DE3414950A1 - Hydraulische getriebevorrichtung - Google Patents

Description

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DANA CORPORATION 4500 Dorr Street Toledo, Ohio, U.S.A.

Hydraulische Getriebevorrichtung

- V - Dana Corp.

34U950 _A14764

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Getriebevorrichtung, wie z.B. Zahnradpumpen oder Getriebetnotoren, die in hydraulischen Hochdrucksystemen verwendet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere die Ausbildung der äußeren Gehäuseteile für die hydraulischen Vorrichtungen. Derartige Gehäuse müssen die operativen Komponenten der Getriebevorrichtungen hermetisch abschließen, insbesondere wenn diese Einheiten periodisch umgeschaltet werden. Unter Getriebeeinheit oder Getriebevorrichtung sind insbesondere Zahnradpumpen, Zahnradmotoren bzw. Getriebemotoren, aber auch hydraulische Einheiten zu verstehen, die sowohl die Funktionen von Zahnradpumpen oder Zahnradmotoren ausführen können.

Die bisher bekannten Gehäusekonstruktionen für sehr hohe Belastungen über längere Zeiträume sind nur begrenzt einsatzfähig. Derartige Gehäuse erfordern größere Dicken, um eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten, weshalb sie relativ massiv ausgeführt sind. Es mußten also Kompromisse zwischen der Belastung und den Dimensionen der Gehäuse gemacht werden, wo dies nicht möglich war, mußten die Belastungen beträchtlich reduziert werden.

Bei vielen bekannten Konstruktionen tritt ferner eine radiale Belastung an den Berührunflächen der Gehäuseteile auf, was zur Folge hat, daß sich die Gehäuseteile relativ zueinander seitlich verschieben können. In manchen Fällen ist diese Belastung so groß, daß durch die Verschiebung die Zahnräder in den hydraulischen Vorrichtungen verschoben wurden, wodurch die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wurde. Auch bei Vorrichtungen mit weniger hohen Kräften kann ein Kriechen oder ein Nachlassen der Spannkräfte zwischen aufeinander!legenden Flächen zu Verlusten der Leistungsfähigkeit der Getriebevorrichtungen führen.

Gewünscht ist daher ein geteiltes Gehäuse, das diese Nachteile nicht aufweist, wobei der Bedarf für ein solches Gehäuse umso größer wird als die Drücke in hydraulischen Systemen mit den Verbesserungen in der

Technologie weiter zunehmen.

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Getriebevorrichtung mit einem geteilten Gehäuse das bei einer Reduzierung der Dicke oder anderer struktureller Abmessungen keinem Festigkeitsverlust ausgesetzt ist. Die Gehäuseteile haben keine Neigung sich relativ zueinander längs ihrer aufeinander!legenden Flächen zu verschieben, auch nicht bei hohen hydraulischen Drücken. Minderungen der Leistungsfähigkeit oder des Wirkungsgrades werden dadurch vermieden.

Eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung umfaßt vorzugsweise ein paar äußerer Gehäuseelemente, jedes mit gegenüberliegenden zusammenpassenden Flächen, die in einer radial ausgerichteten Ebene liegen, quer zu einem Paar Getriebewellen der Vorrichtung. Die beiden zusammenpassenden Flächen haben eine resultierende radiale Netto-Trennkraft von Null zwischen ihnen, Die radial verlaufenden Flächen liegen ferner zwischen den Lagern auf jeder Seite eines Paares von kämmenden Zahnrädern.Die einander entsprechenden Flächen sind symmetrisch bezüglich der Zahnräder, sie sind ferner parallel zu und in gleichem Abstand von jeder der radialen Flächen von Druckplatten angeordnet, die neben jeder Seite der Zahnräder liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei

Fig. 1 im Schnitt eine hydraulische Zahnrad-Einheit zeigt.

Fig. 2 zeigt schematisch die Einheit nach Fig. 1 mit einer graphischen Darstellung eines hydraulischen Druck-Verlaufes.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen im Schnitt hydraulische Zahnrad-Einheiten nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine Zahnrad-Einheit 10 mit einem Paar von Zahnrädern 12, von denen jedes drehfest auf einer Welle 14 sitzt. In der dargestellten und

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beschriebenen Ausführungsform arbeitet die Einheit 10 als Pumpe. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Zahnrad mit der zugehörigen Welle dargestellt. Die Zahnräder 12 stehen in ständigem Eingriff miteinander und erzeugen einen hydraulischen Druck, wodurch eine Hydraulikflüssigkeit von einem Niederdruckanschluß 16 zu einem Hochdruckanschluß 28 gefördert wird. Ein Keil 16 auf einer der Wellen 14 bildet eine Kupplungseinrichtung zum Antrieb der Zahnräder 12 in der Vorrichtung 10 mittels einer äußeren Antriebseinrichtung. Das in der Figur nicht sichtbare Zahnrad 12 sitzt auf einer Stummelwelle 14, unmittelbar hinter und in Flucht mit der sichtbaren Welle und dem sichtbaren Zahnrad.

Die Zahnräder und die Wellen sind in einem geteilten Gehäuse 18 angeordnet, das aus separaten Gehäuseteilen 20 und 22 besteht. Die Gehäuseteile 20 und 22 sitzen längs radial verlaufender Flächen 24 hermetisch aufeinander, wobei die Flächen 24 um die Zahnräder 12 verlaufen und eine radiale Ebene P-P (Bezugsebene) bilden. Die Ebene P-P verläuft quer zu den Wellen 14. Die Welle 14 erstreckt sich durch eine Bohrung im Zahnrad 12 und Wellenabschnitte 30 und 32 liegen auf jeder Seite des Zahnrades 12.

Der erste Wellenabschnitt 30 stellt den oberen Abschnitt dar, während der zweite Wellenabschnitt 32 den unteren Abschnitt der Welle 14 bildet. Der erste Wellenabschnitt 30 ist im oberen Gehäuseteil 20 in einer Lagerbüchse 34 gelagert und der zweite Wellenabschnitt 32 ist im unteren Gehäuseteil 22 in einer Lagerbuchse 36 gelagert. An die Seiten 38 und des Zahnrades 12 angrenzend sind Druckplatten 42 und 44 angeordnet. Diese Druckplatten gewährleisten die volumetrische Leistungsfähigkeit der Zahnradpumpe, wie an sich bekannt.

In Fig. 2 ist schematisch eine Zahnrad-Einheit 10 dargestellt in Verbindung mit einem Kräftefeld, das durch die Hochdruckseite der Einheit erzeugt wird, die, wie bereits erwähnt, als Pumpe arbeitet. Durch die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Pumpe

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wird eine resultierende Kraft oder Nettokraft zwischen den beiden Seiten erzeugt. Die Größe dieser Kraft hängt von Parametern sowohl der Zahnräder und der Wellen ab und sie ist insbesondere eine Funktion der Zahnradbreite W, des Zahnraddurchmessers D und der hydraulischen Druckdifferenz zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite der Pumpe.

Es ist bekannt, daß diese Druckdifferenzen in hydraulischen Pumpen axial variieren von einem Ende von einem der Lager zum gegenüberliegenden Ende des anderen der in axialem Abstand liegenden Lager 34 und 36. Es entsteht ein resultierender Kraftvektor F, der zentral auf das Zahnrad 12 wirkt, das durch umgekehrte Reaktionskräfte über den Lagern abgestützt wird, die gleich 1/2 F sind. Die Folge ist ein axial sich erstreckendes Kraftfeld, wie in Fig. 2 dargestellt, worin L gleich der Länge jedes Lagers ist und X die Abszisse darstellt, die parallel zur Wellenachse vom äußeren linken Ende des Lagers 34 aus verläuft. Wenn somit A die wirksame Fläche ist, über welcher die Druckdifferenz P ausgeübt wird, ist A gleich W mal D, und in jedem gegebenen Punkt längs X ist die Größe der ausgeübten Kraft gleich Κ·Α·Ρ> worin K eine dimensionslose Konstante ist.

Es ergibt sich ferner, daß die axiale Lage 25 (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt) der Trennebene längs der Abszisse X die spezifische Größe der Verschiebekraft in einem gegebenen Gehäuse bestimmt. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, treten die maximalen Kräfte auf, wenn die Trennebene P-P an den inneren Enden der Lager, d.h. an den Seiten 38 und 40 des Zahnrades 12 liegt, oder bezogen auf Fig. 1, an der Kontaktlinie bzw. Berührungsfläche zwischen den Druckplatten 42 und 44 sowie dem Zahnrad 12. Minimale Kräfte oder eine Kraft mit der Größe Null werden dann erreicht, wenn die Trennebene in eines der äußeren Enden der Lager und 36 gelegt wird, ebenso in der Mitte des Zahnrades 12.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Beispiele für die bisherige Anordnung der Trennebene bei Zahnradpumpen. Im Beispiel nach Fig. 3 liegt die Trennebene P-^'zwischen den Enden des Lagers 34'. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß diese Anordnung der Ebene P'-P¹ eine Verschiebekraft in der Trennebene

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zur Folge hat, die fast beim Maximum liegt, da die Ebene nahe beim inneren Ende des Lagers 34' liegt. Es besteht daher die Gefahr einer Relativbewegung zwischen den aufeinander!legenden Flächen 24' der Gehäuseteile 20' und 22'.

In Fig. 4 wird ein dreiteiliges Gehäuse verwendet mit drei getrennten Gehäuseteilen 20', 21' und 22'. Hierdurch ergeben sich zwei Trennebenen P'-P¹ und das Problem der relativen Verschiebung der Trennebenen zueinander tritt zweimal auf. Dies wird auch dadurch erschwert, daß die beiden Ebenen P'-P' nahe den inneren Enden der Lager 34' und 36' liegen, d.h. im Bereich der größten Kräfte.

Fig. 5 zeigt eine Verbesserung gegenüber den Ausführungen nach den Fig. 3 und 4 im Hinblick auf die radiale Belastung. Bei dieser Ausführungsform liegt die Trennebene P'-P' am äußeren Ende des Lagers 34' und fällt damit in einen Bereich, in welchem die Verschiebekraft die Größe Null hat, wie sich aus Fig. 2 ergibt. Diese Ausführungsform hat jedoch Nachteile aufgrund ihrer Dimensionen. Insbesondere bei größeren Geräten erhält man sehr lange Gehäuseteile 22' mit unerwünscht tiefen Bohrungen 50'. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 können die Bohrungen 50 jedoch beträchtlich kürzer in jedem der einzelnen Gehäuseteile gehalten werden, so daß beide Gehäuseteile sich in die Gesamtlänge der Bohrung teilen. Das Gehäuse 18 kann daher kräftiger ausgeführt werden.

Durch die Anordnung der Trennebene P-P (Fig. 1) ergeben sich daher zwei hauptsächliche Vorteile. Die radiale Belastung zwischen den aufeinanderliegenden Flächen der Gehäuseteile ist Null. Da die Trennebene parallel zu und in gleichem Abstand von den wirksamen Flächen der Druckplatten 42 und 44 liegt, können relativ kleinere Gehäuseteile verwendet werden, ohne Reduzierung der Belastungen.

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Claims (7)

1. Dana Cor. - A 14 764 -

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   Patentansprüche

   Hydraulische Zahnrad-Vorrichtung, insbesondere Zahnradpumpe, mit einem Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen mit radial verlaufenden axial gegenüberliegenden Trennflächen, zwei in Eingriff miteinander stehenden Zahnrädern, von denen jedes auf je einer Welle sitzt, Lagern an gegenüberliegenden Enden von jeder Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen der Gehäuseteile radial auswärts von den Zahnrädern in einer Ebene liegen, die quer durch die Wellen und zwischen den beiden Lagern verläuft.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Paar Druckplatten aufweist, von denen jede eine radial verlaufende Fläche hat, die gegen die Seiten der Zahnräder anliegt, und daß diese Flächen parallel zu und in gleichem Abstand von der Trennebene liegen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei durch die Zahnräder Querkräfte erzeugt werden, welche die Gehäuseteile relativ zueinander zu verschieben suchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen der Gehäuseteile in einer Ebene liegen, in der die radialen Querkräfte die Größe Null haben.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Querkraft eine Funktion der Breite der Zahnräder, des Durchmessers der Zahnräder und des hydraulischen Drucks ist, der durch die Drehung der Zahnräder erzeugt wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager Gleitlager sind.

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6. 6. Zahnrad-Vorrichtung, insbesondere Zahnradpumpe, mit einem Paar äußerer Gehäuseteile mit radial verlaufenden axial gegenüberliegenden Trennflächen, zwei in Eingriff miteinander stehenden Zahnrädern, zwei Wellen, welche die Zahnräder abstützten, Lagern für jede der Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen radial auswärts von den Zahnrädern in einer Ebene liegen, die quer durch die Wellen und zwischen den beiden Lagern verläuft.
7. 7. Hydraulische Zahnrad-Vorrichtung mit zwei äußeren Gehäuseteilen mit radial verlaufenden axial gegenüberliegenden Trennflächen, zwei in Eingriff miteinander stehenden Zahnrädern, zwei Wellen, welche die Zahnräder abstützen, zwei Lagern für jede der Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennflächen radial auswärts von den Zahnrädern in einer Ebene liegen, die quer durch die Wellen verläuft und zwischen den beiden Lagern liegt, daß jedes Zahnrad ein Paar radial verlaufender, in axialem Abstand liegender Seitenflächen hat, daß ferner ein Paar Druckplatten vorgesehen sind, von denen jede eine radial verlaufende Oberfläche hat, die gegen die Seitenfläche der Zahnräder anliegt, und daß diese Flächen der Druckplatten parallel zu der Ebene verlaufen und in gleichem Abstand von dieser angeordnet sind.