DE19652158C2 - Zahnradmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Zahnradmaschine entsprechend der Gattung des Anspruchs 1 aus.

Derartige Zahnradmaschinen, wie sie beispielsweise in der DE 27 09 913 A1 offenbart sind, gehören zum herkömmlich bekannten Stand der Technik. Die Weiterentwicklung dieser Zahnradmaschinen zielt u. a. auf eine möglichst beanspruchungsgerechte Ausbildung der Maschinenteile bei möglichst geringen Stoff-, Fertigungs- und Montagekosten ab.

Für Zahnradmaschinen, die insbesondere im Niederdruckbereich eingesetzt werden, bietet sich in diesem Zusammenhang die Verwendung von Zahnrädern aus Sinterwerkstoff bzw. aus Kunststoff an. Allerdings lassen sich gesinterte Zahnräder aufgrund von Anforderungen bezüglich Fertigungtoleranz und Belastbarkeit nur in begrenzter Bauteilbreite herstellen. Die darstellbaren Radbreiten schränken jedoch das Verdrängungsvolumen dieser Zahnradmaschine ein, so daß trotzdem meist konventionell spanabhebend hergestellte Zahnräder eingesetzt werden. Solche Zahnräder sind teuer in ihrer Herstellung und aus fertigungstechnischen Gründen für den geplanten Einsatzfall überdimensioniert. Zudem bauen Zahnradmaschinen mit diesen Zahnrädern relativ schwer und groß.

Aus der US 2 362 106 ist eine Zahnradpumpe bekannt, deren Zahnräder aus einer beliebigen Anzahl von Zahnradscheiben zusammengesetzt sind. Diese Zahnradscheiben sind gestanzte bzw. geprägte Einzelteile, die beispielsweise durch Nieten oder Schweißen oder durch hydraulischen Druck zusammengehalten werden. Eine formschlüssige Verbindung zwischen den Zahnradscheiben und der An-/Abtriebswelle erfolgt mittels einer Paßfeder, die sich über die Gesamtlänge des Zahnrads erstreckt.

Aus der DE 31 41 681 A1 und der DE 41 34 219 A1 sind Zahnradpumpen bekannt, deren Zahnräder ebenfalls aus mehreren Einzelzahnrädern zusammengesetzt sind. Um die Fördermenge dieser Zahnradpumpen an die Erfordernisse des jeweiligen Einsatzfalles anzupassen, wird in beiden Druckschriften vorgeschlagen, die drehfeste Verbindung zwischen den Zahnrädern und der An-/Abtriebswelle bedarfsabhängig herzustellen bzw. aufzuheben. Dies wird einerseits durch eine axial verschiebbare Antriebswelle erreicht, die unterschiedlich tief in die Nabe des zusammengesetzten Zahnrads eintaucht, oder andererseits durch eine ortsfeste Antriebswelle in Form eines Hohlkörpers, in dem ein druckbeaufschlagter Kolben verschiebbar geführt ist.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß sie ein annähernd unbegrenztes Verdrängungsvolumen mit Zahnrädern aus Sintermaterial bzw. aus Kunststoff ermöglicht, ohne die genannten Einschränkungen bezüglich Fertigungstoleranz und Belastbarkeit der Zahnräder aufzuweisen. Dies wird erreicht, indem die hierzu erforderliche Radbreite durch ein Packetieren einzelner, relativ schmaler Einzelzahnräder gebildet wird. Der Antrieb dieser Einzelzahnräder, die abhängig vom Einsatzfall in unterschiedlichen Materialien und Radbreiten hergestellt sein können, erfolgt über ein gemeinsames und auf einem Stützzapfen gelagertes Koppelelement. Dadurch lassen sich verschleißfördernde Querkräfte von der bzw. auf die An-/ Abtriebswelle vermeiden. Die für den An-/Abtrieb und die Führung der Einzelzahnräder vorhandenen Bauteile sind zudem spitzenlos schleifbar und sind deshalb trotz enger Fertigungstoleranzen preisgünstig in einem induktiven Verfahren härtbar. Eine möglichst leichte Bauform der Zahnradmaschine wird durch die Verwendung eines Rohres als Stützzapfen erreicht.

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

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Fig. 1 dargestellte und für Niederdruckanwendungen, wie beispielsweise in Schmierölkreisen, besonders geeignete Zahnradmaschine 10 (Pumpe oder Motor) hat ein Gehäuse 11, das aus einem topfförmigen Grundkörper 12 und einem Deckel 13 besteht. Der Deckel 13 ist auf nicht dargestellte Weise mit dem Grundkörper 12 verbunden und dichtet einen vom Grundkörper 12 umschlossenen Innenraum 14 nach außen ab. In diesem Innenraum 14 befindet sich eine Zahnradanordnung 15, aus wenigstens zwei im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern. In Fig. 1 ist nur das an-/abtriebsseitige Zahnrad 16 einer solchen Zahnradanordnung 15 erkennbar. Das dargestellte Zahnrad 16 ist aus mehreren geometrisch und stofflich gleichartigen Einzelzahnrädern 16.1 bis 16.3 mit gleich großer Radbreite B zusammengesetzt. Die Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 können in Bezug auf ihre Radbreite B bzw. ihren Stoff durchaus unterschiedlich sein. Aus Kosten-, Gewichts- und Abmessungsgründen sind die Zahnräder 16.1 bis 16.3 aus Kunststoff bzw. aus Sintermaterial in einem entsprechenden Verfahren spanlos gefertigt. Exemplarisch sind drei Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 dargestellt, die mit ihren einander zugewandten Stirnseiten bündig aneinandergrenzen. Die Einzelräder 16.1 bis 16.3 wirken dadurch mit ihren nicht gezeichneten Gegenrädern als eine einzelne Verdängereinheit, durch die hindurch ein Druckmittel von einem nicht gezeichneten gehäuseseitigen Zu- zu einem ebensolchen gehäuseseitigen Ablauf strömt. Die Anzahl der packetierten Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 ergibt sich abhängig vom gewünschten Verdrängungsvolumen der Zahnradmaschine 10 in Verbindung mit der maximal darstellbaren Radbreite B der Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3.

Zur Übertragbarkeit eines Drehmoments von bzw. auf die Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 weisen diese eine drehfeste Verbindung zu einer An-/Abtriebswelle 21 auf. Die Verbindung wird von einem Koppelelement 20 gebildet, mit dem die Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 über ihre Naben formschlüssig, vorzugsweise mittels einer Innenverzahnung 18, verbunden sind. Das Koppelelement 20 ist im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und wirkt mit der aus dem Gehäuse 11 herausragenden An-/Abtriebswelle 21 dadurch zusammen, daß es an seinem, dem Deckel 13 des Gehäuses 11 zugewandten Ende einen Verzahnungsabschnitt 22 aufweist, der in eine entsprechende Gegenverzahnung am einen Ende der An-/Abtriebswelle 21 eingreift.

Die An-/Abtriebswelle 21 erstreckt sich hierzu in den Innenraum 14 des Gehäuses 11 bis etwa in die Mitte des deckelseitigen Einzelzahnrads 16.3 hinein. Zur Führung der An-/Abtriebswelle 21 ist im Deckel 13 des Gehäuses 11 ein Gleitlager 23 angeordnet. In einem ringförmigen Fortsatz 24 des Deckels 13 befindet sich ein Dichtelement 25, das die An-/Abtriebswelle 21 nach außen abdichtet.

Die Führung des Koppelelements 20 im Innenraum 14 und damit die Abstützung der Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 erfolgt durch einen Stützzapfen 27. Dieser Stützzapfen 27 ist mit seinem ersten Ende in eine sacklochartige Ausnehmung 28 eingepreßt, die im Bodenbereich des Grundkörpers 12 des Gehäuses 11 koaxial zur An-/Abtriebswelle 21 ausgebildet ist. Das gegenüberliegende zweite Ende des Stützzapfens 27 befindet sich etwa in der Nabenmitte des deckelseitigen Zahnrads 16.3. Zwischen diesem zweiten Ende des Stützzapfens 27 und dem Deckel 13 des Gehäuses 11 verbleibt somit ein Abstand 30, in dem der Eingriff der An-/Abtriebswelle 21 in den Verzahnungsabschnitt 22 des Koppelements 20 erfolgt. Aus Gewichtsgründen ist im Ausführungsbeispiel als Stützzapfen 27 ein Rohrprofil eingesetzt.

Das hülsenförmige Koppelelement 20 stützt sich drehbar mit seiner Innenwandung auf der Mantelfläche des gehäusefesten Rohrprofils ab, wodurch die hydraulischen Kräfte, die auf die Zahnradanordnung 15 während des Betriebs der Zahnradmaschine 10 einwirken, an das Gehäuse 11 weitergeleitet werden. Querkräfte von bzw. auf die An-/Abtriebswelle 21 lassen sich auf diese Weise weitgehend vermeiden.

Selbstverständlich sind Weiterbildungen oder Ergänzungen des Ausführungsbeispiels möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

So ist es beispielsweise durchaus denkbar, bei entsprechend ausgebildeter Verzahnung zwischen Koppelelement 20 und Einzelzahnrädern 16.1 bis 16.3 diese Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 aus Geräusch- und Pulsationsgründen relativ zueinander versetzt anzuordnen. Ebenso vorstellbar ist es, die Einzelzahnräder 16.1 bis 16.3 an ihren einander zugewandten Stirnseiten drehfest miteinander zu koppeln, was eine einfachere Ausbildung des Koppelelements 20 ermöglichen würde.

Claims (7)

1. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor), insbesondere Niederdruckzahnradmaschine, mit einem Gehäuse (11), das einen Innenraum (14) aufweist, in dem wenigstens eine mit einer An-/Abtriebswelle (21) gekoppelte Zahnradanordnung (15) angeordnet ist, die aus wenigstens zwei im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern besteht, von denen zumindest ein Zahnrad (16) mehrteilig ausgebildet ist und mit der An-/Abtriebswelle (21) eine drehfeste Verbindung ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine mehrteilige Zahnrad (16) aus Einzelzahnrädern (16.1 bis 16.3) zusammengesetzt ist, die aus Sintermaterial oder aus Kunststoff bestehen, und daß die drehfeste Verbindung zwischen der An-/Abtriebswelle (21) und diesen Einzelzahnrädern (16.1 bis 16.3) durch ein gemeinsames Koppelelement (20) erfolgt, das hülsenförmig ausgebildet und auf einem gehäusefesten Stützzapfen (27) drehbar gelagert ist.

2. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (20) mit den Naben der Einzelzahnräder (16.1 bis 16.3) formschlüssig verbunden ist.

3. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelzahnräder (16.1 bis 16.3) des wenigstens einen mehrteiligen Zahnrads (16) die gleiche Verzahnungsgeometrie aufweisen und in Längsrichtung des Koppelelements (20) bündig nebeneinander angeordnet sind.

4. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelzahnräder (16.1 bis 16.3) unterschiedliche Radbreiten (B) haben.

5. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzapfen (27) koaxial zur An-/Abtriebswelle (21) im Gehäuse (11) fixiert ist.

6. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützzapfen (27) ein Hohlkörper ist.

7. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Ende des Stützzapfens (27) und der an-/ abtriebsseitigen Wandung des Innenraums (14) des Gehäuses (11) ein Abstand (30) besteht, in dem das in den Innenraum (14) ragende Ende der An-/Abtriebswelle (21) mit dem Koppelelement (20) zusammenwirkt.