DE2353445A1 - Zahnradmaschine - Google Patents

Zahnradmaschine

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DE2353445A1 DE19732353445 DE2353445A DE2353445A1 DE 2353445 A1 DE2353445 A1 DE 2353445A1 DE 19732353445 DE19732353445 DE 19732353445 DE 2353445 A DE2353445 A DE 2353445A DE 2353445 A1 DE2353445 A1 DE 2353445A1
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    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C2240/50Bearings
    • F04C2240/54Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors

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  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Description

R. 1 B 1 4 '
17.9.1973 Se/Gü
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, STUTTGAEI
Zahnradmaschine
Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, die mit an ihnen ausgebildeten Wellenzapfen in-Bohrungen von Lagerkörpern gelagert sind, in denen hydrostatische Druckfelder für den Ausgleich der von den Weilenzapfen auf die Wandung der Bohrungen ausgeübten Kräfte ausgebildet sind.
Es ist eine Zahnradmaschine bekannt, bei der in den; brillenförmig ausgeführten Lagerkörpern zylindrische Bohrungen für die Lagerung der Wellenzapfen der Zahnräder mit je einer Ausnehmung für den Aufbau eines hydrostatischen Druckfeldes ausgebildet sind. Diese Druckfelder sollen einen Teil der von den Wellenzapfen ausgeübten Kräfte auf die Wandung der
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Bohrungen übertragen und. einen metallischen Kontakt zwischen "beiden verhindern. Wenn ein Wellenzapfen und die ihn aufnehmende Bohrung Jedoch nicht vollständig fluchten, ist die Belastung des Lagers hier nicht gleichmäßig über die ganze Länge verteilt. Durch die einseitige Belastung wird die Flächenpressung größer und damit auch die Verformung, insbesondere an der an der Zahnradstirnseite anliegenden Stirnseite des Lagerkörpers. N eben größerem Verschleiß führt dies zu höheren Leckverlusten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zahnradmaschine zvl schaffen, bei der die Lagerkörper gleichmäßig belastet sind und demzufolge die erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurdh, daß die Druckfelder von in. einer Ausnehmung der Bohrungen angeordneten Dichtung begrenzt sind und einen Abstand von der Zahnradstirnseite haben und daß die Ausnehmung in den Bohrungen bis zu den Zahnradstirnseiten heranreicht.
Das hat den Vorteil, daß die von den Wellenzapfen ausgeübten Kräfte durch Druckfelder aufgenommen werden, aber die Wellenzapfen genügend Bewegungsfreiheit haben, um Richtungsfehler zwischen ihnen und der Lagerbohrung auszugleichen..
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung r der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zahnradmaschine, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Zahnradmaschine nach
.dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 längs II-II, Fig. 3 'eine abgewandelte Buchse für eine Zahnradmaschi-"^1 '·.- ne nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 im Schnitt.
Die Zahnradmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 besitzt ein Gehäuse 1, das an beiden Stirnseiten von Gehäusedeckeln 2, 3 verschlossen ist. Schrauben 31 halten Ge-
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ORIGINAL iNSPECTED
häuse 1 und Gehäusedeckel 2, 3 zusammen. Das Gehäuseinnere ~~ wird von. zwei einanderüberschneidenden Bohrungen 4, 5 gebildet, die diesem die Form einer Acht geben. Zwischen dem Gehäusedeckel 2 und der ihm zugewandten GehäuseStirnseite ist eine Dichtung 6, und zwischen dem Gehäusedeckel3und der diesem zugewandten GehäuseStirnseite ist eine Dichtung 7 angeordnet, die das Gehäuseinnere abdichten.
Inder Gehäusebohruhg 4 sind zwei als Buchsen 8,9 ausgebildete Lagerkörper angeordnet, in deren als Stufenbohrung ausgeführten Bohrungen 40, 41 "jeweils eine Lägerbuchse 12, 13 in dem dem Gehäusedeckel 2, 3 zugewandten Längenabschnitt 10', 11' kleineren Durchmessers von der Länge :a eingepreßt ist. In gleicher Weise sind in der Bohrung 5 Buchsen 14, 15 -angeordnet, in deren ebenfalls als Stufenbohrung ausgebildeten Bohrungen 16, 17 <je eine Lagerbuchse 48, 19 ebenso in den Bohrungsabschnitten 16', 17' eingepreßt ist. Die-Buchsen 8V 9, Ή und 15 weisen eine Abflachung 8', 9! ·, 44', 15' auf, mit der sie jeweils aneinander anliegen, so daß sie. gegen Verdrehen gesichert sind. Ein Zahnrad 20 ist mit einem an ihm ausgebildeten Wellenzapfen 21 in der Lagerbüchse 12 und mit einer an ihm ausgebildeten Triebwelle 22 in der Lagerbuchse 13 gelagert. Die Triebwelle 22 ist durch eine als Stufenbohrung 23 ausgeführte Bohrung des Lagerdeckers3 aus dem Gehäuse herausgeführt und durch einen in der. Stufenbohrung 23 angeordneten Wellendichtring 24 abgedichtet. Ein mit dem Zahnrad 20 kämmendes Zahnrad 25 ist mit an ihm ausgebildeten Wellenzapfen 26, 27 in den Lagerbuchsen 18, 19 gelagert. Zwischen dem Gehäusedeckel 2 und den Buchsen 8, 14 ist eine Dichtung 28 und in gleicher Weise ist zwischen dem Gehäusedeckel 3 und den Buchsen 9» 15 eine Dichtung 29 angeordnet, die jeweils Druckfelder für den Ausgleich von auf die Buchsen ausgeübte, in Achsrichtung der Zahnräder 20, 25 wirkende Kräfte begrenzt und die in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben sind.
Am Gehäuse 4 ist eine zur Mittelsenkrechten der die Achsen der Zahnräder 20, 25 verbindenden Linie konzentrische Bohrung 31
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- 4 - eJ 8 1 4
für den Zu- oder Abfluß von unter Niederdruck stehendem Druckmittel und dieser gegenüberliegende eine konzentrische Bohrung 32 für den Abfluß oder Zufluß von unter Hochdruck stehendem Druckmittel ausgebildet. Jede der Buchsen 8, 9> 14-, 15 weist eine Ausbildung zur Aufnahme und Übertragung der Kräfte auf, die von den Wellenzapfen auf die in den Buchsen angeordneten Lagerbuchse ausgeübt werden. Diese Ausbildung soll nun am Beispiel der Buchse 8 beschrieben werden.
In der .Bohrung 10 der Buchse 8 ist eine Ausnehmung 33 in dem der Stirnseite des Zahnrades 20 zugewandten Längenabschnitt 10" ausgebildet, die sich über einen Winkel von etwa 180° symmetrisch zur Wirkungslinie der von dem Wellenzapf en 21 auf die Lagerbuchse 12 ausgeübten Kraft P/2 in dem von dieser Kraft belasteten Umfangsbereich der Bohrung 10 erstreckt. Die Ausnehmung 33
erstreckt sich bis zu
der am Zahnrad anliegenden Stirnseite der Buchse 8. In dieser Ausnehmung 33 ist eine in sich geschlossene Nut 34- ausgebildet, die zwei sich in Umfangsrichtung der Bohrung 10 erstreckende, kreisringabschnittförmige Abschnitte 35, 36 mit einem Abstand a vom deckelseitigen Ende der Buchse 8 bzw. einen Abstand b vom Zahnrad 20 hat, und zwei diese verbindende, in Achsrichtung der Zahnräder verlaufende Abschnitte 37, 38. Die Nut 34-hat in der Abwicklung die Form eines- Rechtecks. Die Nut könnte auch eine andere Form annehmen, sofern nur dieselbe Wirkung erzielt wird.
In diese Nut 34- ist eine Dichtung 39 von gleicher Form eingelegt, die am Außenumfang der Lagerbuchse 12 anliegt und dadurch einen Druckraum 40 einschließt. In den Druckraum 4-0 mündet eine Bohrung 41, die über eine zweite, je zur Hälfte in den Buchsen 8 und 14 ausgebildete Bohrung 4-2 mit der die Hochdruckseite der Maschine bildenden Bohrung 32 der Maschine in Verbindung steht. Zwischen der dem Zahnrad 20 zugewandten Stirnseite des Nutabschnitts 36 und dem in diesem liegenden Abschnitt der Dichtung
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- 5 - ß. 1.5Ί 4
39 ist eine sich über den gleichen Winkel erstreckende Stützscheibe 43 angeordnet, die nicht am Außenumfang der Lagerbüchse 12 anliegt, aber doch ein Abscheren der Dichtung 34 unter dem Druck des Druckraumes 40 verhindert. Eine Kurve 44, die die Druckverteilung ρ über die Länge einer jeden Lagerbuchse 12, 13, 18, 19 angibt, stellt eine Parabel dar. Die Buchsen 9? 14, 15 weisen eine der Buchse 8 sinngemäß vollkommen entsprechende Ausbildung auf.
Beim Betrieb der Maschine, deren Funktionsweise als bekannt vorausgesetzt wird, wirkt auf jedes Zahnrad, eine Druckkraft P, die von dem auf einen Teil der Ümfangsflache des Zähnrades wirkenden Druck hervorgerufen wird. Diese Fläche setzt sich aus einem von der Hechdrtickseite her mit dem vollen Auslaßdruck beaufschlagten Flächenanteil F^ und einem von dem Druck im Spalt zwischen dem Zahnradumfang und der Wandung der Gehäusebohrung beaufschlagten'Flächenanteil Fo zusammen. Dieser Druck im Spalt nimmt, ausgehend von der Hochdruckseite am Umfang des Zahnrades in Richtung der Niederdruckseite· auf den dort herrschenden Druck ab. Die Größe der Kraft P ist von dem Auslaßdruck der Pumpe sowie der Ausbildung des Spalts abhängig, ihre Richtung hängt ebenfalls von dieser Ausbildung ab und ist für das Ausführungsbeispiel durch einen Pfeil gekennzeichnet. Von jeder Lagerbuchse 12, 13, 18, 19 muß die Hälfte der Kraft P aufgenommen werden.
Der Druckraum 40, in dem stets der hohe: Druck der Bohrung 32 herrscht, ist nun so bemessen und angeordnet, daß der auf die von der Dichtung 39 begrenzte Fläche der Lagerbuchse 12 wirkende Druck im wesentlichen die Kraft ausgleicht, die von dem Wellenzapf en 21 auf die Lagerbuchse 12 ausgeübt wird, also Kraft und Gegenkraft in Größe, Richtung und Angriffspunkt zusammenfallen. Die von dem auf die Fläche der Lagerbuchse wirkenden Druck hervorgerufene Druckkraft K hat dabei von.der Zahnradstirnseite einen Abstand c. Nicht durch diese Kraft K ausgeglichene Restkräfte werden von dem auf die Länge a fest in der
.■ " Λ =.. -' ■-..' ■■■" - 6 - ■ 509818/0618
- 6 - R J 8 1 ά
Buchse 8 angeordneten Längenabschnitt der Lagerbuchse 12 aufgenommen. Die Größe der Ausnehmung 33 sowie ihre Anordnung ergibt sich aus den Betriebsbedingungen, für die die Maschine ausgelegt ist.
Die Lagerbuchse '|2 ist nur auf die Länge a formschlüssig in der Buchse 8 geführt, wogegen die Ausnehmung 33 der Lagerbuchse 'l2 so viel Bewegungsfreiheit gibt, daß kleine Richtungsunterschiede zwischen der Wellenzapfenachse und der Lagerbuchsenachse durch elastisches Nachgeben der Lagerbuchse sich ausgleichen können. Dies bewirkt einen optimalen Verlauf des hydrodynamischen Drucks in der Lagerbuchsenanordnung, und zwar über deren Länge in Form einer Parabel 44, und daher geringsten Verschleiß. Die Übertragung der auf die Lagerbuchse ausgeübten Kräfte, im wesentlichen durch das Druckmittel des Druckraumes 40 auf die Buchse 8 bewirkt auch bei dieser eine gleichmäßige Belastung, so daß die Verformungen an der Buchsenstirnseite klein und innerhalb des Zulässigen bleibt und die Schmierung derselben verbessert wird. Letzten Endes bewirkt die gleichmäßige Belastung der1 Buchsen auch eine geringere Belastung des Gehäuses.
Eine abgewandelte Buchse 50 für eine Zahnradmäschine nach dem Ausführungsbeispiel, der Fig. 1 und,2 zeigt das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4.
In der Buchse 50 ist eine Stufenbohrung 51 ausgebildet, in deren dem Zahnrad abgewandten Längenabschnitt 52 eine Lagerbuchse 53 angeordnet ist. Die Länge der" Lagerbuchse 53 beträgt nur einen Teil der Länge der Buchse 50. In der Lagerbuchse 53 ist ein Wellenzapfen 54- eines Zahnrade^s formschlüssig geführt. Ein dem Zahnrad zugewandter Längenabschnitt 55 der Stufenbohrung 51 hat einen geringfügig größeren Durchmesser als der Durchmesser des Wellenzapfens 54-·
Im Stufenbohrungsabschnitt 55 ist eine Ausnehmung 56 ausgebildet, die sich symmetrisch zur Wirkungslinie der die Buchse
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"belastenden Kraft P über einen Winkel von'etwa 180° in/dem durch diese belasteten Bereich der'Bohrung/"51' erstreckt. In der Ausnehmung 56 ist eine in sich geschlossene liut 57 ausgebildet, die aus zwei zueinander parallelen, sich in Umfangsrichtung über den gleichen Winkel wie die Ausnehmung 56 erstreckenden ringabschnittförmigen Abschnitten 58» 59 und zwei in Achsrichtung des Wellenzapfens 54- verlaufende, diese verbindenden Abschnitte 60, 61 besteht. Der Nutabschnitt 58 ist so angeordnet, daß dessen der Lagerbüchse 52 zugewandte Schulter mit-deren Stirnseite zusammenfällt * In die Hut 57 ist eine Dichtung 62 gleicher Form eingelegt, die dichtend an dem Wellenzapfen 54- anliegt und auf diese Weise einen Druckraum 63 abgrenzt. An einer1 Abflachung 64; der Buchse, mit der diese im Maschinengehäuse an einer zweiten Buchse anliegt, ist eine Nut 65 ausgebildet, die mit der Hochdruckseite.der Zahnradmaschine in Verbindung steht und In eine Bohrung 66 mündet, die von der Abflachung 64 ausgeht und in den Druckraum63 mündet. '_ -.."; ". ■■ ■ τ
In den Nutabschnitt; 59 ist ein Stützring 6? eingelegt, der an der dem Druckraum 63abgewandten Schulter anliegt und sich über denselben Winkel erstreckt wie der".Hut ab schnitt.59-· Der Stützring 67 bildet eine Anlägeflache für die vom Drückraum 63 belastete Dichtung 62.Zwischen dem Stützring 67 und dem Wellenzapfen 54 besteht ein geringesradiales Spiel. /
Der Druckraum 63 Ist 'so bemessen und so angeordnet, daß der auf die von der Dichtung begrenzte Fläche des Wellenzapfens ausgeübte Druck eine Druckkraft hervorruft,die. den die Buchse 50 belastenden Anteil der. Kraft P in Größe und Richtung annähernd ausgleicht. Durchhydrodynamische Druckfelder in der Bohrung der Lagerbuchse 52, die den Wellenzapfen formschlüssig führt, werden diejenigen Anteile der Kraft P ausgeglichen, die nicht durch den Druck im Druckraum 63 ausgeglichen werden können. Das Radialspiel zwischen dem Wellenzapfen 54 und dem Bohrungsabschnitt 55 der Stufenbohrung 51sowie dem Stützring
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- 8 - R. f 8 t 4
67, der Elastizität der Dichtimg 62 und die geringe Länge der Lagerbuchse 53 geben dem Wellenzapfen rj'\- so viel Bewegungsfreiheit, daß Richtungsunterschiede zwischen dem Wellenzapfen und der Buchsenbohrung 5Ί ausgeglichen werden können. Die von diesem Druckraum 63 belastete Dichtung ist durch den Stützring 67 sowie die Lagerbuchsenstirnseite, an der sie anliegt, gegen Abscheren abgesichert. Durch den Kräfteausgleich vom Druckraum 63 sowie die begrenzte Bewegungsfreiheit des Wellenzapfens ergeben sich wieder eine gleichmäßige Belastung der Buchse sowie des diese aufnehmenden Gehäuses und demzufolge kleinste Verformungen,' wie sie schon bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 beschrieben wurden.
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Claims (8)

18 I 4
Ansprüche
ft 1.JZahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit."zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, die mit an ihnen ausgebildeten WeI-lenzapfen in Bohrungenvon Lagerkörpern gelagert sind, in denen hydrostatische Druckfelder für den Ausgleich der von den Wellenzapfen auf die Wandung der-Bohrungen ausgeübten Kräfte ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die, Druckfelder von in einer Ausnehmung (33, 56) der Bohrungen (10, 51) angeordneten Dichtung (39, 62) begrenzt sind und einen Abstand von der Zahnradstirnseite haben und daß die Ausnehmung (33»■ 56) in den Bohrungen (10, 51) bis zu den Zahnradstirnseiten heranreicht.
2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausnehmung (33» 56) eine in sich geschlossene Nut (34» 57) ausgebildet ist, in der eine in sich geschlossene, ein Druckfeld begrenzende Dichtung (39, 62) angeordnet ist. .
3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (33, 56) und die Nut (34, 57) sich über, einen Winkel von etwa.180 symmetrisch zu einer die Lagerlastrichtung kennzeichnenden Linie erstrecken und in dem von der Kraft (P) belasteten Bereich der Bohrung (10, 51) ausgebildet sind. :
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4. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckfeld begrenzende Dichtung
• (39i 62) zwei in Umfangsrichtung der Bohrung verlaufende Abschnitte und" zwei diese verbindende, in Achsrichtung der Bohrung verlaufende Abschnitte besitzt.
5. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Druckfeld durch einen mit der Hochdruckseite (3^) der Maschine in Verbindung stehenden Kanal (41, 42; 65, 66) gespeist wird.
6. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß in den Bohrungen (10, 11, 16, 17) der Lagerkörper (8, 9, 14, 15) Lagerbuchsen (12, 13, 18, 19)
' angeordnet sind und die hydrostatischen Druckfelder jeweils zwischen der Wandung der Bohrung (10, 11, 16, 17) eines Lagerkörpers (8, 9» 14-, 15) "und der Lagerbuchse (12, 13, 18, 19) ausgebildet ist, daß die Lagerbuchse nur mit einem Teil ihrer Länge in der Bohrung des Lagerkörpers formschlüssig geführt ist und daß das hydrostatische Druckfeld auf den nicht formschlüssig geführten Längenabschnitt der Lagerbuchse wirkt.
7. Zahnradmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (39) am Außenumfang der Lagerbuchse (12) anliegt.
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- - -11- ■■"■,■■ Rj β 14
8. Zahnradmaschirie, nach einem..derAnsprüche. 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet", daß in einem ersten Bohrung sah schnitt (b2) der als Stufenbohrung ausgeführten Bohrung -CbI) des Lagerkörpers (50) pinD Lagerbuchse (53) von wesentlich geringerer Länge als die der Stufenbohrung angeordnet ist, die den Wellenzapfen Cb^) formschlüssig an seinem der Zahnradstirnsei— te atigeviaridten Ende führt und daß das Druckfeid in einem zweiten Längenabschnitt C55) der Stufenbohrung (51) ausgebildet ist und-direkt auf den Wellenzapfen (5^) wirkt, wobei die Dichtung (62) an diesem anliegt. .--
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Leerseite
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