DE2604969C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder einen Zahnrad­ motor mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Bei einer bekannten Zahnradpumpe der vorstehend angegebenen Art (FR-PS 20 21 750) weisen die Dichtelemente auf ihrer Außenseite eine Verzahnung auf, die mit einer korrespondierenden Verzahnung in der Wand der Gehäusebohrung in Eingriff steht. Im Bereich dieser Verzahnung sind das Dichtelement durch­ setzende Bohrungen vorgesehen, so daß hierdurch auf der Innen- und der Außenseite des Dichtelements Druckgleichheit, nämlich Betriebsdruck, herrscht. Der Betriebsdruck in der Verzahnung beschränkt sich dabei auf die der eigentlichen Druckkammer der Zahnradpumpe benachbarte Zahnlücke, während der zur Niederdruckseite hin gelegene weitere Teil des Dicht­ elementes ebenfalls im Druckgleichgewicht, jedoch unter einem niedrigeren Druck steht. Die Auflage der Dichtelemente auf den Zahnköpfen ergibt jedoch in Verbindung mit der Ver­ zahnung, die die Dichtelemente am Gehäuse festhält, eine gewisse Fixierung der Dichtelemente, die deren Beweglich­ keit beschränkt. Die Dichtelemente sind somit nicht in der Lage, der im Lauf des Betriebes eintretenden, schräg nach außen erfolgenden Verschiebung der Zahnräder zur Nieder­ druckseite hin genau zu folgen. Dies führt daher im Laufe der Zeit zur Vergrößerung der Dichtspalte an den Zahnköpfen. In ähnlicher Weise wirkt der schroffe Übergang zwischen dem Niederdruck- und dem Betriebsdruckbereich, so daß eine fein­ fühlige Abstimmung und auch eine Verminderung der Geräusch­ bildung der Zahnradmaschine nicht möglich sind.

Um die auf der Hochdruckseite auftretenden Spalte zwischen dem Gehäuse und dem Außenumfang der Zahnräder klein zu halten, ist auch schon eine weitere Lösung bekannt geworden (US-PS 29 96 999), bei der in einer Ausnehmung des Gehäuses auf der Hochdruckseite zwei voneinander unabhängige schwimmend ge­ lagerte Klötze vorgesehen sind, die mit einer dem Außenumfang der Zahnräder angepaßten zylindrischen Dichtfläche auf den Zahnköpfen aufliegen, zwischen sich den Auslaßkanal bzw. einen Teil der Druckkammer der Zahnradpumpe bilden und auf ihrer Außenseite vom Betriebsdruck der Pumpe beaufschlagt sind. Die Klötze liegen mit ihren Flanken an Dichtflächen des Gehäuses an und dichten somit die Hochdruckseite gegen die Niederdruckseite hin ab. Zugleich dienen diese Dicht­ flächen in gewissem Sinn als Führungen für die Klötze, die durch Druckfedern auseinander und gegen die Dicht­ flächen gespreizt werden. Die klotzartige Ausbildung der Dichtelemente und deren Anliegen an den genannten Dich­ flächen ergeben jedoch in Verbindung mit der Auflage auf den Zahnköpfen in ähnlicher Weise wie dies zuvor ge­ schildert worden ist, eine Fixierung der Dichtelemente, die deren Beweglichkeit auf eine mehr oder weniger gerad­ linige Verschiebbarkeit beschränkt. Auch hier sind somit die Dichtelemente nicht in der Lage, der im Laufe des Betriebes eintretenden Verschiebung der Zahnräder zur Niederdruckseite hin genau zu folgen, so daß die Dicht­ spalte an den Zahnköpfen und/oder an den Dichtflächen sich allmählich vergrößern. Darüber hinaus erfordert die klotzartige Ausbildung der Dichtelemente eine Gehäuse­ ausnehmung, die das Gehäuse vergrößert und dessen Her­ stellung verteuert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zahnradmaschine so zu verbessern, daß sich die Dichtelemente bei Radialverschiebungen der Zahnräder leicht anpassen können, wobei eine Abstimmung der auf die Dichtelemente wirkenden radialen Druckkräfte möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausge­ staltung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Dichtelemente in der Lage, den Zahnradbewegungen durch Verschiebung oder Verschwenkung exakt zu folgen und somit für eine Konstanthaltung der ursprünlgich einge­ stellten Dichtspalte zu sorgen. Durch die Freiheit bezüglich der genauen Anordnung der Dichtleiste im Endbereich des Dichtelements ist es überdies möglich, die resultierende Andrückkraft der Dichtelemente an die Zahnköpfe fein­ fühlig abzustimmen, z. B. die auf der Zahnradseite im Bereich der Zahnköpfe geringeren oder fehlenden Druck­ kräfte zu berücksichtigen. Die Anordnung der Dichtleiste vor dem niederdruckseitigen Ende des Dichtelements an einer ausgewählten Stelle führt auch zu einer Beschränkung der vom Betriebsdruck beaufschlagten Fläche der Dichtelement­ rückseite, so daß die gewünschte Abstimmung der auf das Dichtelement insgesamt wirkenden Druckkräfte erreicht wird. Dadurch herrscht auch am niederdruckseitigen Ende des Dichtelements allenfalls Druckgleichheit zwischen Vorder- und Rückseite, keinesfalls jedoch ein höherer Druck auf der Rückseite, durch den das freie Ende des Dichtelements in eine ankommende Zahnlücke gedrückt werden könnte. Die Vorfüllschlitze, die zweckmäßigerweise einen zur Hochdruckseite hin zunehmenden Querschnitt aufweisen, bewirken eine sukzessive Füllung der Zahnlücken nach deren Eintritt in den von den Dichtelementen überdeckten Raum und tragen damit ebenfalls zur Abstimmung der auf die Dicht­ elemente wirkenden radialen Druckkräfte und vor allem zu einem sehr geräuscharmen Betrieb der Zahnradmaschine bei.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist vorgesehen, daß auf der Außenseite jedes Dicht­ elements durch Anordnung mindestens einer weiteren Dicht­ leiste Druckfelder abgegrenzt sind, von denen die im Bereich der Vorfüllschlitze liegenden Druckfelder von der Innenseite des Druckelements her mit dem Vorfülldruck beaufschlagt sind. Die Beaufschlagung erfolgt zweckmäßigerweise über eine im Dichtelement selbst vorgesehene Bohrung, die die Außenseite mit der Innenseite des Dichtelements verbindet. Hierdurch läßt sich der auf der Außenseite des Dichtelements wirksame Druck, der es an die Zahnköpfe anlegt, über die Länge des Dichtelements feinfühlig auf den in den Zahnkammern wirk­ samen Druck abstimmen, so daß nur ein geringer Verschleiß der Zahnköpfe und des Dichtelements auftritt. Es ist auch möglich, zusätzlich zur rein hydraulischen Belastung der Dichtelemente Federkräfte od. dgl. auf diese aufzubringen.

Ist die erfindungsgemäße Zahnradmaschine für den Reversier­ betrieb eingerichtet, so sind Dichtelemente auch an der jeweiligen Niederdruckseite angeordnet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Buchsenpumpe längs der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 eine Stirnansicht der Buchsenpumpe gemäß Fig. 1 bei abgenommenem Gehäusedeckel;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche (halbierte) Darstellung einer modifizierten Ausführungsform einer Buchsenpumpe;

Fig. 4 eine Darstellung analog zu Fig. 3 einer weiteren modi­ fizierten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Stirnansicht auf eine im Reversierbetrieb betreib­ bare Buchsenpumpe bei abgenommenem Gehäusedeckel;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Innenseite eines Dichtelements mit Vorfüllschlitzen und Steuernuten, und

Fig. 7, 8 den Fig. 1, 2 ähnliche Darstellungen einer Zahnrad­ maschine in Dreiplattenbauweise.

Die Buchsenpumpe gemäß den Fig. 1 und 2 besteht im wesent­ lichen aus einem Gehäuse 1 mit zwei nebeneinanderliegenden, sich teilweise überschneidenden Bohrungen 2, in welche buchsenförmige Lagerkörper 3 für die Achs- bzw. Wellenstummel von Zahnrädern 4 eingesetzt sind. Das Gehäuse 1 ist an beiden Seiten durch Deckel 5 verschlossen. Zwischen den durch die Deckel 5 gebildeten Ge­ häusewandungen und den äußeren Stirnseiten der buchsenförmigen Lagerkörper 3 ist jeweils eine endlose Dichtung 6 angeordnet, deren Form in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Aus der Fig. 2 geht auch hervor, daß durch jede Dichtung 6 auf der - in der Zeichnung links liegenden - Hochdruckseite ein axiales Druckfeld 7 umgrenzt wird, das sich über den zwischen dem Gehäuse 1 und den buchsenförmigen Lagerkörpern 3 befindlichen Spalt radial hinauserstreckt und auch den Eingriffsbereich der Zahnräder 4 erfaßt.

Da der Kopfkreisdurchmesser der Zahnräder 4 kleiner als der Durchmesser der Gehäusebohrungen 2 ist, wird zwischen den Wan­ dungen der Gehäusebohrungen 2 und dem Außenumfang der Zahnrä­ der 4 ein Ringraum geschaffen, in welchem auf der Hochdruck­ seite Dichtelemente 8 angeordnet sind, die die Form dünner Kreis­ zylinderschalen oder -segmente haben. Die Dichtelemente 8 lie­ gen mit ihrer Innenseite auf den Zahnköpfen der Zahnräder 4 auf und stützen sich mit ihren Längsseiten an den buchsenförmi­ gen Lagerkörpern 3 ab (Fig. 1). Mit ihrer Außenseite bilden sie zur Wand der jeweiligen Gehäusebohrung einen Spalt 9, über den sie mit dem Betriebsdruck der Zahnradpumpe beaufschlagt sind. Die Länge der Dichtelemente 8 beträgt im dargestellten Aus­ führungsbeispiel mehrere Zahnteilungen; kurz vor ihrem nieder­ druckseitigen Ende sind sie durch eine Dichtleiste 10 bzw. 10′ gegen eine Verschiebung entgegen der Drehrichtung der Zahnräder 4 gesichert. Die Dichtleisten 10, 10′ dichten überdies die Hoch­ druckseite, die sich über den Spalt 9 bis zur Dichtleiste 10, 10′ erstreckt, gegen die Niederdruckseite der Zahnradpumpe ab. Die Fig. 2 zeigt zwei unterschiedliche Gestaltungsmöglichkei­ ten für die Dichtleisten, wobei in der oberen Hälfte die Dicht­ leiste 10′ einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet ist und in eine Nut 11 des Dichtelements 8 eingreift, während in der unte­ ren Hälfte die Dichtleiste 10 als gesondertes Teil dargestellt ist, das sowohl in der Nut 11 des Dichtelements 8 als auch in einer Nut des Gehäuses 1 liegt.

Die Umfangslänge des von den Dichtelementen 8 auf den Zahn­ rädern 4 überdeckten Raumes ist größer als diejenige des Spaltes 9. Das Verhältnis der Länge dieser Räume bestimmt sich daraus, daß auf der Außenseite der Dichtelemente 8 durch­ wegs der volle Betriebsdruck lastet, während ihre Innenseite infolge der gleitenden Anlage der Zahnköpfe nicht vollständig dem in den Zahnlücken herrschenden Druck ausgesetzt ist. Durch die Lage der Dichtleiste 10, 10′ läßt sich somit die Andrück­ kraft der Dichtelemente 8 an die Zahnköpfe nach den gegebenen Verhältnissen feinfühlig steuern. Die Dichtelemente 8 können aufgrund der gezeigten Gestaltung den im Betrieb auftretenden und durch den Verschleiß bedingten Bewegungen der Zahnräder 4 durch Verschwenkung um bzw. Verschiebung längs der Dichtleisten 10, 10′ genau folgen, so daß die bestehenden Spalten stets klein bleiben.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 zeigen Dicht­ leisten 10, die ausschließlich Dichtfunktion haben; die Ab­ stützung der Dichtelemente 8 erfolgt durch eine Schulter 12 des Gehäuses 1. In diesem Fall sind die Dichtleisten 10 durch nicht gezeigte Kanäle auf ihrer Rückseite mit dem Betriebsdruck und gegebenenfalls zusätzlich durch eine gezeigte Blatt­ feder beaufschlagt, um sie in Dichtkontakt mit den Dichtelemen­ ten 8 zu halten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird ein Dichtelement 8 ge­ mäß Fig. 6 verwendet, das auf seiner Innenseite, mit der es auf den Zahnköpfen des zugeordneten Zahnrades 4 aufliegt, mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Vorfüllschlitzen 13 ver­ sehen ist, die in Steuernuten 14 übergehen. Die Vorfüllschlitze 13 beginnen in einem geringen Abstand vor dem niederdruckseitigen Ende 15 des Dichtelements 8, wo sie noch einen sehr kleinen Quer­ schnitt haben, und verlaufen mit zunehmendem Querschnitt in Rich­ tung auf das hochdruckseitige Ende 16 des Dichtelements. Sie er­ strecken sich auf ungefähr ¹/₃ der Länge des Dichtelements 8, der "Vorfüllzone", und gehen dann in die Steuernuten 14 mit konstan­ tem Querschnitt über, die an dem hochdruckseitigen Ende 16 münden. Der Querschnitt der Vorfüllschlitze 13 ist zweckmäßigerweise dreieckig. In Fig. 6 ist gestrichelt die Lage der Dichtleiste 10 in der Vorfüllzone angedeutet. Diese ist so gewählt, daß die auf der Innen- und Außenseite des Dichtelements wirksamen Drücke gerade eine so große Anlagekraft ergeben, daß kein wesentlicher Verschleiß an den Zahnköpfen und am Dichtelement auftritt.

Die Vorfüllschlitze 13 sorgen für eine weiche Füllung und Druck­ belastung der unter das Dichtelement 8 eintretenden Zahnkammern und damit für einen geräuscharmen Betrieb der Zanradpumpe.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind zwei zueinander pa­ rallelliegende Dichtleisten 10 vorgesehen, die zwischen sich ein Druckfeld abgrenzen, das über eine Bohrung 16 im Dichtelement 8 mit dem Druck der Vorfüllzone beaufschlag ist. Bei dieser Ausge­ staltung ist die Abstimmung der auf Außen- und Innenseite des Dichtelements wirkenden Drücke und die verschleißfreie Ein­ stellung einfacher.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 sind auch auf den Stirnseiten der Zahnräder 4 Vorfüllschlitze 13′ und daran anschließende Steuernuten 14′ vorgesehen.

Die Fig. 5 zeigt eine Zahnradmaschine, die einen Reversierbetrieb ermöglicht. Zu diesem Zweck sind auf beiden Seiten, d. h. auf der jeweiligen Hochdruck- und der Niederdruckseite, Dichtelemente 8 und Dichtungen 6 angeordnet. Die Form der Dichtungen 6 geht wie­ der gestrichelt aus Fig. 5 hervor. Dabei ist erkennbar, daß von den Dichtungen 6 bei dieser Ausführungsform der Bereich des Zahn­ eingriffes der Zahnräder 4 nicht erfaßt wird. Dieser wird viel­ mehr durch eine gesonderte rechteckige Dichtung 6′ umschlossen, die somit ein gesondertes axiales Druckfeld 7′ bildet. Das Druck­ feld 7′ ist den beiden außenliegenden Druckfeldern 7 gemein­ sam, d. h. es dient in Verbindung mit jeweils einem dieser Druck­ felder zur Abgrenzung der jeweiligen Hochdruckseite gegenüber der Niederdruckseite.

Die Dichtelemente 8 weisen bei dieser Ausführungsform an ihren einander zugewendeten Enden einen Absatz 20 auf, der eine Schulter des Gehäuses hintergreift. Auf dem Absatz 20 zweier zusammenge­ hörender Dichtelemente stützt sich außerdem eine Druckfeder 21 ab, die die Dichtelemente auseinanderspreizt. Hierdurch sind die Dichtelemente 8 bei jeder Drehrichtung der Zahnräder 4 gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung gesichert. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die mit dem Ansatz 20 der Dichtelemente zusammenwirkende Schulter am Gehäuse etwas abgeschrägt, so daß die Dichtelemente 8 der im Betrieb auftretenden Verschiebung der Zahnräder 4, deren Richtung durch den Pfeil 22 angedeutet ist, folgen können. Hierbei ist angenommen, daß die Hochdruckseite in der Zeichnung rechts liegt. Um den Spalt auf der Außenseite der Dichtelemente 8 mit dem Betriebsdruck zu beaufschlagen, sind zwischen dem Vorsprung 20 und der zugehörigen Schulter des Ge­ häuses nicht gezeigte Verbindungskanäle vorgesehen. Die Dicht­ leisten 10 liegen bei dieser Ausführungsform in Nuten 11 der Dichtelemente 8 und werden ebenfalls durch nicht gezeigte Ver­ bindungskanäle, die zum Nutgrund führen, mit Betriebsdruck beaufschlagt, um eine Dichtanlage an der Wand der Gehäuseboh­ rung zu erzielen. Gegebenenfalls ist auch hier eine zusätzliche Anlagekraft durch eine in der Nut liegende Blattfeder vorhan­ den.

Die Fig. 7, 8 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Zahnradmaschine in Dreiplattenbauweise. Hierbei sind die Zahnräder 4 in bekannter Weise mit ihren Achsstummeln nicht in gesonderten buchsenförmigen Lagerkörpern, sondern in zwei äußeren Platten 30 gelagert, die zwischen sich eine Mittel­ platte 31 mit den die Zahnräder 4 aufnehmenden Gehäusebohrungen einschließen. Die Zahnräder 4 liegen mit einer Stirnseite unmittelbar an einer der Platten 30, mit der anderen Stirnseite an einer Dichtplatte 32 an, die in einer Ausnehmung der zuge­ ordneten Platte 30 gelagert und durch eine Dichtung 6 abge­ dichtet ist. Durch die Dichtung 6, deren Form aus Fig. 8 her­ vorgeht, wird ebenfalls ein axiales Druckfeld 7 geschaffen. Im übrigen entsprechen Anordnung und Ausbildung der Dicht­ elemente 8 und der Dichtleisten 10 denjenigen der Ausführung nach Fig. 3.

Die Länge der Dichtelemente 8 wird jeweils entsprechend den Erfordernissen gewählt. In den dargestellten Ausführungsbei­ spielen beträgt sie etwa ¹/₄ des Außenumfangs der Zahnräder 4. Anstelle der in den Ausführungsbeispielen gezeigten im Quer­ schnitt rechteckigen oder quadratischen Dichtleisten 10 können auch kreiszylindrische Dichtleisten eingesetzt werden, die, wie sich gezeigt hat, ebenfalls eine sehr gute Abdichtung er­ geben. Das hat den Vorteil, daß als Dichtleisten 10 Lager­ nadeln verwendet werden können.

Claims (8)

1. Zahnradpumpe oder -motor mit zwei in Eingriff stehenden außenverzahnten Zahnrädern, zwischen deren Zahnköpfen, auf diesen aufliegend, und der Wand der Gehäusebohrung sich über eine bestimmte Umfangslänge zwei voneinander unabhängige schwimmend gelagerte und die Form einer teilzylindrischen Schale aufweisende Dichtelemente er­ strecken, die gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung der Zahnräder zur Niederdruckseite hin durch Formschluß­ eingriff mit dem Gehäuse abgestützt sind, auf ihrer Außenseite teilweise mit dem Betriebsdruck beaufschlagt und am Gehäuse gegen die Niederdruckseite abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Dichtelement (8) und der Wand der Gehäusebohrung (2) in der Nähe des niederdruckseitigen Endes des Dicht­ elementes mindestens eine axiale Dichtleiste (10, 10′) angeordnet ist und daß sich auf der den Zahnköpfen zuge­ wendeten Dichtfläche der Dichtelemente (8) vom nieder­ druckseitigen Ende (15) her über einen Teil der Länge der Dichtelemente (8) Vorfüllschlitze (13) erstrecken.

2. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Außenseite jedes Dichtelementes (8) durch Anordnung mehrerer Dichtleisten (10, 10′) Druckfelder abgegrenzt sind, von denen die im Bereich der Vorfüllschlitze (13) liegenden Druckfelder von der Innenseite des Dicht­ elementes (8) her mit dem Vorfülldruck beaufschlagt sind.

3. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Bereich der Vorfüllschlitze (13) liegenden Druckfelder über eine im Dichtelement (8) vorgesehene Bohrung (18) mit Vorfülldruck beaufschlagt sind.

4. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vorfüll­ schlitze (13) ausgehend vom niederdruckseitigen Ende (15) der Dichtelemente (8) in Richtung zur Hochdruckseite zunimmt.

5. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorfüllschlitze (13) in Ausgleichs- oder Steuernuten (14) der Dichtelemente (8) münden, die zur Hoch­ druckseite hin offen sind.

6. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (10′) einstückig mit dem Gehäuse (1) sind und in eine Nut (11) in dem zuge­ hörigen Dichtelement (8) eingreifen.

7. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Reversierbetrieb Dicht­ elemente (8) auch an der jeweiligen Niederdruckseite ange­ ordnet sind.

8. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten walzenförmig z. B. kreiszylindrisch, sind.