DE69315227T2

DE69315227T2 - GEAR PUMP WITH ADJUSTABLE CLAMPING FORCE

Info

Publication number: DE69315227T2
Application number: DE69315227T
Authority: DE
Inventors: Theodore Joy
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2013-09-15
Also published as: JP2617096B2; EP0701661A1; WO1994007030A1; DE69315227D1; EP0701661B1; JPH07507124A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit einer frei beweglichen Buchse, die durch eine durch einen ausgewählten Flüssigkeitsdruck erzeugte Klemmkraft in Eingriff mit einem Paar ineinandergreifender Zahnradglieder gedrängt wird, damit der Verschleiß, die Temperatur und der Reibungswiderstand, die sich bei der Druckbeauf schlagung einer von einer Eingangskammer erhaltenen und aus einer Austrittskammer abgeführten Flüssigkeit aus dem Eingriff ergeben, gesteuert werden können.The present invention relates to a gear pump having a freely movable sleeve urged into engagement with a pair of intermeshing gear members by a clamping force generated by a selected fluid pressure so as to control the wear, temperature and frictional resistance resulting from the engagement when fluid received from an input chamber and discharged from an output chamber is pressurized.

Es ist bekannt, daß bei einer Zahnradpumpe ein Paar ineinandergreifender, geradzahnige Stirnzahnräder so in einem Hohlraum eines Gehäuses angeordnet ist, daß sie eine Eingangskammer und eine Austrittskammer definieren. Eines der ineinandergreifenden Zahnräder wird von einer externen Kraftquelle angetrieben bzw gedreht, während das andere Zahnrad als Mitläuferrad in dem Gehäuse gelagert ist und sich aufgrund seines kämmenden Eingriffs mit dem extern angetriebenen Rad dreht. Die Eingangskammer ist durch einen Einlaßkanal mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden, und während sich die ineinandergreifenden Zahnräder in entgegengesetzter Richtung drehen, schließen aufeinanderfolgende Zahnradtaschen ein Volumen von Flüssigkeit ein, das von den Zahnrädem von der Eingangskammer zur Austrittskammer getragen wird, wodurch sich eine Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks der in der Austrittskammer vorliegenden Flüssigkeit ergibt. Die Flüssigkeit sich in der Austrittskammer wird durch einen Auslaßkanal als Druckflüssigkeit abgeführt. Ein Vermischen der Flüssigkeit zwischen der Eingangskatnmer und der Austrittskammer wird durch enge Toleranzen, unterschiedliche Dichtung und das Ineinandergreifen der Zahnräder verhindert. Beim Betrieb derartiger Zahnradpumpen unter Umgebungsbedingungen unter dem Gefrierpunkt kann sich die Betriebsleistung jedoch leider durch das Widerstandsdrehmoment vermindern.It is known that in a gear pump a pair of meshing straight toothed spur gears are arranged in a cavity of a housing so as to define an inlet chamber and an outlet chamber. One of the meshing gears is driven or rotated by an external power source while the other gear is mounted as an idler gear in the housing and rotates by virtue of its meshing engagement with the externally driven gear. The inlet chamber is connected to a source of fluid by an inlet port and as the meshing gears rotate in opposite directions, successive gear pockets enclose a volume of fluid which is carried by the gears from the inlet chamber to the outlet chamber, thereby resulting in an increase in the fluid pressure of the fluid present in the outlet chamber. The fluid in the outlet chamber is discharged through an outlet port as pressurized fluid. Mixing of the fluid between the inlet chamber and the outlet chamber is prevented by tight tolerances, different seals and the meshing of the gears. Unfortunately, when operating such gear pumps in ambient conditions below freezing, the operating performance can be reduced by the drag torque.

In der U.S.-Patentschrift 5,076,770 wird eine Gleit- und eine feststehende Lagerstruktur für eine Zahnradpumpe offenbart, die die Eingangskammer von der Austrittskammer abdichtet und das von den ineinandergreifenden Zahnrädem erfahrene Widerstandsdrehmoment im wesentlichen beseitigt. Bei dieser Struktur wirkt Druckflüssigkeit von der Austrittskammer auf das Lagerglied und stellt so eine Klemmkraft zur Abdichtung der Eingangskammer von der Austrittskammer bereit. Diese Struktur funktioniert bei den meisten Anwendungen auf zufriedenstellende Weise, aber trotzdem sind der von dem Lagern erfahrene Verschleiß der Lager und der auf die Klemmkraft zurückzuführende Leistungsverlust bei einigen Anwendungen möglicherweise nicht akzeptabel.US Patent 5,076,770 discloses a sliding and a fixed bearing structure for a gear pump which separates the input chamber from the outlet chamber and essentially eliminates the drag torque experienced by the meshing gears. In this structure, pressurized fluid from the outlet chamber acts on the bearing member to provide a clamping force to seal the inlet chamber from the outlet chamber. This structure functions satisfactorily in most applications, but even so, the wear experienced by the bearings and the loss of performance due to the clamping force may not be acceptable in some applications.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein zwischenflüssigkeitsdruck, von dem eine Klemmkraft abgeleitet wird, so ausgewählt, daß die durch die ineinandergreifenden Zahnräder erzeugten Trennkräfte im wesentlichen ausgeglichen werden und dennoch die Eingangskammer von der Austrittskammer abdichten. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Paar ineinandergreifender Zahnräder zwischen einer frei beweglichen Buchse und einer feststehenden Buchse in einem Hohlraum festgehalten. Die Zahnradglieder werden durch ein Eingangsdrehmoment gedreht, das an eine sich durch das Gehäuse erstreckende Welle eines der Zahnräder angelegt wird. Durch die Drehung der Welle wird sich in der Eingangskammer befindende Flüssigkeit aufgenommen und ihr Druck bei der Zuführung zur Austrittskammer nacheinander erhöht. In der frei beweglichen Buchse befindet sich ein Durchgang, durch den der ausgewählte Zwischendruck weitergeleitet wird, so daß er auf eine erste Außenfläche der frei beweglichen Buchse wirkt. Der Zwischendruck wirkt auf die erste Außenfläche zur Erzeugung einer Kraft zum Drängen einer ersten Innenfläche an der frei beweglichen Buchse in Eingriff mit den ineinandergreifenden Zahnradgliedern und der ineinandergreifenden Zahnradglieder in Eingriff mit einer zweiten Innenfläche an der feststehenden Buchse. Die durch den Zwischendruck erzeugte Kraft reicht zur Abdichtung der Eingangskammer von der Austrittskammer aus. Eine an der Umfangsfläche der frei beweglichen Buchse angeordnete Dichtung verhindert ein Vermischen der sich in der Austrittskammer befindenden Flüssigkeit mit sich in der Eingangskammer befindender Flüssigkeit. Durch das Ineinandergreifen der Zahnräder während der Drehung eingeschlossene Flüssigkeit wird zur Kühlung und Schmierung der ineinandergreifenden Zahnräder durch erste Bohrungen in der feststehenden und der frei beweglichen Buchse und erste Durchgänge zur Eingangskammer und durch zweite Bohrungen in der feststehenden und der frei beweglichen Buchse und zweite Durchgänge zur Austrittskammer weitergeleitet. Der ausgewählte Zwischendruck ist bei der Erzeugung und Aufrechterhaltung der Klemmkraft zur Ausnutzung der maximalen Leistungsfähigkeit der Zahnradpumpe entscheidend. Vorteile, wie zum Beispiel verminderte Reibung, weniger Verschleiß und ein Ausgleich der inneren Kräfte aufgrund der Verwendung der erfindungsgemäßen Struktur, sollten aus der vorliegenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich sein; es zeigen:In the present invention, an intermediate fluid pressure from which a clamping force is derived is selected to substantially balance the separating forces created by the intermeshing gears and yet seal the input chamber from the output chamber. In the present invention, a pair of intermeshing gears are held in a cavity between a freely movable sleeve and a fixed sleeve. The gear members are rotated by an input torque applied to a shaft of one of the gears extending through the housing. Rotation of the shaft receives fluid in the input chamber and sequentially increases its pressure as it is fed to the output chamber. A passageway is provided in the freely movable sleeve through which the selected intermediate pressure is passed to act on a first outer surface of the freely movable sleeve. The intermediate pressure acts on the first outer surface to generate a force for urging a first inner surface on the freely movable sleeve into engagement with the intermeshing gear members and the intermeshing gear members into engagement with a second inner surface on the fixed sleeve. The force generated by the intermediate pressure is sufficient to seal the inlet chamber from the outlet chamber A seal disposed on the peripheral surface of the floating sleeve prevents mixing of fluid in the outlet chamber with fluid in the inlet chamber. Fluid trapped by the meshing of the gears during rotation is passed through first bores in the fixed and floating sleeves and first passages to the inlet chamber for cooling and lubricating the meshing gears and through second bores in the fixed and floating sleeves and second passages to the outlet chamber. The intermediate pressure selected is critical in generating and maintaining the clamping force to utilize the maximum performance of the gear pump. Advantages such as reduced friction, less wear and equalization of internal forces resulting from the use of the inventive structure should be apparent from the present description taken in conjunction with the drawings, in which:

Figur 1 eine auseinandergezogene isometrische Darstellung eine Zahnradpumpe mit einem frei beweglichen Lager und einem feststehenden Lager, die gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind;Figure 1 is an exploded isometric view of a gear pump having a floating bearing and a fixed bearing constructed in accordance with the principles of the present invention;

Figur 2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1;Figure 2 is a view taken along line 2-2 in Figure 1;

Figur 3 eine Ansicht entlang der Linie 3-3 in Figur 1; undFigure 3 is a view taken along line 3-3 in Figure 1; and

Figur 4 eine Ansicht entlang der Linie 4-4 in Figur 1, in der die Beziehung der im Gehäuse nach Figur 1 positionierten ineinandergreifenden Zahnräder dargestellt wird; undFigure 4 is a view taken along line 4-4 in Figure 1, illustrating the relationship of the intermeshing gears positioned in the housing of Figure 1; and

Figur 5 eine graphische Darstellung, in der die aufeinanderfolgende Entwicklung von Flüssigkeitsdruck für eine Umdrehung der ineinandergreifenden Zahnräder bei Weiterleitung der Flüssigkeit von der Eingangskammer zur Austrittskammer gezeigt wird.Figure 5 is a graphical representation showing the sequential development of fluid pressure for one revolution of the meshing gears as the fluid is passed from the inlet chamber to the outlet chamber.

Die in Figur 1 gezeigte Zahnradpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem sich darin befindenden Hohlraum 14 auf. Der Hohlraum 14 weist eine allgemein ovale Form auf wobei tangentiale Seitenteile 16 und 18 durch halbrunde Teile 20 und 22 miteinander verbunden sind. Eine einstückige Endwand 24 schließt ein Ende, während sich Befestigungselemente 28, 28'... 28' durch die Platte 26 erstrecken und dazugehörige Gewindeöffnungen 29, 29'... 29' im Gehäuse 12 in Eingriff nehmen und so das andere Ende des Hohlraums 14 schließen und ein abgedichtetes Gehäuse bilden. Die Endwand 24 weist eine axial verlaufende, abgesetzte Nut 30 auf, die die Bohrung 32 auf der Zylinderachse des halbrunden Teils 20 umgibt. Ein Dichtglied 34 ist an der Außenfläche des Gehäuses 12 um die Bohrung 32 herum angeordnet, während ein elastischer O-Ring 36 in der Nut 30 auf der Innenseite angeordnet ist, damit der Hohlraum 14 von der Umgebung abgedichtet wird. Das Gehäuse 12 weist einen Flansch 38 auf, der zur Bereitstellung eines Eingangsdrehmoments zur Drehung der ineinandergreifenden Zahnräder 91 mit einem Getriebekasten verbunden ist. Das Gehäuse 12 weist einen Einlaßkanal 40, der sich ungefähr in der Mitte der Seitenwand 16 befindet, und einen Auslaßkanal 44, der sich ungefähr in der Mitte der Seitenwand 18 befindet, auf. Der Einlaßkanal 40 ist mit einer Quelle einer Flüssigkeit verbunden, die auf ein Anf angsdruckniveau beauf schlagt sein kann, während der Auslaßkanal 44 druckbeauf schlagtes Fluid durch den Auslaßkanal 44 aus der Austrittskammer 46 weiterleitet Die ineinandergreifenden Zahnräder 91 nehmen das Gehäuse 12 so in Eingriff, daß neben dem Eingangskanal 40 eine Eingangskammer 42 und neben dem Auslaßkanal 44 eine Austrittskammer 46 definiert wird, wie in Figur 4 dargestellt.The gear pump 10 shown in Figure 1 has a housing 12 with a cavity 14 located therein The cavity 14 has a generally oval shape with tangential side portions 16 and 18 connected by semi-circular portions 20 and 22. An integral end wall 24 closes one end while fasteners 28, 28'... 28' extend through the plate 26 and engage associated threaded openings 29, 29'... 29' in the housing 12 to close the other end of the cavity 14 and form a sealed housing. The end wall 24 has an axially extending stepped groove 30 surrounding the bore 32 on the cylinder axis of the semi-circular portion 20. A sealing member 34 is arranged on the outer surface of the housing 12 around the bore 32 while a resilient O-ring 36 is arranged in the groove 30 on the inside to seal the cavity 14 from the environment. The housing 12 includes a flange 38 connected to a gear box for providing input torque to rotate the meshing gears 91. The housing 12 includes an inlet port 40 located approximately at the center of the side wall 16 and an outlet port 44 located approximately at the center of the side wall 18. The inlet port 40 is connected to a source of fluid which may be pressurized to an initial pressure level while the outlet port 44 passes pressurized fluid through the outlet port 44 out of the outlet chamber 46. The meshing gears 91 engage the housing 12 to define an inlet chamber 42 adjacent the inlet port 40 and an outlet chamber 46 adjacent the outlet port 44 as shown in Figure 4.

Ein Paar von Buchsen 48 und 50 aus Kohlegraphit, die im Hohlraum 14 angeordnet sind, weisen eine geometrische Form auf, die zu der allgemein ovalen Form des Hohlraums 14 komplementär ist, wobei aber ausreichend Spielraum gelassen ist, daß eine Relativbewegung zwischen jeder Buchse und dem Gehäuse 12 selbst bei unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten über einen gewünschten Betriebstemperaturbereich gestattet wird. Somit können sich die Buchsen 48 und 50 bezüglich der Zylinderachsen der Flächen 20 und 22 im Hohlraum 14 axial und radial bewegen.A pair of carbon graphite bushings 48 and 50 disposed in the cavity 14 have a geometric shape complementary to the generally oval shape of the cavity 14, but with sufficient clearance to allow relative movement between each bushing and the housing 12 over a desired operating temperature range is permitted. Thus, the bushings 48 and 50 can move axially and radially with respect to the cylinder axes of the surfaces 20 and 22 in the cavity 14.

Die sich im Hohlraum 14 neben der Endwand 24 befindende Buchse 50 weist eine erste Bohrung 56 und eine zweite Bohrung 58 auf, die entlang den Mittellinien der Zylinderachsen der Flächen 20 bzw. 22 von einer Innenfläche 52 dadurch zu einer Außenfläche 54 verlaufen.The bushing 50 located in the cavity 14 adjacent the end wall 24 has a first bore 56 and a second bore 58 which extend along the center lines of the cylinder axes of the surfaces 20 and 22 respectively from an inner surface 52 to an outer surface 54.

Eine erste Aussparung 60 und eine zweite Aussparung 62, die sich an der Innenfläche 52 der Buchse 50 befinden, bilden einen Strömungsweg zur Weiterleitung eines Teils eines Eingriffsvolumens einer durch Drehung der ineinandergreifenden Zahnräder 91 eingeschlossenen Flüssigkeit zu den Bohrungen 56 und 58 zur Kühlung und Schmierung von darin angeordneten Wellen. Die Buchse 50 weist eine erste Aussenkung oder Abschrägung 64 auf, die sich an der Außenfläche 54 befindet konzentrisch zur ersten Bohrung 56 ist und zur Verbindung der ersten Bohrung 54 mit einem ersten Durchgang 66 bestimmt ist, wobei der Durchgang 66 durch Öffnung 68 mit der Eingangskammer 42 verbunden ist, um den der Bohrung 56 zugeführten Teil des Eingriffskühlflüssigkeitsvolumens zur Eingangskammer 42 zurückzuführen, wo er der Versorgungsflüssigkeit zugesetzt wird. Die Buchse 50 weist eine zweite Aussenkung oder Abschrägung 70 auf, die sich an der Außenfläche 54 befindet und konzentrisch zur zweiten Bohrung 58 ist, wobei ein zweiter Durchgang oder Schlitz 72 zur Verbindung der zweiten Aussenkung oder Abschrägung 70 mit der Austrittskammer 46 vorgesehen ist, um den der Bohrung 58 zugeführten Teil des Eingriffskühlflüssigkeitsvolumens zur Austrittskammer 40 weiterzuleiten, wo er der Abführflüssigkeit in Austrittskammer 40 zugesetzt wird.A first recess 60 and a second recess 62, located on the inner surface 52 of the sleeve 50, form a flow path for passing a portion of an engagement volume of fluid trapped by rotation of the meshing gears 91 to the bores 56 and 58 for cooling and lubricating shafts disposed therein. The sleeve 50 has a first counterbore or chamfer 64 located on the outer surface 54, concentric with the first bore 56, and designed to connect the first bore 54 to a first passage 66, the passage 66 being connected to the input chamber 42 through opening 68 to return the portion of the engagement cooling fluid volume supplied to the bore 56 to the input chamber 42 where it is added to the supply fluid. The sleeve 50 has a second counterbore or chamfer 70 located on the outer surface 54 and concentric with the second bore 58, with a second passage or slot 72 provided for connecting the second counterbore or chamfer 70 to the outlet chamber 46 to pass the portion of the engagement coolant volume supplied to the bore 58 to the outlet chamber 40 where it is added to the drain fluid in the outlet chamber 40.

Die Buchse 50 befindet sich an den Wellen 74 und 76 der ineinandergreifenden Zahnräder 91 und wird danach in Hohlraum 14 eingesetzt. Die ineinandergreifenden Zahnräder 91 enthalten ein Paar ineinandergreifender geradzahniger Stirnzahnradglieder 90, 92. Jedes Stirnzahnradglied 90, 92 weist mehrere Zähne mit Zahnlücken 96 zwischen den Zähnen auf. Der Außendurchmesser der Stirnzahnradglieder 90, 92, wie er an der Kopfkreisspitze 98 der Zähne 94 bestimmt wird, ist im wesentlichen gleich dem Zylinderdurchmesser der Flächen 20 und 22 des Gehäuses 12. Neben der sich axial erstreckenden Welle 74 weist das Stirnzahnrad 90 eine zweite sich axial erstreckende Welle 100 auf, während das Stirnzahnrad 92 neben der sich axial erstreckenden Welle 76 eine zweite sich axial erstreckende Welle 102 aufweist. Die Welle 74 ist in der Bohrung 56 und die Welle 76 in der Bohrung 58 der Buchse 50 gelagert, während die Welle 100 in der Bohrung 78 und die Welle 102 in der Bohrung 80 der Buchse 48 gelagert ist, um die Zahnräder 90 und 92 im Hohlraum 14 zu positionieren.The bushing 50 is located on the shafts 74 and 76 of the intermeshing gears 91 and is then inserted into cavity 14. The intermeshing gears 91 include a pair of intermeshing straight-toothed spur gear members 90, 92. Each Spur gear member 90, 92 has a plurality of teeth with tooth spaces 96 between the teeth. The outside diameter of the spur gear members 90, 92, as determined at the tip circle apex 98 of the teeth 94, is substantially equal to the cylinder diameter of the surfaces 20 and 22 of the housing 12. In addition to the axially extending shaft 74, the spur gear 90 has a second axially extending shaft 100, while the spur gear 92 has a second axially extending shaft 102 in addition to the axially extending shaft 76. The shaft 74 is supported in the bore 56 and the shaft 76 in the bore 58 of the bushing 50, while the shaft 100 is supported in the bore 78 and the shaft 102 in the bore 80 of the bushing 48 to position the gears 90 and 92 in the cavity 14.

Wie in Figur 2 zu sehen, weist die Buchse 48 eine erste Bohrung 78 und eine zweite Bohrung 80 auf, die von der Außenfläche 82 zu einer Innenfläche 84 verlaufen. Eine sich an der Innenfläche 84 befindende erste Aussparung 86 leitet einen Teil eines Eingriffsvolumens einer durch Drehung der ineinandergreifenden Zahnräder 91 eingeschlossenen Flüssigkeit zu Bohrung 78 weiter, um die Welle 100 zu kühlen und zu schmieren, während eine sich an der Innenfläche 84 befindende zweite Aussparung 88 einen Teil des Eingriffsflüssigkeitsvolumens zur Bohrung 80 weiterleitet, um die Welle 102 zu kühlen und zu schmieren. Eine erste Aussenkung 104, die sich an der Außenfläche 82 befindet und zur ersten Bohrung 78 konzentrisch ist, weist eine erste Abschrägung 79 auf, die mit einem ersten Durchgang 106 verbunden ist, der durch Öffnung 108 mit der Eingangskammer 42 verbunden ist, um den Teil der Kühlflüssigkeit des Eingriffsvolumens zur Eingangskammer 42 weiterzuleiten, wo er der Flüssigkeit in der Eingangskammer 42 zugesetzt wird. Eine zweite Aussenkung 110, die sich an der Außenfläche 82 befindet und zur Bohrung 80 konzentrisch ist, weist eine zweite Abschrägung 81 auf, die durch einen zweiten Durchgang 112 verbunden ist, der durch Öffnung 114 mit der Austrittskammer 40 verbunden ist, um den Teil der Kühlflüssigkeit des Eingriffsvolumens zur Austrittskammer 40 weiterzuleiten, wo er der Druckflüssigkeit in der Austrittskammer 40 zugesetzt wird. Die Buchse 48 weist eine Nut 116 auf, die sich an ihrer Umfangsfläche 120 befindet und einen O-Ring 118 festhält. Der O-Ring 118 ist so ausgeführt, daß er die Oberfläche des Hohlraums 14 in Eingriff nimmt und ein Weiterleiten der Flüssigkeit entlang der Umfangsfläche 120 aus einer im Hohlraum 14 neben der Fläche 82 mit Endplatte 26 und Gehäuse 12 gebildeten Bezugskammer 122 verhindert. Die Bezugskammer 122 ist mit einem Durchgang 124 verbunden, um einen Flüssigkeitsdruck mit einer Flüssigkeitszwischendruckhöhe aus dem Hohlraum 14 an einer Stelle zu erhalten, die gemäß dem in Figur 5 gezeigten Leistungsdiagramm 126 für die Zahnradpumpe 10 irgendwo zwischen 30 und 67 Grad liegt. Eine sich in der Aussenkung 104 befindende erste Dichtung 128, die die Welle 100 umgibt, gewährleistet, daß die unter dem Flüssigkeitszwischendruck stehende Flüssigkeit und der Eingriffsvolumenflüssigkeitsdruck in Bohrung 78 voneinander getrennt werden, während die in der Aussenkung 110 angeordnete Dichtung 130 eine ähnliche Funktion bezüglich der Welle 102 und der Bohrung 80 erfüllt. Nach dem Anordnen der Dichtungen 128 und 130 in den Aussenkungen 104 und 110 wird zur Fertigstellung der Anordnung der Zahnradpumpe 10 Endplatte 26 an dem Gehäuse 12 befestigt.As seen in Figure 2, the bushing 48 has a first bore 78 and a second bore 80 extending from the outer surface 82 to an inner surface 84. A first recess 86 located on the inner surface 84 directs a portion of an engaging volume of fluid trapped by rotation of the meshing gears 91 to bore 78 to cool and lubricate the shaft 100, while a second recess 88 located on the inner surface 84 directs a portion of the engaging fluid volume to bore 80 to cool and lubricate the shaft 102. A first counterbore 104 located on the outer surface 82 and concentric with the first bore 78 has a first bevel 79 connected to a first passage 106 connected to the inlet chamber 42 through opening 108 to pass the part of the cooling liquid of the engagement volume to the inlet chamber 42 where it is added to the liquid in the inlet chamber 42. A second counterbore 110 located on the outer surface 82 and concentric with the bore 80 has a second bevel 81 connected by a second passage 112 connected to the outlet chamber 40 through opening 114 to to direct the portion of the cooling fluid of the engagement volume to the discharge chamber 40 where it is added to the pressurized fluid in the discharge chamber 40. The sleeve 48 has a groove 116 located on its peripheral surface 120 which retains an O-ring 118. The O-ring 118 is designed to engage the surface of the cavity 14 and prevent fluid from passing along the peripheral surface 120 from a reference chamber 122 formed in the cavity 14 adjacent the surface 82 comprising the end plate 26 and the housing 12. The reference chamber 122 is connected to a passage 124 to receive fluid pressure at an intermediate fluid pressure level from the cavity 14 at a location which is anywhere between 30 and 67 degrees according to the performance diagram 126 for the gear pump 10 shown in Figure 5. A first seal 128 located in the counterbore 104 surrounding the shaft 100 ensures that the fluid under intermediate fluid pressure and the engagement volume fluid pressure in bore 78 are separated from each other, while the seal 130 located in the counterbore 110 performs a similar function with respect to the shaft 102 and bore 80. After locating the seals 128 and 130 in the counterbores 104 and 110, the end plate 26 is attached to the housing 12 to complete the assembly of the gear pump 10.

Bei Anlegen eines Eingangsdrehmoments 132 an die Keilnut 75 an der Welle 74 im Betrieb, dreht sich das Zahnradglied 90, und das Zahnradglied 92 folgt aufgrund des Eingriffs dieser Zahnräder. Der Eingangskammer 42 durch den Einlaßkanal 40 zugeführte Flüssigkeit wird in den Zahnradtaschen oder Zahnlücken 96 aufgenommen und in Umfangsrichtung um die Zahnradglieder 90, 92 bis zur Austrittskammer 46 mitgeführt. Die Änderung des Flüssigkeitsdrucks der Flüssigkeit bei ihrer Führung von der Eingangskammer 42 zur Austrittskammer 46 wird in Figur 5 durch Kurve 126 dargestellt. Ein Weiterleiten der Flüssigkeit von der Austrittskammer 46 zur Eingangskammer 42 wird durch den Eingriff der Zähne 94 im wesentlichen verhindert, mit der Ausnahme, daß bekanntlich ein Flüssigkeitseingriffsvolumen, das zwischen den Zahnradgliedern 90, 92 eingeschlossen ist, wenn sich deren Zähne, wie am besten in Figur 2 dargestellt, bei Linie 51 dem vollen Eingriff nähern, weiter auf einen Betriebsdruck beauf schlagt wird, der über dem Flüssigkeitsdruck in der Austrittskammer 46 liegt. Zur Entlastung dieses eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumens leiten die Aussparungen 60 und 62 in der Buchse 50 und die Aussparungen 86 und 88 in der Buchse 48 dieses Eingriffsvolumen radial zu den Bohrungen 56, 58 bzw. 78, 80 weiter, um die Wellen der Eingriffszahnräder 91 zu kühlen und zu schmieren. Es sei darauf hingewiesen, daß die Strömung der Eingriffsflüssigkeit aus den Aussparungen 60 über die Bohrung oder Abschrägung 56, Aussenkung 64, den Durchgang 66 und die Öffnung 68 zur Eingangskammer 42 und aus der Aussparung 86 über die Bohrung 78, die Abschrägung 79 in der Aussenkung 104, den Durchgang 106 und die Öffnung 108 zur Eingangskammer 42 und die Strömung der Eingriffsflüssigkeit aus der Aussparung 62 über die Bohrung 58, die Abschrägung 70 und den Durchgang oder Schlitz 72 zur Austrittskammer 46 und aus der Aussparung 88 über die Bohrung 80, die Abschrägung 81 in der Aussenkung 110, den Durchgang 112 und die Öffnung 114 zur Austrittskammer 46 neben der Kühlung eine Ausgleichsfunktion an den Lagern 50 und 48 erfüllt.When an input torque 132 is applied to the keyway 75 on the shaft 74 in operation, the gear member 90 rotates and the gear member 92 follows due to the engagement of these gears. Fluid supplied to the input chamber 42 through the inlet channel 40 is received in the gear pockets or tooth gaps 96 and carried circumferentially around the gear members 90, 92 to the outlet chamber 46. The change in fluid pressure of the fluid as it is guided from the input chamber 42 to the outlet chamber 46 is shown in Figure 5 by curve 126. Transfer of the fluid from the outlet chamber 46 to the input chamber 42 is substantially prevented by the engagement of the teeth 94, except that as is known, a fluid engagement volume trapped between the gear members 90, 92 as their teeth approach full engagement at line 51 as best shown in Figure 2 will continue to be pressurized to an operating pressure in excess of the fluid pressure in the outlet chamber 46. To relieve this trapped fluid volume, the recesses 60 and 62 in the sleeve 50 and the recesses 86 and 88 in the sleeve 48 direct this engagement volume radially to the bores 56, 58 and 78, 80 respectively to cool and lubricate the shafts of the engaging gears 91. It should be noted that the flow of the engagement fluid from the recesses 60 via the bore or bevel 56, counterbore 64, passage 66 and opening 68 to the input chamber 42 and from the recess 86 via the bore 78, bevel 79 in the counterbore 104, passage 106 and opening 108 to the input chamber 42 and the flow of the engagement fluid from the recess 62 via the bore 58, bevel 70 and passage or slot 72 to the exit chamber 46 and from the recess 88 via the bore 80, bevel 81 in the counterbore 110, passage 112 and opening 114 to the exit chamber 46, in addition to cooling, fulfills a balancing function on the bearings 50 and 48.

Das Weiterleiten des Flüssigkeitszwischendruckes durch den Durchgang 124 zur Bezugskammer 122 wirkt auf die Fläche 82 und bewegt die Innenfläche 84 in Eingriff mit den ineinandergreifenden Zahnrädem 91 und die ineinandergreifenden Zahnräder 91 in Eingriff mit der Innenfläche 52 an der Buchse 50 zur Definition einer Klemmkraft, die ein Vermischen der Flüssigkeit zwischen der Austrittskammer 46 und der Eingangskammer 42 verhindert. Der Flüssigkeitsdruck in der Austrittskammer 46 wirkt auf die Außenfläche der Buchse 50, auf ca. die Hälfte der Oberfläche der ineinandergreifenden Zahnräder 91 und den Vorderteil 146 der Buchse 48 und drängt so die Oberfläche 148 an der Buchse 48 und die Oberfläche 150 an der Buchse 50 in Eingriff mit der Seitenwand 16, um die Eingangskammer 42 von der Austrittskammer 46 abzudichten. Der O-Ring 118 nimmt das Gehäuse in Eingriff, um eine weitere Strömungsverbindung zwischen der Bezugskammer 122 und der Eingangs- und der Austrittskammer 42 bzw. 46 zu verhindern. Somit kann die aus dem Flüssigkeitszwischendruck abgeleitete Klemmkraft und somit der sich dadurch ergebende innere Energieverlust durch gezieltes Auswählen der Position des Durchgangs 124 in der Buchse 48 effektiv gesteuert werden.The transmission of the intermediate fluid pressure through the passage 124 to the reference chamber 122 acts on the surface 82 and moves the inner surface 84 into engagement with the intermeshing gears 91 and the intermeshing gears 91 into engagement with the inner surface 52 on the sleeve 50 to define a clamping force that prevents mixing of the fluid between the outlet chamber 46 and the inlet chamber 42. The fluid pressure in the outlet chamber 46 acts on the outer surface of the sleeve 50, on approximately half the surface of the intermeshing gears 91 and the front portion 146 of the sleeve 48, urging the surface 148 on the sleeve 48 and the surface 150 on the sleeve 50 into engagement with the side wall 16 to seal the inlet chamber 42 from the outlet chamber 46. The O-ring 118 engages the housing to prevent further fluid communication between the reference chamber 122 and the inlet and outlet chambers 42 and 46, respectively. Thus, the clamping force derived from the intermediate fluid pressure, and hence the resulting internal energy loss, can be effectively controlled by selectively selecting the position of the passage 124 in the sleeve 48.

Claims

1. A pump having a pair of intermeshing gear members (91) retained in a cavity by first and second bushings (48, 50), the gear members (91) being rotated by an input torque to successively increase the input pressure of a fluid received from an input chamber (42) through an inlet channel (40) to an outlet pressure as it is discharged from an outlet chamber (46) to an outlet channel (44), to an operating pressure, the pump comprising:

a first bore (78) extending from a first outer surface (82) to a first inner surface (84) in the first sleeve (48), the first bore (78) retaining a first end (100) of a first shaft associated with the intermeshing gear members (91);

a second bore (80) extending from the first outer surface (82) to the first inner surface (84) of the first sleeve (48), the second bore (80) retaining a first end (102) of a second shaft associated with the intermeshing gear members (91);

a first recess (86) located on the first inner surface (84) of the first sleeve (48) for receiving a first portion of an engagement volume of fluid trapped by the meshing gears during rotation, the engagement fluid volume being under operating pressure and the first recess (86) directing the first portion of the engagement fluid volume to the first bore (78) for cooling and lubricating the first end (100) of the first shaft;

a second recess (88) located on the first inner surface (84) of the first sleeve (48) for passing a second portion of the trapped engagement fluid volume at operating pressure to the second bore (80) for cooling and lubricating the first end (102) of the second shaft;

The pump is characterized by the following:

a first bevel (79) located on the first outer surface (82) and concentric with the first bore (78);

a first passage (106) in the first sleeve (48) for connecting the first bevel (79) to the input chamber (42) where the first portion of the engaging fluid volume is added to the fluid in the input chamber (42);

a second bevel (81) located on the first outer surface (82) and concentric with the second bore (80);

a second passage (112) in the first bushing (48) for connecting the second bevel (81) to the exit chamber (46) where the second portion of the engagement fluid volume is added to the fluid in the exit chamber (46);

a passage means (124) in the first sleeve (48) through which fluid under a selected fluid pressure less than the exit fluid pressure but greater than the input fluid pressure is passed from the exit chamber (46) for acting on a first outer surface (82) to produce a force for urging the first inner surface (84) into engagement with the intermeshing gear members (91) and the intermeshing gear members into engagement with a second inner surface (52) on the second sleeve (50) to seal the input chamber (42); and

a peripheral surface (120) having a seal (118) therein for preventing mixing of fluid under the outlet fluid pressure with fluid under the selected fluid pressure.

2. Pump according to claim 1, wherein the second sleeve (50) contains:

a first bore (56) adapted to retain a second end (74) of the interlocking The first shaft associated with the gear members (91) extends from the second inner surface (52) to the second outer surface (54);

a second bore (58) extending from the second inner surface (52) to the second outer surface (54) for retaining a second end (76) of the second shaft associated with the intermeshing gear members;

a first recess (60) located on the second inner surface (52) for passing a third portion of the engagement volume of the fluid trapped by the meshing gears during rotation to generate the fluid operating pressure to the first bore (56) for cooling and lubricating the second end (74) of the first shaft; and

a second recess (62) located on the second inner surface (52) for passing a fourth portion of the enclosed engagement volume of the fluid under the fluid operating pressure to the second bore (58) for cooling and lubricating the second end (76) of the second shaft.

3. A pump according to claim 2, wherein the second sleeve (50) further includes:

a first bevel (64) located on the second outer surface (54) and concentric with the first bore (56) therein;

a first passage (66) connecting the first bevel (64) to the input chamber (42) where the third part of the engagement fluid volume is added to the fluid in the input chamber (42);

a second bevel (70) located on the second outer surface (54) which is concentric with the first bore (58); and

a second passage (72) connecting the second bevel (70) to the exit chamber (46) where the third part of the engagement fluid volume is added to the fluid in the exit chamber (46).

4. A pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the position of the passage means (124) is selected so that the selected pressure provides a clamping force on the first outer surface (82) of approximately half the outlet pressure.