DE2744730A1 - Hochdruck-zahnradmaschine - Google Patents

Description

• Hochdruck-Zahnradmaschine
• (Zusatz zu Patent...(Patentanmeldung P 25 33 646.3)) Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Zabnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem angetriebenen außenverzahnten Ritzel, einem mitlaufenden innenverzahnten Hohlrad und einem sichelformigen oder halbsichelfrmigen Dichtelementträger zwischen Ritzel und Hohlrad, der mit einem oder mehreren, an das Ritzel und/oder das Hohlrad dichtend anlegbaren Elementen ausgestattet ist oder aus zwei gegen die Zahnräder andriickbaren Teilen besteht, nach Patent... (Patentanmeldung P 25 33 £)4.3).
• Die vorstehend geschilderte Zahnradmaschine nach der Hauptanmeldung erlaubt eine Konstruktion, bei der auf gesonderte Teile außerhalb des Hohlrades, wie Steuerkolben, Kompensationskolben oder dgL, die das Hohlrad, das Ritzel und das Aillstück in der gegenseitigen Dichtanlage halten, verzichtet werden kann. An die Stelle des Füllstückes tritt dabei ein Dichtelementträger, der beweglich oder starr gelagert sein kann, an welchem Dichtelemente beweglich angeordnet sind, die sich mit geringer Kraft an die Zahnköpfe des zugeordneten Zahnräder anlegen. Die Dichtelemente spitzen sich über Dichtleisten auf dem Dichtelementtrager ab; als Dichtleisten dienen vorzugsweise harte Walzen. Der Kraft-und Verschleißausgleich erfolgt allein im Bereich der am Dichtelementtrager beweglich angeordneten Dichtelemente und am Dichtelementträger selbst.
• Die vorliegende Erfindung verfolgt die Absicht, die Konstruktion einer Zahnradmaschine nach der Hauptrnmeldun noch weiter zu verbessern, insbesondere so zu vereinfachen, daß der Bauaufwand und damit die Iterstellungskosten weiter verringert werden.
• Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß das Gehäuse der Zahnradmaschine zur Radiallagerung des Hohlrades einen beidendig offenen rohrförmigen Gehäuseteil umfasst, dessen Innenwandung die Lagerfläche für das Hohlrad sowie in an bekannter Weise die Abstützfläche für zwei beidseits des Hohlrades angeordnete Lagerkörper für die Ritzelwelle bildet, welche zugleich als in Achsrichtung der Ritzelwelle bewegliche Axialdruckplatten ausgebildet sind.
• Bei den bisher bekannten Innenzahnradmaschinen und damit auch denjenigen, deren Verbesserung die vorliegende Erfindung anstrebt, hat man in der praktischen Ausfiihrung stets das Gehäuse topfförmig gestaltet, sodaß es nur an einem Ende durch einen Gehäusedeckel verschlossen werden musste. Dieser Bauweise liegt die tlberlegung zugrunde, daß die Gehäuseverformeinen, welche im Betrieb auftreten und aus den hohen bis sehr hohen Driicken resultieren, dadurch möglichst klein gehalten werden sollen, daß das Gehäuse - mit Ausnahme des auf einer eite angeordneten Gehäusedeckels - weitgehend einstiiolrig gefertigt ist. Diese Gehäuseverformungen werden wesentlich bestimmt durch die Gehäuseabmessungen, welche wiederum ihre untere Grenze in den Außenabmessungen der im Gehäuse angeordneten Teile haben. Nachteilig an der topfförmigen Konstruktion des Gehäuses ist jedoch, daß sich an den beiden Enden des Gehäuses ungleiche Verformungen einstellen, weil der Gehäusedeckel eine andere, erheblich kleinere Riickstellwirkung auf die durch Belastung auftretenden Verformungen des Gehäuses ausübt. Das führt zu unsymmetrischen Leckspalten, die dadurch auch bei den bekannten Verfahren der Radial- und Axialkompensation dieser Spalte nur schlecht beherrscht werden können.
• Die Zahnradmaschine nach der eingangs genannten Patent an meldung erlaubt es nun, den Innendurchmesser des Gehäuses so weit zu verringern, daß dieser im wesentlichen nur noch dem Außendllrchmesser des Hohlrades entspricht. Es hat sich gezeigt, daß für die Praxis damit Gehäuseabmessungen erreicht werden, die eine rohrförmige Ausgestaltung des Gehäusemittelteiles ermöglichen. Infolge dieser Gestaltung der Zahnradmaschine kann das Gehäuse außerordentlich einfach gehalten werden, da die beiden Enden des rohrförmigen Gehäuseteils, der die Lagerkörper aufnimmt, durch relativ einfach gestaltete stirnseitige Gehäuseplatten verschlossen werden können.
• Die Innenbohrung des rohrförmigen Gehäuseteils kann im einfachsten Fall glatt durchgehend zylindrisch ausgebildet werden, wobei die Lagerkörper entsprechend angepasst sind.
• Hierdurch verhalt sich im Betrieb der Gehäuseteil unter Belastung iiber seine Länge weitgehend gleich, sodaß aufgrund der im wesentlichen gleichwirkenden Gehause(leckel iiber die axiale Länge hinweg gleiche Verformungen auftreten. Die Lagerkörper, die in an sich bekannter Weise zugleich als Axialdruckplatten wirken (vgl. F 1 399 932) können die auftretenden Kräfte auf den Innenumfang des rohrförmigen Gehäuseteils erheblich gleichmrissiger iibertragen, als dies bei einer Lagerung der Fall ist, in der sich die Ritzelwelle in den Gehäusedeckeln selbst abstiitzt.
• Die Lagerkörper erfüllen zugleich die Funktion der bei bekannten Zahnradmaschinen notwendigen sogenannten Axialdruckplatten, die für die notwendige Abdichtung des Förderraumes an den Stirnseiten der Zahnräder sorgen. Zu diesem Zweck sind die Lagerkörper axial verschiebl ich, jedoch nicht verdrehbar in den rohrförmigen Gehällsetei 1 eingesetzt und es sind auf ihrer dem Hohlrad abgewendeten Stirnflache Axialdruckfelder vorgesehen, die mit dem Druckraum der Zahnradmaschine in Verbindung stehen. Durch die Wirkung dieser Axialdruckfelder werden die Lagerkörper mit einer von dem Betriebsdruck abhängigen Kraft an die Stirnseiten der Zahnräder und des Dichtelementträgers angelegt. Vorteilhafterweise ist die Größe der Axialdruckfelder so bemessen, daß die Reibkräfte zwischen den Lagerkörpern und dem Gehäuseteil, einem Anschlagstift für den Dichtelementträger und der Ritzelwelle iiberwunden werden.
• Dabei ist es von Vorteil, anstelle eines einzigen Axialdruckfeldes mehrere Axialdruckfelder vorzusehen, z. B. ein Haupt-Axialdruckfeld, das dem Druckraum - axial gesehen -gegenüber liegt und ein diesem Haupt-Axialdruckfeld angenähert diametral gegenüberliegendes weiteres, kleineres Axialdruckfeld. Letzteres verhindert, daß infolge des Kippmoments zwischen der Kraftkomponente des Haupt-Axialdruckfeldes und den Reibkräften ein Verkanten der Lagerkörper eintritt, was Undichtheiten zwischen den ?hnradstirnseiten und den Lgerkörpern zur Folge hq'itte .
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Umfangsfläche der Lagerkörper unter der Wirkung je eines diametral dem Druckraum der Zahnradmaschine gegenüberliegenden R,ndialdrtlekfeldes steht.
• iTierdurch wird die von der Ritzelwelle in die Lgerkörper eingeleitete Lagerkraft ginstiger auf die entsprechende i'liche an der Innenwandung des rohrförmigen Geh.iuseteils verteilt und außerdem wirkt sich ein derartigen Radialdruckfeld vorteilhaft auf die axiale Verschiebbarkeit der Lagerkörper nus, da im Anlage bereich F!üssigkeitsreibung vorliegt. Das Rdialdruckfeld steht ebenfalls mit dem Druckraum der Z@hnradmaschine in Verbindung und kompensiert die auf den Lagerkörper einwirkenden Kräfte soweit, daß dieser mit nur geringer Überschußkraft an der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuseteils zur Anlage kommt.
• Infolge der rohrförmigen Ausbildung des Gehäuseteils, der ,rzktisch ,allein zur Übernahme der radialen Belastungen herangezogen wird, ist dieser in seinem Verformungsverhalten im Betrieb der Zahnradmaschine leichter überschaubar. Daher ist es möglich, von vornherein durch eine entsprechende Gestaltung der Lagerkörper der elastischen, im Betrieb auftretenden Dehnung Rechnung zu tragen, beispielsweise dadurch, daß die Lagerkörper im Bereich ihrer Anlage an der Innenwandung des Gehäuseteils eine stärkere Umfangskrümmung aufweisen als die Innenwandung des Gehäuseteils. Dadurch wird vermieden, daß infolge der im Bereich der Anlagestellen der Lagerkörper und des Hohlrades entstehenden Dehnkräfte und der daraus resultierenaen Verformung ein Klemmen der Lagerkörper im Gehäuseteil auftritt, das die für die Abdichtung notwendige Axialverschieblichkeit der Lagerkörper beeinträchtigen würde.
• In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Lagerkörper auf ihren einander zugewendeten tirnflächen im Bereich des Saugraumes der Zahnradmaschine gegenüberliegende Ausnehmungen aufweisen, die sich -on radial außerhalb bis radial innerhalb des lIohlrzdes erstrecken und mit einer saugseitigen Tasche in der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuseteils verbunden sind.
• siterdurch wir ein Saugraum geschaffen, der eine '7U-str@mung von Hydraulikmedium zum Inneren des Hohlrades sowohl radial (durch radiale Durchbrüche des Hohlrades) als uch axial erm(jglicht. Die stirnseitigen Gehäusedeckel, die das Gehäuse der Zahnradmaschine vervollständigen sind dabei von Anschlüssen jeder Art freigehalten. Der S@uganschluß und der Druckanschluß der Zchnradmaschine liegen dabei im Bereich des rohrförmigen Gehäuseteils und sind darin als die Wand des rohrförmigen Gehäuseteils durchsetzende Bohrungen ausgebildet.
• Ein .usführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen naher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine längs der Linie I-I in Fig. 2; Fig. 2 einen Axialschnitt durch die Zahnradmaschine längs der Linie II-II in Fig. 1, und Fig. f eine Stirnansicht auf die äußere Stirnflache eines Lagerkcrpers fiir eine abgewandelte Ausf;ihrungsform.
• Die in den Zeichnungen gezeigte Zahnradmaschine stellt bei der in Fig. 1 mit Pfeilen angegebenen Strömungsrichtung des hydraulikmediums eine Z1hnradpumpe dar. Die Zahnradpumpebeinhaltet ein Ritzel 1, ein damit kämrnendes Hohlrad 2 und einen Dichtelementträger 3, der sich an einem Anschlagstift 4 abstützt. Der Dichtelementträger 3 nimmt ein segmentförmiges Dichtelement 5 auf, das auf einer nadelförmigen Dichtleiste 6 abgestützt ist und für den notwendigen Radialausgleich der im Betrieb durch Verschleiß, Verformungen und Versetzungen der gegeneinander anliegenden icile auftretenden Spalte sorgt. Der Dichtelementträger 3 ist längs seiner Abstützfläche auf dem Xnschlagstit't 4 frei verschiebbar.
• Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist die Ritzelwelle 7 in Lagerkbrpern 8 gelagert, die als weitgehend kreiszylindrische Körper ausgebildet und zu beiden Seiten des Hohlrades 2 angeordnet sind. Das Hohlrad 2 und die beiden Lagerkörper 8 haben angenähert den gleichen Außendurchmesser und sind in die durchgehende Bohrung eines rohrförmigen Gehäuseteiles 9 derart eingesetzt, daß dessen Innenwandung zugleich die Lagerfläche für das rotierende Hohlrad 2 als auch die Abstützfläche für die Lagerkörper 8 bildet. Die axiale Länge des Hohlrades 2 und der beiden Lagerkörper 8 zusammen entspricht der Länge des rohrförmigen Gehäuseteils 9 (vgl.
• £?ig. o), sodaß im eingesetzten Zustand die Lagerkörper bündig mit den Stirnilächen des rohrförmigen Gehäuseteils 9 abschließen. Das Gehäuse der Zahnradpumpe wird vervoll stndigt durch zwei an beiden Stirnseiten auf den rohrförmigen ehäuseteil 9 aufgeschraubte Deckelplatten 10.
• Die rohrförmige Gehäuseteil 9 ist beispielsweise ein Strangpressprofil aus einem für Lagerungszwecke geeigneten W^rkstorf.
• Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist in den äußeren Stirnflächen der Lagerkörper 8 ein Haupt-Axialdruckfeld 1? ausgebildet, daß über eine Bohrung 13 mit dem Druckraum der Zahnrad pumpe verbunden und somit durch Hydraulikmedium hohen Druckes beaufschlagt ist. Das Haupt-Axialdruckfeld 12 steht über eine Nut 14 mit einem weiteren Axialdruckfeld 15 in Verbindung, das etwa diametral gegenüber dem Haupt- Axialdruckfeld 12 im Lagerkörper 8 ausgebildet ist. Die Grösse des fIaupt-Axialdruckfeldes 12 ist so bemessen, daß die davon erzeugte Axialdruckkraft nicht nur ausreicht, den im Betrieb auftretenden Axialspalt zwischen den Stirnflächen der Zahnräder und dem Lagerkörper 8 auszugleichen, sondern auch die Reibkräfte zwischen dem Lagerkörper 8 und dem Anschlagstift ; zu überwinden, der mit seinen beiden inden ebenfalls in den Lagerkörpern 8 gehalten ist. Das weitere Wialdruckfeld 15 dient dazu, die weiteren Reibkräfte zwischen den Lagerkörpern und der Innenwand des Gehäuseteils 9 sowie er Ritzelwelle 7 zu überwinden. Seine dem iiaupt-Axiai-1ruckfeld 12 gegenüberliegende Anordnung bewirkt einen Ausgleich des vom Haupt-Axialdruckfeld 12 auf den Lagerkörper 8 ausgeübten Kippmomentes, das zu einem Verkanten des Lagerkörpers und folglich zu einer Behinderung von dessen xialverschieblichkeit führen könnte. Da sowohl die axial auf die Lagerkörper 8 wirkenden Hydraulikkräfte als auch die Reibkräfte dem Betriebsdruck proportional sind, werden sie bei jedem Betriebszustand durch die von den Axialdruckfeldern ausgeübten Kräfte kompensiert.
• Die ,^xialdruckfelder sind in bekannter Weise in den Lagerkörpern 8 durch flächige Ausnehmungen gebildet, die randseitig durch eingelegte Dichtringe begrenzt sind.
• An den Lagerkörpern 8 ist weiterhin je ein Radialdruckfeld 18 ausgebildet, das in dem Bereich angeordnet ist, mit dem ie Lagerkörper 8 unter der Einwirkung der magerkraft an der Innenwandung des Gehäuseteils 9 zur Anlage kommen. Das Radialdruckfeld 18 steht durch eine nichtgezeigte Verbindung ebenfalls mit dem Druckraum der Zahnpumpe in Verbindung und gleicht die Lagerkraft soweit aus, daM die Lagerkörper 8 jeweils nur mit geringer itberschuakraft an der Gehäusewand anliegen.
• Die Lagerkörper 8 besitzen weiterhin an ihrer dem Hohlrad zugewendeten Stirnfläche eine randseitige ausnehmung 20, die mit einer Tasche 21 in der Innenwand des Gehäuseteils 9 in Verbindung steht. Die Tasche 21 und die Ausnehmungen 20 bilden zusammen einen Saugraum, der durch Radialdurchbrüche des Hohlrades 2 einen radialen und iiber die Ausnehmungen 20 einen axialen Zufluß des Hydraulikmediums in das Innere des Hohler des 2 gestattet. 3er als Bohrung durch den Gehäuseteil 9 ausgebildete Jauganschluß 22 miindet im Bereich der Tasche 21.
• In dem gezeigten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 1) wird der Querschnitt d-r Bohrung des Gehäuseteils 9 durch zwei Kreisflächen gleichen Durchmessers gebildet, deren Nitteipunkte nahe beieinander liegen. Diese Ausbildung ergibt das in Fig. 1 erkennbare Lagerspiel zwischen Innenwandung und Hohlrad 2, das für den Betrieb liner Zahnradpumpe auch bei den in solchen Geräten üblichen Temperaturbereichen erforderlich ist, und erlaubt die Ausbildung eines hydrostatischen Lagers 25 für C1as iIohlrad 2 im Bereich des Druckanschlusses 26. Das hydrostatische Lager 25 wird durch eine Tasche in der Innenwandung des Gehäuseteils 9 gebildet. Auf diese Weise wird die Durchflussmenge an Hydraulikmedium durch das hydrostatische Lager begrenzt, sodaß der volumetrische Viirkungsgrad der Zahnradpumpe hoch bleibt, ohne daß auf das Lagersplel verzichtet werden muß.
• Die Lagerkörper 8 sind aufgrund der gezeigten und beschriebenen ausbildung axial verschieblich im Gehäuseteil 9 angeordnet. ine Verdrehung der Lagerkörper 8 wird durch die exzentrische Lage der Lagerbohrungen für die Ritzelwelle 7 unterbunden; gegebenenfalls können zusätzliche oder andere Maßnahmen zur Drehfixierung der Lagerkörper 8 relativ zum Gehäuseteil 9 vorgesehen sein. Solche ergeben sich beispielsweise aus der Gestaltung des in Fig. 3 gezeigten Lagerkörpers 8, der eine von einem Kreiszylinder abweichende zylindrische Form zeigt. Die dazu gehörige Form der Innenwandung des Gehäuseteils 9 ist in Fig. 1 gestrichelt angedeutet.
• L e e r s e i t e

Claims (13)

1. Hochdruck-Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem angetriebenen außenveræahnten Ritzel, einem mitlaufenden innenverzahnten Hohlrad und einem sichelförmigen ocler halbsichelförmigen Dichtelementtrager zwischen Ritzel und Hohlrad, der mZit einem oder mehreren, an das Ritzel und/ oder das Hohlrad dichtend anlegbaren Elementen ausgestattet ist, oder aus zwei gegen die Zahnra(ler andrückbaren Teilen besteht, nach Patent.... (Patentanmeldung P 25 33 t,lt6.3), dadurch gekennzeichnet, daß das Gehause der Za5 radmaschine zur Radiallagerung des Hohlrades (2) einen beidendig offenen rohrfUrmZigen Gehäuseteil (9) umfasst, dessen Innenwandung die Lagerfläche für das Hohlrad (2) sowie in an sich betrannter Weise die Abstiitzfläche für zvlei beidseits des Hohlrades (2) angeordnete Lagerkörper (8) fiir die Ritzelwelle (7) bildet, welche zugleich als in Achsrichtung der Ritzelwelle (7) bewegliche Axialdruckplatten ausgebildet sind.

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS der Gehäuseteil (9) ein Strangpressprofil ist.

3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS die Lagerkörper (8) auf ihrer dem l'Iohlra(l (2) abgewendeten Stirnfläche Axialdruckfelder (12, 15) aufweisen, die mit dem Druckraum der 7.ahnradmaschine in Verbindung stehen.

4. Zahnradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grösse der Axialdruckfelder (12, 15) so bemessen ist, daß Reibkräfte zwischen den Lagerkörpern (8) und dem Gehäuseteil (9), einem Anschlagstift (4) für den Dichtelementträger (3) und Ritzelwelle (7) überwunden werden.

5. ZahnrnZdmaschine nach Anspruch 3 oder ll, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lagerkörper (8) ein dem Druckraum axial gegeniiberliegendes Haupt-Axialdruckfeld (12) und ein diesem angenihert diametral gegenüberliegendes weiteres Axialdruckfeld (15) aufweist.

A n s p r ü c h e 6. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche der Lagerkörper (8) unter der Wirkung je eines ungefähr diametral dem Druckraum der Zahnradmaschine gegenüberliegenden Radialdruckfeldes (18) steht.

?. 7,ahnradm3schine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeic,hnet, daß die Lagerkörper (8) im Bereich ihrer Anlage an der Innenwandung des Gehäuseteils (9) eine stärkere Tlmfangskriimmung aufweisen als die Innenwandung des Gehäuseteils (9).

8. 7.ahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper (8) auf ihren einander zugewendeten Stirnflächen im Bereich des Saugraumes der Zahnradmaschine je eine Ausnehmung (20) aufweisen, die sich von radial außerhalb bis radial innerhalb des Hohlrades (2) erstreckt und mit einer saugseitigen Tasche (21) in der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuseteils (9) verbunden sind.

9. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des rohrförmigen Gehauseteils (9) durch zwei Teilkreiszylinder mit nahe benachbarten, zueinander parallelen Achsen gebildet wird.

10. Zahnradmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der innenwandung des Gehäuseteils (9) eine druckseitige Tasche (25) zur Bildung eines hydrostatischen Lagers für das Hohlrad (2) vorgesehen ist.

11. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauganschluß (22) und der Druckanschluß (26) jeweils als die Wand des rohrförmigen Gehäuseteils (9) durchsetzende Bohrungen ausgebildet und im Bereich der Taschen (22 bzs. 25) angeordnet sind.

12. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlagstift (4) für den Dichtelementtr;-iger (3) in den Lagerkörpern (8) gelagert ist und seine Lagerzapfen ballig ausgebildet sind.

13. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1?, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper (8) durch umfangsseitige ebene Flachen, die mit entsprechenden Flächen an der Tnnenwnndung des Geh'iuseteilc; (9) zusammenwirken, gegen Verdrehung gesichert sind.