EP0293585A1 - Reversierbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) - Google Patents

Reversierbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) Download PDF

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EP0293585A1
EP0293585A1 EP88106171A EP88106171A EP0293585A1 EP 0293585 A1 EP0293585 A1 EP 0293585A1 EP 88106171 A EP88106171 A EP 88106171A EP 88106171 A EP88106171 A EP 88106171A EP 0293585 A1 EP0293585 A1 EP 0293585A1
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bores
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0023—Axial sealings for working fluid
    • F04C15/0026—Elements specially adapted for sealing of the lateral faces of intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

Definitions

  • the invention relates to a gear machine according to the preamble of the main claim.
  • a gear machine has the disadvantage that the pressure fields for the reversing operation are not yet optimally coordinated, so that it is, for. B. when used as a gear motor still some difficulties in start-up. This is due to the fact that the hydraulic force on the sealing plate must be measured correctly when the motor starts so that the motor can start quickly. After starting the same, the sealing plate must be in sealing contact with the gear side surfaces, the excess force from the pressure fields should not be very large in order to keep frictional forces small.
  • the gear machine according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the design of the pressure fields is perfected so that the hydraulic forces necessary for the current operation are always exerted on the sealing plate. This improves the life, noise and operating behavior of the gear machine. In particular, the internal housing forces are also reduced.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a gear motor, in FIG. 2 a cross section along II-II according to FIG. 1, FIG. 3 a cross section along III-III according to FIG. 2, FIG. 4 a detail.
  • the gear motor has a housing 10, the interior 11 of which is closed by two covers 12, 13. In the interior, two gears 14, 15 mesh with one another in external engagement, the shafts 16, 17 of which are mounted in bush-shaped or spectacle-shaped bearing bodies 18, 19 which are slightly axially and radially displaceable in the housing.
  • the shaft 17 has an extension 23 which penetrates to the outside through a bore in the cover 13 and is sealed there by a sealing ring 24.
  • a sealing plate 26 is arranged between the bearing body 18 and the gearwheel side surfaces, on the side facing away from the gearwheels pressure fields are formed, as are clearly shown in particular in FIG. 2.
  • the pressure fields A - D are delimited by a seal 27 which is arranged in a suitable groove in the end face of the bearing body 18.
  • the seal consists of two concentrically extending, approximately glasses-shaped rings 28, 29, the inner rings 29 being connected to one another by a web 30 which runs in the imaginary axial direction of the center of the gear shaft.
  • the inner and outer rings are also connected to each other by webs 31, 32 which extend approximately radially outward from the inner rings, approximately at right angles to the web 30, their axial direction also referring to the center of the gear shaft.
  • the diameter of the outer rings 28 extends to the edge of the interior 11 or to the edge of the sealing plate 26, while the inner rings 29 are at a short distance from the shaft bores.
  • a bore 40, 41 also penetrates into the external pressure fields C and D, which likewise penetrate through the sealing plate and are connected to bores 42, 44 or 43, 45 in the bearing body 18 or cover 12, which run in the same axis. There they have connections to a line 46 to which a pressure valve 47 is connected, advantageously an electromagnetically actuated proportional valve, with which the pressure in the pressure fields C and D is controlled.
  • the bores 40, 41 are designed as throttle bores.
  • the seal 27 is shown in more detail. It is formed in two parts and consists of a support body 27A with a U-shaped cross section, the underside of which rests on the sealing plate 26.
  • the support body consists of a plastic, for. B. PTFE.
  • a soft, rubber-like seal 27B which has a cross-sectional shape shown in FIG. 3, is inserted into the support body.
  • the seal 27 is arranged in a correspondingly shaped groove 48 in the bearing body 18.
  • the sealing body 27B has two longitudinal grooves 27C, 27D on its part lying on the rounded groove base.
  • a circumferential groove 49 runs around the bearing body at a small distance from the groove 48.
  • the throttle bores 40, 41 ensure that only a small pressure medium flow is branched off from the gear machine.
  • a sealing plate 26 with corresponding pressure fields can also be arranged on the other side of the gear wheel. However, this is not absolutely necessary.
  • the gear machine can be operated both as a hydraulic motor and as a gear pump. It is reversible; if high-pressure pressure medium is supplied to the bore 51, the field B is subjected to high pressure and the field A to low pressure.
  • the groove 49 prevents pressure medium under high pressure from leaking along the outside of the bearing body toward the covers. As a result, the interior of the housing remains largely relieved of pressure.

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Abstract

Die reversierbare Zahnradmaschine hat zwei im Außeneingriff miteinander kämmende Zahnräder, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Zahnradwellen sind in Lagerkörpern (18, 19) gelagert, wobei mindestens zwischen einem Lagerkörper und den Zahnradseitenflächen eine Dichtplatte (26) angeordnet ist, die durch an ihrer Rückseite ausgebildete Druckfelder (A bis D) in dichtende Berührung mit den Zahnradseitenflächen gebracht wird. Die Druckfelder sind begrenzt durch eine Dichtungsanordnung (27), die in einer entsprechenden Nut (28) in einem der Lagerkörper (18) ausgebildet ist. Die einen Druckfelder (A, B) sind von der Einlaß- bzw. Auslaßseite her beaufschlagt, die anderen Druckfelder (C und D) mit einem von einem Druckregelventil (46) willkürlich gesteuerten Druck. Auf diese Weise erreicht man, daß insbesondere bei der Verwendung der Maschine als Zahnradmotor der Anlauf erleichtert wird und im Betrieb die Wirkungsgradverluste gering sind. Außerdem ist der Gehäuseinnenraum wesentlich vom Druck entlastet. Auf diese Weise wird die Lebensdauer der Maschine verbessert.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine derartige bekannte Zahnradmaschine hat den Nachteil, daß die Druckfelder für den Reversierbetrieb noch nicht optimal abgestimmt sind, so daß es z. B. bei der Verwendung als Zahnradmotor noch gewisse Schwierigkeiten im Anlaufbetrieb gibt. Dies hängt damit zusammen, daß beim Anlaufen des Motors die hydrau­lische Kraft auf die Dichtplatte richtig bemessen sein muß, damit der Motor schnell anlaufen kann. Nach dem Anlaufen desselben muß die Dichtplatte in dichtende Berührung mit den Zahnradseitenflächen stehen, wobei die Überschußkraft aus den Druckfeldern nicht sehr groß sein soll, um Reibungskräfte klein zu halten.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merk­malen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Auslegung der Druckfelder vervollkommnet ist, so daß auf die Dichtplatte stets die für den momentanen Betrieb notwendigen hydraulischen Kräfte ausgeübt werden. Dadurch werden die Lebensdauer, die Geräuschbildung und das Betriebsverhalten der Zahnradmaschine verbessert. Insbesondere wer­den auch die inneren Gehäusekräfte reduziert.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be­schreibung und Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Zahnradmotor, in Figur 2 einen Querschnitt längs II-II nach Figur 1, Figur 3 einen Querschnitt längs III-III nach Figur 2, Figur 4 eine Einzelheit.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Der Zahnradmotor weist ein Gehäuse 10 auf, dessen Innenraum 11 durch zwei Deckel 12, 13 verschlossen ist. Im Innenraum kämmen zwei Zahn­räder 14, 15 im Außeneingriff miteinander, deren Wellen 16, 17 in buchsen- oder brillenförmigen Lagerkörpern 18, 19 gelagert sind, die axial und radial geringfügig im Gehäuse verschiebbar sind. Die Welle 17 hat einen Fortsatz 23, der durch eine Bohrung im Deckel 13 nach außen dringt und dort durch einen Dichtring 24 abgedichtet ist.
  • Zwischen dem Lagerkörper 18 und den Zahnradseitenflächen ist eine Dichtplatte 26 angeordnet, an deren den Zahnrädern abgewandten Seite Druckfelder ausgebildet sind, wie sie insbesondere in Figur 2 deut­lich erkennbar dargestellt sind. Die Druckfelder A - D sind begrenzt durch eine Dichtung 27, die in einer passenden Nut in der Stirn­fläche des Lagerkörpers 18 angeordnet ist. Wie insbesondere Figur 2 zeigt, besteht die Dichtung aus zwei konzentrisch verlaufenden, etwa brillenförmigen Ringen 28, 29, wobei die innenliegenden Ringe 29 durch einen Steg 30 miteinander verbunden sind, welcher in der ge­dachten Achsrichtung der Mitte der Zahnradwellen verläuft. Die inneren und äußeren Ringe sind außerdem jeweils durch Stege 31, 32 miteinander verbunden, die etwa radial von den inneren Ringen nach außen verlaufen, etwa rechtwinklig zum Steg 30, wobei sich ihre Achsrichtung ebenfalls auf die Mitte der Zahnradwellen bezieht. Der Durchmesser der äußeren Ringe 28 reicht bis zum Rand des Innenraums 11 bzw. bis zum Rand der Dichtplatte 26, während die inneren Ringe 29 einen geringen Abstand zu den Wellenbohrungen haben.
  • Auf diese Weise entstehen zwei nebeneinanderliegende Druckfelder A und B beidseitig des Stegs 30 und zwei einander diametral gegenüber­liegende Druckfelder C und D, die - bezogen auf die Längsausdehnung der Dichtung 28 - außen liegen. In die Druckfelder A und B dringt je eine Bohrung 34, 35 ein, die durch die Dichtplatte hindurchgehen und an den darunterliegenden Zahnlücken münden. In den Innenraum dringen, in Höhe der Zahnräder 14, 15 von außen her und achsgleich verlaufend zwei Bohrungen 50, 51 ein, welche der Druckmittelzu- bzw. abfuhr dienen.
  • In die äußeren Druckfelder C und D dringt ebenfalls je eine Bohrung 40, 41 ein, die ebenfalls durch die Dichtplatte dringen und mit achsgleich verlaufenden Bohrungen 42, 44 bzw. 43, 45 im Lagerkörper 18 bzw. Deckel 12 verbunden sind. Dort haben sie Verbindungen mit einer Leitung 46 an die ein Druckventil 47 angeschlossen ist, zweckmäßigerweise ein elektromagnetisch betätigbares Proportional­ventil, mit dem der Druck in den Druckfeldern C und D gesteuert wird. Die Bohrungen 40, 41 sind als Drosselbohrungen ausgebildet.
  • Im Schnitt nach Figur 4 ist die Dichtung 27 näher dargestellt. Sie ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem Stützkörper 27A mit U-förmigem Querschnitt, dessen Unterseite an der Dichtplatte 26 an­liegt. Der Stützkörper besteht aus einem Kunststoff, z. B. PTFE. In den Stützkörper ist eine weiche, gummiartige Dichtung 27B eingelegt, die eine in der Figur 3 dargestellte Querschnittsform aufweist. Die Dichtung 27 ist in einer entsprechend geformte Nut 48 im Lagerkörper 18 angeordnet. Der Dichtkörper 27B hat an seinem am abgerundeten Nutgrund liegenden Teil zwei längsverlaufende Nuten 27C, 27D. Um den Lagerkörper herum verläuft in geringem Abstand zur Nut 48 eine um­laufende Nut 49.
  • Es sei angenommen, daß an der Bohrung 50 unter Hochdruck stehendes Druckmittel zugeführt wird. Dieses treibt nun die Zahnräder an, so daß an der Welle 23 ein Drehmoment abgenommen werden kann. Das Druckmittel verläßt die Bohrung 51 an der Niederdruckseite. In den Druckfeldern A und B herrscht nun über die Bohrungen 34 und 35 der Einlaß- bzw. der Auslaßdruck. Das Druckventil 47 ist geöffnet, so daß in denDruckfeldern C und D kein Druck herrscht. Dies deshalb, damit die Dichtplatte nicht zu stark an die Zahnradseitenflächen angedrückt wird. Dadurch bleiben die Reibungskräfte gering, und der Zahnradmotor kann gut anfahren. Nach dem Anfahren des Zahnradmotors werden die Druckfelder C und D durch zunehmendes Schließen des Schaltventils mit höherem Druck beaufschlagt, so daß die Dichtplatte 26 stärker an die Zahnradseitenflächen gedrückt wird. Damit erreicht man, daß entlang der Zahnradseitenflächen nun kein Druckmittel mehr von der Hochdruck- zur Niederdruckseite strömen kann, so daß der Wirkungsgrad des Zahnradmotors entsprechend hoch bleibt. Die Drosselbohrungen 40, 41 sorgen dafür, daß nur ein geringer Druck­mittelstrom aus der Zahnradmaschine abgezweigt wird.
  • Es sei noch bemerkt, daß auch an der anderen Zahnradseitenfläche eine Dichtplatte 26 mit entsprechenden Druckfeldern angeordnet werden kann. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig.
  • Selbstverständlich kann die Zahnradmaschine sowohl als Hydromotor wie auch als Zahnradpumpe betrieben werden. Sie ist reversierbar; wenn unter Hochdruck stehendes Druckmittel an der Bohrung 51 zuge­führt wird, dann ist das Feld B mit Hochdruck beaufschlagt und das Feld A mit Niederdruck.
  • Durch die Nut 49 wird verhindert, daß unter Hochdruck stehendes Druckmittel entlang der Außenseite der Lagerkörper zu den Deckeln hin durchlecken kann. Dadurch bleibt das Gehäuseinnere weitgehend druckentlastet.

Claims (6)

1. Reversierbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit zwei im Außeneingriff kämmenden Zahnrädern (14, 15) und mit mindestens an einer deren Seitenflächen angeordneten Dichtplatte (26), die durch an ihren den Zahnrädern abgewandten Seite ausgebildete Druckfelder (A bis D) beaufschlagt ist, die durch eine Dichtungsanordnung (27) begrenzt sind, welche aus zwei konzentrisch verlaufenden, etwa brillenförmig ausgebildeten Ringen (28, 29) besteht, die durch Stege miteinander verbunden sind, wovon die äußeren Ringe entlang der Ge­häuseinnenwand verlaufen, die inneren nahe den Zahnradwellen, da­durch gekennzeichnet, daß die beiden innenliegenden Ringe (28, 29) auf einer gedachten, durch die Mitten den Zahnradwellen verlaufenden Verbindungsgeraden durch einen ersten Steg (30) verbunden sind, daß außerdem von den innenliegenden Ringen jeweils zwei radial und etwa senkrecht zum ersten Steg in entgegengesetzten Richtungen verlau­fende Stege (31, 32) ausgehen und mit den äußeren Ringen verbunden sind, wodurch sich zwei diametral gegenüberliegende Druckfelder (C, D) ergeben, die über in dieselben mündenden Bohrungen (40, 41) von einem Druck beaufschlagt sind, der von einem Druckventil (46) ge­steuert ist und daß die zwischen den etwa radial verlaufenden Stegen (30, 32) und dem ersten Steg (30) gebildeten beiden Druckfelder (A, B) über die Dichtplatte (26) durchdringende Bohrungen (34, 35) mit dem jeweiligen Ein- bzw. Auslaß (50, 51) verbunden sind.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dich­tungsanordnung zweiteilig ausgebildet ist und aus einem Stützring (27A) aus Kunststoff, welche unmittelbar an der Dichtplatte (26) an­liegt, und einen in den Stützring eingelegten Dichtkörper (27B) aus weicherem Werkstoff besteht, und daß sich die Dichtungsanordnung (27) in einer in der Stirnseite des Lagerkörpers ausgebildeten Nut (48) befindet.
3. Maschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtplatten (26) mit entsprechenden Dichtungsanordnungen (27) auf beiden Seiten der Zahnräder angeordnet sind.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­net, daß in geringem Abstand zur Dichtungsanordnung (27) am Außenum­fang der Lagerkörper eine umlaufende kleine Nut (49) ausgebildet ist.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­net, daß das Druckmittel für die Baufschlagung der Druckfelder (C und D) aus dem Druckraum der Maschine entnommen ist, und zwar über Drosselbohrungen (40, 41), die über die Lagerkörper, die Druckfelder (C, D) und einem Gehäusedeckel (12) hindurchdringende Bohrungen (43, 45) an das Druckventil (47) angeschlossen sind, an das ein Behälter angeschlossen ist.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­net, daß die in die Druckfelder (C, D) mündenden Bohrungen (40, 41) als Drosselbohrungen ausgebildet sind.
EP19880106171 1987-05-30 1988-04-19 Reversierbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) Expired - Lifetime EP0293585B1 (de)

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