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Fürstlich Hohenzollernsche Hüttenverwaltung Laucherthal in Laucherthal
Hydrostatische Zahnradmaschine Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Zahnradmaschine
(wenn die Erfindung auch nicht auf Hochdruckmaschinen beschränkt ist, so ist die
Hochdruckmaschine jedoch das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung). Die erfindungsgemäße
Zahnradmaschine kang sowohl ein hydrostatischer
rotor als auch
eine hydrostatische Pumpe sei. Bevorzugt ist sie eine Pumpe.
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Die Erfindung geht aus von einer hydrostatischen Z-hnradmaschine mit
einem Gehäuse, mit einem innenverzahnten Hohlrad, mit einem mit dem Hohlrad kämmenden,
außenverzahnten Innenrad, dessen Verzahnungskopfkreis mit dem Verzahnungskopfkreis
des Hohlrads zwei sichelförmige Bereiche einschließt, mit einer das Hohlrad auf
einem Teil seiner Umfangsfläche lagernden Lagerschale (der Ausdruck "Lagerschale
ist hier nicht iln engen Sinne der Lagerungstechnik gemeint; er soll hier ein relativ
zum Gehäuse der Maschine zumindest und vorzugsweise geringfügig bewegbares Lagerteil
bezeichnen), die auf ihrer Außenseite unter der Wirkung mindestens eines Druckfelds
(mit "Druckfeld" werden hier flüssigkeitsgefüllte Hohlraume bezeichnet), steht,
das mit Arbeitsflüssigkeit von gegen über dem Niederdruck der maschine erhöhter
Druck beaufschlagt ist und auf die Lagerschale einen axialdruck ausübt, der über
die Lagerschale das iiohlrad an einer der LaUerschale gegenüberliegenden weiteren
Lagerung höchstens und vorzugsweise unter geringem Andruck (ein geringer Andruck
im vorliegenden Sinn ist ein solcher, bei dem zwischen Hohlrad und Lagerung unter
den gegebeiien Arbeitsbedingungen ein Schmierfilm aufrechterhalten wird und ein
Mindestmaß
an VerschleiB und Wärme erzeugt wird, wobei Jedoch der Schmierfilm zwischen Lagerung
und Hohlrad bei Hochdruckmaschinen in der Regel eine Dicke von wenigen 10-3mm nicht
überschreiten sollten Anlage hält, und mit mindestens einem weiteren, ebenfalls
mit Arbeitsflüssigkeit unter erh@htem Druck beaufschlagten Entlastungsfeld (mit
Entlastungsfeld wird hier ein Druckfeld zwischen zwei aufeinander gleitenden Teilen
bezeichnet) zwischen dem Hohlrad und der Lagerschale, das die Gleitfläche zwischen
diesen beiden Teilen entlastet, wobei mindestens ein Teil des Außenumfangs des Hohlrades
im Niederdruckbereich unter dem @iederdruck der Arbeitsflüssigkeit und im Hochdruckbereich
unter dem Hochdruck der Arbeitsflüsslgkeit steht.
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Derartige Zahnradpumpen sind (aus der deutschen Patentschrift 1 266
134, Fig. 4) bekannt. Bei diesen bekannten Maschinen erstreckt sich die Lagerschale
etwa über den halben @mfang des Hohlrades. Die Differenz der Kopfkreise von Hohlrad
und Innenrad ist verhältnismäßig groß. Der Bereic@ wischen beiden Zahnrädern, in
denen diese nicht miteinander in Eingriff sind, ist durch ein etwa sichelförmiges
sogenanntes Füllstück ausgefüllt. Diese bekannte Konstruktion ist in mancher Hi@sicht
verbesserungsfähig.
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So sind bei ihr die statischen Verh@ltnisse unbestimmt,
da
das Hohlrad sowohl an der Lagerschale als auch an einer zweiten, der erwähnten Lagerschale
gegenüberliegenden Lagerschale anliegen soll. Perner sollen die Zahnköpfe des Hohlrades
an der konvexen Umfangsfläche des Püllstücks gleiten, während die Zahnköpfe des
Innenrades an der konkaven Umfangsfläche desselben gleiten sollen.
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Schließlich sollen die Zahnräder praktisch ohne Spiel miteinander
im Eingriff sein. Perner ist bei der bekannten Konstruktion die Wärme abführung
problematisch, da die Wärme in erster Linie im Bereich des Füllstücks entsteht und
die am Füllstück und am Innenrad entstehende Wärme nur in Axialrichtung abgeführt
werden kann. Schließlich bleibt auch ein eil der auftretenden Radialkräfte unkompensiert.
Das gilt insbesondere für die auf das Innenrad wirkenden Radialkräfte, aber auch
für die im Bereich des Füllstücks auf das Hohlrad wirkenden Radialkräfte.
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Bei dieser bekannten Konstruktion erstreckt sich die Lagerschale in
Umfangsrichtung über den gesamten Hochdruckbereich und noch ein Stück über den Bereich
des sichelförmigen Füllstücks.
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Zur Verbesserung dieser Konstruktion hat man eine Pumpe geschaffen,
bei welcher das Hohlrad lediglich zwischen dem Innenrad, dem etwa kommaförmig ausgebildeten
Füllstück und der Lagerschale gelagert ist. Die Lagerschale
erstreckt
sich bei dieser Konstruktion ebenfalls über den Hochdruckbereich und ein kurzes
Stück über das Füllstück hinaus0 Im übrigen läuft der ganze Umfang des Hohlrades
lediglich unter dem Niederdruck der 'pumpe. Der Raum zwischen den beiden Zahnrädern,
in dem diese nicht miteinander imingriff sind, ist, soweit er nicht vom Büllstück
gefüllt ist, mit Plüssigkeit unter dem Niederdruck gefüllt, die mit dem Niederdruck
außerhalb des Hohlrades über Radialbohrungen im Hohlrad in Verbindung steht. Auch
bei dieser Pumpe ist die Wärmeabfuhr problematisch, da die weitgehend zwischen dem
Innenrad, dem Füllstück und den Hohlrad entstehende Wärme in das Gehäuse praktisch
nur in Axialrichtung abgeführt werden kann. Die Verschleißgefahr ist im Hinblick
auf das Gleiten der Zahnköpfe auf dem Füllstück immer noch groß0 Zwar sind die auf
das Hohlrad wirkenden Radialkräfte weitgehend ausgeglichen, nicht jedoch die auf
das Innenrad wirkenden Radialkräft,e.
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Um diese relativ großen Kräfte unschädlich zu machen, mußte man daher
bei der beschriebenen Konstruktion elastische Lager wählen, die in Axialrichtung
zu beiden Seiten der Zahnräder vorgesehen sind und die Innenradwelle tragen. Das
macht die Konstruktion baulich aufwendig und führt außerdem zu einer erheblichen
Axialerstreckung der Pumpe.
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Es sei noch bemerkt, daß der letztbeschriebene Pumpentyp,
ebenso
wie dies bevorzugt bei dem gemäß der Erfindung der Fall ist, mindestens eine, vorzugsweise
zwei sog. Axialdruckplatten aufweist, die von beiden Seiten in Axialrichtung gegen
die Zahnräder gedrückt werden und auf diese Weise den Förderraum abdichten. Die
Axialdruckplatten liegen von beiden Seiten an beiden Zahnrädern an. Sie werden durch
zwischen dem Gehäuse und ihnen vorgesehene, mit Druckflüssigkeit beaufschlagte Druckfelder
nachgiebig gegen die Zahnräder gedrückt.
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Gegenüber diesem Stand der Technik schafft die Erfindung eine Zahnradmaschine
der eingangs dargelegten Art, bei welcher nicht nur die auf das Hohlrad wirkenden
Radialkräfte praktisch vollständig ausgeglichen sind, sondern auch die auf das Innenrad
wirkenden Radialkräfte in sehr hohem Maße. Dennoch ist bei der Maschine gemäß Erfindung
eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet. Darüberhinaus läßt sich die axiale Baulänge
niedrig halten.
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Die Maschine gemäß Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Lagerschale
zumindest angenähert dem Punkt des tiefsten Verzahnungseingriffs (der den Hochdruckbereich
und den Niederdruckbereich voneinander trennt), gegenüber angeordnet ist, daß die
Lagerschale sich in mfangsrichtung des Hohlrades zumindest angenähert über den Bereich
des
Hohlrades erstreckt, in welchem die Verzahnungen der beiden Zahnräder nicht im Eingriff
miteinander sind, und daß das Entlastungsfeld zwischen der Lagerschale und dem Hohlrad
mit Arbeitsflüssigkeit beaufschlagt ist, die zumindest angenähert unter dem Druck
steht, der im Raum zwischen den Zahnrädern herrscht, in welchem diese außer Eingriff
sind, und der etwa in der Mitte zwischen dem Niederdruck und dem Hochdruck der Maschine
steht. Auf diese Weise verwirklicht die Erfindung den grundlegenden Gedanken, jeden
Bereich des Hohlrades von außen mit dem gleichen Druck zu kompensieren, der von
innen auf das Hohlrad wirkt und darüberhinaus noch weitgehend die auf das Innenrad
wirkende, vom Hochdruckteil ausgeübte Kraft durch die vom Zwischendruck im Nichteingriffsbereich
ausgeübte Kraft zu kompensieren. Gegenüber der letztbeschriebenen vorbekannten Konstruktion
liegt noch ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß einenends die Abdichtung
zwischen Hochdruckraum und Niederdruckraum zweistufig, nämlich über den Mitteldruckraum,
erfolgt.
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Selbstverständlich müssen bei der Konstruktion gemäß Erfindung alle
Entlastungs- und Druckfelder richtig dimensioniert sein. Eine solche Dimensionierung
läßt sich jedoch für den Fachmann in Kenntnis der vorliegenden Erfindung leicht
errechnen.
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Wenn auch die Konstruktion gemäß rfindung in den meisten Fällen vorteilhaft
kein Füllstück aufweist, so besteht natürlich auch die Möglichkeit, ein Füllstück
vorzusehen.
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Arbeitet man ohne Füllstück, so muß die Abdichtung, die sonst das
Füllstück bewirkt, von den Verzahnungen der Zahnräder bewirkt werden. Das läßt sich
z.B. durch Wahl einer Trochoidenverzahnung und entsprechend genaue Pertigung derselben
erreichen Die Maschine ohne Fiillstück hat die Vorteile des einfachen Aufbaus, der
Vermeidung des Entstehens von Undichtigkeiten zwischen den Axialdruckscheiben und
den Zahnrädern durch Verschleiß. Die Verwendung eines Füllstückes erlaubt es hingegen,
mit einer weniger genauen Verzahnung und geringeren Druckpukationen auszukommen.
Da bei der Maschine gemäß der Erfindung das Füllstück relativ lang ausgebildet werden
kann, ist es möglich zwischen den Planken des Füllstücks und den Axialdruckplatten
Spalte freizulassen und - z.B. durch Radialnuten in den Füllstückflanken - eine
Labyrinth-Dich#-wirkung zu erreichen und dadurch das bei den bekannten Füllstücken
gegebene Problem des Verschleißausgleichs zu beseitigen. Da bei einer Büllstjokmaschine
der Druck im Bereich des Füllstücks von der Siederdruckseite zur Hochdruckseite
hin zunimmt, wird man bei einer solchen gegenüber einer Konstruktion ohne Füllstück
die LagerscIiale etwas zur Druckseite hin verschieben.
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Bei der Erfindung ist vorteiihaft das hochdruckseitige Entlastungsfeld
außerhalb des Hohlrades so bemessen, daß die von ihm radial nach innen auf das Hohlrad
wirkende Kraft etwas kleiner ist als die der das Hohlrad radial gegen das hochdruckseitige
Entlastungsfeld drückende Resultierende der übrigen auf das Hohlrad wirkenden Kraft.
Dadurch ist gewährleistet, daß das Hohlrad nicht von den Abdichtungen bzw. Lagerstellen
an beiden Enden des letzterwähnten Entlastungsfeldes abhebt. Vorzugsweise erstrecken
sich die Entlastungsfelder zwischen dem Hohle rad und dem Gehäuse bzw. der Lagerschale
nicht über die ganze axiale Breite des Hohlrades. In der Regel genügt es wenn die
axiale Erstreckung dieser Entlastungsfelder etwa gleich ein bis zwei Dritteln der
Hohlradbreite ist. Die Entlastungsfelder sollten möglicht nicht breiter sein, als
daß in den zu beiden Seiten außerhalb derselben befindlichen tragenden Bereichen
eine hydrodynamische Schmierung durch die Arbeitsflüssigkeit erfolgt. Um dieses
Ziel besonders gut erreichen zu können und auch die hydrodynanische Schmierung an
den Abgrenzungen an den Enden der Druckfelder zu gewährleisten, kann man die Entlastungsfelder
an den Endentund am Anfang spitz auslaufen lassen.
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Die Erfindung ermöglicht esS das Entlastungsfeld [iber dem Umfangsbereich,
in dem die Zahnräder nicht im eingriff sind, über einen relativ langen Umfangsbereicli
auszudehnen,
wodurch man konstruktiv für die Bemessung des Entlastungsfeldes
in Umfangsrichtung sehr frei wird. Da bei der Erfindung mit einer verhältnismäßig
voluminösen Laerschale gearbeitet werden kann, die ihre Wärme gut veiter abgibt,
ist ein guter Wärmeabgang auch in Radialrichtung gewährleistet. Perner ist bei Verzicht
auf das Füllstück die Entstehung von Reibungswärme im Bereich innerhalb des Hohlrades
wesentlich reduziert.
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Um in dem Bereich, in dem die Zahnräder nicht miteinander in Eingriff
sind, auch einen Druck aufbauen zu können, der sich etwa in der Mitte zwischen dem
Hochdruck und dem Niederdruck hält, ist es bei Verzicht auf das Füllstttck erforderlich,
daß die natürlich geringen UndicIiti;teiter an den beiden Enden dieses Bereichs,
die an den Hocndruckraum bzw. Niederdruckraum angrenzen, etwa gleich sind.
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Vorzugsweise werden daher hier die Undichtigkeiten nicht durch Zahnspiel
bewirkt. Die beiden Verzahnungen sollten vielmehr möglichst spielfrei miteinander
im Eingriff sein.
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Um die richtige Bemessung des Mitteldrucks zu erreichen, kann man
dann in einer er beiden seitlichen Andruckplatten oder auch in beiden Andr.ckplatten
(tle Undichtigkeiten bildende Nuten vorsehen, welche jeweils den Hochdruckraum bzw.
den tliederdruckraum mit den Mitteldruc@-raum verbinden. Um eine genaue Regulierung
zu ermöglichen,
kann man beispielsweise in jeder der beiden Andruckplatten
eine derartige Nut einbringen und die Andruckplatten uw einen gewissen Winkel um
die Achse des Hohlrades drehbar machen. Dann läßt sich der Mitteldruck auch, falls
gewünscht, auf einen von einem genauen Mitteldruck mehr oder weniger abweichenden
Druck einstellen.
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Die erwähnten Nuten sollten sich jeweils in Umfangsrichtung in beide
Richtungen Der die Radiallinie des Hohlrades hinaus erstrecken, die den punkt schneidet,
an dem-die in beiden Zahnräder/bzw. außer Eingriff kommen. Die Zahnradmaschine gemäß
Erfindung kann mit axialen Ein- und Auslaßkanälen fiir die Arbeitsflüssigkeit versehen
sein. In diesem Fall ist es nicht unbedingt erforderlich, daß sich durch das Hohlrad
Radialbohrungen erstrecken. Die Beaufschlagung der verschiedenen Druckfelder kann
auch in diesem Fall durch entsprechende Bohrungen in den Andruckscheiben oder sonstigen
@eitungen erfolgen. Bevorzugt ist jedoch eine Konstruktion, bei der das Hohlrad
radiale Durchtritte für die Arbeitsfldssigkeit aufweist und der Z und sbfluJß der
Arbeitsflüssigkeit ebenfalls radial von außen zumindest zum größte-£i Teil durch
die Radialbohrungen des @ohlrades hindurch erfolgt - Das wirkt nicht nur im Hinblick
auf eine kurze Baulänge günstig, sondern erlaubt dar@berhinaus auch verhältnismäßig
große Strömungsquerschnitte.
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Da man den Niederdruckbereich außerhalb des Hohlrades verhaltnismäßig
groß halten kann, weist - wie an sich bekannt - zumindest und vorzugsweise nur der
Niederdruckbereich auch mindestens einen axialen Durchtritt für den Ein- bzw. Auslaß
von Arbeitsflüssigkeit auf. Dieser axiale Durchtritt wird, wie an sich bekannt,
am einfachsten dadurch erreicht, daß man den sich radial außerhalb des Hohlrades
erstreckenden Niederdruckraum dieses bis über seinen Zahnfußkreis hinaus umgreifen
läßt. Am einfachsten sieht man entsprechende Aussparungen in den axialen Andruckscheiben
vor.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindung erstreckt sich
der Niederdruckbereich und der Uochdruckbereich je etwa über ein Viertel des Hohlradumfangs,
während das mit dem mitteldruck beaufschlagte, auf das Hohlrad wirkende liadial-Entlastungsfeld
sich uber knapp den halben Umfang des Hohlrades erstreckt. An den beiden Enden des
letzterwähnten Mitteldruckentlastungsfeldes sowie zwischen dem Hochdruckraum und
dem lsiederdruckraum müssen natürlich - meist verhältnismäßig kurze - Dicht-Lagerflächen
für das hohlrad vorgesehen sein, die ein uberströmen zwischen den Druckräumen und
dem Entlastungsfeld auf ein möglichst geringes Maß verringern.
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Die Lagerschale kann beispielsweise wie (aus der DOS
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553 027) bekannt als radial auf das Hohlrad zu und von diesem weg verschiebbar gelagertes
Bauteil ausgebildet sein. In diesem in'all wird man allerdings auf Rådialbohrungen
im Hohlrad verzichten und eine axiale Flüssigkeits-Zuund-Abführung wählen müssen.
Bevorzugt ist ;jedoch die Lagerschale, die gegebenenfalls auch eine Gleitauflage
tragen kann, ein Teil des Gehäuses, der elastisch von diesem abragt. Eine solche
Ausbildung hat den Vorteil, daß die Gleitfläche der Lagerschale höchste Präzision
aufweist, da irgendwelche Verkantungen infolge einer Gleitlagerung nicht auftreten
können. Bei der bevorzugten dusführungsform der Erfindung, bei welcher das Gehäuse,
wie an sich bekannt, ein zentrales Ringteil aufweist, in welchem die Zahnräder angeordnet
sind, ragt die Lagerschale vorteilhaft in Form eines gekrümmten Fingers bei einer
füllstücklosen Maschine - vorzugsweise von der Hochdruckseite her - von diesem Ringteil
in einen mit Niederdruckflüssigkeit gefüllten Innenraum der Maschine. Eine solche
Ausbildung ist außerordentlich einfach und mit höchster Präzision herstellbar.
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Die Herstellung erfolgt vorzugsweise so, daß das zentrale Ringteil
in einem Stück mit der Lagerschale beispielsweise durch Gießen gefertigt wird. Die
Lagerschale steht dabei über vorteilhaft mehrere Brücken mit dem Ringteil in Verbindung.
Erst nach der vollntändigen Fertigbearbeitung
der Ringteils und
der Lagerschale werden dann, beispielsweise durch Sägen, die überflüssigen Brücken
entfernt, so daß nun die Lagerschale eine für die minimalen in Frage kommenden Verlagerungen
ausreichende Beweglichkeit hat.
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Das oder jedes äußere Druckfeld der Lagerschale wird vorteilhaft in
seiner Umfangsrichtung durch ein Ringdichtelement begrenzt. Am einfachsten ist die
Druckflüssigkeit in diesem Druckfeld ebenfalls Mitteldruckflüssigkeit, die beispielsweise
aus dem Raum zwischen den Zahnrädern in dem diese nicht miteinander in Eingriff
sind, radial nach außen in das Entlastungsfeld der Lagerschale geführt ist, von
welcher sie durch Verbindungsbohrungen in das Druckfeld eintritt. Dem Grunde nach
ist es natürlich ebenfalls möglich, diese Druckfelder mit Hochdruckflüssigkeit zu
beaufschlagen. Dann müssen diese Druckfelder entsprechend kleiner sein. Bevorzugt
wird jedoch die Beaufschlagung mit Mitteldruckflüssigkeit.
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Vorzugsweise sind also die Druckfelder zu beiden Seiten der Lagerschale
mit Druckflüssigkeit aus dem Raum beaufschlagt, in welchem die Zahnräder außer Eingriff
sind.
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Will man die erfindungsgemäß sehr vorteilhaften Druckverhältnisse
auch bereits im Anfang des Anlaufens der pumpe
gemäß Erfindung
sicherstellen, so kann man das Erreichen des angestrebten ausgeglichenen Druckzustandes
dadurch beschleunigen, daß man den Hochdruckraum der Maschine mit des Raum zwischen
den Zahnrädern, in dem diese außer Eingriff sind, über ein Druckreduzierventil verbindet.
Das Druckreduzierventil muß so eingestellt sein, daß es jeweils einen bestimmten
Bruchteil des Hochdrucks, vorzugsweise etwa die Hälfte, in den Raum zwischen den
Zahnrädern läßt. Entsprechende Ventile bauen auf dem prinzip des Differentialkolbens
auf. Sie sind an sich bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben.
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Bevorzugt wird jedoch in dem Raum zwischen den Zahnrädern, in dem
diese außer Eingriff sind, dadurch schon im Anfahr-Zustand Druck aufgebaut, daß
die Steuerkanten, zwischen I.iitteldruck und Hochdruck, also z.B. die einander benachbarten
Ränder des Kitteldrucks -und Hochdruckentlastungsfeldes, unter Verzicht auf einen
geringen Bruchteil der maximal möglichen Fördermenge in Umfangsrichtung gesehen
zum Hochdruckbereich hin verschoben werden, während vorteilhaft die Steuerkanten
zwischen dem Niederdruckbereich und dem Mitteldruckbereich an der Stelle maximal
möglicher Saugmenge belassen werden. Hierdurch wird eine geringe Menge der angesaugten
Flüssigkeit von dem in Eingriff gelangenden und verdrängenden Zähnen in den Mitteldruckraum
zurückgefördert,was eine kontrollierbare Drucksteidie
gerung im
Mitteldruckbereich gewährleistet,/vom Förderdruck, vom Niederdruck und von der Drehzahl
der Maschine weitgehend unabhängig ist. Auf diese Weise ist es möglich, in Jedem
Betriebs zustand der Maschine und den Fördermediumß Kavitationsschäden und Kavitationsgeräusche
zu vermeiden. Man hat dadurch die Garantie, daß auch bei Nulldruckförderung die
Lagerschale stets mit einer Mindestkraft gegen das Hohlrad gedrückt wird, um einen
stabilen Betriebs zustand zu gewährleisten. Außerdem kann dieser volumetrisch erzeugte
Mitteldruck als von der Höhe des Förderdrucks unabhängiger Schmierdruck verwendet
werden, was besonders bei hoher Viskosität des Fördermediums und bei Nulldruckförderung
von Bedeutung ist.
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Nachfolgend ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert, aus welchen weitere, über die
Beschreibung hinausgehende geometrische Maße und Beziehungen der verschiedenen Teile
und des Aufbaus der Maschine gemäß Erfindung hervorgehen.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß Erfindung,
in der radialen Mittelebene des Hohlrades.
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Dieser Schnitt ist in Fig. 2 durch I-I angedeutet.
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Fig. 2 zeigt den Schnitt II-II aus Fig. 1.
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Fig0 3 zeigt den Schnitt III aus Fig, 1.
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Die gezeigte Pumpe besitzt ein'Gehäuse 1, das an seiner in Fig. 2
linken Stirnseite zum Anflanschen an einen Motor ausgebildet ist. Das Gehäuse 1
besteht aus einem zentralen Ringteil 2, einem wellenaustrittsseitigen, zum Anflanschen
ausgebildeten Stirnteil 5 und einem letzteren gegenüberliegenden Abschlußstirnteil
4. Die Teile 2, 3 und 4 sind durch Zuganker zusammengehalten, die sich durch die
Löcher 5 erstrecken. Während die Teile 9 und 4 beispielsweise aus Grauguß sein können,
ist der zentrale Ringteil 2 vorteilhaft aus einem Material mit günstigen Gleiteigenschaften
wie z.B. einer geeigneten Bronze- oder Aluminiumlegierung, da es einstückig mit
der später genauer zu beschreibenden Lagerschale 6 ausgebildet ist.
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Die drei Gehäuseteile 2,3 und 4 bilden zusammen ein vollständig abgedichtetes
Gehäuse, welches lediglich durch die Ein- und Austrittsöffnungen für die Arbeitsflüssigkeit
und die Austrittsöffnung für die innenradwelle durch brochen ist.
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In zwei zentralen Lagerbüchßen 7 und 8 der Gehäuseteile 3 4 und ist
die Welle 11 gelagert, au welcher drehfest
das außenverzahnte Innenrad
10 sitzt. Die Welle 11 ist mit Hilfe einer geeigneten Dichtung 13 gegen das Gehäuseteil
3 abgedichtet0 Das Innenrad 10 kämmt mit dem Hohlrad 14, das im Ringteil 2 des Gehäuses
in später zu beschreibender Weise umfänglich gelagert ist. Der Raum zwischen den
beiden Zahnrädern 10 und 14 wird in Axialrichtung von den beiden axialen Andruckseheiben
16 und 17 abgedichtet, die gegen Drehung gesichert im Ringteil 2 gelagert sind und
in später zu beschreibender Weise von Druckflüssigkeit gegen die beiden Zahnräder
in gleitender Anlage gehalten werden.
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Zwischen den beiden Andruckscheiben 16 und 17 und den Gehäuseteilen
3 und 4 befinden sich die Ringplatten 9 und 12. Diese sind in den beiden Gehäuseteilen
gelagert und gegen Verdrehen gesichert. Auf die Platten 9 und 12 stützen sich relativ
harte Gummischeiben 64,65 Uber Blechscheiben 66,67 gleichen Umrisses ab. Die Axialdruckielder
52, 52a, 53, 53a sind in den Gummischeiben 64, 65 ausgespart und werden von diesen
gegen die Axialdruckscheiben 16,17 abgedichtet.
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Nachfolgend wird bei der Boschr.ibung des Hauptphinzipe der Erfindung
in erster Linie auf Pig. 1 bezug genommen.
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In der Umfangwand des zentralen Ringteils 2 ist der Einlaß 20 für
die fördernde Flüssigkeit vorges@hen. 900 gegen
den Einlaß versetzt
befindet sich der Auslaß 21, der ebenfalls im zentralen Ringteil 2 vorgesehen ist.
Man erkeim, daß sich an den Einlaß 20 ein äußerer Niederdruckraum 23 anschließt,
der mit Arbeitsflüssigkeit unter Niederdruck gefüllt ist.
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Die beiden axialen Andruckscheiben 16 und 17 besitzen in Fig. 1 durch
die gestrichelte Linie 26 angedeutete Aussparungen, so daß der Niederdruckraum 23
im Bereich dieser Aussparungen das Hohlrad 14 von beiden Seiten her umgreift.
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Dadurch kann die Flüssigkeit aus dem Niederdruckraum nicht nur durch
die Radialbohrungen 27 des Hohlrades, die dessen Zahnlücken mit dem Außenumfang
verbinden, in den Arbeitsraum zwischen den beiden Zahnrädern eintreten, sondern
auch von den beiden Stirnseiten her. Lediglich in dem durch diese Aussparungen (deren
Umfang aus Fig. 1 ersichtlich ist) gegebenen Winkelbereich liegt der Umfang des
Hohlrades 14 frei. Der übrige Teil des Hohlradumfangs, der etwa 2700 beträgt, ist,
wie aus der Zeichnung ersichtlich, im Gehäuseteil 2 gelagert. Es dreht (in Pig.l)
im Uhrzeigersinn. Der Winkelbereich b ist der Niederdruck- oder Ansaugbereich, an
diesen schließt sich im Dhrzeigersinn der Mitteldruckbereich a an, während der verbleibende
Winkelbereich c der Hochdruckbereich ist, an den die Auslaßöffnung 21 anschließt.
Die Winkelbereiche b und c stoßen
aneinander längs der Radiuslinie
des Hohlrades, welche durch den Punkt des tiefsten Eingriffs der Verzahnungen der
beiden Zahnräder ineinander geht. Der Niederdruckbereich und der Hochdruckbereich
erstrecken sich jeweils über Winkel von gut 900, während der Mitteldruckbereich
sich über einen Winkel von knapp 1800 erstreckt, wie dies auch aus der Zeichnung
ersichtlich ist.
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An den Niederdruck- oder Ansaugbereich schließt sich im Uhrzeigersinn
zunächst der Mitteldruckbereich an, in welchem zur Bildung eines Entlastungsfeldes
28 eine Längsnut vorgesehen ist, deren Breite etwa gleich einem Drittel der Axialerstreckung
des Hohlrades ist, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. In Axialrichtung hat diese Nut
von beiden Stirnflächen des Hohlrades selbstverständlich gleichen Abstand. Das Entlastungsfeld
28 endet in einem Abstand vom Niederdruckraum, der mindestens gleich dem Durchmesser
der Bohrungen 27 ist, so daß dieses Entlastungsfeld gegen den Biederdruckraum abgedichtet
ist. An der anderen Seite endet das Entlastungsfeld ebenfalls im Abstand von einem
weiteren Entlastungsfeld 29. Dieser Abstand ist ebenfalls etwa so groß wie der Abstand
des Entlastungsfeldes 28 vom Niederdruckraum. Das Entlastungs feld 28 wird durch
die Bohrungen 27 mit Arbeitsflüssigkeit aus dem Raum zwischen den Zahnrädern beaufschlagt,
in dem diese nicht miteinander im Eingriff sind Es
kompensiert
den von dem in diesem Raum herrschenden Flüssigkeitsdruck auf das Hohlrad ausgeübten
Druck.
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Das Entlastungsfeld 29 hat etwa die gleiche axiale Breite wie das
Entlastungsfeld 28. Es ist mit HochdruckSlüssigkeit gefüllt, die ständig aufgrund
der Pumpwirkung der beiden Zahnräder durch die Radialbohrungen 27 nach außen in
das Entlastungsfeld 29 gefördert wird, an welches sich der Auslaß 21 anschließt.
Das Entlastungsfeld 29 kompensiert den im Hochdruckraum zwischen den Zahnrädern
herrschenden, auf das Hohlrad wirkenden Druck. Es endet bereits ein Stück vor dem
Niederdruckbereich, dessen Länge in Umfangsrichtung ein Mehrfaches des Durchmessers
der Bohrungen 27 ist, da hier ein besonders hohes Druckgefälle abgedichtet werden
muß0 Aus Obigem erkennt man, daß auf das Hohlrad außerhalb des Niederdruckraums
zwischen den Zahnrädern ebenfalls Niederdruck, außerhalb des Zwischendruckraums
zwischen den Zahnrädern ebenfalls Zwischendruck und außerhalb des Hochdruckraums
zwischen den Zahnrädern Hochdruck herrscht.
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Sowohl das Mitteldruckentlastungsfeld 28 als auch das Hochdruckentlastungsfeld
29 sind in Umfangsrichtung so lang dimensioniert, daß diese Felder trotz ihrer verhältnismäßig
geringen Axialerstreckung die auf das Hohlrad wirkenden Drücke kompensieren. Dennoch
ist das Hohlrad in
den Bereichen axial außerhalb dieser Druckfelder
gelagert, In diesen Bereichen erfolgt jedoch die hydrodynamische Schmierung durch
die Arbeitsflüsigkeit, Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zur Åufrechterhaltung
eines in der Mitte zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck der Pumpe liegenden
Mitteldrucks im Raum, in dem die Zahnräder nicht miteinander im eingriff sind, zwei
kleine Durchtrittsnuten 30 und 31 für Arbeitsflüssigkeit in der Axialdruckplatte
17 vorgesehen. Diese Nuten sind sehr flach bemessen, so daß nur ein geringer Druckverlust
auftritt. Sie gewährleisten jedoch das Entstehen eines Zwischendrucks in dem genannten
Raum. Wesentlich ist bei diesen Nuten natürlich die richtige Bemessung und Anordnung,
da beispielsweise bei zu geringer Bemessung der Nut 30 und entsprechend großer Bemessung
der Nut 31 der Zwischendruck zu hoch würde, während bei zu großer Bemessung der
Nut 30 und zu geringer Bemessung der Nut 31 der Zwischendruck zu klein würde.
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Wie schon erwähnt ist es jedoch auch ohne Vorhandensein eines Hochdrucks,
z.B. bei Nulldruckfdrderung möglich, einen in weiten Grenzen beliebig bemessenen
Mitteldruck zu erzeugen. In diesem Falle entfällt die soeben beschriebene Punktion
der Durchtrittsnuten 30 und 31.
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Sie haben dann nur noch die Aufgabe, den Druckanstieg
von
einem Arbeitsraum in den anderen flacher zu gestalten.
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Der Mitteldruck entsteht jetzt durch Rückförderung eines geringen
Teiles der angesaugten Flüssigkeitsmenge an den in Umfangsrichtung geeignet verspätet
schließenden und öffnenden Steuerkanten 32 und 33 an der Grenze zwischen Mitteldruckraum
und Hoclidruckraum. Bei wachsendem Hochdruck erhöht sich der Mitteldruck entsprechend
den Toleranz gebundenen tUndichtigl.eiten an der Grenze zwischen Hochdruckraum und
Mitteldruckraum.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der in dieser Fig. obere Teil der
umfangslagerung des Hohlrades 14 von einem hier als Lagerschale 6 bezeichneten Bauteil
gebildet, welches in Form eines ä?ingers oder einer Klaue vom Ringteil 2 des Gehäuses
abragt und nicht nur in sich eine gewisse Elastizität aufweist, sondern auch durch
seine elastische Verbindung mit dem Ringteil 2 relativ zu diesem in gewissem Umfang
beweglich ist. Die Lagerschale 6 umgibt das Hohlrad etwa auf einem Drittel seines
Umfangs. Sie ist zumindest angenähert von symmetrischem Aufbau. Mit dem Gehäuseringteil
2 ist sie an ihrem dem Einlaßbereich des Hohlrades etwa gegenüberliegenden Ende
verbunden. Das Mitteldruckfeld erstreckt sich nicht nur über den Bereich der Lagerschale,
sondern über diese im Uhrzeigersinn gesehen hinaus. Da der im Entlastungsfeld 28
herrschende Druck, wenn er nicht kompensiert wäre, die Lagerschale
um
ein gewisses Maß zum Hohlrad abheben würde, wird die Lagerschale 6 durch zwei Druckfelder
35 und 36 gegen das Hohlrad gedrückt. Diese beiden Druckfelder werden durch zwei
Ringdichtelemente gebildet, die in zwei geräumte Aussparungen eingeschoben sind,
die in diesem Bereich den Bagerschalenkörper 6 und das Ringteil 2 von einander trennen.
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Die Dichtelemente 37 und 38 bestehen aus V-Profil aufweisenden Metallringen,
wobei sich das V-Profil zum Inneren der Ringe hin öffnet. Das Innere des lfletallringes
ist jeweile von einem Gummidichtungsring erfüllt, der dichtend an den einander zugekehrten
Plächen des Lagerschalenkörpers 6 und des Ringteils 2 anlegt. Um ständig einen gewissen
Anpreßdruck zu gewährleisten, sind in die Druckfelder Gellerfedern 39 und 40 eingesetzt.
Zwei runde Pührungskörper 34 und 34a zentrieren die Tellerfedern und die Dichtelemente
in bezug auf die Bohrungen 41 und 42. Die Druckfelder 35 und 36 sind durch Kanäle
41 und 42 mit dem Entlastungsfeld 28 verbunden. Die von den Druckfeldern 35 und
36 auf die Lagerschale 6 ausgeübte Kraft ist so groß, daß die auf Abheben der Lagerschale
6 wirkende, vom Entlastungsfeld 28 und auch die vom Antriebszahnrad 10 auf das Hohlrad
ausgeübte Kraft etwas überkompensiert wird.
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Bei der Herstellung des Ringteils 2 ist zunächst die Lagerschale 6
noch in den benachbarten Bereichen der Aussparungen für die Dichtelemente 37 und
38 mit dem eigentlichen Ringteil durch Brücken verbunden. Diese Brükken
werden
erst entfernt, nachdem die Lagerfläche für das Hohlrad und die Aussparungen für
die Dichtelemente fertig bearbeitet sind. Dadurch wird eine genaueste Herstellung
gewährleistet.
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Man erkennt aus der bisherigen Beschreibung, daß die auf das Hohlrad
wirkenden Flüssigkeitsdrücke kompensiert sind.
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Darüberhinaus ist auch der durch den Hochdruckbereich zwischen den
beiden Zahnrädern auf das Innenrad 10 wirkende Druck zum Teil durch den Mitteldruck
in dem Bereich, in dem die Räder nicht miteinander im Eingriff sind, kompensiert.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird der Arbeitsraum zwischen den beiden
Zahnrädern von beiden Seiten durch die Axialdruckscheiben 16 und 17 abgedichtet.
Diese stehen in ihren Umfangsbereiehen unter dem Niederdruck der Pumpe, dadiese
Umfangsbereiche im Raum 25 liegen. Am Drehentwerden die Platten 16 und 17 durch
entsprechende Fortsätze 50 und 51 gehindert, die in Einfräsungen am Ringteil 2 hineinragen.
Zur Kompensation des in den Arbeitsräumen der Pumpe herrschenden Drucks dienen die
auf der den Zahnrädern abgewandten Seite jeder Platte vorgesehene Druckfelder 52
und 52a und 53 und 53a. Die radiale Erstreckung und die Erstreckung in Umfangsrichtung
dieser Druckfelder ist überall so bemessen, daß gerade der an der entsprechenden
Stelle von der Arbeitsflüssigkeit zwischen den Zahnrädern auf die Andruckplatte
ausgeübte Druck etwas überkompensiert
wird. Eine derartige Ausbildung
von die Platten 16 und 17 andrückenden Druckfeldern ist bekannt.
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Die Druckfelder 52 und 52a und 53 und 53a werden über Axialbohrungen
55 und 55a und 56 und 56a mit Druck aus den zugeordneten Druckbereichen der Pumpe
beaufschlagt.
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Die Druckfelder sind ebenfalls in an sich bekannter Weise durch Gummidichtungen
gegen den unter Niederdruck stehenden Teil des Gehäuses abgedichtet.
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Zur Schmierung der Welle II in den Lagern 7 und 8 dient in der Regel
Arbeitsflüssigkeit der Pumpe. Diese Flüssigkeit gelangt durch nicht dargestellte
Bohrungen aus dem Niederdruckraum 23 in den Raum 63 und 63a und von da durch die
Mittelbohrung 64 und die Radialbohrungen 62 unter Fliehkraft in die Räume 60 und
61. Dadurch erfolgt eine Flüssigkeitszirkulation durch die Lager 7 und 8, Allgemein
ist noch darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäß einstückige Ausbildung der
Lagerschale mit dem Ringkörper auch bei anderen Pumpenarten, beispielsweise bei
der bei der Würdigung des Standes der Technik an zweiter Stelle beschriebenen Pumpe,
mit Vorteil angewandt werden kann. Die Gegenstände der Ansprüche 5 und 6 sind also
nicht auf Pumpen nach den Ansprüchen 1 bis 4 beschränkt.
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In Fig. 1 ist die Möglichkeit des Einbaus eines Füllstückes punKtiert
angedeutet. In diesem Falle würde man natürlich die Verzahnung des @onlrades mit
einer Kopfflache ausbilden, die ebenso wie die Kopffläche des Innenrades auf dem
Püllstück gleitet.
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Patentansprüche: