DE1809445B2 - Zahnradpumpe oder -motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder einen Zahnradmotor mit einem im Gehäuse drehbar gelagerten innenverzahnten Zahnring und einem mit dem Zahnring kämmenden auBenverzahnten Ritzel, das mittels einer Welle im Gehäuse gelagert ist, und mit in mindestens einer der Lagerflächen für die umlaufenden Teile, Zahnräder oder Wellen, der Maschine vorgesehenen taschenförmigen Druckfeldern, die mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind.

Zahnradpumpen bzw. -motoren mit je einem mit einer nach außen geführten Triebwelle verbundenen ίο und einem mit umlaufenden, im Gehäuse gelagerten Zahnrad, sind sowohl mit nur außenverzahnten Rädern als auch mit einem außenverzahnten Ritzel und einem innenverzahnten Zahnring bekannt. Im letzteren Fall ist der sichelförmige Raum zwischen den nicht im Eingriff befindlichen Zähnen beider Zahnräder in den meisten Fällen durch ein Füllstück, welches bei vielen Ausführungen einstellbar ist, ausgefüllt.

Bekanntlich liegen die Ursachen ungünstiger Förderkennlinien von Zahnradpumpen bzw. von Drehmo- mentkurven von Zahnradmotoren in einem zu großen Spie! zwischen den Gehäusewandungen gegenüber den Zahnköpfen oder/und den Stirnflächen der Zahnräder. Das. Umfangsspiel vergrößert sich zudem während des Betriebs infolge Verschleißes der Lagerung in Richtung der radialen Druckkomponente. Während die Abdichtung der Stirnflächen auf einen unerläßlichen, geringen Dichtspalt einwandfrei erzielbar ist, z. B. durch eine im Gehäuse axial bewegliche und mittels zwischen ihrer Rückseite und der Gehäusewandung wirkende Druck felder anpreßbare Druckplatte (GB-PS 7 69 763, US-PS !4 96 222), sind für die radiale Druckentlastung vielerlei Vorschläge mit unterschiedlichen Verbesserungserfolgen und mehr oder weniger zusätzlichem Aufwand gemacht worden.

Elei Zahnradpumpen mit außenverzahntem Ritzel, welches mit einem mit umlaufenden, innenverzahnten Zahnring Wmmt, wobei der sichelförmige Arbeitsraum zwischen den Zahnrädern von einem Füllstück ausgefüllt ist, ergibt sich in den Zahnlücken des Ritzels und des Zahnrings am Füllstück ausgehend vom Saugbereich der Pumpe bis zum Druckbereich ein zunehmend größer werdender Druck, welcher zu einer radial einseitigen Belastung des Ritzels und des Zahnrings führt. Bei einer derartigen Zahnradpumpe ist es bekannt (CH-PS 2 11 711), in den einseitig belasteten Bereichen der Lagerflächen von Ritzel und Zahn.ing taschenförmige Druckfelder auszubilden, denen Arbeitsflüssigkeit aus; dem Druckbereich der Pumpe zugeführt wird. Wird hier für die Druckfelder Arbeitsflüssigkeit mit dem vollen Druck verwendet, führt dies zu einer wesentlichen Verringerung des Wirkungsgrades der Maschine, da ein Teil der Druckenergie für Schmierzwecke verloren geht. Ordnet man hier ein Druckminderventil an, so ist dies baulich aufwendig und führt darüber

^S5 hinaus ebenlV'.i zum Verlust an Druckflüssigkeit.

Bei einer weiteren bekannten Zahnradpumpe der eingangs genannten Art (siehe die DT-AS 12 66 134) sind zwar nicht in der Lagerfläche für den Zahnring, jedoch auf dessen Außenumfangsfläehc Druckfeder

^(l° angebracht, d. h. jeder Zahnlücke ist ein Druckfeld zugeordnet, und ist dabei ferner im druckseitigen Teil eine biegsame Lagerschale vorgesehen, die auf ihrer Rückseite ein Druckfeld aufweist, um sie mit einem bestimmten Überdruck gegen die Umfarigsfläche des

^hs Zahnringes zu drücken. Die dazugehörigen Verbindungskanäle bestehen lediglich aus radialen Bohrungen im Zahnring und in der Lagerschale und stehen letztlich fast ohne Drosselung mit der Hochdruckseite der

Pumpe in Verbindung.

Druckfelder an den Lagerkörpern von im Außeneingriff miteinander kämmenden Ritzeln, wobei die Druckfelder über seillich der Zahnräder mündende Kanäle mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind, sind ebenfalls an sich bekannt (DT-AS 12 64 958). Hierbei münden die Kanäle jedoch unmittelbar im Hochdruckbereich der Maschine. Auch ist es bekannt (FR-PS 8 32 872), Ringkammern um die Wellenlager im Außeneingriff miteinander kämmender Ritzel über Kanäle an Bogennuten seitlich der Zahnräder anzuschließen. Dadurch entsteht in den Ringkammern um die Wellenlager im wesentlichen derselbe Druck wie in den Bogennuten im Zahnlückenbereich der Zahnräder, was zu großen volumetrischen Verlusten, ohne einen durch gezielte Drosselung geregelten Lagerentlastungsdruck zu erreichen, führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Zahnradpumpe oder einem Zahnradmotor der eingangs genannten Art eine radiale Druckentlastung durch Zuführung von Arbeitsflüssigkeit in die taschenförmigen Druckfelder ohne großen baulichen Aufwand und mit geringen Verlusten an Arbeitsflüssigkeit zu erreichen.

Dies wird erfindungsgemäß bei einer Zahnradpumpe oder einem Zahnradmotor der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Druckfelder über entsprechende Kanäle an Ringnuten angeschlossen sind, die an den Zahnradseitenflächen anliegenden Stirnflächen des Gehäuses und/oder einer im Gehäuse gelagerten durch Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung an ihrer Rückseite gegen den Zahnring und gegen das Ritzel gedrückten Druckplatte vorgesehen sind.

Gemäß der Erfindung wird also als Druckflüssigkeit für die Druckfelder zur Druckentlastung Arbeitsflüssigkeit aus einem Bereich der Maschine entnommen, in welchem der Druck der Arbeitsflüssigkeit von vorneherein herabgesetzt ist. In die Stirnflächenspalte zwischen Zahnring bzw. Ritzel und dem Gehäuse und/oder der Druckplatte dringt aufgrund der unvermeidlichen Undichtigkeit ständig Arbeitsflüssigkeit aus dem Hochdruckbereich der Maschine ein. Da der Druck mit dem Abstand vom Druckbereich der Maschine absinkt, ist hier ein automatischer Druckabfall in den genannten Bereichen vorhanden, welcher erfindungsge maß zur Reduzierung des Druckes der Arbeitsflüssigkeit auf den in den Druckfeldern gewünschten Druck ausgenützt wird. Gemäß der Erfindung kommt man also mit von Haus aus anfallender Verlustflüssigkeit aus.

Werden der Saugbereich und der Druckbereich der Maschine zum sichelförmigen Arbeitsraum zwischen den Zahnrädern hin jeweils durch Spalte zwischen den Köpfen gerade in Eingriff bzw. außer Eingriff gelangender Zähne von Ritzel und Zahnring begrenzt, stellt sich im sichelförmigen Arbeitsraum selbsttätig ein etwa der jeweiligen Betriebsdruckdifferenz z.wischen Druckbereich und Saugbereich proportionaler .''wischendruck ein, welcher den auf Ritzel und Zahnring im Druckbereich der Maschine einwirkenden Radia'kräften teilweise entgegenwirkt. Dies trägt zur zusätzlichen Radialdruckentlastung von Ritzel und Zahnring bei. Da dieser Effekt unabhängig von der Drehriehtung der Zahnräder ist und der sie!) einstellende /wischendruck der Betriebsdruckdifferenz, etwa proportional ist, ermöglicht eine derartige Maßnahme einen Reversierbetrieb insbesondere mit häufigen Wechseln der Betriebsdrücke und/oder der Drehzahlen der Maschine.

Mit Vorteil sind sowohl in der den Zahnring umgebenden zylindrischen Lagerfiäche im Gehäuse als auch in den Lagerbohrungen für die beidseits durch je einen Hohlwellenstummel gebildete Weile des Ritzels taschenförmige Druckfelder eingelassen, wobei die Druckfelder am Zahnring und die Druckfelder in der Lagerbohrung für den Wellenstummel des Ritzels auf der einer. Seite der Zahnräder über Kanäle miteinander in Verbindung stehen.

Die in geringem Maße axial verschiebbare Druckplatte weist, wie an sich bekannt, auf ihrer den Zahnrädern abgewandten Rückseite Drucktaschen auf, welche über Kanäle mit den den Drucktaschen gegenüberliegenden Bereichen des zwischen den Verzahnungen der Zahnräder gebildeten Arbeitsraumes der Maschine verbunden sind. Dadurch wird eine über den gesamten Stirnflächenbereich der Zahnräder gleich geringe Dicke der Stirnspalte unabhängig von mit unterschiedlichen Drücken aus dem Saug- und Druckbereich bzw. dem sichelförmigen Hohlraum zwischen den Verzahnungen der Zahnräder eindringenden Flüssigkeitsanteilen erhalten.

Dabei kann die Druckplatte eine als Wellenlager für das Ritzel dienende Bohrung aufweisen, wobei die Druckfelder in dieser Lagerbohrung je über einen kurzen Kanal mit der radial inneren der Ringnuten ai. der Vorderseite der Druckplatte in Verbindung stehen.

Um Druckschwankungen im sichelförmige'! Hohlraum zwischen dem Zahnring und dem Ritzel zu dämpfen und auszugleichen, ist vorzugsweise der den größten Teil des Arbeitsraums bildende, im Querschnitt sichelförmige Hohlraum zwischen dem Zahnring und dem Ritzel an einen mittels eines Kolbens entgegen der Kraft einer Feder volumenveränderbaren Druckausglcichsraum angeschlossen.

Um die in den Ringkanälen auftretenden axialen Kräfte bezuglich der Zahnräder auszugleichen, können die Ringnuten in den an den Zahnradseitenflächen anliegenden Stirnflächen des Geniuses und der Druckplatte durch axiale Kanäle in den Zahnrädern miteinander verbunden sein.

Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Zahnradmaschine den Vorteil einer unabhängig von den jeweiligen unterschiedlichen Arbeitsbedingungen reversierbare und in bezug auf ein Minimum an Verlusten und Verschleiß optimale Ausführung, welche zudem im wesentlichen in der Herstellung auf die wenig aufwendigen Dreh- und Bohrarbeiten beschränkt ist.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Zahnradpumpe mit den erfindungsgemäßen Merkmalen gemäß der Linie A-A in F ig. 2,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäß der Linie DDw Fi g. 1,

5s 1 i g. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie B-B in F i g. 2, und

F i g. 4 einen Teilquerschnitt gemäß der Linie C-C in F i g. 2.
Im Gehäuse I ist der innenverzahnte Zahnring 2

'-' radial nut seinem .Außenmantel und axial mit seinen Stirnflächen auf Pichtspalt drehbar gelagert. Das außenverzahnte Ritzel 3 ist axial mit seinen Stirnflächen und radial einerseits mit dem Hohlwellenstummel 17 in einer Lagi-rbohrung 50 des Gehäuses und andererseits

^(|s mit dem Hohlwellenstummel 9 in einer Lagerbohrung 51 der Druckplatte 12 drehbar gelagert. Die Druckplatte 12 ist an ihrer Außenumfangsfläche im Gehäuse axial beweglich, jedoch unverdrehbar gehalten. Ihr sehr

geringer Hub ist auf ihrer Rückseite durch den Deckel

13 begrenzt, welcher mit dem Gehäuse, nach außen abgedichtet, verschraubt ist. Die drehelastisch ausgebildete Triebwelle 16 ist über eine Keilverzahnung 19 im Wellcnstummcl 17 mit dem außenverzahnten Ritzel 3 drehkst verbunden, im Deckel mittels eines Wälzlagers

14 gelagert und nach außen durch eine Wellendichtung

15 abgedichtet.

Die Evolventenverzahnung ist in bekannter Weise mit einer geringfügigen, korrigierenden Zahnkopfabrundung derart ausgeführt, daß im gesamten Zahneingriffsbereich zwischen den Schnittpunkten 4, 4' der Zahnkopfkreise der Dichtspalt an den Zahnflanken nur 002 bis 0,05 mm beträgt. Die Schnittpunkte der Zahnkopfkreise und der Punkt tiefsten Zahneingnffes grenzen daher die Druckfelder aus dem Druck- und Saugbereich und aus dem sichelförmigen Hohlraum zwischen den Verzahnungen der Zahnrader scharf gegeneinander ab. Dementsprechend sind auch die Steuerschlitze 5, 5' seitlich im Gehäuse angeordnet, durch welche je nach der Drehrichtung die Förderflüssigkeit zu- bzw. abgeführt wird. Bei der dargestellten Ausführung ist der Zahnring 2 mit seiner Außenumfangsfläche und das außenverzahnte Ritzel 3 mit seinen Wellenslummeln in der Lagerfläche 49 bzw. in Lagerbohrungen 50, 51 des Gehäuses bzw. der Druckplatte gelagert. In den Lagerbohrungen 49,50,51 sind Druckfelder 29, 36, 36a angeordnet, durch welche hydrostatische Laufflächen zwischen den hydrodynamischen Laufflächen (z. B. 26) gebildet sind. Die Druckfelder 29, 36 sind durch Bohrungen 27 und Kanalteile 28 bzw durch Kanäle 33. in welche die Bohrungen 27 münden, und durch in die Kanäle 33 einmündende weitere Kanäle 32, 45 an Ringnuten 35, 46 angeschlossen, welche in den Stirnflächen des Gehäuses 1 ausgebildet sind, an denen die gehäuseseitigen Zahnradseitenflächen des Ritzels 3 und des Zahnrings 2 anliegen. Beispiele für die Ausbildung der Druckfelder 29,36 sind in den Fig. 1 bzw. 3 zusammen mit den zugehörigen Kanälen 28 bzw. 33 gestrichelt dargestellt. Die taschenförmigen Druckfelder 36a in der Lagerbohrung 51 für den Hohlwellenstummel 9 des Ritzels 3 in der Druckplatte 12 sind nur aus F ig. 2 ersichtlich. Sie entsprechen den Druckfeldern 36. Den Ringnuten 35,46 entsprechen die Ringnuten 47,48 an der an den anderen Zahnradseitenflächen anliegenden Stirnfläche der Druckplatte 12. Die Druckfelder 36a sind über die Kanäle 21 an die Ringnut 48 angeschlossen. Jeweils die einander gegenüberliegenden Ringnuten 35,48 bzw. 46, 47 sind über axiale Kanäle 7, 8 in dem Zahnring 2 bzw.

dem Ritzel 3 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die durch die Dichtspalte an den Stirnflächen der Zahnräder 2, 3 ausgepreßte Druckflüssigkeit in den Ringnuten 35, 46 und 47, 48 auf den Stirnflächen des Gehäuses bzw. der Druckplatte gesammelt und über die Kanäle 33, 27 bzw. 21, teilweise auch durch die axialen Kanäle 7, 8 in den Zahnrädern 2, 3 den hydrostatischen taschenförmigen Druckfeldern 29, 36, 36a unter eincin gegenüber dem Hochdruckbereich der Pumpe reduzierten Druck zugeführt. Dieser durch die Drosselwirkung der Spalte an den Zahnradseitenflächen reduzierte Druck der durch die Spalte aus dem Hochdruckbereich der Pumpe in die Ringnuten eindringenden und dort gesammelten Druckflüssigkeit kann durch ein Druckregelventil 42 mit einem erforderlichenfalls den Ablaufkanal 40 gegen die Wirkung der Feder 41 freigegebenden Kolben 39 einstellbar geregelt sein. Mit dem reduzierten Druck könnten auch die die axiale Anpressung der Druckplatte 12 bewirkenden Drucktaschen 22, welche durch O-Ringe 24 scharf begrenzt sind, auf der Rückseite der Druckplatte über entsprechende Kanäle beaufschlagt werden. Bei der gezeigten Ausführung sind jedoch die Drucktaschen 22 über axiale Kanäle 23, die durch die Druckplatte 12 verlaufen, mit den den Drucktaschen 22 gegenüberliegenden Bereichen des zwischen den Verzahnungen der Zahnräder 2, 3 gebildeten Arbeitsraumes der Maschine verbunden, so daß die Drucktaschen 22 jeweils mit den Drücken beaufschlagt sind, welche in den axial den Drucktaschen gegenüberliegenden Arbeitsräumen bzw. Steuerschlitzen 5, 5' und dem sichelförmigen Hohlraum 44 jeweils herrschen. Betriebsmäßig stark schwankende Drücke können im sichelförmigen Hohlraum 44 durch eine Druckausgleichsvorrichtung 34 (F i g. 2 und 4) gedämpft und vergleichmäßigt werden, in welcher ein mit dem Druck im sichelförmigen Hohlraum 44 über die Kanäle 23 und den Druckausgleichsraum 52 beaufschlagter Kolben 38 entgegen der Kraft der Feder 37 beweglich angeordnet ist, gleichzeitig werden hierdurch Druckschwankungen in den Dichtspalten vermindert. Die aus der großen Lagerbohrung 49 für den Zahnring 2 seitlich ausgepreßte Druckflüssigkeit wird über eine Ringnut im Gehäuse 1 und über eine Bohrung 20 in Hohlräume um die Welle 10 geleitet, wobei durch eine Längsbohrung 11 der Welle eine Verbindung zum Hohlraum ?.m inneren Wellenende hergestellt ist. Über nicht dargestellte Leitungswege sind die Hohlräume um die Welle 10 und am Lager 14 mit einer Stelle niederen Drucke; verbunden.
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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zahnradpumpe oder -motor mit einem im Gehäuse drehbar gelagerten innenverzahnten Zahnring und einem mit dem Zahnring kämmenden außenverzahnten Ritzel, das mittels einer Welle im Gehäuse gelagert ist, und mit in mindestens einer der Lagerflächen für die umlaufenden Teile, Zahnräder oder Wellen, der Maschine vorgesehenen taschenförmigen Druckfeldern, die mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder (29, 36, 36a,) über entsprechende Kanäle (27, 33, 32, 45, 7, 8, 21) an Ringnuten (35, 46, 47, 48) angeschlossen sind, die in an den Zahnradseitenflächen anliegenden Stirnflächen des Gehäuses (1) und/oder einer im Gehäuse gelagerten durch Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung an ihrer Rückseite gegen den Zahnring (2) und gegen das Ritzel (3) gedrückten Druckplatte (12) vorgesehen sind.

2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in der den Zahnring (2) umgebenden zylindrischen Lagerfläche (49) im Gehäuse (1) als auch in den Lagerbohrungen (50,51) für die beidseits durch je einen Hohlwellenstummel (9,17) gebildete Welle des Ritzels (3) taschenförmige Druckfelder (29 bzw. 36,36a) eingelassen sind, wobei die Druckfelder (29) am Zahnring (2) und die Druckfelder (36) in der Lagerbohrung für den Wellenstummel (17) des Ritzels auf der einen Seite der Zahnräder (2, 3) über Kanäle (27, 33) miteinander in Verbindung stehen.

3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in geringem Maße axial verschiebüche Druckplatte (12), wie an sich bekannt, auf ihrer den Zahnrädern abgewar.dten Rückseite Drucktaschen (22) aufweist, welche über Kanäle (23) mit den den Drucktaschen gegenüberliegenden Bereichen des zwischen den Verzahnungen der Zahnräder (2, 3) gebildeten Arbeitsraumes der Maschine verbunden sind.

4. Pumpe oder Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (12) eine als Wellenlager für das Ritzel (3) dienende Bohrung aufweist und daß die Druckfelder (36a,* in dieser Lagerbohrung (51) je über einen kurzen Kanal (21) mit der radial inneren (48) der Ringnuten an der Vorderseite der Druckplatte in Verbindung stehen.

5. Pumpe oder Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den größten Teil des Arbeitsrautnes bildende, im Querschnitt sichelförmige Hohlraum (44) zwischen dem Zahnring (2) und dem Ritzel (3) an einen mittels eines Kolbens (38) entgegen der Kraft einer Feder (37) volumenveränderbaren Druckausgleichsraum (52) angeschlossen ist.

6. Pumpe oder Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuien (46 und 47 b/w. 35 und 48) in den an den Zahnradseitenflächen anliegenden Stirnflächen des Gehäuses (1) und der Druckplatte (12) durch axiale Kanäle (7,8) in den Zahnrädern (2,3) miteinander verbunden sind.