DE3936729C2 - Kurbeltriebwerk für Hochleistungs-Kolbenpumpen od. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbeltriebwerk für Hoch­ leistungs-Kolbenpumpen od. dgl., mit einer zur Kurbel­ welle parallelen, mit einem Antrieb kuppelbaren Eingangs­ welle, an der zwei schräg verzahnte Zahnräder angeordnet sind, die mit zwei an der Kurbelwelle angeordneten schräg verzahnten Zahnrädern kämmen, wobei die Schrägverzahnungen der einen miteinander kämmenden Zahnräder mit zu den Schrägverzahnungen der anderen miteinander kämmenden Zahnräder gegengleichen Schrägungswinkeln ausgebildet sind und die Eingangswelle axial verschiebbar gegenüber dem Gehäuse des Kurbeltriebwerks angeordnet ist.

Ein derartiges, aus der US 24 07 392 bekanntes Kurbel­ triebwerk eignet sich zur Aufnahme bzw. Übertragung sehr hoher Leistungen. Aufgrund der Schrägverzahnung treten an den jeweils miteinander kämmenden Zahnrädern axiale Kräfte auf, die das jeweils eingangswellenseitige Zahnrad relativ zur Kurbelwelle axial zu verschieben suchen. Wenn nun die Zahnflanken der Zahnräder des einen Zahnradsatzes bereits aufeinander aufliegen, während zwischen den entsprechenden Zahnflanken des anderen Zahnradsatzes noch ein Spiel vor­ handen ist, so bewirken die am einen Zahnradsatz auftreten­ den Axialkräfte wegen der axial verschiebbaren Lagerung der Eingangswelle eine entsprechende axiale Verschiebung derselben, bis das Spiel des anderen Zahnradsatzes auf­ gezehrt ist und an beiden Zahnradsätzen etwa gleich große Axial- und Umfangskräfte auftreten.

Auf diese Weise wird eine Zweiweg-Kraftübertragung ge­ schaffen, bei der die zu übertragenden Kräfte etwa hälftig auf die beiden Wege aufgeteilt werden.

Entsprechende Zweiweggetriebe sind in der Antriebstechnik allgemein - nicht nur bei Pumpen - bekannt, wie aus der Druckschrift O. Dittrich + R. Schumann "Anwendungen der Antriebstechnik", Band 111, Mainz, Otto Krausskopf-Verlag GmbH, 1974, Seiten 110 bis 111, bekannt ist.

Aus der FR 24 65 126 A1 läßt sich in diesem Zusammenhang entnehmen, daß die beiden Zahnradsätze jeweils an den Kurbelwellenenden angeordnet sein können. Aufgrund der Anordnung der Zahnradsätze an den Kurbelwellenenden läßt sich bei einer Konstruktion gemäß der vorgenannten FR 24 65 126 A1 das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Kurbelwelle relativ leicht ändern, indem entsprechend andere Zahnradsätze vorgesehen werden. Wenn jedoch schräg verzahnte Zahnradsätze montiert werden sollen, ist ein Austausch der Zahnräder gleichwohl relativ umständlich, weil in der Regel die Zahnräder eines Zahn­ radsatzes gemeinsam auf den jeweiligen Wellen angeordnet werden müssen, wenn nicht beim Zahnradaustausch ohnehin die Demontage einer Welle notwendig wird.

Die US 28 42 060 zeigt eine Hochleistungs-Kolbenpumpe mit geteilter Kurbelwelle, wobei jeder Kurbelwellenteil über einen gesonderten Zahnradsatz mit einer für beide Kurbelwellenteile gemeinsamen Eingangswelle antriebsge­ koppelt ist. Dabei sind die kurbelwellenseitigen Zahnräder lösbar mit den Kurbelwellenteilen verbunden. Diese Kon­ struktion bietet zwar den Vorzug, daß vergleichsweise leicht ohne größere konstruktive Abänderungen des Kurbel­ triebwerkes unterschiedliche Zahnradpaarungen angeordnet werden können, wenn unterschiedliche Übersetzungsverhält­ nisse zwischen der Eingangswelle und den Kurbelwellenteilen geschaffen werden sollen. Gleichwohl ist die in der US 28 42 060 dargestellte Bauweise insbesondere dann sehr aufwendig, wenn die Pumpe eine ungradzahlige Anzahl von Kolben besitzt, wie es bei Pumpen regelmäßig üblich ist, um die Druckpulsationen auf der Druckseite der Pumpe möglichst gering zu halten. In diesem Falle müßten bei einer Konstruktion entsprechend der US 28 42 060 mehr als zwei Kurbelwellenteile vorgesehen sein, wenn alle Kurbelwellenteile gleichartig ausgebildet sein sollen. Damit würde aber der bauliche Aufwand unerwünscht erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einem Kurbeltrieb­ werk der eingangs angegebenen Art eine besonders leichte Montage und gegebenenfalls auch eine einfache Veränderbar­ keit des Übersetzungsverhältnisses zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Zahnrädern der Eingangswelle mindestens eine kraftschlüssige Kupplung angeordnet ist, welche die die Zahnräder tragenden Wellenteile in beliebiger Drehstellung relativ zueinander zu verbinden gestattet, und daß die kurbelwellenseitigen Zahnräder lösbar mit der Kurbelwelle verbunden sind.

Auf diese Weise kann jedes Zahnrad separat gefertigt und separat an der jeweiligen Welle montiert werden, weil es bei der Montage auf eine exakt einzuhaltende Relativstellung der Zahnräder nicht ankommt. Mittels der kraftschlüssigen Kupplung können die eingangswellenseiti­ gen Zahnräder nämlich in beliebiger Drehstellung relativ zueinander montiert werden, um auf diese Weise eine Grobjustierung der miteinander kämmenden Zahnräder der beiden Zahnradsätze vorzunehmen. Sodann wird die kraft­ schlüssige Kupplung durch Verspannung ihrer Teile ge­ schlossen. Die Feinjustierung der Zahnräder erfolgt dann automatisch bei der Drehmomentübertragung, bei der sich die Eingangswelle automatisch durch die Wirkung der Schrägverzahnungen so weit in Axialrichtung verschiebt, bis die beiden Zahnradsätze von annähernd gleichen Drehmomenten belastet werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt die einzige Figur ein Schnittbild des Kurbel­ triebwerkes einer Hochleistungspumpe, wobei die Achsen von Kurbelwelle und Eingangswelle innerhalb der Schnittebene liegen.

Innerhalb eines Triebwerksgehäuses 1 einer Hochleistungs- Kolbenpumpe mit drei Kolben ist eine Kurbelwelle 2 mit drei Kurbelkröpfungen drehgelagert. Die Kurbelwellenlager 3 sind in für Kolbenpumpen üblicher Weise ausschließlich im Bereich der Endabschnitte der Kurbelwelle 2 außerhalb des Bereiches der Kurbelwellenkröpfungen angeordnet. Da die Kurbelwelle 2 beim Pumpbetrieb auf Biegung beansprucht wird, sind die Kurbelwellenlager 3 als Pendelrollenlager mit im Querschnitt entsprechend konkaven Lagerschalen 3′ ausgeführt, so daß sich die Lager 3 auf die Durchbiegung der Kurbelwelle 2 einstellen können.

Auf den seitlich aus den Kurbelwellenlagern 3 herausragenden Endstücken der Kurbelwelle 2 sind Zahnräder 4 drehfest ange­ ordnet, deren Radius im dargestellten Beispiel größer als der Radius der Kurbelwellenkröpfungen ist.

Zur drehfesten Halterung der Zahnräder 4 auf der Kurbelwelle 2 dienen Paßfedern 5 od. dgl., welche ineinander gegenüber­ liegende Axialnuten an den Enden der Kurbelwelle 2 bzw. innerhalb der die Kurbelwellenenden aufnehmenden Bohrungen der Zahnräder 4 angeordnet sind.

Die Zahnräder 4 besitzen eine Schrägverzahnung, wobei der Schrägungswinkel des einen Zahnrades 4 entgegengesetzt gleich dem Schrägungswinkel des anderen Zahnrades 4 ist.

Die Zahnräder 4 kämmen mit kleinen Zahnrädern bzw. -ritzeln 6 einer im Triebwerksgehäuse 1 parallel zur Kurbelwelle 2 drehgelagerten Eingangswelle 7. Die Zahnräder 6 besitzen dementsprechend eine den Zahnrädern 4 angepaßte Schräg­ verzahnung, wobei wiederum der Schrägungswinkel des einen Zahnrades 6 entgegengesetzt gleich dem Schrägungswinkel des anderen Zahnrades 6 ist.

Die Eingangswelle 7 ist jeweils beidseitig der Zahnräder 6 in Lagern 8 axialverschiebbar drehgelagert. Damit die Zahnräder 4 und 6 auch bei leichter Axialverschiebung der Eingangswelle 7 jeweils auf der gesamten axialen Breite der Zahnräder 4 miteinander kämmen, besitzen die Zahnräder 6 eine entsprechend größere axiale Breite als die Zahnräder 4.

Die Eingangswelle 7 besteht aus insgesamt drei Segmenten, die miteinander durch Kupplungen 9 verbunden sind. Die end­ seitigen Segmente 7′ der Eingangswelle 7 umfassen jeweils eines der Zahnräder 6 sowie die seitlich der Zahnräder 6 angeordneten wellenseitigen Lagerflächen. Darüber hinaus besitzt jedes endseitige Segment 7′ ein Kupplungsstück 10, welches sich mit einer nicht dargestellten Antriebsmaschine formschlüssig verbinden läßt, jedoch derart, daß die Axial­ verschiebbarkeit der Eingangswelle 7 erhalten bleibt.

Im Bereich der Kupplungen 9 besitzen die einander zuge­ wandten Enden der Segmente 7′ und 7′′ der Eingangswelle 7 jeweils Außengewindeabschnitte 11, auf die kreisförmige Flanschplatten 12 mit entsprechenden zentralen Gewinde­ bohrungen aufgeschraubt sind. Die Flanschplatten 12 werden so weit auf die Gewindeabschnitte 11 der Segmente 7′ und 7′′ aufgedreht, daß zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Flanschplatten 12 jeder Kupplung 9 noch ein axialer Abstand verbleibt, wenn die einander zugewandten Enden der jeweiligen Segmente 7′ und 7′′ der Eingangswelle 7 aneinander­ stoßen. Mittels Schraubbolzen 13 lassen sich die Flanschplatten 12 jeder der Kupplungen 9 relativ zueinander axial verspannen, wodurch die einander zugewandten Enden der Segmente 7′ und 7′′ an den Kupplungen 9 gegeneinander gedrängt und die Flansch­ platten 12 auf den Außengewindeabschnitten 11 der Segmente 7′ und 7′′ der Eingangswelle 7 kraftschlüssig festgehalten werden. Dabei läßt sich der Kraftschluß durch das Anzugsmoment der Schraubbolzen 13 reproduzierbar bestimmen, d. h. das an den Kupplungen 9 zwischen den Segmenten 7′ und 7′′ der Eingangs­ welle 7 übertragbare Drehmoment wird durch das Anzugsmoment der Schraubbolzen 13 in reproduzierbarer Weise festgelegt.

Im vorliegenden Falle wird das Anzugsmoment der Schraubbolzen 13 so bemessen, daß die Kupplungen 9 zumindest die Hälfte des Drehmomentes der mit der Eingangswelle antriebsverbundenen Antriebsmaschine zu übertragen vermögen.

Bei der Montage des dargestellten Kurbeltriebwerkes können die kurbelwellenseitigen Zahnräder 4 in beliebiger Winkellage relativ zueinander an den Kurbelwellenenden montiert werden. Danach wird die Eingangswelle 7 mit zunächst noch gelösten bzw. offenen Kupplungen 9 montiert, und zwar derart, daß die radialen Mittelebenen der eingangswellenseitigen Zahnräder 6 zumindest annähernd mit den entsprechenden radialen Mittel­ ebenen der kurbelwellenseitigen Zahnräder 4 übereinstimmen. Nunmehr werden die Kupplungen 9 geschlossen, d. h. die Flanschplatten 12 gegeneinander mittels der Schraubbolzen 13 axial verspannt.

Wenn nun beim nachfolgenden Antrieb der Eingangswelle 7 zunächst lediglich die Zahnflanken des einen eingangswellen­ seitigen Zahnrades 6 an den damit zusammenwirkenden Zahn­ flanken des zugeordneten kurbelwellenseitigen Zahnrades 4 anliegen, während zwischen den Zahnflanken der beiden anderen Zahnräder 4 und 6 noch ein gewisses Spiel vorliegt, so ver­ schiebt sich die Eingangswelle 7 zwangsläufig derart, daß das zuletztgenannte Spiel aufgezehrt wird und die Verzahnungen beider Zahnradsätze 4, 6 mit annähernd gleichen Kräften beaufschlagt werden und beide Zahnradsätze 4, 6 annähernd gleiche Drehmomente übertragen.

Aufgrund der Schrägverzahnung der Zahnradsätze 4, 6 sowie der entgegengesetzt gleichen Schrägungswinkel der Verzah­ nungen der beiden Zahnradsätze 4, 6, sucht sich das eine eingangswellenseitige Zahnrad 6 bei Drehmomentübertragung auf das zugeordnete kurbelwellenseitige Zahnrad 4 jeweils in der einen axialen Richtung der Eingangswelle 7 zu ver­ schieben, während das andere eingangswellenseitige Zahnrad in die entgegengesetzte Richtung gedrängt wird. Dementspre­ chend stellt sich innerhalb kürzester Zeit für die Eingangs­ welle 7 eine axiale Lage ein, in der die genannten, auf die eingangswellenseitigen Zahnräder 6 einwirkenden Axialkräfte einander aufheben und dementsprechend zwischen den Verzah­ nungen der beiden Zahnradsätze 4, 6 annähernd gleiche Kräfte wirken.

Dabei ist vorteilhaft, daß durch die Axialverschiebbarkeit der Eingangswelle auch bei Torsionsverformung derselben automatisch eine Lage erreicht wird, in der beide Zahnrad­ sätze 4, 6 vergleichbare Drehmomente übertragen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, daß bei der erfindungs­ gemäßen Bauweise die Verzahnungen aller Zahnräder 4 und 6 separat hergestellt werden können, und daß sich sämtliche Zahnräder 4 und 6 separat anordnen bzw. in einem Schadens­ falle separat austauschen lassen, ohne daß dadurch die gleichmäßige Verteilung der übertragenen Drehmomente auf die Zahnradsätze 4, 6 wesentlich beeinflußt werden könnte.

Dadurch wird gleichzeitig der Vorteil erzielt, daß die Zahnradsätze 4, 6 in relativ großem axialen Abstand von­ einander angeordnet werden können, und zwar insbesondere auf den von den Kurbelwellenkröpfungen abgewandten Seiten der Kurbelwellenlager 3 an den Kurbelwellenenden. Dies bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, daß die Zahnrad­ sätze 4, 6 auch nach Montage des Kurbeltriebwerkes leicht zugänglich bleiben.

Claims (6)

1. Kurbeltriebwerk für Hochleistungs-Kolbenpumpen od. dgl., mit einer zur Kurbelwelle parallelen, mit einem Antrieb kuppelbaren Eingangswelle, an der zwei schräg verzahnte Zahnräder angeordnet sind, die mit zwei an der Kurbel­ welle angeordneten schräg verzahnten Zahnrädern kämmen, wobei die Schrägverzahnungen der einen miteinander kämmenden Zahnräder mit zu den Schrägverzahnungen der anderen miteinander kämmenden Zahnräder gegengleichen Schrägungs­ winkeln ausgebildet sind und die Eingangswelle axial verschiebbar gegenüber dem Gehäuse des Kurbeltriebwerks angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zahnrädern (6) der Eingangswelle (7) mindestens eine kraftschlüssige Kupplung (9) ange­ ordnet ist, welche die die Zahnräder (6) tragenden Wellenteile (7′) in beliebiger Drehstellung relativ zueinander zu verbinden gestattet, und die kurbel­ wellenseitigen Zahnräder (4) lösbar mit der Kurbel­ welle (2) verbunden sind.

2. Kurbeltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander durch die Kupplung (9) verbundenen Wellenteile (7′, 7′′) einander zugewandte Gewindeab­ schnitte (11) aufweisen, auf die Flanschplatten (12) mit entsprechendem Gegengewinde beidseitig des Stoßes zwischen den Wellenteilen (7′, 7′′) aufgeschraubt sind, daß zwischen den beiden Flanschplatten (12) ein axialer Abstand frei bleibt, und daß die beiden Flanschplatten (12) durch Spannelemente (Schraubbolzen 13) axial gegenein­ ander verspannbar sind.

3. Kurbeltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (4, 6) beidseitig der Kurbelwellen­ kröpfungen auf den von den Kröpfungen abgewandten Seiten zweier Kurbelwellenlager (3) für die Kurbel­ wellenenden angeordnet sind.

4. Kurbeltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennt voneinander herstellbaren kurbel­ wellenseitigen Zahnräder (4) mit der Kurbelwelle (2) durch Paßfedern (5) od. dgl. drehfest, ohne Vorgabe einer genauen Positionierung relativ zueinander, verbindbar sind.

5. Kurbeltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangswellenseitigen Zahnräder (6) eine größere axiale Breite als die kurbelwellenseitigen Zahnräder (4) aufweisen.

6. Kurbeltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (7) axial verschiebbar mit dem Antrieb gekuppelt ist.