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Titel der Erfindung
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Hydrostatische Tandempumpe Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung
betrifft eine hydrostatische Tandempumpe, bestehend aus hintereinander angeordneten
Einzelpumpen, insbesondere außenverzahnten Zahnradpumpen, deren Antriebswellen mittels
Kupplung drehfest und spielausgleichend verbunden sind, die in einem Raum des Gehäuses
bzw. der Verbindungsplatten der Einzelpumpen angeordnet ist.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekannt sind Tandem-Zahnradpumpen
(DD-PS 63.974; DE-AS 1.553.216; US-PS 3.067.687), deren Antriebswellen eine Außenverzahnung
in Form eines Zahnwellenprofiles oder Keilwellenprofiles aufweisen und mittels einer
als HUlse ausgebildeten Kupplung mit analoger Innenverzahnung drehfest miteinander
verbunden werden, Ebenfalls bekannt sind DrehmomentUbertragungen mittels Klauenkupplung
(DD-PS 118.695), wobei zwischen den als Klauen ausgebildeten Enden der Ritzelwellen
eine mit entsprechenden Nuten versehene Kreuz scheibe spielausgleichend angeordnet
ist.
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Bei erwähnten Arten von Kupplungen führt die oszillierende Drehbewegung
der an der DrehmomentUbertragung beteiligten Teile zu örtlichen Deformationen der
Oberflächen und infolge der ungehinderten Sauerstoffeinwirkung tritt die bekannte
Reiboxydation derart in Erscheinung, daß ein vorzeitiger hoher Verschleiß, z. B
an den tragenden Flanken, entsteht und
schließlich die besagten
Kupplungselemente außent'6n gesetzt werden, Um die Wirksamkeit der Kupplung voll
zu sichern, den Verschleiß zu mindern und eine hohe Lebensdauer der Tandempumpen
zu erzielen, muß deshalb der Vermeidung dieses aufgezeigten Mangels mittels einer
sicheren Schmierung dieser Teile, in einem Ölbad oder umgeben mit Ölnebel, besondere
Aufmerksamkeit zukommen.
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Bei bekannten AusfUhrungsarten wird das aus den Lagern der Ritzelwellen
austretende Lecköl dem die Kupplung aufnehmenden Gehäuseraum zugeführt. Da dieser
Raum jedoch zur Druckentlastung mit der Niederdruck/(Saug-)seite verbunden ist,
besteht die Gefahr des sofortigen Absaugens dieses Lecköls. Diese Beckölschmierunghat
sich deshalb in vielen Fällen als nicht ausreichend erwiesen, zumal die Wirksamkeit
auch sehr von der jeweiligen Einbaulage der Tandempumpe abhängig ist. Eine verbesserte
Funktion der Schmierung ist gegeben durch die bekannte Anordnung eines federbelasteten
Rückschlagventils zwischen Kupplungs- und Niederdruckraum. Nachteilig ist dabei
der erhöhte Aufwand zur Herstellung.
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Bekannt ist es auch, die Kupplungsteile bei der Montage mit einem
geeigneten Schmiermedium, z. B. Wälzlagerfett, zu versehen.
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Um ein dauerhaftes Verbleiben des Fettes an der Kupplung zu sichern,
sind beide Ritzelwellen mittels in den Gehäusen angeordneten Wellendichtringen abgedichtet.
Nachteilig sind dabei eine zusätzliche Dichtung, ein erhöhter Aufwand und eine größere
Baulänge der Pumpen.
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Bei den Auæführungen der bereits beschriebenen US-PS 3.067.687 sowie
DE-AS 1.553.216 ist weiterhin die KupplungshUlse in einer Gehäuseausnehmung angeordnet,
die mit dem Niederdruckbereich der fUr die gesamte Pumpeneinheit gemeinsamen Einlaßpassage
verbunden ist und somit eine permanente Schmierung der Kupplung ermöglicht. Die
dazu erforderliche spezielle Gehäusegestaltung erfordert ebenfalls erhöhten Bauaufwand
und
ist nicht generell für beliebige Pumpenlçombinationenry anwendbar.
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Des weiteren sind Einrichtungen zum Schmieren der Wellenlager hydrostatischer
Zahnradmaschinen bekannt (DE-AS 1.528.959; DE-AS 1.775.401; DE-AS 2.138,636; DE-AS
2.208.291), die eine sogenannte Unterdruck- oder Nie derdruckschmierunggewährleisten.
Hierbei wird auf Grund der sich vergrößernden Zahnkammern eine PlUssigkeitsströmung
von der Niederdruckseite Uber Ausnehmungen in den Lagerkörpern der Wellen bzw.
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des Gehäuses durch die Lager bzw. Lagerspalte oder in umgekehrter
Strömungsrichtung erzeugt, wodurch sich eine Zwangsschmierung der Wellenlager ergibt,
Eine permanente Schmierung der Kupplungsteile von Zahnradpumpen in TandemausfUhrung
läßt sich bei Anordnung der Kupplung in einem entsprechenden Raum mit dieser Ausführung
des Standes der Technik nicht realisieren, - da auf Grund des gewollten Effektes
des Unterdruckes zur Lagerschmierung am Ende der Lagerbohrung ebenfalls Unterdruck
anliegt, - da allgemein nur eine Verbindung zwischen Pumpe und Kupplungsraum vorhanden
ist, und sich somit kein geschlossener Kreislauf ergibt.
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Ziel der Erfindung Ziel ist die Schaffung einer hydrostatischen Uandempumpe,
die vorzugsweise als Mehrstrom-Zahnradpumpe mit beliebiger Anzahl und Größe der
Einzelpumpen ausgebildet ist und bei einfacher Gestaltung der DrehmomentUbertragung
ohne zusätzliche Bauteile durch sichere Schmierung der Kupplung eine hohe Bebensdauer
gewährleistet, Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, bei einer hydrostatischen Tandempumpe unabhängig von deren Einbaulage
eine
sicher wirkende Zwangsschmierung der die Drehmoment~ übertragung bewirkenden Bauteile
zwischen den Einzelpumpen bei kontinuierlicher Strömung der SchmierflEssigkeit zu
schaffen, wobei diese Schmierung im Niederdruckbereich erfolgen soll.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei vorliegender
Tandempumpe die Saugseite mindestens einer als Zahnradpumpe ausgebildeten Einzelpumpe
Uber bekannte Ausnehmungen im Gehäuse derselben oder im Lagerkörper der Antriebs-
und Ritzelwellen sowie sich anschließender Kanäle in einer anliegenden Verbindungsplatte
Flllssigkeitsverbindung zu dem die Kupplung aufnehmenden Raum besitzt, welcher weiterhin
über Ausnehmungen der Verbindungsplatte im Durchtrittsbereich der Antriebswelle
sowie deren Gleitlager bzw.
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Lagerbuchse wiederum mit deren Saugseite verbunden ist, Vorteilhafterweise
ist die im Durchtrittsbereich der Antriebstelle liegende Ausnehmung in der Verbindungsplatte
als Ringkanal oder als Längsnut ausgebildet.
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Diese genannten Ausnehmungen in der Verbindungsplatte schließen sich
an eine Ringnut des Lagerkörpers (ausgebildet als Lagerbrille) an und weisen über
den Schmierspalt der in dem Lagerkörper angeordneten Lagerbuchse Verbindung zu einer
weiteren Ringnut auf, die mit einer Ausnehmung des Lagerkörpers auf der Saugseite
verbunden ist.
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Genannte Kupplung wird vorzugsweise als Kupplungshülse ausgebildet
und weist analoges den Antriebswellen entsprechendes Verzahnungsprofil auf, In Weiterbildung
der Erfindung ist bei mediengetrennter Ausführung der Tandempumpe eine der beiden
Zahnradpumpen mit einer Wellendichtung fUr die Antriebswelle versehen, während von
der zweiten Zahnradpumpe ein Kanal zum Raum der Kupplung führt, der vorzugsweise
in der Mitte genannter Kupplung mündet.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die als KupplungshUlse
ausgebildete
Kupplung mit mindestens zwei diametral angeordneten radialen Bohrungen zu versehen,
die im Bereich der Stirnseiten beider zu kuppelnden Antriebswellen liegen.
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Weitere Ausfahrungsformen im Rahmen des Erfindungsanspruches sind
möglich.
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Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet auf sichere Art eine kontinuierliche
Strömung der Schmierflüssigkeit innerhalb des Kupplungsraumes und somit eine Zwangsschmierung
der drehmomentübertragenden Bauteile innerhalb der Tandempumpe. Außerdem wird ein
der Schmierung dienender Ölnebel im Kupplungsraum erzielt. Der Schmiervorgang selbst
erfolgt im Niederdruckbereich, also unabhängig vom Betriebsdruck der Pumpen, wodurch
hydraulische Verluste vermieden werden.
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Da die sogenannte Zwangsschmierung in jeder Einbaulage der Tandempumpe
gewährleistet ist, können Funktionsstörungen und damit Beeinträchtigungen der Lebensdauer
im Bereich der Kupplung mit großer Sicherheit ausgeschlossen werden.
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Durch einfachen konstruktiven Aufbau des Schmiersystems ist eine wirtschaftliche,
kostensparende Realisierung gegeben.
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Die Größe der Kupplung und damit die Anzahl und Größe der Einzelpumpen
sind nicht begrenzt, da sich der Kupplungsraum außerhalb des Dichtungsbereiches
für das AxialdruckSeld der Zahnradpumpen befindet. Dieser Kupplungsraum ist innerhalb
der Verbindungsplatte angeordnet, wodurch die Abmessungen desselben sowie der Kupplung
keiner besonderen räumlichen Begrenzung unterliegen.
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Anwendbar ist dieses Prinzip der Kupplungsswangsschmierung auch bei
Medientrennung der Einzelpumpen, wobei ein Wellendichtring in der Verbindungsplatte
der nachfolgenden Pumpe anzuordnen ist.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung von Tandempumpen wird somit
neben der bekannten Lagerschmierung auf der Grundlage von Nieder- bzw. Unterdruck
nunmehr auch die kontinuierliche Schmierung der das Drehmoment Ubertragenden Kupplung
möglich,
Hierbei gelangt das Frischöl fUr mindestens ein Wellenlager jeder Einzelpumpe nicht
direkt von der Saugseite zu den Gleitlagern der Wellen, sondern nur über den genannten
Kupplungsraum bei Gewährleistung vorteilhafter Schmierung der Kupplung.
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AusfUhrungsbeispiel Nachfolgend ist die Erfindung an AusfUhrungsbeispielen
näher erläutert, wobei die Zeichnung folgendes darstellt: Fig. 1 den Längsschnitt
einer als Tandempumpe ausgebildeten Mehrfachzahnradpumpe, welche durch die Kupplung
aufnehmende Verbindungsplatten gekoppelt ist.
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Fig, 2 den Längsschnitt von Verbindungsplatten und Kupplung mit einer
möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Schmiereinrichtung gemäß Schnitt B-B
in Fig. 4 Fig. 3 den Längsschnitt analog Fig. 2 eines weiteren Ausführungæbeispieleæ
der Schmiere inrichtung.
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Fig. 4 den Querschnitt der Tandempumpe gemäß Schnitt A-A in Fig. 2.
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Fig. 5 den Querschnitt einer Tandempumpe mit Lagerkörper für eine
andere Schmierwirkung.
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Fig, 6 eine vergrößerte Einzelheit X aus dem Bereich der Wellenlagerung
gemäß Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt eine Mehrfachzahnradpumpe in Tandemauæführung, bei der
in bekannter Weise eine Zahnradpumpe 1 mit einer weiteren Zahnradpumpe 2 mittels
Verbindungsplatten 3,4 gekoppelt sind
Die Kopplung erfolgt in bekannter
Weise über einen Zentrierbund und Uber entsprechende Verschraubungen, Der Antrieb
dieser Mehrfachzahnradpumpe erfolgt dabei durch Einleitung des Drehmomentes über
eine Antriebswelle 5 der Zahnradpumpe 1, Da die Wirkungsweise derartiger Zahnradpumpen
1 und 2 dem bekannten Stand der Technik entspricht, ist die Darlegung von Einzelheiten
über die Zu- und AbfUhrung des hydraulischen Mediums hinsichtlich ihrer Pumpenfunktion
nicht erforderlich.
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Des weiteren sind die gekoppelten Zahnradpumpen 1 und 2 Jeweils mit
hydraulisch beaufschlagten Druckfeldern für den axialen Spielausgleich versehen,
wie diese heute in der Hochdruckhydraulik üblich und erforderlich sind. Beide Zahnradpumpen
1,2 sind weiterhin über Antriebswellen 5,6 mittels einer Kupplung 7 zur Übertragung
des Drehmoments verbunden.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, sowohl den Bereich der genannten
Kupplung 7 als auch die Gleitlager der Zahnradpumpen 1,2 mittels Niederdruck zu
schmieren, Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schmierung der Kupplung 7 für
die gezeigte Mehrfachzahnradpumpe ist folgendes: Unter Voraussetzung der bekannten
Wirkungsweise von Zahnradpumpen 1 und 2 gemäß Fig. 2 wird in einer axialen Ausnehmung
8 eines Lagerkörpers 9 (ausgebildet als Lagerbrille) Blüssigkeit gesammelt, die
von der Niederdruckseite (Saugseite) der Zahnradpumpe 1 zugeführt wird. Von dieser
Ausnehmung 8, die wahlweise auch im Gehäuse der Zahnradpumpe angeordnet sein kann,
besteht über einen Kanal 10 in der Verbindungsplatte 3, der vorteilhafterweise als
Bohrung ausgeführt ist, Blüssigkeitsverbindung zu einem Raum 11, der die Kupplung
7 aufnimmt Diese Kupplung 7 verbindet die Antriebswellen 5,6 der Zahnradpumpen 1,2
über ein bekanntes Zahnwellen-proSil 12 drehfest, Der Raum 11 erstreckt sich dabei
logischerweise auf die Verbindungsplatten 3,4 beider Zahnradpumpen 1,2, wobei in
analoger Weise über einen Kanal 13 in der Verbindungsplatte 4 Plüssigkeitsverbindung
zu einem Lagerkörper 14 besteht, der ebenfalls eine Ausnehmung analog der Ausnehmung
8 des Lagerkörpers 9 besitzt. Der Raum 11 ist dabei so angeordnet, daß
ein
Abstand zu der Stirnfläche der Verbindungsplatte 3 besteht, welche eine Druckfelddichtung
15 für das Axialdruckfeld enthält, Dadurch ist es möglich, den Außendurchmesser
der Kupplung 7 unabhängig vom Durchmesser der Druckfelddichtung 15 auszulegen, um
hohe Drehmomente übertragen zu können, Auf beiden Antriebswellen 5,6 ist Je ein
Sicherungsring 16,17 so angebracht, daß eine axiale Fixierung der Kupplung 7 erreicht
und gleichzeitig ein Verschließen von Ringkanälen 18,19 in der Verbindungsplatte
3,4 verhindert wird. Die im Raum 11 befindliche Flüssigkeit wird über den Ringkanal
18,19 zwischen Antriebswelle 5,6 6 und Bohrung in der Verbindungsplatte 3,4 der
Ringnut 20,21 im Lagerkörper 9,14 zugeführt, Diese Ringnut 20,21 ist an der der
Verbindungsplatte 3,4 zugewandten Stirnseite der Lagerkörper 9,14 angeordnet und
wird durch eine vorzugsweise mit PUPPE beschichtetew Lagerbuchse 22,23, in denen
die Antriebswellen 5,6 gelagert sind, begrenzt. Durch den Lagerspalt zwischen Antriebswelle
5,6 und Lagerbuchse 22,23 an der Stelle geringer Andruckkräfte dieserAntriebswelle
5,6 fließt das Medium in eine Ringnut 24 und bildet dadurch in bekannter Weise einen
Schmierölfilm zwischen Antriebswelle 5,6 und Lagerbuchse 22,23.
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Die Ringnut 24 fungiert dabei als Entlastungsnut und ist unmittelbar
neben der Stirnfläche eines Paares Zahnräder 25 der Zahnradpumpe 1 bis zum Ende
der Lagerbuchse 22 angeordnet.
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Diese Ringnut 24 besitzt Flüssigkeitsverbindung zu einer radialen
Ausnehmung 26 in der Stirnfläche des Lagerkörpers 9, welche dem Zahnrad 25 zugewandt
ist. Von genannter Ausnehmung 26 wird das Medium dem Zahnrad 25 im saugseitigen
Eingriffsbereich (Niederdruck) zugeführt. In vorteilhafter Weise kann die Lagerbuchse
22,23 mit mindestens einer bekannten Nut zur Ölführung versehen sein, Die gleichzeitige
Niederdruck- bzw. Saugschmierung der Kupplung 7 und der Gleitlager, d. h. der Lagerbuchsen
22,23 der Mehrfachzahnradpumpe wird dadurch erreicht, daß sich durch den im saugseitigen
Eingriffsbereich der Zahnräder 25 vorhandenen Unterdruck ein Ölumlauf von der Saugseite
mit Ausnehmung 8 durch den Kanal 10 zum Raum 11 der Kupplung 7
und
weiter über Ringkanal 18, Ringnut 20, Lager spalt bzw.
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Nut in der Lagerbuchse 22, Ringnut 24 und Ausnehmung 26 wieder zurück
zur Saugseite ergibt.
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Der artgleiche Vorgang läuft in der Zahnradpumpe 2 ab. Dadurch wird
vor allem erreicht, daß im Raum 11 für die Kupplung 7 der ca. doppelte Flüssigkeitsstrom
zur Schmierung vorliegt und die Schmierwirkung unabhängig von der Einbaulage der
Mehrfachzahnradpumpe - vertikal oder horizontal - sicher gewährleistet ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist eine Zahnradpumpe
27 mit einer weiteren Zahnradpumpe 28 zu einer Mehrstrompumpe/Mehrfachzahnradpumpe
gekoppelt, wobei die Zahnradpumpe 28 durch Anordnung einer Wellendichtung 29 von
der Zahnradpumpe 27 mediengetrennt ist, Somit ist es möglich, die Zahnradpumpen
27 und 28 für unterschiedliche Pördermedien sowie für unterschiedliche Saugbedingungen
einzusetzen, Die in einem Raum 30 angeordnete Kupplung 31 ist in den Schmierkreislauf
derart einbezogen, daß über einen Kanal 32 in einer Verbindungsplatte 33 Flüssigkeitsverbindung
zu einer Ausnehmung 34 in einem Lagerkörper 35 analog dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 2 besteht.
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Der Kanal 32 wird hierbei vorteilhafterweise in der Nähe der Mitte
der Kupplung 31 in den Raum 30 eingeführt. Die Kupplung 31 ist mit zwei diametral
gegenüberliegenden radialen Bohrungen 36 versehen, wodurch eine Verbindung zu den
stirnseitigen Kontaktstellen von Antriebswelle 37,38 beider Zahnradpumpen 27,28
geschaffen wird. Dadurch ist in vorteilhafter Weise ein erhöhter Schmiereffekt für
die Kupplung 31 derart erreichbar, daß die Bohrungen 36 und der Raum 30, insbesondere
bei Außerbetriebsetzen der Zahnradpumpe 27, durch die Trägheit des Flüssigkeitsstromes
völlig mit Medium gefüllt werden.
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Die Bohrungen 36 werden wie angesprochen, in der Ruhe phase der Zahnradpumpen
27,28 mit Medium gefüllt, so daß trotz Zentrifugalwirkung dieser Bohrungen 36 während
des Betriebes ein genügender Schmiereffekt in der Kupplung 31 gewährleistet ist.
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Außerdem wird vom Raum 30, der die Kupplung 31 aufnimmt, über
eine
Längsnut 39 in der Verbindungsplatte 33 Blüssigkeitskontakt zu einer Ringnut 40
des Lagerkörpers 35 realisiert, der in analoger Weise im Ausführungsbeispiel gemäß
Fig, 2 bereits beschrieben wurde. Zu beachten ist hierbei, daß die genannte Längsnut
39 zur Ausnehmung 34 (oder zum Kanal 32) vorzugsweise diametral angeordnet ist.
Hiermit ist in gleicher Weise, wie zu Fig. 2 beschrieben, ein Kreislauf zur Zwangsschmierung
der Kupplung 31 sowie der Gleitlager in den Lagerkörpern 35 der Zahnradpumpe 27
mittels Niederdruck gegeben.
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Im Ausführungsbei3piel gemäß Fig. 4 ist nochmals die iage l;e~ Ralales
10 innerhalb der Ausnehmung 8 des Lagerkörpers 9 dargestellt. Hierin ist weiterhin
zu erkennen, daß ein an sich bekannter nierenförmiger Nutraum 41 in der zum Lagerkörper
9 weisenden Stirnfläche der Verbindungsplatte 3 die genannte Ausnehmung 8 mit der
Ringnut am stirnseitigen Ende der getriebenen Welle verbindet (analog Ringnut 20,21).
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Damit wird für die Lagerbohrung dieser Welle in bekannter Weise die
Niederdruckschmierung wirksam, Für die Zahnradpumpe 2 erfolgt über einen Nutraum
42 die Lagerschmierung in gleicher Weise.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zeigt in Weiterbildung der Erfindung
einen Lagerkörper 43 einer Mehrfachzahnradpumpe, in dessen der Verbindungsplatte
zugewandten Planseite ein ebenfalls bekannter Nutraum 44 ausgebildet ist, Dieser
etwa geradlinig die Ringnut 20 der Antriebswelle 5 mit einer Ringnut 45 einer getriebenen
Welle 46 verbindende Nutraum 44 bezieht letztere in den bekannten Niederdruckschmierkreislauf
ein, wobei sich in logischer Weise der ca. doppelte Flüssigkeitsstrom gegenüber
dem entsprechend Fig, 2 näher beschriebenen Kreislauf ergibt, d, h., es wird erhöhter
Schmiereffekt für die Kupplung 7 gewährleistet, Der so als Lagerbrille gestaltete
Lagerkörper 43 ermöglicht vorteilhaft bei um 180 Grad. versetzter Anordnung innerhalb
der Radkammerbohrung die Realisierung der Drehrichtungsänderung der Zahnradpumpe
bei gleichbleibender Funktion der Kupplungs- und Lagerschmierung.
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Grundsätzlich ist bei diesem Schmiersystem zu beachten, daß
aus
Gründen der sicheren Schmierung der Kupplung als auch der Lager für die Antriebs-
und Ritzelwellen die Querschnittsfläche des Kanales 10,13,32 vorzugsweise größer
ist als die Querschnittsfläche der als Ringkanal 18 oder Längsnut 39 gestalteten
Ausnehmung in der Verbindungsplatte 3,4,33.