DE2339872A1

DE2339872A1 - Regelbare zahnradmaschine

Info

Publication number: DE2339872A1
Application number: DE19732339872
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Nonnenmacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-08-07
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1975-02-20
Also published as: JPS5044507A

Description

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10.7-1973 Se/Gü

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, STUTTGART Regelbare Zahnradmaschine

Die Erfindung betrifft eine regelbare Zahnradiaaschine (Pumpe oder Motor) mit mindestens zwei im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern, die in Zahnlücken Druckmittel aus einem Zuflußraum aufnehmen, das von den eingreifenden Zähnen aus den Zahnlücken in einen Abflußraum verdrängt wird, und mit einem steuerbaren Kanal zur Rückführung von Druckmittel vom Abflußraum zu den Zahnlücken auf der Zuflußseite.

Es ist eine verstellbare Zahnradpumpe bekannt, bei der ein Zahnrad auf einer um einen kleinen Winkel drehbaren Achse rotiert, an der eine. Ausnehmung am Umfang ausgebildet ist. Diese steht mit einem in der Achse verlaufenden, zur Niederdruckseite führenden Kanal in Verbindung und wirkt mit Durchbrüchen im Zahnrad zusammen, die von dessen Bohrung ausgehen und in den Zahnlücken enden. Die Achse kann so weit gedreht werden, daß zunächst von dem Druckraum der Maschine über die

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Durchbräche, die Ausnehmung und den Kanal Druckmittel zur Niederdruckseite abfließen kann und bei einer weiteren Drehung der Hochdruckraum über die Durchbrüche im Zahnrad und die Ausnehmung eine direkte Verbindung zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum der Maschine zustande kommt. Dabei fließt Druckmittel von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Maschine ab, und die Fördermenge wird entsprechend verringert.

Diese Maschine hat den Nachteil, daß mit einer Verringerung des Druckmittel Stroms auch der Wirkungsgrad abnimmt. Außerdem tritt eine Erwärmung des Druckmittels auf, wenn dieses über die als Drosseln ausgeführten Durchbrüche von der Druckseite abfließt. Außerdem wird der Fördei'strom vom Arbeitsdruck abhängig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine regelbare Zahnradmaschine zu schaffen, bei der der volumetrische Wirkungsgrad unabhängig von der Größe des Druckmittelstroms, stets gut und deren Förderstrom vom Arbeitsdruck unabhängig ist.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Kanal in die sich füllenden Zahnlücken so einmündet, daß keine Verbindung zwischen' dem Zuflußraum und dem Abflußraum der Maschine besteht.

Durch das Zurückführen 'des Druckmittels in die sich füllenden Zahnlücken ist der Energiebedarf beim Pumpbetrieb nur von der tatsächlich geförderten Druckmittelmenge abhängig, so daß, von relativ etwas erhöhten Leckverlusten bei verringerter Fördermenge abgesehen, der volumentrisehe Wirkungsgrad im wesentlichen konstant ist. Entsprechend wird beim Motorbetrieb nur die Druckmittelmenge aufgenommen, die für das abgegebene Drehmoment erforderlich ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.

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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Fig. 1 ■ eine Zahnradmaschine in vereinfachter

Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 2 " die Zahnradmaschine nach der Fig. Λ im

Querschnitt,

Fig. 3 und Fig. 4 die Zahnradmaschine nach den Fig. 1 und

mit einer anderen Stellung des Steuergliedes,

Fig. 5 eine Abwandlung der Zahnradmaschine nach

der Fig. 1-im Querschnitt,

Fig. 6 die Zahnradmaschine nach der Fig. 5 mit

einer anderen Stellung des Steuerglieds.

Bei der Zahnradmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 ist ein Gehäuse 1, dessen Inneres durch zwei sich überschneidende Bohrungen V, 1" gebildet wird und die diesem die Form einer Acht geben, beidseitig von Gehäusedeckeln 2, 3 verschlossen.

Im Gehäuseinnern sind zwei etwa brillen'förmige Lagerkörper 4, 5 angeordnet. In diesen sind ein Zahnrad 6, an dem eine Triebwelle 6' ausgebildet ist, und ein Drehschieber 7 gelagert, auf dem mit seiner mittigen Bohrung 8' ein mit dem Zahnrad 6 kämmendes Zahnrad 8 drehbar geführt ist. Am Zahnrad 8 sind Durchbrüche 9, 9aί 9b usv/. ausgebildet, die von dessen Bohrung 8' ausgehen und jeweils in einer Zahnlücke enden. Diese Durchbrüche wirken bei der Drehung des Zahnrades einmal mit einer am Drehschieber ausgebildeten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden,, linsenförmigen Aiisnebxiung 10 und mit einem ebenfalls am Drehschieber 7 ausgebildeten Kanal 11 mit einem Querschnitt von etwa gleicher Form und Größe wie die Ausnehmung 10 zusammen, der sich in Achsrichtung des Drehschiebers 7 erstreckt und unabhängig von dessen Stellung in eine Gehäusebohrung 12 mündet. Die Ausnehmung 10 und der Kanal 11 sind durch einen sich am Umfang des

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Drehschiebers erstreckenden Steg 13, der zwei Steuerkanten 13', 13" besitzt, und einen diesem gegenüberliegenden, sich ebenfalls am Umfang erstreckenden Steg 17 mit der mehrfachen Breite wie der Steg 13, voneinander getrennt. Die Breite des Steges 13 ist geringfügig größer als die der Durchbrüche 9, 9a, 9b usxi., in Umfangsrichtung gesehen. Wo sich die Bohrungen 1', "T" überschneiden, weist das Gehäuse zwei das Gehäuseinnere einschnürende, einander gegenüberliegende Fortsätze 15, 18 auf. In dem etwa der Ausnehmung 10 des Drehschiebers zugewandten Fortsatz 18 ist ein unter Hochdruck stehender, auf der die beiden Fortsätze verbindenden Symmetrielinie in das Gehäuseinnere mündender Kanal 14 ausgebildet. Der Drehschieber ist zum Beispiel mittels eines Hebels 16 etwa um eine Zahnteilung drehbar.

Die Regelung des Volumenstroms der Zahnradmaschine erfolgt durch Schwenken des Drehschiebers 7· In der in der Fig. 2 gezeigten Stellung ist der Drehschieber 7 bis zum Anschlag nach rechts in seine Endstellung gedreht. Wird die Maschine als Pumpe betrieben, und dreht sich das Zahnrad 6 im Uhrzeigersinn, dann entsteht in den dem Fortsatz 15 zugewandten Zahnlücken ein Unterdruck, wodurch diesen Druckmittel von dem Kanal 11 über einen Durchbruch 9a zufließt. Die Zähne der beiden Zahnräder 6 und"8 liegen an den Stellen A und B zwischen den Fortsätzen 15 und dichtend aneinander an, der Durchbruch 9b ist an der Steuerkante 13' gegen die Ausnehmung 10 noch verschlossen, so daß über .diese kein Druckmittel von der Hochdruckseite der Pumpe den sich füllenden Zahnlücken zufließen kann. Alles von den Zahnrädern 6, 8 geförderte Druckmittel fließt über den Kanal zu einem Verbraucher ab. Die Fördermenge erreicht ihren Größtwert .

Wird nun der Drehschieber 7 gegen den Uhrzeigersinn verdreht, in eine Position, bei der Steg 13 etwa dem Fortsatz 15 zugewandt ist, wie sie die Fig. 3 zeigt, so werden die dem Fortsatz 15 zugewandten Zahnlücken, die von den Zähnen freigegeben werden, über den Kanal 11 und den Durchbruch 9a¹ teilweise mit

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Druckmittel gefüllt. Nach kurzer Drehung liegt ein.Zahn des Eades 8 am Fortsatz 15 an, wodurch der Zufluß von dem Kanal 11 unterbrochen wird. Der Steg 13 ist so "bemessen, daß gleich darauf über den Durchbruch 9h¹ und die Ausnehmung 10 von der Hochdruckseite Druckmittel in die sich noch weitenden Zahnlücken zurückfließen kann und Druckschläge vermieden werden. Dabei geht der Förderstrom kurzzeitig.zurück. Nach kurzer Weiterdrehung des Eades 8 überdeckt der Durchbruch 9b' den Kanal 11, so daß der Druckmittelzuflüß von dem Kanal 11 wieder frei ist, während die Verbindung zur Hochdruckseite der Pumpe wieder unterbrochen wird.

Die Füllung der Zahnlücken erfolgt bei dieser Stellung des Drehschiebers für verringerte Fördermenge also teilweise von der Niederdruckseite, teilweise von der Hochdruckseite her. Die daraus herrührende Pulsation des Förderstroms wird bei einer genügend großen Zähnezahl der Räder jedoch vernachlässigbar klein. Die Breite des Steges 13 und der Fortsatz 15 ist so bemessen, daß in allen Stellungen des Drehschiebers ein Rückfluß von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite verhindert wird. Die Regelung erfolgt also verlustlos.

Wird der Drehschieber weiter gegen den Uhrzeigersinn bis in seine Endstellung gedreht, bei der der Steg 13 mit einer die Drehachsen der beiden Räder 6, 7 verbindenden ünie einen Winkel von etwa 30 einschließt, wie es die Fig. 4- zeigt, dann liegen die eine Zahnlücke begrenzenden Zähne bereits am Fortsatz 15 an, wenn der in die Zahnlücke mündende Durchbruch den Kanal überdeckt. Der Zufluß von Druckmittel—zu_ .dejLjCreiwerdenden-Z^ahnlücken von der Niederdruckseite her ist also unterbrochen. Die Ausnehmung 10 nimmt eine solche Stellung ein, daß auf der Hochdruckseite aus den Zahnlücken verdrängtes Druckmittel über den Durchbruch 9t>" * clie Ausnehmung 10 sowie den Durchbruch 9a" in die sich vergrößernden Zahnlücken auf der Niederdruckseite fließt. Dadurch läuft das Druckmittel nur in den Zahnlücken um, die Förderung geht auf Null zurück.

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Wird die Maschine als Motor "betrieben und dieser über den Kanal 14 unter Hochdruck stehendes Druckmittel zugeführt, wodurch sich die Drehrichtung der Zahnräder umkehrt, dann werden die sich verkleinernden, dem Fortsatz 15 zugewandten Zahnlücken kurzzeitig sowohl von der Hochdruck- als auch der Niederdruckseite abgeschlossen, was "besonders deutlich die Fig. 3 zeigt. Dies führt zu Druck ε chi ag en, wenn sich das eingeschlossene, ' verdichtende Volumen wieder entspannen kann. Man kann durch Verringern der Breite des Steges 13 eine negative überdeckung bewirken und dadurch Druckschläge vermeiden, dies hat aber einen drehzahlabhängigen Rückfluß von der Hochdruck- zur Niederdruckseite und damit eine Verschlechterung des Wirkung 53-grades zur Folge.

Die Zahnradmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 stellt eine Abwandlung der Zahnradmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 dar.

In einem Gehäuse 20_t dessen Inneres.von zwei sich überschneidenden Bohrungen 20', 20" gebildet wird, ist ein Zahnrad 21 und ein mit diesem kämmendes Zahnrad 22 angeordnet, das in einer mittigen Bohrung 23 auf einem um etwa eine Zahnteilung drehbaren Drehschieber 24 geführt ist. Am Zahnrad 22 sind eine aus dem Gehäuse ragende Triebwelle (nicht dargestellt) und Durchbrüche 25, 25a, 25b usw. ausgebildet, die von der Bohrung 23 ausgehen und von denen jeweils einer in jeder Zahnlücke endet. Am Drehschieber 24 ist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende linsenförmige Ausnehmung 26 und ein von dieser durch auf dem Umfang des Drehschiebers 24 liegende Stege 27 und 31 getrennter Kanal 28 ausgebildet. Der Steg 27 besitzt zwei Steuerkanten 27', 27" und ist etwas breiter als die Durchbrüche 25, die er verschließen kann, während der Steg 31 um ein Mehrfaches breiter ist als der Steg 27· Die Ausnehmung 26 und der Kanal 28 wirken mit den Durchbrüchen 25 am Zahnrad 22 zusammen. Der Kanal 28 erstreckt sich in Achsrichtung des Drehschiebers und dient dem Zufluß von Druckmittel. Wo sich die

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beiden Bohrungen 20' und 20" überschneiden, weist das Gehäuse zwei' das Gehäuseinnere einschnürende Fortsätze 30, 32 auf, die am Umfang der Zahnräder anliegen. Im Fortsatz 32 ist ein auf der die beiden Fortsätze 30, 32 verbindenden Symmetrielinie in das Gehäuseinnere mündender Abflußlcanal 29 ausgebildet.

Diese Maschine eignet sich besonders als Motor und ihre"Funktionsweise ist am Motorbetrieb erläutert. In der Ausgangsstellung des Drehschiebers 24 ist der Steg 27 etwa der Drehachse des Zahnrads 21 zugewandt. Das Druckmittel fließt über den Kanal 28 und die vom Steg 27 nicht oder nur teilweise verschlossenen Durchbrüche 25 den sich öffnenden, dem Fortsatz 30 zugewandten Zahnlücken zu, wodurch das Zahnrad 22 eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn, das Zahnrad 21 eine solche im Uhrzeigersinn ausführt. Das von den Zähnen aus den Zahnlücken verdrängte Druckmittel fließt über einen Durchbruch 25b, die Ausnehmung 26 und einen Durchbruch 25a oder direkt zum Abflußkanal 29. Der Rücklauf von Druckmittel von der Hochdruckseite zur Hiederdruckseite über die Ausnehmung 26 wird bei dieser Stellung des Drehschiebers 24- dadurch verhindert, daß in den sich vergrößernden Zahnlücken auf der Druckseite der Maschine die Zähne der beiden Zahnräder auf der dem Fortsatz 30 zugewandten Seite einer Zahnlücke dichtend aneinanderliegen* solange ein in dieser Zahnlücke endender Durchbruch 25b zur. Ausnehmung 26 hin geöffnet ist.

Die Maschine nimmt den größtmöglichen Druckmittelstrom auf und gibt das maximale Drehmoment ab, während die Drehzahl ihren Kleinstwert erreicht.

Wird _vder Drehschieber 24- gegen den Uhrzeigersinn bis in seine Endstellung gedreht, "bei der der Steg 27 dem Fortsatz 30 zugewandt ist, wie es die Fig. 6 zeigt, dann fließt aus den Zahnlücken der Räder gegenüber dem Abflußkanal 29 verdrängtes Druckmittel über den Durchbruch 25a', die Ausnehmung 26 und den Durchbruch 25b¹ in die sich weitenden, dem Fortsatz 30 zugewandten Zahnlücken. Ehe eine von einem Zahn freigegebene Zahnlücke an

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der Steuerkante 27' des Steges 27 Verbindung mit dem Hochdruckkanal 28 erhält, ist sie weitgehend mit Druckmittel, das unter Niederdruck steht, aufgefüllt. Kurz ehe diese Verbindung zustande kommt, wird der Durchbruch 25b¹ an der Steuerkante 27" gegen die Ausnehmung 26 verschlossen. Die direkte Verbindung zum Rücklaufkanal 29 ist durch aneinanderliegende Zahnflanken * zweier miteinander kämmender Zähne unterbrochen. Wird die Verbindung zum Kanal 28 frei, dann wird die Zahnlücke vollends mit Druckmittel aufgefüllt. Der Zufluß des Druckmittels zu den Zahnlücken erfolgt also abwechselnd von der Hochdruck- und der Niederdruckseite. Das abgegebene Drehmoment schwankt dadurch. Dies ist vernachlässigbar, wenn durch große Zähnezahl die Frequenz der Schwankungen hoch ist.

Der Steg des Drehschiebers ist wiederum so bemessen, daß eine Zahnlücke, deren Verbindung mit dem Abflußkanal 29 über die Ausnehmung 26 und die Durchbrüche 25 unterbrochen ist, gleich darauf mit dem Kanal 28 verbunden wird. Die Expansion des in den Zahnlücken eingeschlossenen Druckmittels und damit Druckschläge bei deren öffnung zur Hochdruckseite werden dadurch vermieden.

Führt man das Druckmittel dem Kanal 28 in einem konstanten Strom von einer Pumpe zu, steigt die Drehzahl infolge des verringerten Schluckvermögens der einzelnen Zahnlücken an, während das abgegebene Drehmoment des Motors sinkt. Der Drehschieber läßt sich von der in der Fig. 5 gezeigten Endstellung stufenlos in die in Fig. 6 gezeigte Endstellung schwenken. Dabei nimmt der aus dem Hochdruckkanal 28 den Zahnlücken zufließende Anteil des Druckmittels stetig ab. Die Drehzahl der Maschine nimmt bei konstantem Druckmittelstrom von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert zu. Die Regelung der Maschine ist bei dieser Anordnung des Drehschiebers verlustfrei und der Wir- · kungsgrad bleibt im wesentlichen konstant.

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Wird die Maschine "bei gleichbleibender Hoch- und Niederdruckseite als Pumpe betrieben, dann, kehrt sich die Drehrichturig der· Zahnräder um. Dabei ergibt sich, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel auch, eine Stellung der Zahnräder, bei der die sich verkleinernden Zahnlücken von der Hoch- und der Niederdruckseite abgeschlossen sind und das eingeschlossene Druckmittel verdichtet wird. Das führt zu Druckschlägen, wenn sich dieses wieder entspannen kann. Durch eine Verringerung der Breite des Steges 27 bis zu einer negativen Überdeckung werden Druckschläge vermieden, dabei treten aber auch Verluste durch Rückfluß von Druckmittel von der Hoch- zur Niederdruckseite auf.

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Claims

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Ansprüche
j

ί1.)Regelbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit mindestens zwei im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern, die in Zahnlücken Druckmittel aus einem Zuflußraum aufnehmen, das,von den eingreifenden Zähnen aus den Zahnlücken in einen Abflußraum verdrängt wird, und mit einem steuerbaren Kanal zur Rückführung von Druckmittel vom Abflußraum zu den Zahnlücken auf der Zuflußseite, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (9, 10; 25, 26) in die sich füllenden'Zahnlücken so einmündet, daß keine Verbindung zwischen dem Zuflußraum (11, 28) und dem Abflußraum (14, 29) der Maschine besteht.

2. Regelbare Zahnradmaschine nach Anspruch 1', dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal von einer Ausnehmung (10, 26) am Umfang eines ein rotierendes Zahnrad (8, 22) aufnehmenden, nicht rotierenden Drehschiebers (7, 2A-) und im Zahnrad (8, 22) ausgebildeten, mit dieser Ausnehmung (10, 26) zusammenwirkenden, radial verlaufenden Durchbrüchen (9, 25) gebildet wird, die in den Zahnlücken des Zahnrades (8, 22) enden.

• 3· Regelbare Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Drehschieber (7» 22) ein Zuflußkanal (11, 28) für das Druckmittel ausgebildet'ist, der von der Ausnehmung (10, 26) durch einen Steg (13, 27) getrennt ist.

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4. Regelbare Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche'1'bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (9, 25) des Zahnrads durch den'Steg (13, 27) verschließbar sind.

5. Regelbare Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei aneinander anliegende Zahnflanken zusammen mit dem Steg (10, 27) am Drehschieber oder dem am Portsatz (15> 30) des Gehäuses anliegenden Umfang eines Zahnes die sich füllenden, durch die Ausnehmung (10, 26) mit dem Abflußraum^s in Verbindung stehenden Zahnlücken gegen den Zuflußraum (11, 28) abdichten.

6. Als Zahnradpumpe ausgebildete regelbare Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das getriebene Rad (8) auf dem Drehschieber (7) geführt ist, und die Durchbrüche (9) aufweist, die mit der Ausnehmung (10) am Drehschieber (7) zusammenwirken.

7. Als Zahnradmotor ausgebildete Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das abtreibende Rad (22) auf dem nicht rotierenden Drehschieber (24) geführt ist und die Durchbrüche (25) aufweist, die mit der Ausnehmung (26) am Drehschieber (24) zusammenwirken.'

8. Regelbare Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (7, 24) um etwa eine Zahnteilung schwenkbar ist. ,Γ

.Jf'

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