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Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor)
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine
(Pumpe oder Motor) nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei derartigen Zahnradmaschinen
ergeben sich Leckverluste durch verschiedene Leckströme. Ein Anteil dieser Verluste
entsteht an einer Dichtzone, die zwischen den Stirnseiten der Zahnräder und der
Gehäuseinnenwand liegt, und zwar im sogenannten Einlaufbereich an der Niederdruckzone,
in den sich die Zahnräder durch die von d.er Hochdruckseite her auf sie einwirkende
Druckkr-aft etwas in das Gehäuse einarbeiten. Der durch dieses Einarbeiten oder
Einschaben in das Gehäuse erzeugte Einlaufbereich weist eine konkave Wölbung oder
Taschen auf, welche den volumetrischen Wirkungsgrad stark beeinträchtigen können.
Diese Taschen - für die es'bisher keine Erklärung gab - entstehen grob vereinfacht
geschildert dadurch, daß der genannte Querschnitt weniger gedehnt wird als die beiden
Querschnitte links und rechts davon, an welchen sich die Lagerkörper befinden, Dadurch
entstehen in dem an den
Zahnräder liegenden Querschnittsbereich
des Gehäuses eine Einschnürung. Infolge der Einschnürung wird in der Mitte des Einlaufbereichs
durch die Zahnräder mehr abgetragen als an den Rändern. Im nicht belasteten Zustand
ergeben sich an der Gehäuseinnenwand folglich im Einlaufbereich die genannten Taschen,
welche volumetrische Verluste zur Folge haben.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ihr
volumetrischer Wirkungsgrad wesentlich besser ist als bei bisherigen Maschinen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe, Figur 2 einen Schnitt längs II-II
nach Figur 1, Figur 3 einen Schnitt längs III-III nach Figur 1, Figuren 4 und 5
Längschnitte durch das Gehäuse der Zahnradmaschine, Figuren 6 bis 9 Querschnitte
wiederum längs III-III nach Figur 1 mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, Figur 10
eine Ansicht des Gehäuses einer weiteren Abwandlung der Zahnradmaschine.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Zahnradpumpe weist ein Gehäusemittelteil
10 auf, das eine durchgehende, zylindrische Ausnehmung 11 mit der Querschnittsform
etwa einer acht (siehe Figuren 2 und 3) aufweist, und das beidseitig durch Deckel
12, 13 verschlossen ist. Im Gehäusemittelteil kämmen zwei Zahnräder 14, 15 im Außeneingriff,
deren Wellenzapfen 16, 17 bzw. 18, 19 in ebenfalls im Gehäusemittelteil angeordneten
Lagerkörpern 20, 21 bzw. 22, 23 gelagert sind. Der Deckel 13 hat einen Durchgang
25, durch den der mit dem Wellenzapfen- verbundene Antriebszapfen 26 nach außen
dringt. Der Antriebszapfen ist an der Ausnehmung 25 durch eine Dichtung 27 gegegenüber
dem Deckel 13 abgedichtet.
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In Figur 1 sind drei Querschnittsebenen eingezeichnet und mit A, B
und A' bezeichnet. Die Querschnittsebenen A und A' verlaufen im Bereich der Lagerkörper
20 bis 23, der Querschnitt B verläuft im Bereich der Zahnräder l4, 15. In Figur
2 - die einen Schnitt längs II-II bzw. der Querschnittsebenen A und A' darstellt
- ist mit den kurzen Pfeilen c die Belastung des Gehäusemittelteils durch Flüssigkeitskräfte
und durch die langen Pfeile D die Belastung des Gehäusemittelteils durch die Lagerkörper
20 bis 23 dargestellt. Figur 3 zeigt den Schnitt in der Querschnittsebene B, und
die Pfeile e zeigen wiederum die Belastung des Gehäusemittelteils durch Druckflüssigkeit,
und zwar auf der Hochdruckseite. Die in das Gehäusemittelteil im Querschnittsbereich
B eindringende Bohrung 29 ist die Hochdruckbohrung, die achsgleich verlaufende gegenüberliegende
Bohrung 30 ist die Ans auf bohrung, Außen am Gehäuse sind beidseitig der ochdruckbohrung
29 noch zwei Pfeile F eingezeichnet, welche
die durch die Druckbelastung
ausgeübten Kräfte auf das Gehäusemittelteil im Querschnittsbereich B bedeuten.
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Wie bereits eingangs erwähnt, entsteht ein Anteil der Leckverluste
an der Dichtzone im Einlaufbereich G, und zwar zwischen den Zahnrädern und dem Gehäusemittelteil.
Dies rührt daher, daß durch die von der Hochdruckseite auf die Zahnräder ausgeübten
hydraulischen Kräfte diese etwas nach der Niederdruckseite verschoben werden und
sich im Bereich G etwas in die Gehausewand einschaben. Der durch diesen Vorgang
in der Gehäusewand erzeugte Bereich G weist eine konkave Wölbung (Taschen) auf,
welche den volumetrischen Wirkungsgrad stark verschlechtern.
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Die Entstehung dieser Taschen in der Zone G läßt sich anhand der Figuren
1 bis 5 erklären. Figur 1 zeigt - wie oben beschrieben - die unsymmetrische Druck-
bzw. Kraftverteilung C und D. Während nun an den Querschnitten A und A' eine Dehnung
des Gehäusemittelteils unter Druck.
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erfolgt, werden über den Querschnitt B hauptsächlich aufwärts gerichtete
Kräfte wirksam, welche sich durch Schubspannungen an den Querschnitten A und A'
abstützen.
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Es fehlen in dem Querschnitt 3 jedoch die Kräfte, die eine ebensolc.he
Dehnung bewirken könnten, wie sie in den Querschnitten A und A' hervorgerufen werden.
Deshalb wird der Querschnitt B weniger stark gedehnt als die Querschnitte A und
A', und er erscheint unter Druck gegenüber diesen Querschnitten als eingeschnürt.
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Die Figur 4 zeigt den Einschabvorgang der Zahnräder unter Druck. Infolge
der Einschnürung des Gehäusemittelteils wird in der Mitte des Bereichs G durch die
Zahnräder mehr abgeschabt als an seinen Rändern. Im entspannten Zustand (Figur 5)
weist das Gehäusemittelteil folglich im Bereich.G eine konkave Wölbung oder Tasche
auf. Dies bewirkt starke volumetrische Verluste. Da bei hohen Drehzahlen die entlastete
Zone des Querschnitts B (siehe Figuren 2 und 3) sich wesentlich vergrößert, tritt
hierbei auch eine verstärkte Einschnürung und somit verstärkte Taschenbildung auf.
Die Figur 5 zeigt in der enggestrichelten Darstellung die bereits abgetragene Tasche
im Bereich G.
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Um diese Taschenbildung zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, den
weniger belasteten Querschnittsbereich B konstruktiv so zu schwächen bzw. die Querschnitte
A und A' so zu stärken, daß die Dehnungen der Querschnitte A, A' und B unter Belastung
und im Betrieb sich nicht unterscheiden.
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Um dies zu erreichen, sind im Ausführungsbeispiel nach Figur 6 im
Bereich B außen am Gehäuse zwei Einschnitte oder Aussparungen 32, 33 vorgesehen,
deren Höhe etwa der Dicke der Zahnräder entspricht und deren Grundflächen parallel
zueinander verlaufen.
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Beim Ausfübrungsbeispiel nach Figur 7 sind die Ausnehmungen 34, 35
schrägverlaufend ausgebildet (34) oder ähnlich wie die Ausnehmung 33, jedoch mit
einer größeren Erstreckung. Wie die Figur 8 zeigt, verläuft die Ausnehmung 35 zuerst
mit der Dicke b und verjüngt sich dann bis zu einer Spitze. Die Ausnehmungen können
aber auch über ihre gesamte Länge konstante Breite aufweisen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 9 sind die Ausnehmungen 37, 38
anschließend an die Gehäuseausnehmung 11 und in deren Längsrichtung verlaufend ausgebildet.
Es sind selbstverständlich auch noch weitere Varianten denkbar. Auf diese Weise
können die Einschnürung und somit auch die Taschenbildung verhindert werden.
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Natürlich ist es auch möglich, keine Ausnehmungen im Querschnittsbereich
B vorzunehmen, sondern die Querschnitte A, A' entsprechend zu verstärken, z. B.
durch Materialverdickung oder aurgeschrumpfte Stützringe 39, 40, also ähnlich wie
Faßreifen (siehe Figur 10).
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Zweckmäßig ist es, zur Verwendung des Gehäuses ein kostengünstiges
Stranggußteil zu verwenden.