DE2431217A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Dichtungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Dichtungsanordnung für eine Strömungsmitteldruckvorrichtungünd insbesondere für Zahnradpumpen und -motoren, Pumpen und Motoren mit Nockensteuerung, Drehkolbenpumpen und -motoren und für Flügelpumpen und -motoren, bei denen das Strömungsmittel zwangsläufig durch eine Drehbewegung verdrängt wird.

Derartige Vorrichtungen können mit einer druckbelasteten Verschieß- bzw. Druckplatte versehen sein, die zwischen dem Gehäuse und dem sich drehenden Arbeitselement oder den Elementen angeordnet ist und die beim Betrieb das Arbeitselement belasten und mit diesem eine Abdichtung bilden kann, wodurch die Wirksamkeit der Pumpe gesteigert wird, indem die volle Druckdifferenz am Arbeits-,element erhalten wird.

Derart aufgebaute Zahnradpumpen sind in der US-PS 3 348 49 2 und in

40 9884/045 3

der US-PS 3 371 615 beschrieben. In jeder dieser darin beschriebenen unterschiedlichen Dichtungsanordnungen ist die Verschleißplatte relativ zu den Arbeitselementen (d.h. zu den ineinandergreifenden Pumpenzahnrädern) in axialer Richtung beweglich, wobei eine Nut in der Fläche der Verschleißplatte vorgesehen ist, die der eine Seitenfläche der Druckkammer oder des Arbeitsraumes der Pumpe DiI-denden Innenfläche des Gehäuses gegenüberliegt. Die Fläche auf der entgegengesetzten Seite der Verschleißplatte liegt dabei den Seitenflächen der Zahnräder gegenüber. Eine in die Nut eingesetzte Dichtung weist eine an der gegenüberliegenden Gehäusefläche angreifende Dichtfläche auf. Kanäle in der Verscnleißplatte lassen das Strömungsmittel von der Hochdruckseite der Arbeitskammer in die Nut eindringen, so daß beim Betrieb der Pumpe der Strömungsmitteldruck die Dichtung bezüglich zur Nut nach außen und gegen die gegenüberliegende Seitenfläche in dichtende Anlage drückt und vorgegebene Druckbelastungszonen auf der Verschleißplatte bestimmt werden, wodurch der auf die Verschleißplatte ausgeübte Strömungsmitteldruck, wie er durch die Druckoelastungszonen bestimmt ist, die Verschleißplatte von der Seitenfläcne des Gehäuses weg und gegen die Seitenflächen der Zahnräder drückt. Die Seitenflächen der Zahnräder auf der der Verscnleißplatte abgewandten Seite werden ihrerseits gegen die andere Seitenfläche des Arbeitsraumes gedrückt. Auf diese Weise wird die Pumpe beim Betrieb für eine erhöhte Leistung druckbelastet, wobei durch die besondere Form der Verschleißplatte, der Nut und der Dichtung die Druckbelastungszonen auf der Verschleißplatte so bestimmt sind, daß damit den Strömungsmittelkräften wirksam entgegengewirkt werden kann, die bei verschiedenen Betriebsdrehzanlen

40988Ä70453 " ³ "

auftreten.

Bei den einzelnen Dichtungsanordnungen gemäß den oben genannten Patentschriften ist auch für eine Vorspannung gesorgt, d.h.,daß die Dichtung in jeder Ausführungsform mit den Wänden der Nut so zusammenwirkt, daß für eine die Dichtfläche der Dichtung in Anlage mit der gegenüberliegenden Seitenfläche des Arbeitsraumes drückende mechanische Kraft bei Stillstand der Pumpe gesorgt ist, wodurch bereits beim Anlaufen der Pumpe Druckbelastungszonen geschaffen werden.

Für zusätzliche Merkmale und Einzelheiten im Aufbau und Betrieb kann auf die oben genannten Patentschriften zurückgegriffen werden, woßei viele dieser Merkmale in Zusammenhang mit der Erfindung sehr nützlicn sein können.

Erfindungsgemäß ist die Dichtung mit einer zweiten Dichtfläche verseilen , die sich relativ zur Nut von der oben genannten Dichtfläche nach innen erstreckt und in Anlage mit einer der Seitenwände der Nut kommt. Die Dichtung ist mit einer Vorspanneinricntung versehen, die an der anderen Seitenwand zur Ausübung einer Vorspannkraft auf die Dicntung in einr Querrichtung relativ zur Nut und senkrecht zur zuvor erwännten Vorspannkraft angreift, wodurch die Dichtung und die zuerst genannte Seitenwand zur Schaffung einer mechanischen Dichtung zusammenwirken, die bei der Bestimmung und Aufrechterhaltung der Druckbelastungszonen entlang der Verschleißplatte beim

409884/0453

Anlaufen der Strömungsmitteldruckvorrichtung mitwirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen der Dichtung und der anderen Seitenwand der Nut Zwischenräume ausgebildet, die beim Betrieb das Strömungsmittel in die Nut und über einen beträchtlichen Längenabschnitt davon eintreten lassen.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

eine Endansicht einer Zahnradpumpe gemäß der Erfindung, einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2; einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 2; einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 2; eine perspektivische Ansicht einer Verschleißplatte für die Zahnradpumpe gemäß den Fig. 1 bis 6;

Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 7;

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Verschleißplatte der Fig. 7 mit eingesetztem Dichtungskörper;

Fig. 9A eine Seitenansicht des Aufbaues in Fig. 9;

Fig. Io eine vergrößerte Draufsicht auf die zu der in Fig. 9 dargestellten Seite entgegengesetzte Seite des Dichtungskörpers ;

409884/0453

Fig. 11 eine Seitenansicht des Dichtungskörpers der Fig. Io; Fig. 12 eine Endansicht des Dichtungskörpers der Fig. Io und 11;

Fig. 13 einen vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang der Linie 13-13 der Fig. Io;

Fig. IU ein vergrößerter Querschnitt des Dichtungskörpers entlang der Linie IU-Ii+- der Fig. Io;

Fig. 15 einen vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang der Linie 15-15 der Fig. Io;

Fig. 16 einen vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang der Linie 16-16 der Fig. Io;

Fig. 17 einen erheblich vergrößerten Querschnitt des Dichtungskörpers entlang· der Linie 17-17 der Fig. lo, wobei der Dichtungskörper umgekehrt und teilweise benachbarte Elemente im Querschnitt dargestellt sind.

In den Fig. 1 bis 6 ist eine einfache Zahnradpumpe 2o gezeigt, obwohl die Erfindung auch bei anderen Strömungsmitteldruckvorrichtungen angewendet werden kann, z.B. bei Zahnradpumpen und -motoren mit pfeilverzahnten oder schräg verzahnten Rädern, bei Pumpen und Motoren mit Nockensteuerung (löbe-type), Drehkolbenpumpen und -motoren und 2 Flügelpumpen und -motoren (pivoting-vane and slidingvane types). Kurzum, kann die Erfindung praktisch bei jeder Strömungsmittelpumpe bzw. -motor angewendet werden,bei der die Verdrängung des Strömungsmittels zwangsläufig erfolgt und die mindestens ein sich drehendes und einer Druckdifferenz oder einem Druckgradienten ausgesetztes Arbeitselement mit einem Arbeitsabschnitt auf seinem Umfang und nicht arbeitenden Seitenflächen aufweist.

■~ 409884704 5 3

Die Zahnradpumpe .2o weist ein zweistückiges Gehäuse auf, das aus einem Gehäuseteil 2 2 und einem daran Defestigten (z.B. mittels Schrauben 26) Gehäuseteil 24 als Seitenabdeckung besteht. Außerdem können zur Erleichterung des Zusammenbaues Fixierstifte 2 8 vorgesenen sein. Das Gehäuseteil 24· weist eine Niederdruck-Einlai6öf fnung 3o und eine Hochdruck-Auslaßöffnung 32 auf, die über eine Schraubverbindung oder anderweitig mit einer Strömungsmittelquelle und einem Strömungsmittelempfänger verbunden sein können, von denen keiner gezeigt ist. Die Öffnungen 3o und 32 sind an ihren inneren Enden erweitert, wie in den Fig. 4 und b gezeigt ist.

Das Gehäuseteil 22 ist mit einer inneren gekrümmten Oberfläche versehen, die im allgemeinen die Form von zwei ineinander übergehenden parallelen Zylindern beschreibt. Eine innere ebene Fläche 36 des Gehäuseteils 22 schneidet die gekrümmte Fläche 34. Das Gehäuseteil 24 ist mit einer ebenen Oberfläche 3 8 versehen, die ebenfalls die gekrümmte Fläche 34 scnneidet und der Fläche 36 gegenüDerliegt, wenn das Gehäuseteil 24 am Gehäuseteil 22 befestigt ist. Die Flächen 34, 36 und 38 bestimmen eine Druckkammer bzw. einen Arbeitsraum 4o, bei dem die Oberfläche 34 eine Umfangsflache und die Flächen 36 und 38 Seitenflächen bilden.

Innerhalb des Arbeitsraumes 4o sind zwei sich drehende Arbeitselemente in Form von sich kämmenden Zahnrädern 4 2 und 44 angeordnet, von denen jedes auf seinem Umfang mit einem durch die Zähne 4 6

409884/04 5 3

gebildeten Aroeitsabschnitt versehen ist. Bei der dargestellten Pumpe 2o handelt es sich um eine Zahnradpumpe mit Geradverzahnung, bei der die Längsachsen der Zähne 4ö parallel zu den Drehachsen der Zahnräder 42 und 44 liegen, jedoch können ebensogut auch andere Zannradformen verwendet werden. In jedem Fall ergänzen sich die Spitzen der Zähne 46 und die benachbarten Abschnitte der Umfangsflache-34.

Die Zahnräder 42 und 44 sind an einer Seite mit zylindrischen Drehzapfen 48 versehen, die zur Drehung in komplementären zylindrischen Bohrungen 5o im Gehäuseteil 2 2 angeordnet sind und die Seitenfläche 36 durchsetzen. Ebene Seitenflächen 51 der Zahnräder umgeben die inneren Enden der Drehzapfen 4 8 und stehen zu den Drehachsen der Zahnräder 42 und 44 senkrecht. Der Drehzapfen 48 des Zannrades 44 weist einen Fortsatz 52 auf, der z.B. über eine Keilnut 5 4 und einen darin aufgenommenen Keil 5 6 mit einer Antriebsquelle verbunden werden kann. Auf den den Drehzapfen 48 entgegengesetzten Seiten der Zahnräder 4 2 und 44 sind koaxial dazu zylindrische Drehzapfen 5 8 für eine Drehung in im Gehäuseteil 24 ausgebildeten, komplementären zylindrischen Blindbohrungen Bo angeordnet, wobei sie die Seitenfläche 3 8 durchsetzen. Ggf. können die Bohrungen 6o sich durch das Gehäuseteil 24 nach außen hindurch erstrecken, wie es in den oben genannten Patentschriften gezeigt ist. Ebene Seitenflächen 61 der Zannräder 4 2 und 44 umgeben die inneren Enden der Drehzapfen 5 8 und stehen zu den Drehachsen der Zahnräder senkrecht. Die Seitenflächen bl sind gleich den Seiten-

409884/0453

flächen 61,so wie diese aus Fig. b hervorgehen.

Zwei Ausnehmungen 62 und 64 stehen in Verbindung mit dem Aroeitsraum 4o und unterbrechen dessen Fläche 34 . Die Ausnenmungen fluchten mit den zugeordneten Öffnungen 3o und 3 2 und wirken mit den erweiterten inneren Enden der Öffnungen zusammen, um die ungehinderte und kontinuierliche Einführung von Strömungsmittel sowie den Austritt des Strömungsmittels aus den Arbeitsabschnitten der Zahnräder 42 und 44 zu erleichtern. Offensichtlich steht beim Betrieb der Pumpe das Strömungsmittel in der Ausnehmung 64 unter einem höheren Druck als das Strömungsmittel in der Ausnehmung 62, wodurch die Ausnehmung 64 und die benachbarten Bereiche des Arbeitsraumes 4o als eine Strömungsmitteldruckquelle beschrieben werden können.

In den Fig. 7 bis 9 einschließlicn Fig. 9A ist insbesondere ehe Verschleißplatte 6b gezeigt, deren gekrümmte äußere Umfangsflache ü8 zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 7o und 7 2 aufweist. Die äußere Umfangsflache 6 8 ist im allgemeinen komplementär zur inneren Umfangsflache 34 des Arbeitsraumes 4o ausgebildet, weist aber aus einem bestimmten, noch später zu erläuternden Grund einen etwas kleineren Umriß auf, wie in übertriebener Form aus den Fig. und 6 hervorgeht. Die Umfangsflache 68 wird von zwei parallelen ebenen Oberflächen 74 und 76 senkrecht geschnitten, wobei die Fläche 74 eine Druckfläche und die Fläche 7o eine Verschleißfläche der Verschleißplatte ist,wie später noch erklärt werden wird.

-ύ-

409884/0453

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Verschleißfläche 76 mit zwei flacnen Ausnenmungen 78 und 8o versehen, durch die sonst auftretende üoergroiäe und schädliche Drücke vermieden werden, indem das zwischen den sich kämmenden Zähnen eingefangene Strömungsmittel entlastet wird.

In der Druckfläche 74 der Verschleißplatte 66 ist eine Nut 82 vorgesehen, die durch zwei Seitenwände 84- und 86 und einen die Seitenwände schneidenden Boden 8 8 bestimmt ist. Während die Seit-enwände 84 im Querschnitt im allgemeinen senkrecht zum Boden stehen, Dilden sie vorzugsweise mit dem Nutboden einen Winkel, der ein wenig größer als 9o° ist; z.B. etwa 9 5° in der bevorzugten Ausführungsform, so daß sicn die Nut von der Fläche 74 zum Nutboden 8 8 hin ein wenig verengt.

Ferner sind in der Druckfläche 74 zwei die Ausnehmung 7o der äußeren Umfangsflache 6 8 schneidende und mit der Nut 8 2 verbundene Kanäle 9o für den Zutritt von Strömungsmittel vorgesehen. Die Kanäle 9o sind vorzugsweise in jenen Bereichen der Druckfläche 74 angeordnet, die sich zwischen der Ausnehmung 7o und den der Ausnehmung am nächsten liegenden Punkten der Nut 8 2 befinden. Zylindrische Bohrungen 9 2 sind an den Verbindungsstellen zwischen den Kanälen 9o und der Nut 8 2 vorgesehen, um eine ungedrosselte VerDindung sicherzustellen.

Zwei zylindrische Bohrungen 94 sind in der Verschleißplatte 6b vorgesehen und scnneiden die Oberflächen 74 und 76. Die Bohrungen 94

409884/04 5 3 . " ^lo "

- Io -

sollen die Drehzapfen 78.der Zahnräder 42 und 44 umgeben, naben aber,wie in Fig. 3 übertrieben dargestellt ist, eine ÜDergröße, d.h., ihr Durchmesser ist aus einem bestimmten, noch später erläuterten Grund ein wenig größer als der des Drenzapfens 48. Wie zu sehen ist, umgibt die Nut 82 teilweise die ßonrungen und läuft dicht an der Ausnehmung 7o vorbei.

In den Fig. Io bis 17 ist eine Dichtungseinrichtung in Form eines einstückigen Dichtungskörpers too dargestellt. Der Dichtungskörper loo kann aus irgendeinem elastischen Material hergestellt werden, das im Hinblick auf Verschleiß und Extrusion genügend Widerstandsfest ist. Viele gefüllte Kunststoffe können diesen Anforderungen genügen, z.B. gefülltes Nylon, das von der Polymer Corporation unter dem Namen "Nylatron GS31" auf den Markt gebracht wird. Dem Fachmann jedoch ist klar, daß sogar Materialien wie Metall verwendet werden können.

Der Dicntungskörper loo weist im Prinzip eine erste üichtungswand Io2 und eine zweite Dichtungswand Io4 auf, die über eine gemeinsame Kante miteinander verbunden sind, Die Dichtungswand Io2 liefert eine erste äußere Dichtfläche loo, die in einer einzigen Ebene liegt, und eine der ersten Dichtfläche gegenüberliegende innere Druckfläcne Io8. Auf ähnliche Weise wird mit der zweiten üichtungs-

für

wand Io4/eine zweite äußere Dichtfläcne Ho gesorgt, die zum Eingriff mit der Seitenwand 84 der Verschleißplatte 66 ausgebildet ist, sowie für eine der zweiten Dicntflache gegenüberliegende innere Druckfläche 112. Wenn der üichtungskörper loo von der Nut 8 2

- 11 -

409884/0453

aufgenommen wird, sind die Dicntungswand Io2 und ihre Dichtfläche loö quer zur Nut 8 2 angeordnet, wohingegen die Dichtungswand Io4 und inre Dichtfläche Ho sicn nach innen relativ zur Nut von der Wand Io2 und der Flache Io6 erstrecken, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Ks ist wichtig, daß die Dichtflächen Io6 und Ho frei von Graten, GrüDchen und anderen Unregelmäßigkeiten sind. Obwohl die Dichtflächen Io6 und Ho im allgemeinen senkrecht zueinander stehen, bilden sie jedoch vorzugsweise den Supplementwinkel zu dem durch die Seitenwände 84 und 88 der Nut 82 bestimmten Winkel, so daß der Dicntungskörper loo sich mit seiner an der Seitenwand 84 kontinuierlicn angreifenden, zweiten Dichtfläche Ho sicher in der Nut befindet. Daher wird in der oevorzugten Ausführungsform der durch die Dichtfläcnen loo und Ho gebildete Winkel etwa 85° betragen.

Gemäß Fig. 17 kann nach bekannten mathematiscnen Gesetzen für die einem Querschnitt der Dichtungswände Io2 und Io4 darstellende ebene Figur ein Schwerpunkt bzw. Mittelpunkt 114 (centroid) bestimmt werden. Abgesehen von den noch später beschriebenen Strukturen des Dichtungskörpers loo bilden die gedankenmäßig miteinander verbundenen Mittelpunkte aller Querschnitte der Dichtungswände Io2 und Io4 eine imaginäre Mittelpunktslinie, die in einer einzigen, durch eine unterbrochene Linie 116 dargestellten Ebene liegt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die schlangenförmige Mittelpunktslinie die Form eines W. Dabei sind die Dichtungswände derartig um die MittelpunKtslinie angeordnet, daß die Dichtfläche lob relativ zur HittelpunKtslinie außen an der Jichtungswand Io2 und parallel

- 12 -

409 88 4/0453"

zur Ebene 116 liegt und daß die üicntfläche Ho relativ zur Mittelpunktslinie außen an der Dichtungswand Io4 gelegen ist und die Ebe-

bleibendem

ne 116 in gleich / Abstand von der Mittelpunktslinie schneidet. Daher folgen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Dichtungswände Io2 und Io4 und ihre zugeordneten Dichtflächen Io6 und Ho (undtiamit der Dichtungskörper loo ganz allgemein) der W-artigen Form der imaginären Mittelpunktslinie, wie am besten aus den Figuren 9 und Io zu sehen ist, wobei die Wände der Nut 8 2 für die Aufnahme des Dichtungskörpers eine komplementäre Form bestimmen. Andererseits ist klar, daß die Nut 82 und der Dicntungskörper loo jede andere Form gemäß der Erfindung aufweisen kann, einschließlich der in den zuvor genannten Patentschriften beschriebenen Formen. Die besondere Form einer bestimmten Dichtung wird sich im allgemeinen aus der Art und der Funktion der Vorrichtung ergeben, in der die neue Dichtungsanordnung verwendet werden soll, und im besonderen durch die Größen, Richtungen und Quellen der während des Betriebes auftretenden Strömungsmittelkräfte

Die Dichtungswände Io2 und Io4 sind mit freien, der gemeinsamen Kante entgegengesetzten Kanten 118 und 12o versehen. Ferner sind auf dem Dichtungskörper loo auf Abstand gehaltene, längliche Spannelemente 122 vorgesehen, um auf den Dichtungskörper loo eine Vorspannkraft auszuüben, die den Dichtungskörper nach außen aus der Nut 8 2 zu drücken versucht, wenn der Dichtungskörper und die Verscnleißplatte 66 in die Zahnradpumpe 2o eingebaut sind. Jedes Spannelement einer ersten Reihe von Spannelementen 12 2a erstreckt sich

- 13 -

409884/0453

— ld —

von. der Oberfläche Io8, und jedes Spannelement einer zweiten Reihe von Spannelementen 122b erstreckt sich von der Kante 12o der Dichtungswand Io4. Die Längsachsen der Spannelemente laufen parallel zueinander und erstrecken sich in einer im allgemeinen zur Dichtfläche Io6 senkrechten Richtung, wobei die freien Enden der Spannelemente alle den gleichen. Abstand zur Dichtfläche loo haben. Die Spannelemente bestimmen die Höhe des Dichtungskörpers loo, wie in Fig. 17 zu sehen ist, wobei die Höhe ein wenig größer als die Tiefe der Nut 8 2.gewählt wird, so daß die Dichtfläche Io6 ein wenig oberhalb der Fläche 74 der Verschleißplatte 66 und parallel zu ihr liegt, wenn der Dichtungskörper mit seinen am Nutboden 88 angreifenden Elementen 122 in der Nut eingesetzt ist. Zu den Elementen 122 ähnliche Spannelemente sind in den zuvor genannten Patentschriften beschrieben.

Erfindungsgemäß ist der Dichtungskörper loo ferner mit einer zusätzlichen Vorspanneinrichtung versehen, die aus mehreren, auf Abstand gehaltene quer verlaufende Spannelemente 124 besteht, die auf der -Kante 118 der Dichtungswand Io.2 ausgebildet und an der Seitenwand 86 angeordnet sind, wenn sich der Dichtungskörper in der Nut 8 2 befindet. Wie am besten aus den Fig» 3 und Io hervorgeht, bilden vier der quer verlaufenden Spannelemente VorSprünge 124b auf der Kante 118 an den äußersten Enden der Kante und des üxchtungskorpers loo, wooei jeder Vorsprung 124b einen Teil eines erweiterten Endes I126 bildet, was später noch genauer beschrieben werden wird.

tJedes quer verlaufende Spannelement weist eine äußere Oberfläche

Α09884/0Λ53 - l* -

128a oder 128b auf, wie am besten aus Fig. 9 nervorgeht, die mit der Dichtfläche lob koplanar ist und an sie angrenzt und daher einen Fortsatz von der üicntfläcne bildet. Außerdem weist jedes Element 124 eine Spannfläche 13oa oder 13ob auf, die im allgemeinen senkrecht zur äußeren Oberfläche 128a oder 128b verläuft, jedoch vorzugsweise einen Supplementwinkel zu dem durch die Wände 86 und 88 der Nut 82 bestimmten Winkel bildet. Daher ßilden in der bevorzugten AusfUhrungsform die äußere Oberfläche 128a, 128b und die Spannfläche 13oa, 13ob einen Winkel von etwa 8S°. Zusätzlich ist jede Spannfläche 13oa,13ob zur Anpassung an die benachbarte Fläche der Seitenwand 86 entsprechend geformt, wie am besten aus Fig. 9 hervorgeht, wodurch die Spannfläcne mit der Seitenwand 86 in kontinuierlicher Berührung steht. Jene zwischen einander benacnbarten Elementen 124- geJqgenen Bereiche der Kante 118 bilden Ausnehmungen der Dichtfläche Io6.

Jedes erweiterte Ende 126 weist eine Enddchtfläcne 132 auf, die im allgemeinen rechteckförmig ist und im allgemeinen senkrecht zur Dicntfläche Io6 verläuft und die einen spitzen Winkel mit der Dicntflache Io8 bildet. Die erweiterten Enden sind derart bemessen, daß sie die Enden der Nut 32 schließen, wie am besten in Fig. 9A gezeigt ist, wobei sie sich über die Kanten 118 und 12o hinaus erstrecken. Die Endflächen sind zur Anpassung an die Umfangsflache

entsprechend
68 der Verschleißplatte 66/geformt und gehen glatt in diese über, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Jedes erweiterte Ende 126 ist außerdem mit einer inneren Druckfläche 134 versehen, die im allgemeinen senk-

- 15 -

409884/0453

recht zur inneren Druckfläcne I08 steht und einen spitzen Winkel mit der inneren Druckfläche 112 bildet.

Somit ist nun leicht zu sehen, daß die erweiterten Enden 126 aufgrund der eben beschriebenen Form drei Funktionen erfüllen, nämlich die Enden der Nut zu schließen, eine Vorspannkraft in einer Richtung in der Weise wie die Elemente 122 zu vermitteln und eine Vorspannkraft in einer zweiten Ricntung zu vermitteln, wie jetzt im folgenden näher beschrieben wird.

Die Abmessung in Querrichtung der Dichtungswand Io2 an den quer verlaufenden Spannelementen 124 und einschließlich dieser wird derart gewänlt, daß die quer verlaufenden Spannelemente und die Seitenwand 8b zur Schaffung einer quer gerichteten Vorspannkraft auf die Üicntungswand Io2 in einer zur Kraftrichtung der Spannelemente 12 senkrechten Richtung zusammenwirken, wodurch eine mechanische Dichtung zwischen der zweiten Dichtfläche Ho und der Seitenwand 84

immer erhalten wird. Die quer gericntete Vorspannkraft liegt/dann vor,

wenn aer elastische Dichtungskörper loo fest in der Nut einsitzt.

Aus den Fig. 2, 9 und 17 geht hervor, daß Abschnitte der Kante von der Seitenwand 8 6 aufgrund der quer verlaufenden Spannelemente 124 auf Abstand gehalten sind und daß deshalb mit der Nut 82 in Verbindung stehende Zwischenräume 126 durch die einander benachbarten quer verlaufenden Spannelemente 124, die Kante 118 (oder die dadurch gecildeten Ausnehmungen der Dichtfläche lob) und die benacnbarte o> itenwand 86 bestimmt werden, wobei mit den Zwischen-

409884/0453 - io -

— 2ο —

räumen für einen Strömungsmittelzugang zur Nut und zu den inneren Drucjcf lachen loß und 112 gesorgt ist.

Bei der zusammengebauten Zahnradpumpe 2o ist der Dichtungskörper loo in der Nut 8 2 so angeordnet, wie es in den Fig. 9, 9A und 17 gezeigt ist, und die Verscnleißplatte ob ist in der Pumpe derart angeordnet, daß inre Druckfläche 74 der Fläche 3b des Hohlraumes 4o und inre Verschleißflache 7ö den Seitenfläcnen Sl der Zahnräder 42 und 4-4- gegenüberliegt. Die Ausnehmungen 7o und 72 der Umfangsfläcne ö8 der Verschleißplatte sind den Strömungsnitteldrücken in den jeweiligen Ausnehmungen 64 und 62 ausgesetzt, und die Drenzapfen 48 sitzen etwas locher in den Bonrungen 94 der Verscnleiß-.platte.

Die Abmessungen des Aroeitsraumes 4o, Jer Zannräder ^i und 44, der Verschleißplatte 56 und des Dichtungskörpers loo sind derart gewänlt, daß zum Eingriff der ersten Dichtfläche lob des Dichtungskörpers mit der Seitenfläcne 36 des Arjeitsraumes und zum Andrücken der Verschleißplatte an die Seitenfläcnen Sl der Zahnräder durcn die Spannelemente 122 eine Vorspannkraft in der entsprecnenden Ricntung ausgeübt wird. Auf diese Weise wird ein Zwischenraum 13 zwischen den gegenüberliegenden Fläcnen 36 und 74 bestimmt, der eine Verbindung zwischen der Ausnenmung 64 auf der einen Seite und den Zwischenräumen 136 und damit der Nut 82 auf der anderen Seite herstellt. Gleicnzeitig wird durch die Vorspannxraft der quer verlaufenden Spannelemente 124 der Eingriff der zweiten Dichtfläcne

- 17 -

409884/0453

Ho an der' Seitenwand 84 der Nut 82 erhalten.

Arbeitsweise:

Die prinzipielle Arbeitsweise von Zahnradpumpen ist allgemein bekannt und wird daher nur kurz beschrieben. Die Einlaßöffnung 3o ist mit einer geeigneten Strömungsmittelquelle verbunden, und die Auslaßöffnung 32 ist mit einem geeigneten Strömungsmittelempfänger verbunden. Der Fortsatz 52 des Drenzapfens 48 wird mit Hilfe des Keils Sb zum Antrieb des Zahnrades 44 in Drehung versetzt, das üoer die sicn Kämmenden Zähne 4b das Zahnrad 4 2 antreibt. Die iJrehricntungen der Zahnräder sind in Fig. 6 durch Pfeile angedeutet. Jas Strömungsmittel wird durch die sicn drehenden Zähne in sicn- längs erstreckenden, rotierenden Kammern oder Zwischenräumen eingefangen, die kontinuierlich durch die benachbarten Zähne zusammen mit aen Flächen 34, 36 und 38 gebildet werden, wobei das Strömungsmittel zur Ausnehmung ö4 geliefert wird , wenn sich die Zähne außer Eingriff bewegen und bevor die Zähne wieder ineinander eingreifen. Das Strömungsmittel wird dadurch kontinuierlich in die Ausnehmung t>2 Dei einem relativ niedrigen Druck über die Einlaßöffnung 3o gezogen und kontinuierlicn bei einem relativ hohen Druck über die Ausnehmung 64 und die Auslaßöffnung dl augegeben.

Jowie eine Strömungsmitteldruckdifferenz an den Zahnrädern 4^ und 44 nerrscnt, d.a. zwischen den Ausnenmungen 62 und 64, wird die Verschleiiipl atte ob in der Fig. 3 nacn liriKS geidrückt. Di(¹^e iiewe-

-M-

'409884/0453

gung ist durch die unterbemessene Umfangsfläche 6 8 und die überbemessenen Bohrungen 94 möglich, wie es zuvor bereits erwähnt wur-

und
de/in der Fig. 3 übertrieben gezeigt ist. Wie außerdem aus Fig. 3 hervorgeht, bildet dadurch die linke Seite der Umfangsfläche 68 eine Dichtung mit dem gegenüberliegenden Abschnitt der Fläche 3 4 des Arbeitsraumes 4o. Die'Endflächen 132 des Dichtungskörpers loo werden gleichfalls an der Fläche 34 angreifen und die Enden der Nut 8 2 abdienten. Zur gleichen Zeit kann Hochdruck-Strömungsmittel aus der Ausnehmung b4 und deren Nachbarscnaft über die Kanäle 9o und einen den Zwischenraum 13 8 und die damit verbundenen Zwischenräume 13b umfassenden Kanal in die Nut 82 eintreten. Das so eingetretene riochdruck-Strömungsmittel sorgt nun durch seinen auf die üruckfläcnen Io8 und 112 wirkenden Druck für Dichtkräfte, die die Dichtfläche loo gegen die gegenüberliegende Fläche des Arbeitsraumes 4o und die Dichtfläche Ho gegen die Seitenwand 84 der Nut 82 drücken. Die Vorspanneigenschaften des Dichtungskörpers loo erleicntern die Druckbeaufschlagung des Dichtungskörpers beim Anlaufen der Pumpe, indem bei abgeschalteter Pumpe für eine mechaniscne Dichtung gesorgt ist.

üurcn die so gebildete Abdichtung zwischen dem Dichtungskörper loo, der Verschleißplatte 66 und der Fläche 36 des Arbeitsraumes 4o werden genau oestinunte Druckbelastungszonen auf der Druckfläcne//¹+ der Verschleißplatte geschaffen. Wie insbesondere aus Fig. y zu erkennen ist, umfaßt die Hochdruckzone denjenigen Bereich der Fläche 74, der oberhalu, unterhalb und links vom Dichtungskörper loo

- 1-J -

409884/0453

liegt, während die Niederdruckzone den Bereich rechts vom Dichtungsköprer umfaßt. .

Offensichtlich wirken die Kräfte, die sich aus den auf die jeweiligen Belastungszonen ausgeübten Drücke ergeben, in wirksamer Weise den innerhalb des Aroeitsraumes Ho erzeugten Strömungsmittelkräften entgegen und drücken die Verschleißplatte 66 in Fig. 2 nach links in Eingriff mit den Seitenfläcnen 51 der Zahnräder 42 und 44, wodurch die Zahnräder im Bereich zwischen den Seitenflächen 51 und der Verschleißfläche 7 6 und in dem Bereich zwischen den Seitenfläcnen 61 und der Seitenfläche 3 8 belastet werden. Dieser kräfteausgleichende Effekt kann unabhängig von der Drehzanl der Zahnräder hervorgerufen werden.

Es ist nicht wesentlich, daß die Verschleißplatte auf der rechten Seite des Arbeitsraumes 4o angeordnet ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Dichtungsanordnung arbeitet genau so gut, wenn die Verschleißplatte umgedreht, umgekehrt und an der linken Seite des Arbeitsraumes mit der Druckfläche 74 an der Seitenfläche 38 und der VerschleBflache 76 an den Seitenflächen 61 der Zahnräder angeordnet wird. In diesem Fall werden natürlich die Zahnräder in Fig. I nacn recnts gedrückt, wobei ihre Seitenflächen 51 unmittelbar an der Seitenfläche 3 6 zu liegen kommen. In ännlicner Weise können zwei Verschleißplatten auf jeder Seite des Arbeitsraumes 4o vorgesehen werden.

Obwohl das Teil 66 andauernd als Verschleißplatte bezeichnet wurde,

409884/0453 " ^2o "

- 2ο -

ist es klar, daß es auch die Funktion einer Druckplatte erfüllen kann ^ auf die auf die Zahnräder einwirkende unausgeglichene Axialkräfte ausgeübt werden, wie sie z.B. in einer schräg verzahnten Zahnradpumpe (oder Motor) auftreten könnten.

Jedem Fachmann ist klar, daß.die als Zahnradpumpe beschriebene Strömungsmitteldruckvorrichtung 2o auch als Strömungsmittelmotor verwendet werden könnte, indem die Öffnung 32 an eine äußere Strömungsmitteldruckquelle angeschlossen wird. Das so mit Druck in die Ausnehmung 64 eingeführte Strömungsmittel treibt dann die Zahnräder 12 und 44 in zu den in Fig. 6 dargestellteiYRichtungen entgegengesetzten Richtungen an, wobei über die Ausnehmung 6 2 und die Öffnung 3o Strömungsmittel mit relativ niedrigem Druck abgegeben wird. Der Drehzapfenfortsatz 5 2 wird dann zu einem Antriebsglied. Es wird jedoch besonders darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung dabei genauso funktioniert, wie vorher beschrieben worden ist.

Andererseits kann die Verschleißplatte so ausgebildet werden, daß sie umkehrbar ist, indem geeignete Nut- und Dichtungskörperformen vorgesehen werden, wie sie z.3. in der zuvor genannten Patentschrift 3 348 49 2 beschrieben sind. Bei einer umkehrbaren Verschleißplatte können die Hoch- und Niederdruckseiten des Arbeitsraumes 4o vertauscht werden, wenn die Vorrichtung als Strömungsmittelmotor verwendet wird. In einem derartigen Fall drehen sich dann die Zahnräder in denselben Richtungen weiter und die Öffnungen 3o und 3 2 blei-Den jeweils die Einlaß- und die Auslaßöffnung. Auf der anderen

409884/0453

Seite kann mit der Verschleißplatte und dem Dichtungskörper, wie sie hier gezeigt sind, dieselbe Arbeitsweise realisiert werden, indem einfach die Verschleißplatte ausgebaut, umgedreht und mit dem Dicntungskörper wieder an der Seitenfläche 36 eingebaut wird.

Es sei insbesondere bemerkt, daß die Nut 82 ebensogut in der Seitenfläche 36 anstelle der Druckfläche 74 der Verschleißplatte vorgesehen sein kann. Bei dieser Änderung weist die Druckfläche 74 keine Unterbrechungen auf, und die gegebenenfalls vorgesehenen Kanäle 9o werden in der Fläche 36 ausgebildet -und verbinden die Nut direkt' mit der Ausnehmung 64. Die Arbeitsweise der Dichtungsanordnung bleibt dabei im wesentlichen die gleiche. Durch die Vorspannung wird eine mechanische Abdichtung zwischen dem Dichtungskörper und einer Seitenwand der Nut und zwischen dem Dichtungskörper und der Druckfläche 74 der Verschleißplatte geschaffen, wodurch die Druckbelastungszonen auf der Verschlexßplatte bestimmt werden. Durch das Eindringen von Hochdruck-Strömungsmittel in die Nut (in !derselben Weise wie zuvor beschrieben) wird die Dichtung mit Druck •belastet, und die Kräfte, die sich aus den auf die Bdastungszonen wirkenden Drücke ergeben, werden die Verschleißplatte in einaföichtung für die Belastung der Zahnräder drücken.

- 22 -

409884/0453

Claims (8)

Patentansprüche

1.) Dichtungsanordnung für eine Strömungsmitteldruckvorrichtung, mit Hilfe der eine vollständige Abdichtung zwischen zwei ebenen Flächen in dieser Vorrichtung erzielt werden kann, gekennzeichnet durch eine Nut (82) in einer der ebenen Flächen (74), einen in die Nut einzusetzenden Dichtungskörper (loo), wobei die Nut auf Abstand voneinander gehaltene Seitenwände (84,86) und der Dichtungskörper zwei Dichtflächen (Io6,llo) aufweist, von denen oei eingesetztem Dichtungskörper die erste quer zur Nut liegt und an der anderen ebenen Fläche (36) anliegt und de zweite (llo) an einer der Seitenwände (84) anliegt und sich von der ersten Dichtfläche nach innen bezüglich der Nut erstreckt, eine an der anderen Seitenwand (86) angreifende, am Dichtungskörper vorgesehene Vorspanneinrichtung (124) zur Ausübung einer Vorspannkraft auf den Dichtungskörper in einer Querrichtung zur Nut. um die zweite Dichtfläche in Anlage mit der einen Seitenwand zu drücken, und durch Einrichtungen (9o,136), mit deren Hilfe das Strömungsmittel in die Nut eindringen und den Dichtungskörper

- 23 -

409884/0453

gegen die eine Seitenwand und gegen die andere ebene Fläche drükken kann.

2. Dicntungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung mehrere, voneinander auf Abstand gehaltene Spannelemente (124) auf der bei eingesetztem Dichtungskörper an der anderen Seitenwand (86) angeordneten Kante (118) der ersten Dichtfläche (Io6) aufweist, wobei zumindest ein Teil der Kante zwischen benachbarten Spannelementen ausgenommen ist, und daß die Einrichtungen, mit deren Hilfe das Strömungsmittel in die Nut eindringen kann, einen mit der Nut in Verbindung stehenden Zwischenraum (136) aufweisen, der durch diese Ausnehmung die andere Seitenwand und die benachbarten Spannelemente bestimmt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine erste Dichtungswand (Io2), die quer zur Nut (82) verläuft, wenn der Dichtungskörper (loo) derart eingesetzt ist, daß sich die Dichtfläche (lio) der zweiten Dichtungswand (Io4) in Anlage mit der einen Seitenwand (84) der Nut befindet, wobei die erste Dicntungswand derart bemessen ist, daß mindestens ein zu dieser einen Kante entgegengesetzter Teil ihrer Kante (118) von der anderen Seitenwand der Nut unter der Druckwirkung der Vorspanneinrichtung auf Abstand gehalten ist, um so einen Strömungsmittelzugang zur Nut und zu den inneren Druckflächen der Dichtungs* wände zu schaffen.

- 24 -

409884/04 5 3

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung mehrere, auf dieser entgegengesetzten Kante (118) der ersten Dichtungswand (Io2) in Abständen zueinander angeordnete Spannelemente (124) aufweist, wobei die entgegengesetzte Kante zwischen benachbarten Spannelementen ausgenommen ist, und den von der einen Seitenwand (86) auf Abstand gehaltenen Teil zu schaffen.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (82) einen jede der Seitenwände (82,84)schneidenden Boden (88) aufweist und daß der Dichtungskörper (loo) mit weiteren Spannelementen (122) versehen ist, die am Boden der Nut zur Ausübung einer Vorspannkraft auf den Dichtungskörper angreifen und den Dichtungskörper aus der Nut (82) zu drücken versuchen.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Platte (66) mit ebenen Flächen (74,76), eine Nut (82) mit zwei auf Abstand voneinander gehaltenen Seitenwänden (84,86) in einer der ebenen Bächen, einen in die Nut eingesetzten elastischen Dichtungskörper (loo) mit zwei Dichtflächen (Io6,llo), von denen die erste quer zur Nut liegt und nach außen von- der Nut

; wegschaut und die zweite (llo) sich in Anlage mit einer der Seitenwände (84) befindet und sich von der ersten Dichtfläche relativ zur Nut nach innen erstreckt, und durch eine am Dichtungskörper vorgesehen Vorspanneinrichtung (124), die zur Aus-

; übung einer Vorspannkraft auf den Dichtungskörper in einer Quer-

- 25 -

409884/0453

richtung zur Nut an der'anderen Seitenwand (86) angreift, um die zweite Dichtfläche in Anlage mit der einen Seitenwand zu drücken.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durchinindestens eine Bohrung (94) in der Platte (66), die die ebenen Flächen (74, 76) schneidet, wobei ein Teil der Nut (82) mindestens teilweise die Bohrung umgibt.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (66) eine im allgemeinen gekrümmte, die ebenen Fläcnen (74,76) schneidende Umfangsflache (68) aufweist sowie zwei gegenüberliegende Ausnehmungen (7o,72) in der Umfangsflache,wo bei der die Bohrung umgebende Teil der Nut (82) nahe an einer der Ausnehmungen (7o) vorbeiläuft und die Einrichtungen, mit deren Hilfe das Strömungsmittel in die Nut eindringen kann, einen mit der Nut in Verbindung stehenden und die eine Ausnehmung an der Umfangsflache an einem der Nut am nächsten gelegenen Punkt schneidenden Kanal (9o) in der einen Fläche (74) aufweist.

409884/0453

Leerseite