DE19609992A1 - Zahnradmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Zahnradmaschinen ist es bekannt die Antriebs­ bzw. die Lagerwellen der Zahnradpaarungen in Buchsen von Lagerkörpern zu lagern und diese Lagerkörper gleichzeitig zur stirnseitigen Abdichtung der unter Hochdruck stehenden Zahnzwischenräume einzusetzen. Die Lagerkörper sind dazu beweglich in der Ausnehmung des Gehäuses geführt und werden an ihren den Zahnrädern abgewandten Stirnseiten von Druckfeldern beaufschlagt. Diese Druckfelder stehen entweder mit dem Hoch- oder dem Niederdruckbereich der Zahnradmaschine in Verbindung und werden nach außen von Dichtungsanordnungen bzw. von Abschlußdeckeln begrenzt. Weitere Dichtungsanordnungen verhindern eine Leckage vom Hoch- zum Niederdruckbereich der Zahnradmaschine.

Bei klein bauenden Zahnradmaschinen dieser Bauart kann es nun vorkommen, daß die Dichtungen zur Reduzierung der Druckmittelleckage aus Platzgründen nicht vollständig auf der Stirnseite der Lagerkörper anzuordnen sind. Die Dichtungen verlaufen deshalb abschnittsweise über die Stirnfläche des Gehäuses. Da die Lagerkörper auf Grund der Wirkung der Druckfelder gegenüber dem Gehäuse vertieft liegen, ergibt sich am Übergang vom Lagerkörper zum Gehäuse ein Versatz. Dieser Versatz läßt sich durch herkömmliche Dichtungen, die auf eine teuere Dichtungsabstützung verzichten, indem sie relativ hart und unflexibel ausgebildet sind, nicht optimal abdichten.

Die deshalb vorhandene Druckmitteileckage vom Hoch- zum Niederdruckbereich der Zahnradmaschine verschlechtert den volumetrischen Wirkungsgrad der Zahnradmaschine. Änderungen, die auf eine insgesamt höhere Elastizität der Dichtung hinzielen z. B. Materialänderungen oder Querschnittsverringerungen sind durch die spezifischen Anforderungen des Dichtfalls bzgl. dessen Standfestigkeit wirtschaftlich kaum durchführbar.

Vorteile der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Druckmittelleckage an der Stufe vom Lagerkörper zum Gehäuse durch eine preisgünstige Verbesserung an der relativ unflexiblen Dichtung reduziert wird. Dies erhöht den volumetrischen Wirkungsgrad einer Zahnradmaschine.

Diese Vorteile werden durch eine im Bereich des Übergangs vom Lagerkörper zum Gehäuse am Dichtungsstrang ausgebildete Dichtungszunge erreicht. Der Querschnitt der Dichtungszunge ist bezogen auf den Querschnitt des Dichtungsstrangs relativ dünnwandig und damit flexibel ausgeführt. Die Dichtzunge kann sich deshalb der stufenförmigen Kontur zwischen Lagerkörper und Gehäuse besser anpassen und diese entsprechend besser abdichten. Der zur Ausbildung der Dichtzunge erforderliche Materialbedarf ist vernachlässigbar.

Neben der Flexibilität der Dichtzunge trägt deren Ausbildung in entgegengesetzter Richtung zum Druckgefälle ebenso zu ihrer verbesserten Abdichtwirkung bei, wie die Vergrößerung der Dichtungsbreite an der Übergangsstelle.

Der geschlossene Verlauf des Dichtstrangs ermöglicht es zusätzlich den gesamten unter Hochdruck stehenden Bereich der Zahnradmaschine sowohl gegenüber dem Niederdruckbereich als auch nach außen mit einer einzigen Dichtung pro Stirnseite des Gehäuses abzudichten. Durch den dadurch möglichen Verzicht auf eine separate Gehäusedichtung lassen sich Material und Montagekosten einsparen. Auch ein im Gehäuse ausgebildeter, druckseitiger Sammelraum läßt sich von dem gehäuseseitig verlaufenden Bereich des Dichtstrangs ohne Zusatzaufwand abdichten.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder der Beschreibung.

So läßt sich eine besonders gute Abdichtwirkung der Dichtzunge erreichen, wenn an ihrem Randbereich Noppen vorhanden sind, die für eine bessere Vorspannung der Dichtung sorgen.

Eine günstige Herstellung für das Gehäuse der Zahnradmaschine ergibt sich, wenn die dichtungsführenden Nuten in den Abschlußdeckeln des Gehäuses ausgebildet sind. Dadurch können die Nuten bereits beim Druckgießen der Abschlußdeckel gefertigt werden und müssen nicht aufwendig spanend erzeugt werden.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Zahnradmaschine, Fig. 2 eine Vorderansicht der Zahnradmaschine bei abgenommenen Abschlußdeckel. Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausschnittvergrößerungen von Schnitten durch die Dichtung im Bereich der Leckagestelle, die entlang den Achsen III-III bzw. IV-IV gemäß Fig. 2 geführt sind. In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch die Dichtung im Bereich ihrer Dichtzunge gemäß der Achse V-V nach Fig. 2 dargestellt. Fig. 6 zeigt die im Abschlußdeckel verlaufende Ausnehmung zur Aufnahme der Dichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Zahnradmaschine 10, deren Gehäuse 11 eine durchgehende Ausnehmung 12 aufweist. In der Ausnehmung 12 ist ein Zahnradpaar 13 angeordnet, dessen Zahnräder 14 und 15 im Außeneingriff miteinander kämmen. In den Zahnzwischenräumen der Zahnräder 14, 15 wird ein Druckmittel vom nicht dargestellten Sauganschluß der Zahnradmaschine 10 zum Druckanschluß 16 gefördert.

Das angetriebene Zahnrad 14 ist dazu drehfest mit einer nach außen ragenden Antriebswelle 17 verbunden. Das mit dem Zahnrad 14 kämmende Zahnrad 15 ist auf einer Lagerwelle 18 angeordnet. Die Lagerwelle 18 und die Antriebswelle 17 sind in Buchsen gelagert, die in zwei durchgehenden Bohrungen 22, 23 der Lagerkörper 19, 20 ausgebildet sind.

Die Lagerkörper 19, 20, die auch mehrteilig ausgebildet sein können, sind mit ihrer äußeren Mantelfläche innerhalb der Ausnehmung 12 des Gehäuses 11 axial beweglich geführt. Gegenüber der Ausnehmung 12 weisen die Lagerkörper 19, 20 ein Axialspiel 35 (Fig. 3) auf. Die Ausnehmung 12 wird an den Stirnseiten des Gehäuses 11 von Abschlußdeckeln 24, 25 verschlossen. Zwischen den Abschlußdeckeln 24, 25 und dem Gehäuse 11 sind Dichtungen 26, 27 angeordnet, die die Hochdruckbereiche der Zahnradmaschine 10 gegenüber ihren Niederdruckbereichen sowie die Zahnradmaschine 10 nach außen abdichten.

Fig. 2 zeigt die herzförmig ausgebildete, geschlossene Kontur der Dichtung 26 sowie deren Anordnung relativ zum Gehäuse 11 bzw. zum Lagerkörper 19, 20. Die Dichtung 26 gliedert sich in einen gehäuseseitig verlaufenden Abschnitt 28 und einen auf dem Lagerkörper 19, 20 verlaufenden Abschnitt 29. An den Übergangsbereichen der beiden Abschnitte 28, 29 ist die Dichtung 26 durch Dichtzungen 30 erweitert. Der lagerkörperseitige Abschnitt 29 der Dichtung 26 umschließt in weiten Bereichen die Antriebswelle 17 bzw. die Lagerwelle 18 und teilt die Stirnfläche des Lagerkörpers 19, 20 in zwei Druckfelder 32, 33 ein. Diese Druckfelder 32, 33 werden jeweils von der Kante des Lagerkörpers 19, 20 begrenzt. Das außerhalb der Kontur der Dichtung 26, 27 liegende Druckfeld 32 wirkt auf nicht dargestellte Weise mit der Hochdruckseite der Zahnradmaschine 10 zusammen und bewirkt, daß der Lagerkörper 19, 20 zur seitlichen Abdichtung der Zahnkammern gegen die Zahnräder 14, 15 gedrückt wird. Dieses Druckfeld 32 ist so ausgebildet, daß es den hochdruckführenden Zahnzwischenräumen genau gegenüberliegt.

Die Abdichtung des Druckfelds 32 nach außen erfolgt durch die Gehäusedichtung 34. Innerhalb der Kontur der Dichtung 26, 27 ist ein zweites Druckfeld 33 ausgebildet, das mit der Niederdruckseite der Zahnradmaschine 10 in Verbindung steht. In dieses zweite Druckfeld 33 mündet die an der Antriebswelle 17 bzw. der Lagerwelle 18 vorhandene Leckage.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Dichtung 26, 27, wie er sich an der Übergangsstelle vom Lagerkörper 19, 20 zum Gehäuse 11 ergibt. Der Lagerkörper 19, 20 ist auf Grund seines Axialspiels 35 in der Ausnehmung 12 gegenüber dem Gehäuse 11 versetzt. Die in einer im Abschlußdeckel 24, 25 angeordneten nutförmigen Ausnehmung 36 verlaufende Dichtung 26, 27 kann in Folge ihrer Steifigkeit diesen Versatz nicht optimal abdichten, so daß ein Leckagequerschnitt 37 zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Zahnradmaschine 10 entsteht. Der Leckagestrom durch diesen Leckagequerschnitt 37 senkt den volumetrischen Wirkungsgrad der Zahnradmaschine 10. Durch die Erweiterung der Dichtung 26, 27 um eine hier nicht erkennbare Dichtzunge 30 wird dieser Leckagestrom nahezu vollständig gedrosselt. Die Wirkungsweise der Dichtzunge 30 ist der Fig. 4 entnehmbar. Die auf Grund ihrer in Fig. 5 dargestellten Querschnittsform elastisch ausgebildete Dichtzunge 30 kann sich dem Versatz zwischen Lagerkörper 19, 20 und Gehäuse 11 besser anpassen, als der in Fig. 3 gezeigte, relativ harte Dichtungsstrang. Dadurch wird der Leckageguerschnitt 37 und damit der Leckagestrom auf ein Minimum reduziert.

Die Anbindung der Dichtzunge 30 an die Dichtung 26, 27 ist in Fig. 5 dargestellt. Der Querschnitt des umlaufenden Dichtungsstrangs 38 ist massiv ausgeführt und verjüngt sich zum Fußbereich 39 hin zu einer schmalen Dichtfläche. Mit dem Fußbereich 39 wird die Dichtung 26, 27 später in die Ausnehmung 36 im Abschlußdeckel 24, 25 eingesetzt. Der dem Fußbereich 39 gegenüberliegende Kopfbereich 40 der Dichtung 26, 27 erstreckt sich über die maximale Breite des Dichtstrangs 38 und bildet eine waagerechte, relativ breite und an den Kanten abgerundete Dichtfläche 42 aus. Die kopfseitige Dichtfläche 42 wird durch die Dichtzunge 30, die sich seitlich dem Kopfbereich 40 übergangslos anschließt, weiter verbreitert. Die Dichtzunge 30 ist im Querschnitt relativ dünn und damit elastisch ausgebildet und weist an ihrer Randzone Noppen 43 auf. Die Noppen 43 bewirken eine bessere Einspannung der Dichtzunge 30 zwischen der Ausnehmung 36 im Abschlußdeckel 24, 25 und dem Gehäuse 11 bzw. dem Lagerkörper 19, 20. Die Ausdehnung der Noppen 43 erstreckt sich parallel und in der selben Richtung zur Ausdehnung des Dichtungsstrangs 38.

In Fig. 6 ist die im Gehäusedeckel 24, 25 angeordnete Ausnehmung 36 zur Abstützung der Dichtung 26, 27 dargestellt. Diese Ausnehmung 36 ist nutförmig ausgebildet und korrespondiert in ihrer Kontur und ihrer Tiefe mit der Dichtung 26, 27. Sie kann bereits beim Herstellen des Abschlußdeckels 24, 25 vorgegossen werden und muß nicht spanend erzeugt werden. Die Dichtung 26, 27 wird mit ihrem Fußbereich 39 in diese Ausnehmung 36 eingelegt, wodurch eine gute Zentrierung der Dichtung 26, 27 bei der Montage erreicht wird.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (9)

1. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) deren Gehäuse (11) eine durchgehende und stirnseitig von Abschlußdeckeln (24, 25) verschlossene Ausnehmung (12) aufweist, in der mindestens zwei im Außeneingriff miteinander kämmende Zahnräder (14, 15) auf Wellen (17, 18) angeordnet sind, die in Lagerkörpern (19, 20) drehbar gelagert sind, die in der Ausnehmung (12) des Gehäuses (11) in axialer Richtung beweglich geführt sind und wobei sich in den den Abschlußdeckeln (24, 25) zugewandten Seitenflächen der Lagerkörper (19, 20) Druckfelder (32, 33) ausbilden, die nach außen abgedichtet sind und die eine Anpreßung der Lagerkörper (19, 20) an die Seitenflächen der Zahnräder (14, 15) bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagerkörpern (19, 20), dem Gehäuse (11) und den Abschlußdeckeln (24, 25) eine die Druckfelder (32, 33) begrenzende Dichtung (26, 27) angeordnet ist, deren Dichtungsstrang (38) eine geschlossene Kontur aufweist, daß die Dichtung (26, 27) sich in einen gehäuseseitig verlaufenden Abschnitt (28) und in einen lagerkörperseitig verlaufenden Abschnitt (29) gliedert, und daß an der Übergangsstelle der beiden Abschnitte (28, 29) mindestens eine Dichtzunge (30) ausgebildet ist.

2. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtzunge (30) im Querschnitt wesentlich dünner als der Querschnitt des Dichtungsstrangs (38) ausgebildet ist, daß sich die Dichtzunge (30) in der Ebene des Abschlußdeckels (24, 25) erstreckt und in entgegengesetzter Richtung zum Druckgefälle verläuft.

3. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (26, 27) in einer Ausnehmung (36) des Abschlußdeckels (24, 25) angeordnet ist.

4. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (36) im Abschlußdeckel (24, 25) korrespondierend zur Ausdehnung der Dichtung (26, 27) ausgebildet ist.

5. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtzunge (30) dem Dichtungsstrang (38) in dessen Kopfbereich (40) ohne Übergang angeschlossen ist.

6. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Randbereich der Dichtzunge (30) wenigstens zwei Noppen (43) vorgesehen sind, die sich parallel und gleichgerichtet zur Längsachse des Dichtungsstrangs (38) ausdehnen.

7. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Dichtungsstrangs (38) im wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist.

8. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäuseseitige Abschnitt (28) der Dichtung (26, 27) einen im Gehäuse (11) integrierten, druckseitigen Speicherraum umschließt.

9. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten der Zahnräder (14, 15) angeordneten Lagerkörper (19, 20) mehrteilig ausgebildet sind.