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Titel der Erfindung
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Hydrostatische Zahnradmaschine Anwendungsgebiet der Erfindung Die
Erfindung betrifft eine hydrostatische Zahnradmaschine, vorzugsweise eine Zahnradpumpe,
deren Antriebswelle in axial und radial belastbaren Wälzlagern angeordnet ist und
über eine Kupplung mit einem im Vorsatzlager vorhandenen Triebknüppel Drehmomentverbindung
aufweist, wobei ein Wellendichtring auf dem Triebknüppel das Vorsatzlager abdichtet.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bekannt sind hydrostatische
Zahnradmaschinen (DD-PS 38.542; DD-PS tal8.695; DE-OS 1.553.244; DE-OS 1.553.262;
DE-GM 1.953.887), deren antriebsseitiges Lager mit dem Gehäuseraum der Zahnradmaschine
verbunden ist und somit Verbindung zur Niederdruckseite besteht.
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In dem antriebsseitigen Vorsatzlager ist hierbei ein Triebkuppel in
axial und radial belastbaren Wälzlagern angeordnet, der über eine Kupplung mit der
Antriebswelle der Zahnradmaschine Drehmomentverbindung aufweist. Fdr die Ausbildung
genannter Kupplung sind unterschiedliche Ausführungen bekannt, so u. a.
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die Verwendung von Kreuz scheiben, die Ausbildung des Triebknüppels
mit einer Verzahnung zum Eingriff in die Antriebswelle oder eine auf der Antriebswelle
sitzende Kupplungsbuchse mit konischer Bohrung und längsgenuteter Außenmantelfläche.
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Zur Abdichtung des Innenraumes der Zahnradmaschinen ist ein Wellendichtring
vorgesehen, der im Gehäuse des Vorsatzlagers
an der Austrittsöffnung
des Triebknüppels angeordnet ist.
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Aus Gründen der Druckentlastung ist genannter Gehäuseraum der Zahnradmaschine
mit der Niederdruckseite verbunden, wodurch das zu den Lagerstellen gelangende Lecköl
sofort wieder abgesaugt wird. Eine ausreichende kontinuierliche und sichere Schmierung
der Lager- und Kupplungsteile in Jeder beliebigen Einbaulage der Zahnradmaschine
ist somit nicht gegeben.
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Fehlt diese Schmierung, dann treten unerwünschte Korrosion, Verschleiß
sowie Reiboxydation an diesen Bauteilen auf, welche einer hohen Lebensdauer und
Funktionstüchtigkeit der Zahnradmaschinen entgegenwirken.
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Außerdem ist eine hydrostatische Zahnradpumpe bekannt (DE-OS 1.403.909),
deren Triebknüppel über eine Verzahnung in die Antriebswelle eingreift und eine
separate Wälzlagerung in Form eines Antriebslagers aufweist.
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Der Innenraum der Zahnradpumpe ist über einen Wellendichtring auf
dem Triebknüppel abgedichtet. Sowohl die Wälzlager der Antriebs- und Ritzelwelle
als auch das Kegelrollenlager des TriebknUppels werden mittels Drucköl geschmiert
(Seite 11, Zeile 17/23 dieser EB), welches über Bohrungen vom Pumpenauslaß, d. h.
der Druckseite, dem Innenraum zugeführt wird.
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Nachteilig an dieser Druckölschmierung sind der zwangsläufig auftretende
Förderstromverlust sowie daraus resultierend Wirkungsgradverschlechterung. Außerdem
tritt durch die vorhandene Drosselwirkung eine unerwünschte Öl.rwärmung auf, und
zur Ableitung des Schmieröles ist eine kostenerhöhende und platzaufwendige Rückführleitung
zum Öl behälter erforderlich.
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Des weiteren sind Zahnradpumpen bekannt (DE-OS 1.553.160), deren Antriebswelle
oder Triebknüppel wälzgelagert ist und dieses Wälzlager gegenüber dem Innenraum
abgedichtet ist. Darauf angeordnete Wälzlager sind mit geeignetem Schmiermittel,
insbesondere Fett zu versehen, welches im Montageprozeß angebracht wird, Reben dem
erhöhten Aufwand zur Realisierung dieses Fettdepots ist eine permanente Schmierung
dieses Wälzlagers nur gewährleistet,
solange das Pettdepot vorhanden
ist. Eine kontinuierliche Schmierung mit dem Öl der Zahnradpumpe ist auf Grund der
beschriebenen Trennung des Wälzlagers vom Innenraum nicht möglich, Bei Pumpen ohne
Beckölanfall, was sich entweder bei bestimmten Bedingungen ergeben kann oder auf
Grund der Bauart gegeben ist, kann dieses Prinzip nicht zur Schmierung des Vorsatzlagers
Anwendung finden.
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Ziel der Erfindung Ziel ist die Schaffung einer hydrostatischen Zahnradmaschine
mit integriertem Vorsatzlager, die bei einfachem Aufbau ohne zusätzliche Bauteile
eine sichere Schmierung der die axialen und radialen Kräfte aufnehmenden Wälzlager
sowie der drehmomentübertragenden Bauteile des Vorsatzlagers und damit eine hohe
Lebensdauer gewährleistet.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, bei einer hydrostatischen Zahnradmaschine unabhängig von bestimmten Einbauverhältnissen
sowie unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine kontinuierliche Schmierung des
Vorsatzlagers zu sichern, die im Niederdruckbereich erfolgen soll und somit Verluste
des Förderstromes der Zahnradmaschine vermeidet.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Niederdruckseite
der Zahnradmaschine über eine axiale Ausnehmung des Lagerkörpers der Antriebs- und
Ritzelwelle und über einen sich anschließenden Kanal in einem das Vorsatzlager aufnehmenden
Deckel Flüssigkeitsverbindung zu seinem Innenraum aufweist, welcher das/die Wälzlager
sowie eine Hülse zur Lagerung des Triebknüppels und/oder zur Drebmomentübertragung
von diesem zur Anw triebawelle aufnimmt und weiterhin über eine Ausnehmung des Deckels
im Durchtrittsbereich der Antriebswelle sowie den Lagerspalt derselben im Lagerkörper
der Schmierkreislauf mit der Niederdruckseite geschlossen wird. Die Hülse zur Lagerung
des Triebknüppels ist in Wälzlagern fest angeordnet und über eine
Verzahnung
mit der Antriebswelle sowie mittels Schweißnaht mit dem Triebknüppel drehfest verbunden.
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Der Kanal zur Schmiermittelversorgung des Innenraumes mündet im Bereich
zwischen den Wälzlagern, wobei die HUlse im gleichen Bereich mit durchgehenden radialen
Öffnungen versehen ist.
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Dar Triebknüppel ist gemäß einer weiteren Ausführungsform im Wälzlager
des Deckels angeordnet und weist über eine Verzahnung in der dem Wälzlager vorgelagerten
freiliegenden Hülse Drehmomentverbindung mit der Antriebswelle auf. Auf dieser Antriebswelle
ist zwischen der Hülse und der Begrenzungsfläche des Innenraumes vom Deckel ein
Sicherungsring angeordnet, Bei dieser Ausführungsform mündet der Kanal zur Schmiermittelversorgung
des Innenraumes des Deckels annähernd axial in diesen, wobei die Eintrittsöffnung
des Kanals dem stirnseitigen Bereich des Wälzlagers zugewandt ist. Die Ausnehmung
des Deckels ist im Durchtrittsbereich der Antriebswelle als Ringkanal oder als Längsnut
ausgebildet und besitzt Verbindung zu einer Ringnut im Lagerkörper. Der Kanal zur
Schmiermittelversorgung des Innenraumes endet in einem nierenförmigen Nutraum an
der inneren Stirnfläche des Deckels, welcher die axiale Ausnehmung des Lagerkörpers
mit der Bohrung zur Aufnahme der Ritzelwelle verbindet.
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Vorsatzlager an Zahnradmaschinen bewirken einen bestimmten Freigang
zwischen dem Triebknüppel bzw. der drehmomentübertragenden Hülse und der Antriebswelle
der Zahnradmaschine, wodurch die Wellenlager derselben nicht durch störende äußere
Kräfte, sondern nur durch hydraulische Kräfte belastet werden. Da die störenden
axialen und radialen Kräfte nur auf das Wälzlager des Vorsatzlagers wirken, unterliegt
dadurch die Antriebswelle der Zahnradmaschine nur der Drehmomentbelastung.
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Die erfindungsgemäße Ausführung gewährleistet eine kontinuierliche
$strömung der Hydraulikflüssigkeit als Schmiermedium durch das Vorsatzlager, wodurch
eine sogenannte Umlaufschmierung im Niederdruckbereich erfolgt.
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Neben der an sich bekannten Niederdruckschmierung der Gleit-Mager
für Antriebs- und Ritzelwelle werden somit gleichzeitig Wälzlager und Kupplung im
Vorsatzlager mit der Hydraulikflüssigkeit geschmiert,
Die Schmierung
erfolgt unabhängig von der Einbaulage der Zahnradmaschine und unabhängig von deren
Betriebaparametern, da diese im Niederdruckbereich realisiert werden und somit hydraulische
Verluste oder eine zusätzliche Erwärmung nicht auftreten.
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Auf Grund der spezifischen Versorgung des Vorsatzlager-Innenraumes
mit Hydraulikflüssigkeit kann dieser beliebig groß ausgeführt und gestaltet werden,
da er weder Größe noch Verlauf des hydrostatischen Druckfeldes für den Axialspielauegleich
negativ beeinflußt. Die Dimensionierung der drehmomentUbertragenden Bauteile und
der Lager unterliegt somit keinen Einschränkungen, d. h., es können große Drehmomente,
z. B für Tandempumpen ohne Risiko übertragen werden.
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Zusätzliche Bauteile sind zur Realisierung des Schmierk*eislaufes
nicht erforderlich, die mechanische Bearbeitung ist äußerst rationell. Auch ist
eine Abdichtung gegenüber dem Innenraum der Zahnradmaschine nicht erforderlich,
da die erfindung gemäß Schmierung des Vorsatzlagers in den Schmierkreislauf der
Gleitlager für Antriebs- und Ritzelwelle einbezogen wurde.
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Dieses Sohmiersystem ist für alle Kupplungsarten sowie für die verschiedenen
Arten der Wälzlagerung des Triebknüppels geeignet, da Ölnebel und Schmierfilm im
gesamten Innenraum des Vorsatzlagers gewährleistet sind.
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Ausführungsbeispiel Nachfolgend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen
näher erläutert, wobei die Zeichnung folgendes darstellt: Fig, 1 den teilweisen
Längsschnitt einer Zahnradpumpe mit integriertem Vorsatzlager in der Ebene B-B gemäß
Fig. 2 Fig. 2 den Querschnitt einer Zahnradpumpe gemäß Fig. 1 in der Ebene A-A Fig.
3 den Längsschnitt einer weiteren Ausführung des integrierten Vorsatzlagers für
Zahnradpumpen gemäß Fig. 1
Fig, 4 die vergrößerte Einzelheit X aus
dem Bereich der Wellenlagerung einer Zahnradpumpe gemäß Fig. 3 Die in Pig. 1 gezeigte
hydrostatische Zahnradpumpe nimmt in bekannter Weise in einem Gehause 1 einen IJagerkörper
2 (ausgebildet als Lagerbrille) auf, in dessen Bohrungen 3, 4 eine Antriebswelle
5 und eineRitzelwelle 6 für die Zahnräder drehbar gelagert sind.
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Weitere Einzelheiten zu Auf bau und Wirkungsweise der Zahnradpumpe
werden nicht dargestellt und beschrieben, da diese allgemein bekannt sind.
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Das Gehäuse 1 dieser Zahnradpumpe wird stirnseitig mittels eines Deckels
7 abgeschlossen, der im Bereich um die Antriebswelle 5 als integriertes Vorsatzlager
ausgebildet ist. Genannter Deckel 7 besitzt hierzu einen Innenraum 8 zur Aufnahme
von Wälzlagern 9,10 sowie eines Wellendichtringes 11. Beide Wälzlager 9,10 sind
axial und radial belastbar und nehmen innen eine Hülse 12 auf, die an ihrem äußeren
Ende mit dem Wellendichtring 11 abschließt.
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Wwend dje Antriebswelle 5 über eine Verzahnung 13 Drehmomentverbindung
zur Hülse 12 aufweist, trägt diese an ihrer gegenüberliegenden Seite einen durch
eine Schweißnaht 14 drehfest angeordneten Triebknüppel 15. Eine die Verzahnung 13
aufnehmende Bohrung 16 der Hülse 12 ist über annähernd radiale Öffnungen 17 mit
dem Innenraum 8 des Deckels 7 und weiter über einen Kanal 18, ausgehend zwischen
den Wälzlagern 9,10, mit einem nierenförmigen Nutraum 19 in der Stirnseite des Deckels
7 verbunden. Dieser Nutraum 19 besitzt Flüssigkeitsverbindung über eine axiale Ausnehmung
20 im Xagerkdrper 2 zur Niederdruckseite der Zahnradpumpe, ap welche eine radiale
Ausnehmung 21 anbindet.
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Vom Innenraum 8 des Deckels 7 besteht außerdem über einen Ringkanal
22 an der Peripherie der Antriebswelle 5 Verbindung zu einer Ringnut 23 im Lagerkörper
2, wobei über den Lagerspalt im Lagerkörper 2 (Gleitlager für Antriebswelle 5) Verbindung
zu einem weiteren Ringkanal 24 an der Stirnfläche des Zahnrades besteht Genannter
Ringkanal 24 wiederum ist verbunden mit der bereits beschriebenen radialen Ausnehmung
21 auf der Niederdruckseite der Zahnradpumpe, Zur Realisierung des axialen Spielausgleiches
der
Zahnradpumpe ist in stirnseitigen Ausnehmungen des Deckels 7 im Bereich des Lagerkörpers
2 eine Dichtung 25 zur Begrenzung des hydrostatischen Druckfeldes angeordnet.
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Unter Voraussetzung der bekannten Wirkungsweise hydrostatischer Zahnradpumpen
sammelt sich in der axialen Ausnehmung 20 des Lagerkörpers 2 Hydraulikflüssigkeit,
die von der Niederdruckseite zugeftilirt wird. Diese Hydraulikflüssigkeit gelangt
auf Grund des allgemein bekannten Unterdruck- bzw. Saugeffektes über die axiale
Ausnehmung 20, den Nutraum 19 sowie den Kanal 18 zum Innenraum 8 des Deckels 7.
Neben der Versorgung (Schmierung) der Wälzlager 9,10 erfolgt über die radialen Öffnungen
17 in der Hülse 12 auch eine Versorgung der drehmomentübertragenden Verzahnung t3
mit die Schmierung bewirkender Hydraulikflüssigkeit, Weiterhin wird die Hydraulikflüssigkeit
vom Innenraum 8 über den Ringkanal 22 zur Ringnut 23 im Lagerkörper 2 geführt, um
dann durch den Lagerspalt der Antriebswelle 5 (verbunden mit einem Schmiereffekt)
zum Ringkanal 24 und damit an die Stirnfläche des Zahnrades zu gelangen.
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Da dieser Ringkanal 24 die beschriebene hydraulische Verbindung zur
radialen Ausnehmung 21 der Niederdruckseite besitzt, ist der Kreislauf zur Niederdruck-
bzw. Saugschmierung der Lager-und Kupllungsstellen des Vorsatzlagere sowie der Gleitlager
im Lagerkörper 2 geschlossen, In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3
ist ein integriertes Vorsatzlager für die gleiche Zahnradpumpe, wie in Fig. 1 dargestellt,
deren Deckel 26 einen Innenraum 27 zur Aufnahme eines doppelreihigen axial und radial
belastbaren Wälzlagers 28 aufzeigt, Genanntes Wälzlager 28 trägt einen Triebknüppel
29, welcher über eine Hülse 30 mit der Antriebswelle 5 der Zahnradpumpe lösbar und
drehfest verbunden ist. Die Übertragung des Drehmomentes wird durch eine Verzahnung
31 gewährleistet.
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Der Innenraum 27 des Deckels 26 ist über einen Kanal 32 mit der axialen
Ausnehmung 20 im Lagerkörper 2 und mit einer Längsnut 33 im Durchtrittsbereich der
Antriebswelle 5 mit der Ringnut 23 des Lagerkörpers 2 verbunden.
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Hierbei mündet der Kanal 32, welcher der Schmiermittelversorgung
des
Innenraumes 27 vom Deckel 26 dient, annähernd axial in diesem Innenraum 27, wobei
die Eintrittsöffnung des Kanales 32 der .Stirnseite des Wälzlagers 28 zugewandt
ist.
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Damit ist der Kreislauf zur Niederdruck- bzw. Saugschmierung der Lager-
und Kupplungsstellen in gleicher Ubise wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 geschlossen,
mittels Wellçndichtringen 34 am austrittseitigen Ende des Triebknüppels 29 erfolgt
die Abdichtung des Innenraumes 27 im Deckel 26. Die axiale Bewegung der Hülse 30
wird einerseits durch das Wälzlager 28 und andererseits durch einen auf der Antriebswelle
5 fixierten Sicherungsring 35 begrenzt.
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