers 12, 12«. sondern auch über die Abtriebswelle 11. Ferner sind diese Druckkammern von den Zonen isoliert, welche dem nicht durch das Gehäuse tretenden Ende der Antriebswelle 8 (rechts in Fig. 1 und 5) gegenüberliegen und den durch das Gehäuse tretenden Abschnitt dieser Welle (links in diesen Figuren) urngeben.

Diese Druckkammern sind außen von zwischen den beweglichen Lagern und den entsprechenden Deckeln 2, 2« liegenden Dichtungsringen 26 und 26« eingefaßt.

Gemäß einer ersten in F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform wird jede Druckkammer 24, 24« durch zwei innere Dichtungen 27, 27« begrenzt, welche die Kammern 24, 24« von der der Antriebswelle 8 gegenüberliegenden Druckkammer 28, 7.8«

so isolieren, welche durch Verbindung mit der Ansaugleitung druckentlastet wird. Die nicht von der Welle 8 durchdrungene Druckkammer 28 hat Kreisquerschnilt, während die Druckkammer 28 ringförmigen Querschnitt hat.

In jeder Druckkammer 28, 28« ist ein Zwischenring 29, 29« angeordnet, wobei die WeIIeS durch den Zwischenring 29« tritt. Die beiden Zwischenringe 29, 29« stützen die Dichtungen 27, 27« nach außen ab, und dienen zusammen mit zwei weiteren Zwischenringen 30, 30« zur axialen Abstützung de! Wälzlager.

Jedes Lager ist mit einem Kanal 31, 31 « ve. sehen, welcher auf einer Seite in die Druckkammer 28. 28 a und auf der anderen Seite in einen Absatz 19, 19 r, mündet und den Rückfluß der Leckströmungen zn der Ansaugöffnung 9 gestattet, da, wie für die Absätze 20, 20« aus Fig. 3 hervorgeht, diese Absätze 29, 29« frei mit dieser Öffnung in Verbindung stc-

hen. Die Druckkammer 28 <; ist axkil bis zu der Dichtung 21 verlängert.

Die genannten Zwischenringe 29, 29« sind so ausgebildet, daß sie den Durchtritt der Leckslrönnmgcn zu dem Kanal 31, 31« gestatten, während die Zwischenringe 30, 30« in gleicher Weise so ausgebildet sind, daß sie der aus dem Kanal 25, 25 α kommenden Druckflüssigkeit gestatten, frei die den linden der Welle 11 gegenüberliegende Zone 32 oder 32« zu erfüllen. Es ist zu bemerken, daß die Zonen 32 oder 32« den Druckkammern 24, 24« angehören. Zu diesem Zweck sind die Ringe mit radialen Schlitzen 33, 33« versehen.

Gemäß einer anderen in F i g. 5 bis 7 dargestellten Aus^rühmngsform wird die Druckkammer 24, 24« durch zwei Dichtungen begrenzt, nämlich die äußere Dichtung 26, 26« und eine innere Dichtung 35, 35«, welche entweder den durch das Gehäuse tretenden Abschnitt der Antriebswelle 8 umgibt (die die Druckkammer 24« begrenzende Dichtung 35«), oder zwischen einer in eine Vertiefung 34 in dem Deckel 2 eintretenden, aber nicht durch diesen hindurehlretenden Verlängerung dieser Welle und diesem Flansch angeordnet ist (die die Druckkammer 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 35 α und einer Schulter 41 der Welle 8 ein Schutzring 40 α angeordnet. Die Dichtungen 35 und 35« und die Ringe 40 und 40« haben gleiche Oucrschnitte.

Das nicht durch das Gehäuse tretende Ende der Antriebswelle 8 bestimmt mit dem Deckel 2 eine Zone 36, welche durch ein Loch 38 mit der Saugscite der Pumpe verbunden und von der Druckkammer 24 durch die innere Dichtung 35 isoliert ist. Das durch das Gehäuse tretende Ende der Welle 8 bestimmt eine ringförmige Zone 36«, welche weiterhin durch die sie von der Kammer 24 a isolierende innere Dichtung 35 α und durch die Dichtung 21 definiert ist.

Zur Druckentlastung dieser ringförmigen Zone 36a sind in der WcIIcS radiale Kanäle 38 ausgebildet, welche einerseits mit dieser Zone und andererseits mit einem Kanal 39 in Verbindung stehen, welcher über die ganze Länge der Welle reicht und in die Zone 36 mündet.

Zur Wirkungsweise der dargestellten Anordnungen ist folgendes zu bemerken:

Der in den Druckkammern 24, 24 α sich einstellende Druck preßt die Lager gegen ihre Anschläge, wobei die Zahnräder ohne Behinderung ihrer Drehung zentriert werden. Die auf die beiden Enden der Welle 11 einwirkenden Druckkräfte halten einander dabei das Gleichgewicht. Der Flüssigkeitsdruck in den Druckkammern 28, 28a (Fig. 1 bis 4) oder 36. 36 α (F i g. 5 bis 7) erzeugt zwar infolge der verschiedenen effektiven Querschnitte, an welchen diese Welle dem hydraulischen Druck an ihren beiden Enden unterworfen ist, einen Druck in Richtung des Dekkels2a, durch welchen die Welle 8 tritt. Da dieser Druck aber nur gleich dem verhältnismäßig geringen Ansaugedruck ist, unterliegt die Welle 8 gleichwohl keinem erheblichen axialen Schub.

Bei der in F i g. 1 bis 4 dargestellten ersten Aus-

führungsform enthalten die Druckkammern 28. 28« Öl unter einem zwischen dem Ansaugedruck und dv'in Förderdruck liegenden Zwischendruck, wobei dieses Öl, welches von den Wälzlagern 15 und 15« durchgelassen wird, die WeIIeS beiderseits des Zahnrades 4 umspült. Die durch das seitliche Spiel zwischen dem Zahnrad 4 und den Lagern 12, 12« durchtretenden Leckströmungen treten in dem ziemlich ausgedehnten Sektor \ (Fig. 2) auf, in welchem die unter dem Förderdruck stehende, zwischen den Zähnen des Zahnrades 4 befindliche Flüssigkeit mit einer unter einem niedrigeren Druck stehenden Flüssigkeit in Verbindung steht, nämlich entweder mit der unter dem Ansaugedruvk stehenden Flüssigkeit (Lcekslrömungen/., und /.,), oder mit der unter einem Zwischendruck stehenden, die Welle 8 umspülenden Flüssigkeit (Leckslrömungen /,). Die Antriebswelle 11 wird bei dieser ersten Ausführungsform von einer unter dem Förderdruck stehenden Flüssigkeit um-

jo spült, welche von den Wälzlagern 16, 16« durchgelassen wird. Diese Leckströmungen treten nur in dem schmalen Sektor // (Fi g. 2) auf, in welchem die untci dem Ansaugedruck stehende Flüssigkeit mit der unter dem Förderdruck stehenden Flüssigkeit in Veras bindung steht, welche die Welle 11 umspült (Leckströmungen /₄) oder zwischen den Zähnen enthalten ist (Leckströmungen /_:i und /₅).

Die erste Ausführungsform der Erfindung (F i g. 2) begrenzt damit die Leckströmungen zwischen dem Zahnrad 5. der Welle 11 und den Lagern 12, 12« auf einen schmalen Sektor fi, während die zweite Ausiührungsform (F ig. 5 bis 7), bei welcher die Antriebswelle und die Abtriebswclle beide von der unter dem Förderdruck stehenden Flüssigkeit umspült werden, alle (mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 2 bezeichneten) Leckströmungen auf zwei schmale Sektoren ji (Fig. 5) begrenzt. In beiden Fällen wird der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe verbessert.

Außerdem erhält man eine bessere Füllung der Verzahnung. In der Zone, in welcher die seitlichen Leckströmungen /,, /., und /₄ lokalisiert sind (siehe Fi g. 4 und 7) befindet sich nämlich gerade die durch die Nut 23 gespeiste Zone 42, also die im Eingriffsbereich liegende Zahnlücke, in der das Druckmittel nach dem Absperren bis zum Erreichen einer minimalen Größe der Zahnlücke verdichtet und danach bis zum Öffnen der Zahnlücke entspannt wird.

Drittens ist die Erwärmung der Pumpe geringer, da sich die Leckströmung, welche zwischen den Zahnrädern und den Flanken der Lager gedrosse'il wird, entspannt und abkühlt, bevor sie von der fri schen, von der Saugseite kommenden Flüssigkeit aufgenommen wird. Hierdurch wird der Durchtritt warmer Flüssigkeit durch die Nadel- oder Kugellagei und eine allgemeine Erwärmung der Pumpe vermieden.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So können insbesondere die Rollenlager 15 15 a, 16 und 16 a durch Gleitlager ersetzt werden welche in die beweglichen Lager 12 und 12« eingesetzt oder in diesen ausgearbeitet "werden können wobei diese Ausführungsform dadurch möglich gemacht wird, daß die Zahnräder und die Lager de! Pumpe unter dem Förderdruck stehen.

Hierzu fi Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Zahnradpumpe oder hydraulischer Zahnradmotor mit Außeneingriffszahnrädern, deren Zahnradwellen auf beiden Seiten in je einem, in Achsrichtung innerhalb eines Gehäuses verschiebbaren, durch Druckmitteldruck an Cehäuseschultern anlegbaren Lagerkörper gelagert sind, deren Abstand etwas größer ist als die Breite der Zahnräder, wobei ein Zahnradwellenende als Antriebs- oder Abtriebsschaft aus dem Gehäuse herausragt, während die übrigen Zahnradwellenenden innerhalb des Gehäuses enden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Druckkammern (24, 24 a) begrenzenden Druckflächen der Gehäusedeckel (2, 2 a) die Zahnradwellenenden der im Gehäuse endenden getriebenen Zahnradweiie (II) mitumfassen und daß die Druckkammern (28; 36) an dem dem Antriebsbzw. Abtriebsschaft abgewandten Ende dieser Zahnradwelle (11) gegenüber der angrenzenden Hochdruckkammer (32) der getriebenen Welle (11) durch eine innere Druckfelddichtung (27; 35) abgedichtet sind.

2. Zahnradpumpe oder Zahnradmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (24, 24 a) je durch zwei Dichtungen begrenzt sind, die zwischen den Deckeln (2, 2«) des Gehäuses (1) und den jeweils benachbarten Seitenwänden des Lagerkörpers (12, 12«) angeordnet sind, nämlich eine äußere Dichtung (26, 26 a) am Umfang des Lagerkörpers (12. 12«) und eine innere Dichtung (27, 27«). die die so gebildeten Kammern (28 a) isoliert, indem sie das durch das Gehäuse tretende Ende der Antriebswelle (8) umgibt, wobei diese Druckkammern mit einer unter geringem Druck stehenden Druckkammer verbunden sind (Saugscite der Pumpe oder Auslaß des Motors).

3. Zahnradpumpe oder Zahnradmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (24, 24«) je durch zwei Dichtungen begrenzt sind, die zwischen den Deckeln (2, 2 a) des Gehäuses und den jeweils benachbarten Seitcnwiinden des Lagerkörpers (12, 12 a) angeordnet sind, nämlich eine äußere Dichtung (26, 26 α) am Umfang des Lagerkörpers (12, 12 a) und eine innere Dichtung (35, 35«), die auf einer Seite den durch das Gehäuse (1) tretenden Abschnitt der Antriebswelle (8) umgibt und auf der anderen Seite zwischen dem Deckel (2) des Gehäuses (1) und einer Verlängerung dieser Welle angeordnet ist, die in diesen Deckel eintritt, ohne ihn zu durchdringen, wobei die beiden inneren Dichtungen praktisch den gleichen Querschnitt haben und diese Druckkammern (24, 24 a) von Druckkammern (36, 36«) isolieren, deren eine (36) auf der ersten der genannten Seilen den durch das Gehäuse (1) tretenden Abschnitt der Antriebswelle (8) umgibt und deren andere (36«) auf der anderen Seile ihrem nicht durch das Gehäuse tretenden Abschnitt gegenüberliegt, wobei diese Druckkammern (36, 36«) mit einer unter niedrigem Druck stehenden Zone verbunden sind (Saugseite der Pumpe oder Auslaß des Motors).

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Zahnrad pumpe oder einen hydraulischen Zahnradmotor mi Außeneingriffszahnrädern, deren Zahnradwellen au! beiden Sehen in je einem, in Achsrichtung innerhalt eines Gehäuses verschiebbaren, durch Druckmitteldruck an Gehänseschultern anlcgbaren Lagcrkörpei gelagert sind, deren Absland etwas größer ist als die Breite der Zahnräder, wobei ein Zahnradweilenende als Antriebs- oder Abtriebsschaft aus dem Gehäuse

ίο herausragt, während die übrigen Zahnradwellenenden innerhalb des Gehäuses enden.

Bei einer bekannten hydraulischen Zahnradpumpe dieser An (vgl. die französische Patentschrift 1 433 479) wirkt im Bereich des Durchtritts der inneren Welle der volle Förderdruck der Pumpe bzw. der volle Arbeitsdruck de* Motors auf den größten effektiven Teil der einen Seitenfläche der betreffenden Lagerhälfte, wenn man die unmittelbare Umgebung der Ansaug- b/w. Ausstoßöffnung außer Betracht läßt. An der anderen Seite der betreffenden Lagerhälfle dagegen ist der Druck praktisch gleich Null, und zwar wegen der Verbindung mit der Austrittsöffnung über einen Austrittskanal und eine ringförmige Ausnehmung. Es herrscht also über einer kurzen

as Strecke, die lediglich durch die Dicke des mit der inneren Wcii'e in Kontakt stehenden Teiles dieser Lagerhallte gegeben ist. eine sehr erhebliche Druckdifferenz, und zwar längs einer beträchtlichen Umfangsslrecke. Auf diese Weise ergeben sich beiderseits von dieser Lauerhälfte sehr starke Leckverluste, und dasselbe gilt auch für die andere Lagerhälfte.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Außeneingriffszahnmaschine der eingangs umrisscnen Art zu schaffen, bei der der Flüssigkeitsdruck nicht nur auf die längsverschiebbaren Lagerkörper, sondern auch auf die im Gehäuse endenden Zahnradwellenenden einwirkt, damit die Leckverluste zwischen den Stirnseiten der Lagerkörper und der Zahnräder auch hinsichtlich der geiriebcncn Weife der Zahnradmaschine gering bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Druckkammern begrenzenden Druckflächen der Gehäuscdcckel die Zahnradwellenenden der im Gehäuse endenden getriebenen Zahnradwelle mitumfassen und daß die Druckkammern an dem dem Antriebs- bzw. Abtriebsschaft abgewandten Ende dieser Zahnradwelle gegenüber der angrenzenden Hochdruckkammer der getriebenen Welle durch eine innere Druckfelddichtung abgedichtet sind. Auf diese Weise wird jeweils die Druckdifferenz zwischen dem größten effektiven Teil der linken bzw. der rechten Seitenflanken der Lagerkörper in der Nähe des Wellendurchtritts praktisch gleich Null, weil die Außenzone im Bereich des Staudrucks liegt.

Bisher hat man die in Frage stehenden Wellenenden und die angrenzenden Wclleniagerbohrangen bei solchen Zahnradmaschinen sets durch Dichtungen von den Druckräumen der Druckfclder getrennt, weil man offenbar Bedenken hatte, daß der hohe Druckmitteldruck in den Druckräumen der Druckfelder entweder ?u größeren Leckverlusten über die Zalinradwellen'nohriingcn führen oder ein bestimmter Druck in den Druckriiumen für eine bestimmte Anpreßkraft der Lagerkörper nicht sichergestellt werden könnte; vgl. /.. Ii. in der USA.-Patenlschrift 2 420 622 die klare Trennung des Druckfeld- und des Wcllcnendcnbereichcs (41, 44« bzw. 26).