DE1962769A1

DE1962769A1 - Zahnradmaschine

Info

Publication number: DE1962769A1
Application number: DE19691962769
Authority: DE
Inventors: Alex Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1969-12-15
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR2073815A5; GB1314196A; DK124697B; ES386441A1; CS163776B2; US3690792A; CH514075A; SE365848B; PL71972B1

Description

Zahnradmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradmaschine mit zwei Zahnelementen, nämlich einem außen Terzahnten Zahnrad und einem einen Zahn mehr aufweisenden, dieses umschließenden Zahnring, wobei die zwischen den Zähnen gebildeten Kammern abwechselnd mit dem Anschluß höheren Drucks und mit dem Anschluß niedrigeren Drucks verbunden werden und wobei in allen Zähnen eines der Zahnelemente radial bewegliche, nur zeitweilig am anderen Zahnelement anliegende Dichtlamellen Torgesehen sind»

Mit derartigen Dichtlamellen kann der Zahnradmaschine eine höhere Dichtheit gegeben werden· Insbesondere bei Handpumpen für hydrostatische Lenkungen erhält man hierdurch einen höheren Wirkungsgrad, Außerdem können größere Toleranzunterschiede bei der Herstellung von Zahnrad und Zahnring in Kauf genommen werden.

Es ist eine Zahnradmaschine bekannt, bei der das Zahnrad in der Mitte Jedes Zahnes Dichtlamellen trägt, die sich um ein begrenztes Stück unter dem Einfluß einer Feder radial bewegen können. Die Bemessungen sind so getroffen, daß in der Regel nur eine Lamelle und höchstens zwei benachbarte Lamellen wirksam sind und im Bereich des größten Kammervolumens den Raum höheren Drucks vom Raum niedrigeren Drucks trennen. Hierdurch wird gegenüber einer Lösung, bei der Lamellen dauernd

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am gegenüber liegenden Teil anliegen, eine geringere Abnutzung der Lamellen und eine Herabsetzung der Reibungskraft erzielt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser Konstruktion trotzdem noch erhebliche Leckverluste auftreten«

Des weiteren ist eine Zahnradmaschine bekannt, bei der das Zahnrad erheblich weniger Zähne hat als der Zahnring und ■aOa ein mondsichelförmiger Einsatz im verbleibenden Raum untergebracht ist· Bei dieser Haschine sind in der Flanke der Zähne des Zahnringes federnd gelagerte Dichtelemente vorgesehen, die an einer mit Bezug auf den Einsatz fest vorgegebenen Stelle eine zwischen den Zähnen vorgesehene Kammer beidseitig abdichten· Die Zahnradmaschine soll expandierende Medien, wie Dampf, verarbeiten; die abgedichtete Kammer befindet sich auf der Ezpansionsseite der Maschine« Auch diese Konstruktion hat erhebliche Leckverluste, weil sich zwischen Zahnelementen und Einsatz nur eine beschränkte Dichtheit erzielen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradmaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die wesentlich geringere Leckverluste hat, bei der aber trotzdem die Abnutzung der Lamellen und die Reibung nicht wesentlich erhöht werden·

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß die Lamellen derart im Zahnring angeordnet sind, daß sie in jedem Zyklus zweimal mit dem Zahnrad zusammenwirken, daß jede Kammer sowohl in ihrer Stellung größten Volumens als auch in ihrer Stellung kleinsten Volumens auf beiden Seiten durch ein Paar benachbarter Lamellen abgedichtet ist und daß auf der gegenüberliegenden Seite eine Lamelle oder höchstens zwei Lamellen am Zahnrad anliegen«

Bei dieser Konstruktion trennen die Lamellen die beiden Seiten unterschiedlichen Drucks nicht nur im Bereich des größten Kammervolumens, sondern auch im Bereich des kleinsten Kammervolumena· Bekanntlich wirken bei den hier betrachteten Zahnradmaschinen im Bereich des größten Kammervolumens zwei Zahn-

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köpfe und ie Bereich des kleinsten Kammervolumens zwei Zahnflanken Susanen. Während man bisher annahm, daß an den Zahnflanken ein genügender Drosselspalt entsteht, um eine ausreichende Abdichtung zu bewirken, hat es sich gezeigt, daß trotzdem an dieser Stelle erhebliche Leckverluste auftreten· Diese Leckverluste werden unterbunden, wenn auch in diesem Bereich eine Lamellenabdichtung stattfindet· Obwohl dabei mehr Lamellen mit dem Zahnrad in Eingriff treten, ist keine höhere Reibung oder Abnutzung zu erwarten, weil in diesem Bereich eine Lamelle im Zahnkopf des Zahnringes mit dem Zahngrund des Zahnrades zusammenwirkt und dabei im wesentlichen nur eine Rollbewegung, aber keine Gleitbewegung stattfindet.

Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Lamellen radial in der Mitte der Zahnringsähne· Auf diese Weise ist die geringste Abnutzung der Lamellen zu erwarten· Außerdem kann die Drehrichtung der Maschine beliebig umgekehrt werden·

Den größtmöglichen Abdichteffekt bei der kleinsten Zahl an jeweils wirksamen Lamellen ergibt sich, wenn der Zahnring eine ungerade Zähnezahl hat und dem wirksamen Paar benachbarter Lamellen eine wirksame Lamelle gegenüber steht.

Es gibt Zahnradmaschinen, bei denen die einzelnen Kammern nicht über eine Nut miteinander verbunden sind, sondern bei denen Verbindungsleitungen, die abwechselnd mit dem Anschluß höheren Drucks und mit dem Anschluß niedrigeren Drucks verbunden werden, in die Kammern münden· Als Beispiel sei auf eine Zahnradmaschine gemäß der deutschen Patentschrift 1 193 750 verlesen, bei der ein Kommutatorventil dafür sorgt, daß immer dann, wenn die Kammern ihr Größtvolumen oder ihr Kleinstvolumen einnehmen, die Verbindungsleitungen vom höheren auf den niedrigeren Druck oder umgekehrt umgeschaltet werden.

Bei einer solchen Zahnradmaschine ist es von größtem Vorteil, wenn die Verbindungsleitungen zwischen benachbarten Lamellen des Zahnrings in die Kammern münden. Lamellen und Mündungen

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haben daher eine feste Zuordnung zueinander. Das Umschalten der Yerbindungsleitung erfolgt in einem Augenblick, in welchem die Kammer nach beiden Seiten durch Lamellen abgedichtet ist· Umgekehrt besteht auch keine Gefahr, daß eine Lamelle die Mündung überstreicht und dabei, weil die Mündung als Kurzschlußpfad wirkt, die Dichtfunktion der Lamelle in Frage gestellt wird·

In weiterer Ausgestaltung können die Lamellen in bekannter Weise in einem Schlitz geführt durch eine Feder belastet ^ und mit einem die radiale Bewegung begrenzenden Anschlag rersehen sein, und die Feder kann formschlüssig mit der Lamelle verbunden sein und dadurch als Anschlag wirken. Hierbei übernimmt die Feder zwei Aufgaben; sie drückt die Lamelle nach innen, verhindert aber gleichzeitig eine übermäßige Einwärtsbewegung· Infolgedessen braucht an der Lamelle selbst kein Anschlag angeformt zu werden« Sie kann einfach als Platte ausgebildet sein·

Die Feder kantfeinfach aus zwei Drahtstücken bestehen, die in seitlichen, von Abdeckplatten verschlossenen Ausnehmungen des Zahnringes angeordnet sind.

w Sodann ist es zweckmäßig, wenn die Feder dem Verlauf der Zahnaußenfläche entsprechend gebogen und innerhalb des Bogens ein Loch für den Durchtritt eines Spannbolzens vorgesehen ist· Auf diese Weise steht ein genügend großer Platz für die Ausbildung der federnden Lamellenanordnung zur Verfügung, ohne daß der Zahnring vergrößert werden müßte·

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in vergrößerter Darstellung, wobei jedoch die Spannschrauben und die Gelenk-

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welle entfernt sind,

Fig. 3 das Bild der Fig, 2 nach einer Drehung des Zahnrades und

Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie B-B in Fig. 3.

Ein Gehäuse 1 trägt an der einen Seite einen durch Schrauben 2 befestigten Deckel 3 und an der anderen Seite, ebenfalls durch Schrauben 4 befestigt, eine Zwischenscheibe 5» einen Zahnring 6 und einen Deckel 7. Im Gehäuse 1 ist ferner ein Stutzen 8 und ein nicht dargestellter zweiter Stutzen vorgesehen. Es sei angenommen; daß die Maschine als Pumpe arbeitet· Dann wird Öl entsprechend dem Pfeil 9 angesaugt und entsprechend dem Pfeil

10 unter Druck abgegeben. Der Zahnring 6 wirkt zusammen mit einem Zahnrad 11, das sich langsam dreht, während gleichzeitig der Mittelpunkt des Zahnrades mit größerer Drehgeschwindigkeit eine Kreisbewegung vollführt. Um die Drehbewegung des Zahnrades

11 an eine Hauptwelle 12 übertragen zu können, ist eine die Kreisbahnbewegung des Mittelpunkts ausgleichende Gelenkwelle 13 mit dem Zahnrad verbunden, deren anderes Ende in einen Drehschieber 14 eingreift. Dieser ist fest mit der Hauptwelle verbunden.

Im Drehschieber sind zwei Umfangsnuten 15 und 16 vorgesehen. Die Umfangsnut 15 steht mit dem Eintrittsstutzen 8 niedrigeren Drucks und die umfangsnut 16 mit dem Austrittsstutzen höheren Drucks dauernd in Verbindung. Am Umfang des Drehschiebers 14 sind abwechselnd Axialnuten 17, die mit der Umfangsnut 15 in Verbindung stehen, und Axialnuten 18, die mit der Umfangsnut 16 in Verbindung stehen, vorgesehen. Die Zahl der Nuten 17 und 18 entspricht der Zähnezahl des Zahnrades 11· Im Gehäuse sind Öffnungen 19 vorgesehen, die je einer Verbindungsleitung 20 zugeordnet sind. Die Verbindungeleitungen 20 münden in zwischen den Zähnen von Zahnrad und Zahnring gebildeten Kammern 21. Die Zahl der Öffnungen 19 entspricht der Zähnezahl des Zahnringes 6. Demzufolge werden die Kammern 21 abwechselnd mit dem

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Stutzen niedrigeren Drucks und dem Stutzen höheren Drucks derart verbunden, daß die Pumpe kontinuierlich Drucköl fördert. ^ig*²' Wenn umgekehrt Drucköl am Stutzen 8 zugeführt wird, arbeitet die Maschine als Motor,

Der Zahnring 6 besitzt sieben Zähne 22, der Zahnring 11 sechs Zähne 23» In der Mitte jedes Zahnring-Zahnes 22 ist eine plattenförmige Lamelle 24 in einem Schlitz 25 verschiebbar vorgesehen. Sie wird durch zwei bogenförmige Drahtfedern 26 radial nach innen gedrückt. Die Drahtfedern sind der Außenfläche des Zahnes 22 angepaßt und lassen Platz für eine Öffnung 27 zum Durchtritt der Spannschraube 4. Die Drahtfedern sind in Ausnehmungen 28 in der Seitenwand des Zahnringes 6 untergebracht und werden durch Abdeckplatten, nämlich die Zwischenscheibe 5 und dem Deckel 7, gegen ein Herausfallen gesichert. Wie Fig. 4 erkennen läßt, besitzt die Lamelle 24 an beiden Seiten einen Ausschnitt 29, in welchen der Federdraht 26 eingreift. Auf diese Weise wird die Lamelle durch die Feder radial nach innen gedrückt. Die Bewegung ist aber durch den Anschlag der Feder am Rand der Aussparung 28 begrenzt. Die Mündungen 30 der Verbindungsleitungen 20 liegen am Zahngrund zwischen benachbarten Zähnen 22 des Zahnringes, also auch zwischen benachbarten Lamellen 24.

Für die nachfolgende Betrachtung sind die Lamellen im Uhrzeigersinn mit römischen Ziffern I - YII versehen, während die zwischen den Zähnen gebildeten Kammern mit großen Buchstaben S-Y bezeichnet sind.

In der Stellung der Fig. 2 hat die Kammer V ihr Größtvolumen und wird beidseitig durch die Lamellen IT und Y abgedichtet. Ihr gegenüber liegt die Lamelle I am Zahnrad 11 an. Das Zahnrad 11 drehe sich in Richtung des Pfeiles P. Dann haben die Kammern W, X, U höheren Druck und die Kammern S, T, Y niedrigeren Druck, während die Kammer T gerade vom niedrigeren auf den höheren Druck umschaltet. In Fig. 3 1st das Zahnrad 11 etwas weiter gedreht. Diesmal hat die Kammer Y ihr Kleinst-

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volumen. Sie wird beidseitig durch die Lamellen I und VII abgedichtet. Ihr gegenüber steht die Lamelle IV« In den Kammern V, W, X herrscht höherer, in den Kammern S, T, U niedrigerer Druck. Die Kammer Y erfährt gerade die Umschaltung vom höheren auf niedrigeren Druck,

Es ist ersichtlich, daß die Lamellen nur im Umschaltbereich an dem Zahnrad 11 anliegen und daß die Lamellen im Bereich der kleinsten Kammern, also Lamelle I in Fig. 2 und Lamellen I und VII in Fig. 3, fast überhaupt nicht durch Reibung belastet sind. Die jeweils der Umschaltung unterliegenden Kammern sind beidseitig durch Lamellen abgedichtet, so daß der Umschaltvorgang ungestört vor sich gehen kann. Es können relativ große Herstellungstoleranzen zugelassen werden, weil auf beiden Seiten Lamellen für eine Abdichtung zwischen den Kammern höheren Drucks und den Kammern geringeren Drucks sorgen.

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Claims

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Patentansprüche

1«J Zahnradmaschine mit zwei Zahnelementen, nämlich einem ^v~"^ außen verzahnten Zahnrad und einem einen Zahn mehr aufweisenden, dieses umschließenden Zahnring, wobei die zwischen den Zähnen gebildeten Kammern abwechselnd mit dem Anschluß höheren Drucks und mit dem Anschluß niedrigeren Drucks verbunden werden und wobei in allen Zähnen eines der Zahnelemente radial bewegliche, nur zeitweilig am anderen Zahnelement anliegende Dichtlamellen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (24)' derart im Zahnring (6) angeordnet sind, daß sie in jedem Zyklus zweimal mit dem Zahnrad (11) zusammen wirken, daß jede Kammer (21) sowohl in ihrer Stellung größten Volumens als auch in ihrer Stellung kleinsten Volumens auf beiden Seiten durch ein Paar benachbarter Lamellen abgedichtet ist und daß auf der gegenüber liegenden Seite eine Lamelle oder höchstens zwei Lamellen am Zahnrad anliegen.
2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (24) sich radial in der Mitte der Zahnringzähne (22) erstrecken,
3· Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnring (6) eine ungerade Zähnezahl hat und dem wirksamen Paar benachbarter Lamellen (24) eine wirksame Lamelle gegenüber steht.
4· Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, bei der Verbindungsleitungen, die abwechselnd mit dem Anschluß höheren Drucks und mit dem Anschluß niedrigeren Drucks verbunden werden, in die Kammern münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (20) zwischen benachbarten Lamellen (24) des Zahnrings (6) in die Kammern (21) münden.
5· Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Lamellen (24) in bekannter Weise in einem Schlitz (25) geführt, durch eine Feder (26) belastet und mit einem die radiale Bewegung begrenzenden Anschlag versehen sind und daß die Feder formschlüssig mit der Lamelle verbunden ist und dadurch als Anschlag wirkt.
6. Zahnradmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) aus zwei Drahtstücken besteht, die in seitlichen, von Abdeckplatten (5, 7) verschlossenen Ausnehmungen (28) des Zahnringes (6) angeordnet sind,
7. Zahnradmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) dem Verlauf der Zahnaußenfläche entsprechend gebogen und innerhalb des Bogens ein Loch (27) für den Durchtritt eines Spannbolzens (4) vorgesehen ist.

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