DE2660714C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine volumetrische Zahn­ radmaschine (Pumpe oder Motor) gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine volumetrische Zahnradmaschine der vorstehend ge­ nannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 17 03 077 bekannt. Die erste und die zweite Kammer dieser Zahn­ radmaschine sind über eine durch die Antriebswelle hin­ durchgeführte Leitung miteinander verbunden. Der An­ schluß der zweiten Kammer an die Saugseite der Pumpe erfolgt über eine Anschlußöffnung und eine externe Leitung. Diese Anordnung gewährleistet, daß in die beiden Kammern eintretende Leckströme problemlos abge­ leitet werden und somit ausgeschlossen ist, daß sich in den Kammern ein überhöhter Druck aufbaut. Ein überhöh­ ter Druck in der zweiten Kammer würde unerwünscht große axiale Kräfte auf die Welle zur Folge haben; überhöhter Druck in der ersten Kammer kann zu einer Beschädigung der in diesem Bereich angeordneten Wellendichtung füh­ ren. Nachteilig ist jedoch die zusätzliche externe Ver­ bindungsleitung, vor allem auf Grund der erhöhten Her­ stellungs- und Montagekosten und der verminderten Kompaktheit der Anordnung.

Bei einer anderen Ausführungsform der bekannten Zahn­ radmaschine liegen die beiden Kammern nicht auf einem der Niederdruckseite entsprechenden Druckniveau, son­ dern sie liegen auf einem Zwischendruck infolge des hohen Strömungswiderstandes der die jeweilige Kammer mit der Ansaugseite verbindenden Leitung. Diese Leitung wird zum einen aus einer das jeweilige Lager schräg anschneidenden Bohrung und einem sich anschließenden Ringspalt am Außenumfang des Lagers gebildet, die mit der Ansaugöffnung in Verbindung steht.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Zahnrad­ maschine der gattungsgemäßen Art derart zu vereinfa­ chen, daß auch beim Umbau von einer Drehrichtung auf die andere eine sichere Lecköl-Abfuhr weiterhin sicher­ gestellt sein soll.

Diese Aufgabe ist bei einer volumetrischen Zahnrad­ maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Zahnradmaschine ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Bei der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine verlaufen sämtliche Leitungen von der jeweiligen Kammer über das zugeordnete Lager zur jeweiligen Druckseite der Zahn­ radmaschine, also in einen der beiden Gehäuseinnenräume beidseits des Bereichs, in dem beide Zahnräder mitein­ ander kämmen. Die Leitungen verlaufen ausschließlich durch das Gehäuse, so daß die externe Leitung entfallen kann. Bei einem Wechsel der Drehrichtung wird das Ver­ schlußglied von der einen Leitung in die andere Leitung umgesteckt, so daß weiterhin gewährleistet ist, daß die beiden Kammern an die Niederdruckseite angeschlossen sind.

Der besondere Vorteil der Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 liegt im einfachen Aufbau der Maschine mit der Mög­ lichkeit einer einfachen raschen Umstellung des Dreh­ sinnes durch entsprechend verdrehte Montage der Bauein­ heit bestehend aus dem Gehäuse und den beiden, die Zahnradwellen abstützenden Lagern. Die zur Wellenachse parallelen, notwendigerweise außerhalb der Gehäuse- Mittellinie liegenden Lager-Leitungsabschnitte fluchten in den beiden Montagepositionen jeweils mit unter­ schiedlichen Flansch-Leitungsabschnitten. Um zu er­ reichen, daß die Kammern in beiden Montagepositionen mit der Niederdruckseite verbunden sind, müssen ledig­ lich die Verschlußglieder in den Flansch-Leitungsab­ schnitten umgesteckt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbin­ dung mit den Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1 ist ein teilweise schematischer Axialschnitt einer betriebsfertigen erfindungsgemäßen Maschine.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, z. T. in Ansicht und unter Wegbrechung von Teilen.

Fig. 3 ist eine Ansicht von der linken Seite der Fig. 1, wobei der vordere Flansch entfernt ist.

Insbesondere in Fig. 1 und 2 sieht man eine volume­ trische Zahnradmaschine für Flüssigkeiten, von welcher zur Verein­ fachung der Beschreibung angenommen ist, daß sie eine Pumpe ist, sie kann jedoch auch ein Flüssigkeitsmotor sein.

Die Pumpe 1 enthält ein Umfangsgehäuse 2, zwei das Gehäuse abschließende seitliche Flansche 3 und 4 und zwei mitein­ ander kämmende Zahnräder 5, 6. Diese Zahnräder sind drehfest mit Wellen 7 bzw. 8 verbunden, welche auf jeder Seite der Zahnräder in einem starren einstückigen Lager 9, 10 gelagert sind. Insbeson­ dere das Zahnrad 5 bildet 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.

Die Lager 9 und 10 haben ei­ nen kreisförmigen äußeren Umriß (9 b bzw. 12 b). Die Ausnehmungen 12 und 13 des Gehäuses 2 zur Aufnahme der Lager 9 und 10 haben eben­ falls kreisförmige innere Umrisse.

Es sind Mittel E für den hydraulischen Ausgleich eines jeden Lagers vorgesehen. Sie enthalten eine zwischen der von den Zahnrädern entfernten Seitenfläche eines jeden Lagers und dem be­ nachbarten Flansch 3 bzw. 4 liegende Druckausgleichskammer. Diese Kammern haben eine genau bestimmte Form zur Verringerung oder Ver­ meidung der Verformungen der Lager infolge der hydraulischen Kräfte, indem sie einen guten Ausgleich dieser Kräfte bewirken.

Es sind Mittel vorgesehen, um jeder Kammer in der För­ derzone der Zahnräder 5 und 6 entnommene Flüssigkeit zuzuführen.

Der Druck der entnommenen Flüssigkeit nimmt daher mit dem Förderdruck der Pumpe zu. Diese Mittel umfassen eine Leitung 16, 17 (Fig. 2), welche durch die Lager 9 bzw. 10 tritt und senk­ recht zu den Flächen dieses Lagers liegt. Diese Leitungen münden in kreisförmige Ausnehmungen 18 bzw. 19, welche in den den Zahnrä­ dern benachbarten Flächen 20, 21 der Lager vorgesehen sind. Die Achsen der Leitungen 16, 17 liegen praktisch in einer Flucht, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Außerdem liegen, wie aus Fig. 3 her­ vorgeht, diese Leitungen in bezug auf die durch die Achsen der Zahnräder gehende Ebene P auf der Seite der unter Druck stehenden Öffnung 22 der Maschine. 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 Gehäuses 2 ist eine Schulter 24 zwi­ schen den Lagern 9 und 10 vorgesehen, um den kleinsten Abstand zwi­ schen den beiderseits der Zahnräder liegenden Seitenflächen 20, 21 der Lager auf einen Wert zu begrenzen, welcher größer als die Breite e der Zahnräder ist.

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

Wen man mit l ₁ die Dicke der Schulter 24 in der ar­ beitenden Maschine und mit e die Dicke der Zahnräder 5 und 6 be­ zeichnet, hat man die Beziehung:

j = l ₁ - e

Für ein richtiges Arbeiten sollte man haben:

j h.

Dieser Wert h ist im allgemeinen kleiner als ⁷/₁₀₀ Millimeter und beträgt insbesondere größenordnungsmäßig ³/₁₀₀ Milli­ meter.

Um diese Bedingung zu erfüllen, gibt man der Schulter 24 des Gehäu­ ses 2 eine solche Breite l, daß, wenn diese Schulter keiner Spann­ wirkung ausgesetzt ist, der Unterschied zwischen dieser Breite l und der Breite e der Zahnräder größer als der einem normalen be­ trieblichen Spiel der Pumpe entsprechende bestimmte Grenzwert hk ist, und man versieht die Maschine mit Mitteln S zur mechanischen Einspannung der inneren Schulter 24 zwischen den Lagern 9 und 10 und den Flanschen 3 und 4, wobei diese Spannmittel S eine Spann­ kraft ausüben können, welche eine solche elastische Verformung er­ zeugt, daß dieser Unterschied l-e zwischen der Breite der inneren Schulter 24 und der Breite der Zahnräder 5 und 6 auf einen Wert l ₁-e herabgesetzt wird, welcher höchstens gleich dem bestimmten Grenzwert h ist, wobei diese Spannkraft in der Maschine im norma­ len Betrieb vorhanden ist.

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

Der Unterschied l-e zwischen der Breite der Schul­ ter 24 vor der Einspannung und der Breite der Zahnräder 5 und 6 be­ trägt wenigstens ⁷/₁₀₀ mm.

Die Spannmittel 5 haben zweckmäßig die Form von Schrauben 25, deren Köpfe in dem rechten Teil der Fig. 1 und 2 sichtbar sind und sich an dem Flansch 4 abstützen. Diese Schrauben treten nacheinander durch den Flansch 4, das Lager 10, die Schulter 24, das Lager 9. Das Gewindeende 26 der Schrauben 25 (Fig. 2) ist in eine Gewindebohrung 27 des Flanschs 3 eingeschraubt.

Das Gehäuse 2 hat eine solche axiale Abmessung f (Fig. 1), daß bei zusammemgebauter Maschine, d. h. nach Einspannung der Schulter 24 zwischen den Lagern 9 und 10 mittels der Schrauben 25, ein Spiel i 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 33 a aufweisenden Dichtung ver­ sehene Abschlußplatte 33 umgibt die Welle 7 und ist an dem Flansch 3 befestigt. Zwischen der Platte 33 und dem Flansch ist eine ring­ förmige Kammer 34 (Fig. 1) um die Welle 7 herum gebildet. Zwei Lei­ tungen 34 a, 34 b (siehe Fig. 2) treten durch den Flansch 3 und setzen die Kammer 34 mit der dem Lager 9 benachbarten Seite des Flanschs in Verbindung. Die in bezug auf die Ebene P auf der Seite der unter Druck stehenden Öffnung liegende Leitung, d. h. die auf der Seite der Förderöffnung 22 liegende Leitung 34 b, ist dicht durch ein Ver­ schlußglied oder einen Stöpsel o verschlossen. Die andere Leitung 34 a bleibt in dem vorliegenden Fall offen. Die dem Flansch 3 be­ nachbarte Seite des Lagers 9 weist eine ringförmige Aussparung 35 auf, welche durch eine Leitung 36 mit der den Zahnrädern benachbar­ ten Seite 20 des Lagers 9 verbunden ist. Diese Seite 20 besitzt eine radiale Nut 37 (Fig. 2) für die Rückführung der Leck­ strömungen zu der Saugöffnung 23.

Die Leitung 34 a mündet in die Aussparung 35, so daß die Leckströmungen, welche sich in der ringförmigen Kammer 34 ansammeln konnten, zu der Saugöffnung abgeführt werden. Der Druck kann daher nicht in der Kammer 34 ansteigen. Ein derartiger Druck­ anstieg würde die Gefahr einer Zerstörung der Dichtung 33 a mit sich bringen.

Das andere Ende der Welle 7 ist in einer Bohrung 38 des Flanschs 4 gelagert. Leitungen 38 a, 38 b verbinden diese Bohrung 38 mit Zonen der dem Lager 10 (Fig. 2) benachbarten Seite 21 des Flanschs 4. Die Leitung 38 b, welche in dem vorliegenden Fall in bezug auf die Ebene P auf der Seite der unter Druck stehenden Öffnung 22 liegt, ist durch ein Verschlußglied o verschlossen. Die andere Leitung 38 a mündet in eine der Aussparung 35 ähnliche kreis­ förmige Aussparung 35′ des Lagers 10. Diese Aussparung 35′ mit mit der Saugöffnung 23 durch eine durch das Lager 10 tretende Leitung 36′ und eine der Nut 37 gleiche Nut 37′ verbunden, welche in der dem Zahnrad benachbarten Seite 21 des Lagers 10 vorgesehen ist.

Jede Leitung 38 a, 38 b weist, wie in Fig. 1 sicht­ bar, eine Blindbohrung auf, welche von der Innenfläche des Lagers 4 ausgeht und zu dieser senkrecht ist. Eine in diese Blindbohrung mündende schräge Bohrung 39 verbindet die Kammer 38 mit dieser Blindbohrung.

Dieses Leitungssystem gestattet, einen Druckan­ stieg in der Kammer 38 durch im Betrieb auftretende Lecke zu ver­ hindern.

Beiderseits der Schulter 24 sind Vertiefungen 12 a, 13 a in der Wand der Ausnehmungen 12 und 13 so vorgesehen, daß ring­ förmige Nuten zur Rückgewinnung der Leckströmungen und für ihre Rückführung zu der Saugseite über die Nuten 37, 37′ entstehen. Die­ se Vertiefungen 12 a, 13 a bilden Mittel zur Druckentlastung beider­ seits der inneren Schulter 24.

In den Lagern 9 und 10 sind Längsnuten 40, 40′ vorgesehen, welche mit Stiften 41, 41′ 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 (Fig. 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 rich­ tige Einstellung des Flanschs gegenüber dem Lager gewährleistet.

Die Spannschrauben 25 sind reichlich bemessen, und der Unterschied zwischen der Breite l der Schulter 24 des Ge­ häuses vor der Einspannung und der Breite e der Zahnräder 4 und 5 ist so gewählt, daß die größte Amplitude der von dem Strömungsmit­ teldruck beim Arbeiten der Maschine herrührenden, auf die Flansche ausgeübten und auf die Schrauben 25 übertragenen Kräfte kleiner als ein Drittel (¹/₃) und insbesondere kleiner als ein Viertel (¼) der ursprünglichen Spannkraft ist.

Als nicht begrenzendes Zahlenbeispiel sei ange­ geben, daß bei einer ausgeführten Maschine, bei welcher die durch jede Schraube ausgeübte mechanische Spannkraft größenordnungsmäßig 7350 Dekanewton betrug, während die beim Arbeiten der Maschine auf jede Schraube übertragene hydraulische Kraft größenordungsmä­ ßig 1625 Dekanewton für einen Förderdruck von größenordnungsmäßig 210 Bar betrug.

Die zusätzlichen veränderlichen Kräfte, welche von den Änderungen des Strömungsmitteldrucks in der Maschine her­ rühren, je nachdem, ob diese belastet ist oder leerläuft, sind da­ her verhältnismäßig klein gegenüber der ursprünglichen Beanspru­ chung der Schraube, was eine gute Ermüdungsfestigkeit der Schrauben 25 ergibt.

Die oben bereits erwähnten Ausgleichsmittel E der Lager 9 und 10 ermöglichen die Vornahme eines allmählichen Aus­ gleichs nach Maßgabe des Druckanstiegs der geförderten Flüssigkeit.

Die Zeichnung zeigt eine Pumpe mit einem Drehsinn nach links.

Zur Herstellung einer Pumpe mit einem Drehsinn nach rechts muß man:

• - die durch das Gehäuse 2 und die Lager 9 und 10 gebildete Anordnung um eine in der Ebene P liegende und durch das Zentrum des Gehäuses 2 gehende lotrechte Achse verschwenken;
• - den Stift 42 zur Festlegung der Lage des vorderen Flanschs 3 und die Verschlußglieder o gegen Leckströmungen auf der richtigen Seite anbringen, d. h. der Stift zur Einstellung der Lage wird auf der Saugseite eingesetzt, und die Leckverschlußglieder o werden auf der Förderseite angebracht.

Der Austritt der Welle 7 liegt stets auf der in Fig. 1 dargestellten Seite.

Der Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Maschine erfolgt folgendermaßen.

Vor dem Zusammenbau der Maschine bestimmt man den Unterschied zwischen der Breite l der Schulter 24 vor der Einspan­ nung 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 vor der Einspannung.

Dieser Wert l-e liegt im allgemeinen zwischen 0,07 und 0,11 Millimeter mit den Bearbeitungsschwankungen der Breite der schulter 24 und der Breite der Zahnräder 5 und 6 entsprechenden Schwankungen.

Hierauf wird die gesamte Maschine zusammengebaut. Den Schrauben 25 wird eine Vorspannung erteilt, welche nicht ausreicht, um eine merkliche elastische Verformung der Schulter 24 zu bewir­ ken.

Hierauf bringt man Meßmittel an, z. B. einen mikrometri­ schen Komparator, um die axiale Verschiebung der Welle 7 gegenüber dem vorderen Flansch 3 zu verfolgen.

Hierauf werden die vier Schrauben 25 mit dem gleichen Moment angezogen, was ein einer Verringerung des axialen Spiels entsprechende Verschiebung der Lager 9 und 10 erzeugt.

Einer Verschiebung δ entspricht eine Verringerung der Breite der Schulter 24.

Das axiale Spiel zwischen den Flächen der Lager und der Zahnräder beträgt j = l-e vor dem Festspannen.

Es wird nun eine solche Festspannung vorgenommen, daß das Spiel j′ nach dem Festspannen höchstens gleich dem Grenzwert h:

j′ h

wird.

Hieraus leitet man den herzustellenden kleinsten Wert der Verschiebung δ der Welle 7 ab.

Man nimmt die Einspannung vor, bis dieser Wert der Ver­ schiebung δ erreicht ist und von dem mikrometrischen Komparator angezeigt wird.

Im allgemeinen wird die Ausbildung so getroffen, daß die beim Festziehen der Schrauben 25 zu messende Verschiebung der Wel­ le 7 größenordnungsmäßig 30 bis 40 Mikron (³/₁₀₀ bis ⁴/₁₀₀ Milli­ meter) beträgt.

Bei der beschriebenen Zahnradmaschine ist es nicht nötig, eine stets lästige Zuordnung zwischen den Gehäusen 2 und den Zahnrädern 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 sozusagen durch Ver­ änderung der Spannwirkung der Schrauben 25, welche eine mehr oder weniger starke Zusammendrückung der Schulter 24 bewirkt, "ausge­ löscht".

Diese Ausgestaltung gestattet also, ein bestes axiales be­ triebliches Spiel zur Erzielung eines guten volumetrischen Wir­ kungsgrades zu erhalten, und zwar selbst bei hohen Drücken.

Da die Flansche 3 und 4 beim Zusammenbau durch die Schrauben 25 genau an die Lager 9 und 10 angedrückt werden, ist kein besonderes System zur Vermeidung der Austreibung der Dichtun­ gen 45 und 50 vorzusehen, welche die Hauptkammern und die Hilfskam­ mern für den hydraulischen Ausgleich umgeben.

Diese genaue Anlage der Lager an der mittleren Schulter des Gehäuses verhindert die Abnutzungen erzeugenden Mikroverschie­ bungen.

Claims (2)

1. Volumetrische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor), um­ fassend ein Gehäuse, zwei seitliche, das Gehäuse schlie­ ßende Flansche, in dem Gehäuse auf jeder Seite in einem starren Lager gelagerte, miteinander kämmende Zahnräder, eine erste Kammer, welche die Antriebs- bzw. Abtriebs- welle der Zahnradmaschine im Bereich des von der Welle durchsetzten Flansches umgibt, eine zweite Kammer im Be­ reich des anderen Flansches, welche das innerhalb des Gehäuses endende Wellenende aufnimmt und ein Leitungs­ system zum Anschließen der beiden Kammern an die Nie­ derdruckseite der Zahnradmaschine, gekennzeichnet durch je zwei Leitungen (34 b, 16; 34 a, 36 bzw. 39, 38 b, 17; 39, 38 a, 36′) beidseits der Zahnräder (5, 6), welche das jeweilige Lager (9, 10) axial durchsetzen und von denen eine die diesem Lager nächstgelegene Kammer (34, 38) mit der Saugseite und die andere mit der Druckseite der Zahnradmaschine verbindet, wobei die an die jeweilige Hochdruckseite angeschlossene Leitung (34 b, 16 bzw. 39, 38 b, 17) durch ein Verschlußglied (0) absperrbar ist.

2. Volumetrische Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Leitungen auf jeder Seite der Zahnräder (5, 6) je­ weils von einem im zugeordneten Flansch (3, 4) ver­ laufenden Leitungsabschnitt (34 a; 34 b bzw. 39, 38 a; 39, 38 b) und von einem das zugeordnete Lager (9, 10) durchsetzenden Leitungsabschnitt (16, 36 bzw. 17, 36′) gebildet sind, und daß das jeweilige Verschlußglied (0) wahlweise in einen der beiden Flansch-Leitungs­ abschnitte (34 a, 34 b bzw. 39, 38 a; 39, 38 b) sperrend einsetzbar ist.