DE2657074C2

DE2657074C2 - Volumetrische Zahnradmaschine

Info

Publication number: DE2657074C2
Application number: DE2657074A
Authority: DE
Inventors: Georges Oullins Bitton
Original assignee: Rexroth Sigma SA
Current assignee: Rexroth Sigma SA
Priority date: 1975-12-16
Filing date: 1976-12-16
Publication date: 1984-09-27
Also published as: DE2660714C2; DE2657074A1; FR2335711B1; FR2335711A1; GB1561740A; US4108582A

Description

Die Erfindung betrifft eine volumetrische Zahnradmaschine gemäß dem Oberhegriff des Anspruchs 1.

Eine Zahnradmaschine dieser Art ist aus der DE-OS 17-03 077 bekannt Die Innenschulter in dem Gehäuse sorgt dafür, daß die Zahnräder nicht zwischen den Lagern eingeklemmt werden können. Die Breite der Innenschulter bestimmt dabei das Spiel zwischen den Zahnrädern und ihren Lagern und somit auch den Wirkungsgrad der Maschine. Bei der bekannten Vorrichtung sind die Flansche direkt an dem die Innenschuiier tragenden Gehäuseteil jeweils für sich befestigt Das gewünschte geringe Spiel zwischen den Zahnrädern und ihren Lagern und somit auch der gewünschte hohe Wirkungsgrad kann bei der bekannten Maschine nur dadurch erreicht werden, daß die Einzelteile der Vorrichtung in ihren Abmessungen genau aufeinander abgestimmt sind. Da sich eine Massenfertigung der Einzelteile mit dieser hohen Bearbeitungsgenauigkeit praktisch nicht durchführen läßt, müssen aus einer großen Zahl von Teilen jeweils diejenigen herausgesucht werden, die in ihren Abmessungen so zusammenpassen, daß das gewünschte kleine Spiel und somit auch der gewünschte Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Die AT-PS I 77 659 zeigt eine Zahnradpumpe für Kunststoffe, mit einer die Zahnräder umschließenden Räderplatte und zwei die Räderplatte gegen sich einspannenden Lagerplauen, in denen die Zahnräder gelagert sind. Die drei Platten werdef. von i*ei Stahlbügeln zusammengehalten, die durch Schraubenbolzen zusammengespannt werden. Die drei Platten sollen aus Hartmetall oder aus Stahl mit Hartmetall-Einsätzen bestehen. Dieser Werkstoff schließt eine Verformbarkeit der Räderplatten von vorneherein aus.

Aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 17 96 079 ist eine Zahnradpumpe bekannt, bei der eine die Zahnräder aufnehmende Räderplatte zwischen zwei Flansche eingespannt ist, die gleichzeitig als Lagerplatten für die Zahnräder dienen. Um einer Veränderung des Axialspiels dei Zahnräder zwischen den Flanschen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen vorzubeugen, wird die Räderplatte aus Grauguß hergestellt, der einen annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, wie der zur Fertigung der Zahnräder verwendete Stahl. Aus dieser Druckschrift sind keine Hinweise auf eine Veränderung des Axialspiels durch Verformung eines den Abstand zwischen Lagerplatten festlegenden Teils zu entnehmen, erst recht nicht der Gedanke, die mittels der Spannbolzen in Richtung aufeinanderzu gespannten Flansche nicht an die jeweilige Stirnfläche des die Innenschulter tragenden Gehäuses andrücken zu lassen, sondern über die gesonderten Lagerplatten an den Seiter, der Innenschulter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine volumetrische Zahnradmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, die mit geringerem Fertigungsaufwand herstellbar ist, ohne daß sich dabei der Wirkungs-

grad der Maschine gegenüber der bekannten Maschine verschlechtert

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst Erfindungsgemäß können die mit gewissen Fertigungstoleranzen hergestellten Teile ohne weiteres zusammengebaut werden, wobei dennoch das gewünschte Betriebsspiel zwischen den Zahnrädern und den Lagern exakt erreicht werden kann. Das zeitraubende Aussuchen zueinander passender Teile ist nicht mehr erforderlich.

Die im Anspruch 2 angegebenen Maßnahmen stellen sicher, daß nach dem Zusammenbau der Zahnradmaschine diese einen hohen Wirkungsgrad aufweist unter Sicherstellung ausreichender Spannkraft der Spannbolzen.

Die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 stellen sicher, daß die Wechselbelastung der Spannbolzen gering gehalten wird, so daß sich eine geringe Materialermüdung der Spannbolzen während des Betriebes ergibt.

Besonders einfacher Aufbau bei hoher mechanischer Festigkeil und geringen Herstellungskosten ergibt sich bei den Ausgestaltungen der Erfindung gemäD den Ansprüchen 4 bis 6.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen teilweise schematischen Axialschnitt einer betriebsfertigen erfindungsgemäßen Maschine;

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie H-II dei Fig. 1, z. T. in Ansicht und unter Wegbrechung von Teilen;

F i g. 3 eine von der rechten Seite der F i g. 1 gesehene Ansicht, wobei der hintere Flansch und das hintere Lager der Maschine entfernt sind;

Fig.4 eine Ansicht von der linken Seite der Fig. 1, wobei der vordere Flansch entfernt ist

Insbesondere in F i g. 1 und 2 sieht man eine volumetrische Zahnradmaschine für Flüssigkeiten, von welcher zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen ist, daß sie eine Pumpe ist, sie kann jedoch auch ein Flüssigkeitsmotorsein.

Die Pumpe 1 enthält ein Umfangsgehäuse 2, zwei das Gehäuse abschließende seitliche Flansche 3 and 4 und zwei miteinander kämmende Zahnräder 5, 6. Diese Zahnräder sind drehfest mit Wellen 7 bzw. 8 verbunden, welche auf jeder Seite der Zahnräder in einem starren einstückigeii Lager 9,10 gelagert sind. Insbesondere das Zahnrad 5 biidet ein Stück mit der Welle 7. In den Lagern sind zur Lagerung der Welle Nadellager 11 angeordnet.

Die Welle 7 springt aus der Maschine vor und tritt durch den Flansch 3, welcher nachstehend vorderer Flansch genannt ist, während der Flansch 4 der hintere Flansch ist " ^"

Wie in F i g. 4 sichtbar, haben die Lager 9 und 10 einen kreisförmigen äußeren Umriß 9b bzw. iOb. Die Ausnehmungen 12 und 13 des Gehäuses 2 zur Aufnahme der Lager 9 und 10 haben ebenfalls kreisförmige innere Umrisse.

Es sind Mittel E für den hydraulischen Kräfteausgleich eines jeden Lagers vorgesehen. Die durch die Achsen der Zahnräder gehende Ebene ist in Fig.2 mit P und die unter Druck stehende öffnung der Maschine mit 22 bezeichnet Bei einer Pumpe ist diese öffnung 22 die Förderöffnung und bei einem Motor die Speiseöffnung. Die andere Öffnung 23 der Pumpe ist die Saugöffnung.

Innerhalb des Gehäuse; 2 ist eine Schulter 24 zwischen den Lagern 9 und 10 vorgesehen, um den kleinsten Abstand zwischen den beiderseits der Zahnräder liegenden Seitenflächen 20,21 der Lager auf einen Weit zu begrenzen, welcher größer als die Breite e der Zahnräder ist

Wenn die Maschine arbeitet muß das Spielyzwischen den Seitenflächen der Zahnräder 5 und 6 und den benachbarten Seitenflächen 20, 21 der Lager kleiner als ein bestimmter Grenzwert h sein, damit die Maschine einen befriedigenden Wirkungsgrad hat.

Wenn man mit h die Dicke der Schulter 24 in der arbeitenden Maschine und mit e die Dicke der Zahnräder 5 und 6 bezeichnet, hat man die Beziehung:

j-h-e
Für ein richtiges Arbeiten sollte man haben:

Dieser Wert h ist im allgemeinen kl .'"uer als ⁷Λοο Millimeter und beträgt insbesondere gröBeüordnungsmäSig V100 Millimeter.

Diese Bedingung ist praktisch schwer zu erfüllen, und es müssen im allgemeinen zueinander passende Gehäuse 2 und Zahnräder 4 und 5 ausgesucht werden. Die Gehäuse 2 werden nach der gemessenen Breite A ihrer Schulter und die Zahnräder nach ihrer gemessenen Breite e geordnet Man ordnet dann ein Gehäuse 2 und Zahnräder 4 und 5 einander zu, deren Rreiten der obigen Bedingung genügen.

Um dieses Vorsortieren entfallen lassen zu können, gibt man der Schulter 24 des Gehäuses 2 eine solche Breite /, daß, wenn diese Schulter keiner Spannwirkung ausgesetzt ist, der L'nterschied zwischen dieser Breite / und der Breite e der Zahnräder größer als der einem normalen betrieblichen Spiel der Pumpe entsprechende bestimmte Grenzwert h ist und. man versieht die Maschine mit Spannmitteln S zur mechanischen Eirspannung der inneren Schulter 24 zwischen den Lagern 9 und 10 und den Flanschen 3 und 4, wobei diese Spannmittel S eine Spannkraft ausüben können, welche eine solche elastische Verformung erzeugt, daß dieser Unterschied /—e zwischen der Breite der inneren Schulter 24 und der Breite der Zahnräder 5 und 6 auf einen Wert Ii — e herabgesetzt wird, welcher höchstens gleich dem bestimmten Grenzwert h ist, wobei diese Spannkraft in der Maschine im normalen Betrieb vorhanden ist.

In F i g. 1 und 2 ist angenommen, daß die Schulter 24 zusammengedrückt ist und die Breite /1 hat, welche kleiner als ihre Breite / ist, wenn sie keiner Spannkraft unterworfen ist.

Der Unterschied /—e zwischen der Breite der Schulter 24 vor der Einspannung und der Breite der Zahnräder 5 und 6 beträgt wenigstens ⁷/ioo mm.

Die Spannmittei 5 haben zweckmäßig die Form von Spannbolzen 25, deren Köpfe in dem rechten Teil der F i g. 1 und 2 sichtbar sind und sich an dem Flansch 4 abstützen. Die Spannbolzen 25 treten nacheinander durch den Flansch -*, das Lager 10, die Schulter 24, das Lager 9. Das Gewindeende 26 der Spannbolzen 25 (F i g. 2) ist in eine Gewindebohrung 27 des Flantches 3 eingeschraubt.

Wie in Fig.3 sichtbar, weist die Schulter 24 vier Durchtrittslöcher 28 für die Spannbolzen 25 auf. Diese Löcher liegen an den Ecken eines Rechtecks in den beiderseits der öffnungen 23, 22 der Maschine liegenden Zonen der Schulter 24. Diese Zonen 29 bilden volle

Abschnitte der Schulter, welche praktisch die größten radialen Abmessungen t/dieser Schulter haben.

Wie nämlich aus F i g. 3 hervorgeht, wird die Schulter 24 außen durch einen kreisförmigen Umriß und innen durch einen Umriß begrenzt, dessen einer Abschnitt etwa die Form der Zahl »8« hat und durch die beiden kreisförmigen, einander schneidenden Ausnehmungen zur Aufnahme der Zahnräder 5 und 6 gebildet wird. Ein anderer kreisbogenförmiger konkaver Abschnitt 30 verbindet auf jeder Seite der Ebene P die oberen und die unteren Abschnitte des Umrisses in Form einer »8«, so daß die innere öffnung der Schulter 24 an der Stelle der öffnungen 22 und 23 vergrößert wird.

Dieser nach innen konkave Abschnitt schneidet die oberen und die unteren Abschnitte des Umrisses in Form einer »8« an Punkten 31.

Die Durchtrittslöcher 28 werden möglichst weit von den Achsen der öffnungen 22 und 23 angeordnet, wobei «ine genügende Abdichtung ⁰C¹Cn die kreisförmigen Ausnehmungen aufrechterhalten wird, in welchen die Zahnräder 5 und 6 angeordnet sind. Hierfür wird eine kleinste Werkstcffdicke zwischen den Durchtrittslöchern 28 und den Ausnehmungen beibehalten.

Die Durchtrittslöcher 28 liegen zweckmäßig etwa tangential zu der Innenwand der Ausnehmungen 12 und 13 des Gehäuses zur Aufnahme der Lager.

Das Gehäuse 2 hat eine solche axiale Abmessung f (Fig. 1), daß bei zusammengebauter Maschine, d.h. nach Einspannung der Schulter 24 zwischen den Lagern 9 und 10 mittels der Schrauben 25, ein Spiel /zwischen jeder Abschlußfläche des Gehäuses 2 und der benachbarten Fläche des Lagers bestehen bleibt.

An jedem Ende des Gehäuses 2 ist ein Dichtungsring 32 zwischen ihm und dem benachbarten Flansch vorgesehen, um einen dichten Verschluß des Gehäuses durch den Flansch zu gewährleisten. Durch den vorderen Flansch 3 tritt die Ausgangswelle 7 der Maschine. Eine mit einer eine Dichtungslippe 33a aufweisenden Dichtung versehene Abschlußplatte 33 umgibt die Welle 7 und ist an dem Flansch 3 befestigt Das andere Ende der Welle 7 ist in einer Bohrung 38 des Flansches 4 gelagert. In den Lagern 9 und 10 sind Längsnuten 40,40' vorgesehen, welche mit Stiften 41,4Γ zusammenwirken, welche in dem Gehäuse 2 angeordnet sind und in die Nuten vorspringen, um eine richtige Stellung der Lager gegenüber dem Gehäuse zu gewährleisten.

Ebenso ist ein Stift 42 (F i g. 2) in dem Flansch 3 vorgesehen, welcher an der Innenfläche desselben so vorspringt, daß er in die Nut 40 des Lagers 9 eingreifen kann, was die richtige Einstellung des Flansches gegenüber dem Lager gewährleistet

Die Spannbolzen 25 sind reichlich bemessen, und der Unterschied zwischen der Breite 1 der Schulter 24 des Gehäuses vor der Einspannung und der Breite e der Zahnräder 4 und 5 ist so gewählt, daß die größte Amplitude der von dem Störungsmitteldruck beim Arbeiten der Maschine herrührenden, auf die Flansche ausgeübten und auf die Spannbolzen 25 übertragenen Kräfte kleiner als ein Drittel (¹Z₃) und insbesondere kleiner als ein Viertel (¹A) der ursprünglichen Spannkraft ist

Als Zahlenbeispiel sei angegeben, daß bei einer ausgeführten Maschine die durch jede Schraube ausgeübte mechanische Spannkraft größenordnungsmäßig 7350 Dekanewton betrug, während die beim Arbeiten der Maschine auf jeden Spannboizen übertragene hydraulische Kraft größenordnungsmäßig 1625 Dekanewton bei einem Förderdruck von größenordnungsmäßig 210 bar Die zusätzlichen veränderlichen Kräfte, welche von den Änderungen des Strömungsmitteldrucks in der Maschine herrühren, je nachdem, ob diese belastet ist oder leerläuft, sind daher verhältnismäßig klein gegenüber der ursprünglichen Beanspruchung des Spannbolzens, was eine gute Ermüdungsfestigkeit der Spannbolzen 25 ergibt.

Der Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Maschine erfolgt folgendermaßen.

Vor dem Zusammenbau der Maschine bestimmt man den Unterschied zwischen der Breite / und der Schulter 24 vor der Einspannung und der Breite e der Zahnräder 5 und 6.

Dieser Unterschied l—e bestimmt das Gesamtspiel zwischen den Flächen der Zahnräder und den benachbarten Flächen der Lager vorder Einspannung.

Dieser Wert l—e liegt im allgemeinen zwischen 0.07 und 0,11 Millimeter mit den Bearbeitungsschwankungen der Brei·? fler Schulter 24 und der Breite der Zahnräder 5 und 6 en tsprechenden Schwankungen.

Hierauf wird die gesamte Maschine zusammengebaut. Die vier Spannbolzen 25 werden mit demselben relativ schwachen Moment angezogen, welches nicht ausreicht, um eine merkliche elastische Verformung der 2S Schulter 24 zu bewirken.

Hierauf bestimmt man das axiale Spiel der Zahnräder zwischen den Lagern 9 und 10, indem man z. B. mittels eines Mikrorheter-Meßgeräts das axiale Verschiebungsspiel der Welle 7 im Gehäure mißt.

Hierauf werden die vier Schrauben 25 mit dem gleichen erhöhten Moment angezogen, was eine einer Verringerung des axialen Spiels entsprechende Verschiegung der Lager 9 und 10 in Richtung aufeinanderzu erzeugt.

Dieser Verschiebung, d.h. gegenseitigen Annäherung, entspricht eine Verringerung der Breite / der Schulter 24.

Das axiale Spiel zwischen den Flächen der Lager und der Zahnräder beträgt./ = l—e vor dem Festspannen. Es wird nun eine solche Festspannung vorgenommen, daß das z. B. mit Hilfe des Mikrometer-Meßgeräts meßbare Spiel j' nach dem Festspannen höchstens gleich dem Grenzwert h:

wird.

Im allgemeinen wird die Einstellung so getroffen, daß das nach dem Festziehen der Spannboizen 25 zu so messende axiale Spiel der Welle 7 größenordnungsmäßig 30 bis 40 Mikron (³A₀O bis V₁₀₀ Millimeter) beträgt

Dank der Erfindung ist es nicht mehr nötig, eine Vorauswahl zueinander passender Gehäuse 2 und Zahnräder 5 und 6 vorzunehmen, um zwischen den Seiten der Lager und den Seiten der Zahnräder ein unter dem Grenzwert h liegendes betriebliches Spiel zu erhalten. · Die Bearbeitungsschwankungen werden somit durch Veränderung der Spannwirkung der Spannbolzen 25, weiche eine mehr oder weniger starke Zusammendrükkung der Schulter 24 bewirkt, ausgeglichen.

Die Erfindung gestattet also, ein bestes axiales betriebliches Spiel zur Erzielung eines guten volumetrischen Wirkungsgrades zu erhalten, und zwar selbst bei hohen Drücken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Volumetrische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor), umfassend ein Gehäuse, zwei das Gehäuse seitlich verschließende und mittels axialer Spannbolzen in Richtung auf das Gehäuse spannbare Flansche und in dem Gehäuse auf jeder Seite in einem starren Lager gelagerte, miteinander kämmende Zahnräder, wobei innerhalb des Gehäuses zwischen den Lagern eine Innenschulter vorgesehen ist, die den kleinsten Abstand zwischen den Seitenflächen der beiderseits der Zahnräder liegenden Lager auf einen Wert begrenzt, der größer als die Breite der Zahnräder ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschulter (24) mittels der Spannbolzen (25) zwischen den Lagern (8,9) und den Flanschen (3,

4) mechanisch einspannbar ist, daß die Differenz zwischen der Breite (I) der keiner Spannwirkung ausgesetzten Innenschulter (24) und der Breite (e) der Zahnräder \5, 6) größer als ein dem normalen betrieblichen Spie! entsprechender Grenzwert (h) ist, daß die Spannbolzen (25) so ausgebildet und angeordnet sind, daß durch die von ihnen im normalen Betrieb der Zahnradmaschine ausgeübte Spannkraft die Innenschulter (24) deformierbar ist unter Herabsetzung der Differenz zwischen der Breite der Innenschulter (24) und der Breite der Zahnräder (5,6) auf einen Wert, der höchstens gleich dem Grenzwert (h) ist, und daß die axiale Abmessung (f) des Gehäuses (2) derart gewählt ist, daß nach dem Zusammenbau der Zahnri dinaschine und dem Spannen der Spannbolzen (25) ein Spiel (i) zwischen jeder Stirnfläche des Gehäuses (2) und der ihr benachbarten Fläche des Flansches (3 bzw. 4) besteht

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Breite (I) der keiner Spannwirkung ausgesetzten Innenschulter (24) und der Breite (e) der Zahnräder (5, 6) wenigstens ⁷/_I0o Millimeter beträgt, wobei der Grenzwert ^kleiner als ⁷Λοο Millimeter ist und vorzugsweise Vioo Millimeter beträgt.

3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits die Differenz zwischen der Breite (I) der keiner Spannwirkung ausgesetzten Innenschulter (24) und der Breite (e) der Zahnräder (5,6) und andererseits die Spannbolzen (25) so gewählt sind, daß die größte Amplitude der im Betrieb der Zahnradmaschine von dem Druck des Druckmittels herrührenden, auf die Flansche (3, 4) ausgeübten und auf die Spannbolzen übertragenen Kräfte kleiner als ein Drittel, vorzugsweise kleiner als ein Viertel der ursprünglichen Spannkraft ist

4. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreisförmigern Umfang der Lager die Spannbolzen (25) die Flansche (3,4), die Lager (9,10) und die Innenschulter (24) durchsetzen.

5. Zahnradmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Spannbolzen (25) vorgesehen eo sind und daß Durchtrittslöcher (28) für die Spannbolzen (25) an den Ecken eines Rechtecks in beiderseits des Druckmitteleinlasses (22) und des Druckmittelauslasses (23) der Zahnradmaschine liegenden Zonen (29) der Innenschulter angeordnet sind, wobei diese Zonen (29) von den vollen Abschnitten der Schulter (24) gebildet sind, welche im wesentlichen die größten radialen Abmessungen (d) haben.

6. Zahnradmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittslöcher (28) in einem größtmöglichen Abstand von den Achsen des Druckmitteleinlasses (22) bzw. des Druckmittelauslasses'(23) nahe der Innenwand des Gehäuses (2) derart angeordnet sind, daß sie gegenüber kreisförmigen Ausnehmungen abdichtbar sind, in denen die Zahnräder (5,6) angeordnet sind.