EP0984212B1 - Dichtungselement - Google Patents
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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
- 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
Definitions
- the invention relates to a sealing element for hydraulic gear machines according to the preamble of claim 1.
- a sealing element is already known for example from DE-GM 297 01 449.
- this sealing element on the one hand seals the interior of the gear machine to the outside and on the other hand delimits pressure fields acting on the gear engine from each other. These pressure fields press the bearing bodies of the gear machine under operating conditions against the end faces of the intermeshing gears to axially seal the tooth chambers enclosed by the teeth.
- the gear machine thereby has a low internal leakage and a high volumetric efficiency.
- GB-1 402 350 shows a cross-sectionally U-shaped sealing element which seals exclusively between the housing part and the bearing body.
- the element has two legs, which are different lengths depending on the location.
- the seal between the housing parts is achieved by means of an O-ring and not with a U-shaped sealing element.
- a sealing element according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that cooperating with the bearing bodies of a gear machine and the pressure fields against each other sealing sealing cross section is much softer, ie bending elastic than the gear machine sealing gasket seal to the outside. This is made possible by an asymmetrical cross-sectional shape of the sealing element in this area.
- the bearing bodies are thus pressed during the startup of the gear machine, that is, as long as there is no operating pressure less strongly against the gears. This reduces forehead friction and reduces mechanical wear.
- the sealing elements lie flat against the bearing bodies and fulfill their task in the usual way.
- the sealing element is still produced with improved functional properties from a uniform material and can be mounted unchanged.
- FIG. 1 A top view of the sealing element according to the invention is shown in FIG. 1, in FIGS. 2 and 2a cross sections along the section lines II-II and III-III according to FIG. 1 are shown.
- FIG. 3 A longitudinal section through the sealing element along the section line IV-IV of Figure 1 is shown in Figure 3 and shows the transition region between the different cross-sectional shapes.
- the sealing element 10 shown in Figure 1 consists of an endless sealing strip 12, which is divided into three sealing portions 20, 22, 24. These sealing sections 20, 22, 24 merge into one another at two points of intersection 26, 28.
- the first Seal portion 20 has two tapered rectilinear flanks 30, 32 and, together with the second seal portion 22, which has the shape of a three open to the first seal portion 20, encloses a substantially heart-shaped, first inner surface 34. Adjacent to this first inner surface 34 the second sealing portion 22 side facing a second inner surface 36 which is bounded by the third sealing portion 24 in connection with the second sealing portion 22.
- the third sealing portion 24 is composed of a plurality of partially curved arcuate portions 38, 40, 42.
- the second inner surface 36 surrounds the first inner surface 34 to the crossing points 26, 28 and is provided with a bubble-shaped extension 44. Its center lies on an axis A, which divides the three sealing portions 20, 22, 24 in mutually symmetrical halves.
- the sealing element 10 is therefore constructed symmetrically to the axis A.
- the endless sealing strip 12 has a U-shaped cross section, with two legs 38, 40 arranged parallel to one another and a bottom 42 connecting the legs 38, 40 together.
- This cross section is in the area of the first and third sealing sections 20, 24 symmetrical, ie with equal legs 38, 40 and running perpendicular thereto bottom 42 of constant wall thickness, while, as shown in Fig.
- the transition from the first and third sealing portion 20, 24 to the second sealing portion 22 is carried out according to Figure 3 in the form of a continuous edge 44, but it would also be a step-shaped or a rounded transition conceivable.
- the housing of a gear machine is made of several parts and consists of a hollow body-shaped central part, which is closed laterally by two attached lid parts.
- the cavity has substantially the cross-sectional shape of an 8 and receives a gear pair mounted on shafts and axles. These axles and shafts in turn are guided in sleeve-like bearing bodies, which are supported on the inner wall of the cavity.
- the bearing bodies are pressed by means of a pressure field defined against the end faces of the gears.
- This pressure field is arranged on the side facing away from the gears outer side of the bearing body, wherein the shape determines the height of the applied pressure force and the point of introduction of force.
- the pressure field is connected to the high-pressure side of the gear machine for application with operating pressure and is limited by the sealing element 10.
- the second inner surface 36 of the sealing element 10 represents this pressure field.
- the first inner surface 34 separated from the second inner surface 36 by the second seal portion 22 is connected to the low pressure side of the gear machine and returns the leakage flow of pressure fluid from the nip between the hub of the bushings and the shafts to the low pressure side of the gear machine.
- the sealing element 10 is subjected to high pressure on its rear side facing away from the toothed wheels and having the opening of its cross section.
- the shorter leg 40 of the second sealing portion 22 is facing the high-pressure-loaded second inner surface 36, while the longer leg 38 faces the low-pressure, first inner surface 34.
- the sealing element 10 inserted into a receiving groove formed on the cover parts lies with the front side remote from its opening on the housing of the gear machine or, in the case of the second sealing section 22, against its bearing bodies.
- the legs 38, 40 in the region of the first and third sealing portion 20, 24 matched to the depth of the receiving groove such that the built-in sealing element 10 is applied flat and is also under bias when the gear machine has not built up operating pressure, i. is in the startup state.
- leg 38 is retracted or shortened in the second sealing portion 22 in order to reduce the biasing force of the sealing element 10 acting on the bearing bodies.
- the bearing bodies are thereby pressed much less strongly against the end faces of the gears, so that the Gear machine starts easier and their operating pressure builds up very quickly.
- the bottom 42 of the sealing element 10 has in the region of the second sealing portion 22 a conically extending wall. This has on the long leg 38 their minimum and opposite, on the short leg 40 its maximum thickness. The short leg 40 is thereby hinged to the long leg 38 and is movable relative to this.
- the second sealing portion 22 is characterized by its the long leg 38 facing first leading edge sealingly against the bearing bodies, but without exerting on this a strong axial force.
- the opposite second and the shortened leg 40 facing the leading edge is lifted in the non-pressurized state of the sealing element 10 from the bearing body and exerts no contact pressure on this.
- the geared machine starts easily and builds up the operating pressure quickly.
- the sealing elements 10 are flat, i. with both leading edges on the front sides of the bearing body.
- This consists of the second, cooperating with the bearing bodies sealing portion 22 of a sealing element 10 by a single-symmetrical cross-sectional shape form particularly flexible, so that the bearing body in the startup stage of Gear machine are pressed relatively low against the gears.
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Description
- Die Erfindung geht aus von einem Dichtungselement für hydraulische Zahnradmaschinen entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiges Dichtungselement ist beispielsweise aus der DE-GM 297 01 449 bereits bekannt. Eingebaut in hydraulische Zahnradmaschinen dichtet dieses Dichtungselement einerseits den Innenraum der Zahnradmaschine nach außen ab und grenzt andererseits auf das Zahnradtriebwerk einwirkende Druckfelder gegeneinander ab. Diese Druckfelder pressen die Lagerkörper der Zahnradmaschine unter Betriebsbedingungen gegen die Stirnflächen der miteinander kämmenden Zahnräder, um die von den Zähnen eingeschlossenen Zahnkammern axial abzudichten. Die Zahnradmaschine weist dadurch eine geringe innere Leckage und einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad auf.
- Diese Funktionen erfüllen die Dichtungselemente besonders effektiv, wenn sie auf ihrer, vom Triebwerk abgewandten Rückseite mit Betriebsdruck beaufschlagt sind. Damit durch diese Druckbeaufschlagung die innere Leckage der Zahnradmaschine nicht ansteigt, sind die bekannten Dichtungselemente mit einem zu ihrer Rückseite hin offenen U-Profilquerschnitt versehen.
- Die GB-1 402 350 zeigt ein im Querschnitt U-förmiges Dichtungselement, das ausschließlich zwischen Gehäuseteil und Lagerkörper abdichtet. Das Element hat zwei Schenkel, die je nach Lage unterschiedlicher Länge sind. Die Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen wird mittels einem O-Ring und nicht mit einem U-förmigen Dichtelement erreicht.
- Untersuchungen des Betriebsverhaltens einer mit derartigen Dichtungselementen ausgestatteten Zahnradmaschine haben gezeigt, daß der Antriebsmotor beim Anlaufen der Zahnradmaschine relativ hohe Anlaufdrehmomente erzeugt, um das Triebwerk in Rotation zu versetzen. Dies ist unter anderem auf die Vorspannung zurückzuführen, mit der das Dichtungselement in seine Aufnahmenut eingesetzt ist und mit der es gegen die Lagerkörper und damit gegen die Stirnflächen der Zahnräder drückt. Im Extremfall kann die durch diese Vorspannung hervorgerufene Reibung so groß werden, daß mechanischer Verschleiß oder sogenannte Stirnfresser am Triebwerk auftreten. Auch der Antriebsmotor kann dadurch auf Dauer Schaden nehmen.
- Demgegenüber weist ein erfindungsgemäßes Dichtungselement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß der mit den Lagerkörpern einer Zahnradmaschine zusammenwirkende und die Druckfelder gegeneinander abdichtende Dichtungsquerschnitt wesentlich weicher, d. h. biegeelastischer als der die Zahnradmaschine nach außen abdichtende Dichtungsabschnitt ist. Dies wird durch eine unsymmetrische Querschnittsform des Dichtungselements in diesem Bereich ermöglicht. Die Lagerkörper werden somit während des Anlaufens der Zahnradmaschine, d.h. solange noch kein Betriebsdruck herrscht, weniger stark gegen die Zahnräder gepreßt. Dies reduziert die Stirnreibung und vermindert mechanischen Verschleiß. Nach dem Aufbau des Betriebsdrucks, d. h. wenn die Rückseiten der Dichtungselemente druckbelastet sind, liegen die Dichtungselemente flächig an den Lagerkörpern an und erfüllen ihre Aufgabe auf gewohnte Art und Weise. Das Dichtungselement ist bei verbesserten Funktionseigenschaften nach wie vor aus einem einheitlichen Material herstellbar und läßt sich unverändert montieren.
- Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Aufgrund der in den Ansprüchen 2 bis 4 beanspruchten Formgebung des die beiden unterschiedlich langen Schenkel miteinander koppelnden Bodens des Dichtungselements wird eine besonders biegeelastische Anbindung des kürzeren Schenkels an den längeren Schenkel erreicht. Fertigungsoptimierenden Maßnahmen für eine kostengünstige Herstellung des Dichtungselements sind den Ansprüchen 6 und 7 entnehmbar.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Dichtungselement zeigt Figur 1, in Figur 2 bzw. 2a sind Querschnitte entlang der Schnittlinien II-II bzw. III-III nach Figur 1 dargestellt. Ein Längsschnitt durch das Dichtungselement entlang der Schnittlinie IV-IV nach Figur 1 ist in Figur 3 dargestellt und zeigt den Übergangsbereich zwischen den verschiedenen Querschnittsformen.
- Das in Figur 1 dargestellte Dichtungselement 10 besteht aus einem endlosen Dichtungsstrang 12, der in drei Dichtungsabschnitte 20, 22, 24 gegliedert ist. Diese Dichtungsabschnitte 20, 22, 24 gehen an zwei Kreuzungspunkten 26, 28 ineinander über. Der erste Dichtungsabschnitt 20 hat zwei konisch zulaufende, geradlinige Flanken 30, 32 und umschließt zusammen mit dem zweiten Dichtungsabschnitt 22, der die Form einer zum ersten Dichtungsabschnitt 20 hin geöffneten Drei hat, eine im wesentlichen herzförmige, erste Innenfläche 34. An diese erste Innenfläche 34 grenzt an der dem zweiten Dichtungsabschnitt 22 zugewandten Seite eine zweite Innenfläche 36 an, die vom dritten Dichtungsabschnitt 24 in Verbindung mit dem zweiten Dichtungsabschnitt 22 begrenzt ist. Der dritte Dichtungsabschnitt 24 ist aus mehreren, teilweise entgegengesetzt zueinander gekrümmten Bogenabschnitten 38, 40, 42 zusammengesetzt. Die zweite Innenfläche 36 umgreift die erste Innenfläche 34 bis zu den Kreuzungspunkten 26, 28 und ist mit einer blasenförmigen Erweiterung 44 versehen. Deren Mittelpunkt liegt auf einer Achse A, die die drei Dichtungsabschnitte 20, 22, 24 in jeweils zueinander symmetrische Hälften teilt. Das Dichtungselement 10 ist demnach symmetrisch zur Achse A aufgebaut.
Wie Figur 2a zeigt, hat der endlose Dichtungsstrang 12 einen u-förmigen Querschnitt, mit zwei parallel zueinander angeordneten Schenkeln 38, 40 und einem die Schenkel 38, 40 miteinander verbindenden Boden 42. Dieser Querschnitt ist im Bereich des ersten und dritten Dichtungsabschnitts 20, 24 symmetrisch, d. h. mit gleich langen Schenkeln 38, 40 und einem dazu senkrecht verlaufenden Boden 42 konstanter Wandstärke ausgeführt, während er, wie in Fig. 2 dargestellt ist, im Bereich des zweiten Dichtungsabschnitts 22 unsymmetrisch, mit einem längeren Schenkel 38, einem kürzeren Schenkel 40 und einem Boden 42 mit konischer Wandstärke ausgebildet ist. Durch diese unterschiedliche Formgebung der Querschnitte wird erreicht, daß sich der erste und dritte Dichtungsabschnitt 20, 24 unter Einsatzbedingungen relativ starr und der zweite Dichtungsabschnitt 22 im Vergleich dazu biegeelastisch verhält. Diese unterschiedlichen Funktionseigenschaften der verschiedenen Dichtungsabschnitte 20, 22, 24 wirken sich hauptsächlich in einem verbesserten Anlaufverhalten einer mit diesen Dichtungselementen 10 ausgestatteten Zahnradmaschine aus. - Der Übergang vom ersten bzw. dritten Dichtungsabschnitt 20, 24 zum zweiten Dichtungsabschnitt 22 erfolgt gemäß Figur 3 in Form einer stetig verlaufenden Flanke 44, es wäre jedoch auch ein stufenförmiger oder ein verrundeter Übergang vorstellbar.
- Zum Verständnis der Erfindung ist davon auszugehen, daß das Gehäuse einer nicht dargestellten Zahnradmaschine mehrteilig ausgeführt ist und aus einem hohlkörperförmigen Mittelteil besteht, das seitlich von zwei daran befestigten Deckelteilen verschlossen ist. Der Hohlraum hat im wesentlichen die Querschnittsform einer 8 und nimmt ein auf Achsen und Wellen gelagertes Zahnradpaar auf. Diese Achsen und Wellen wiederum sind in hülsenartigen Lagerkörpern geführt, die sich an der inneren Wandung des Hohlraums abstützen.
- Zur axialen Abdichtung der Zahnzwischenräume werden die Lagerkörper mit Hilfe eines Druckfeldes definiert gegen die Stirnflächen der Zahnräder gepreßt. Dieses Druckfeld ist an der von den Zahnrädern abgewandten Außenseite der Lagerkörper angeordnet, wobei dessen Form die Höhe der einwirkenden Druckkraft und die Stelle der Krafteinleitung bestimmt. Das Druckfeld ist zur Beaufschlagung mit Betriebsdruck mit der Hochdruckseite der Zahnradmaschine verbunden und wird vom Dichtungselement 10 begrenzt. Die zweite Innenfläche 36 des Dichtungselements 10 stellt dieses Druckfeld dar.
- Die durch den zweiten Dichtungsabschnitt 22 von der zweiten Innenfläche 36 abgetrennte erste Innenfläche 34 ist dagegen mit der Niederdruckseite der Zahnradmaschine verbunden und führt den Leckagestrom an Druckmittel aus dem Laufspalt zwischen der Nabe der Lagerbuchsen und den Achsen bzw. Wellen zur Niederdruckseite der Zahnradmaschine zurück.
- Zur Verbesserung der Abdichtungseigenschaften ist das Dichtungselement 10 auf seiner abgewandt von den Zahnrädern liegenden und die Öffnung seines Querschnitts aufweisenden Rückseite mit Hochdruck beaufschlagt. Der kürzere Schenkel 40 des zweiten Dichtungsabschnitts 22 ist dafür der hochdruckbeaufschlagten zweiten Innenfläche 36 zugewandt, während der längere Schenkel 38 der unter Niederdruck stehenden, ersten Innenfläche 34 zugewandt ist.
- Das in eine an den Deckelteilen ausgebildete Aufnahmenut eingesetzte Dichtungselement 10 liegt mit der von seiner Öffnung abgewandten Vorderseite am Gehäuse der Zahnradmaschine bzw. im Falle des zweiten Dichtungsabschnitts 22 an deren Lagerkörpern an. Hierzu sind die Schenkel 38, 40 im Bereich des ersten und dritten Dichtungsabschnitts 20, 24 auf die Tiefe der Aufnahmenut derart abgestimmt, daß das eingebaute Dichtungselement 10 flächig anliegt und auch dann unter Vorspannung steht, wenn die Zahnradmaschine noch keinen Betriebsdruck aufgebaut hat, d.h. sich im Anlaufzustand befindet.
- Demgegenüber ist der Schenkel 38 im zweiten Dichtungsabschnitt 22 zurückgenommen bzw. verkürzt, um die auf die Lagerkörper einwirkende Vorspannkraft des Dichtungselements 10 zu reduzieren. Unter Anlaufbedingungen werden die Lagerkörper dadurch wesentlich weniger stark gegen die Stirnflächen der Zahnräder gedrückt, so daß die Zahnradmaschine leichter anläuft und ihren Betriebsdruck besonders schnell aufbaut.
- Der Boden 42 des Dichtungselements 10 weist im Bereich des zweiten Dichtungsabschnitts 22 eine konisch verlaufende Wandung auf. Diese hat am langen Schenkel 38 ihre minimale und gegenüberliegend, am kurzen Schenkel 40 ihre maximale Dicke. Der kurze Schenkel 40 ist dadurch gelenkig an den langen Schenkel 38 angebunden und ist gegenüber diesem beweglich. Der zweite Dichtungsabschnitt 22 liegt dadurch mit seiner dem langen Schenkel 38 zugewandten ersten Vorderkante dichtend an den Lagerkörpern an, ohne jedoch auf diese eine starke Axialkraft auszuüben. Die gegenüberliegende zweite und dem verkürzten Schenkel 40 zugewandte Vorderkante dagegen ist im nicht druckbeaufschlagten Zustand des Dichtungselements 10 vom Lagerkörper abgehoben und übt keine Anpreßkraft auf diesen aus. Die Zahnradmaschine läuft dadurch leicht an und baut den Betriebsdruck schnell auf.
- Wirkt dieser Betriebsdruck auf die Rückseite des Dichtungselements 10 ein, herrschen die selben Abdichtbedingungen, wie sie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungselementen 10 mit symmetrischen Querschnitten auftreten. Dabei liegen die Dichtungselemente 10 flächig, d.h. mit beiden Vorderkanten an den Stirnseiten der Lagerkörper an.
- Selbstverständlich sind Änderungen und Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Dieser besteht darin, den zweiten, mit den Lagerkörpern zusammenwirkenden Dichtungsabschnitt 22 eines Dichtungselements 10 durch eine unsymmetrische Querschnittsform besonders flexibel auszubilden, damit die Lagerkörper im Anlaufstadium der Zahnradmaschine nur relativ gering gegen die Zahnräder gedrückt werden.
Claims (7)
- Hydraulische Zahnradmaschine mit einem mehrteiligen, Gehäuse, mit in dem Gehäuse aufgenommenen hülsenförmigen Lagerkörpern zur Lagerung eines Zahnradpaares und mit einem endlosen Dichtungsstrang (12), der in eine Aufnahmenut eingesetzt ist und einen das Gehäuse nach außen abdichtenden ersten Dichtungsabschnitt (20, 24), der zwischen zwei Gehäuseteilen wirkt, und einen an zwei Enden mit dem ersten Dichtungsabschnitt (20, 24) verbundenen, zweiten Dichtungsabschnitt (22) aufweist, der zwischen einem Gehäuseteil und einem Lagerkörper wirkt und der zusammen mit dem ersten Dichtungsabschnitt (20, 24) ein innerhalb des ersten Dichtungsabschnitts liegendes mit Druck beaufschlagbares Druckfeld (36) abgrenzt, wobei die Dichtungsabschnitte (20, 22, 24) einen u-förmigen Querschnitt mit zwei Schenkeln (38, 40) und einem die beiden Schenkel (38, 40) verbindenden Boden (42) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (38, 40) des ersten Dichtungsabschnitts (20, 24) gleich hoch und die Schenkel (38, 40) des zweiten Dichtungsabschnitts (22) unterschiedlich hoch sind und daß der kürzere Schenkel (40) des zweiten Dichtungsabschnitts (22) dem Druckfeld (36) zugewandt ist und eine Höhe hat, die kleiner ist als die Tiefe der Aufnahmenut.
- Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (42) des zweiten Dichtungsabschnitts (22) im Querschnitt konisch ausgebildet ist und eine senkrecht zu den Schenkeln (38, 40) verlaufende Seite und eine schräg dazu verlaufende Seite hat.
- Zahnradmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg verlaufende Seite des Bodens (42) dessen Außenseite ist.
- Zahnradmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, den die beiden Seiten des Bodens (42) einschließen, in Richtung des kürzeren Schenkels (40) geöffnet ist.
- Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Schenkel (40) etwa halb so hoch wie der längere Schenkel (38) ist.
- Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg verlaufende Seite des Bodens (42) parallel zu einer gedachten Verbindungslinie verläuft, die die einander entsprechenden Eckpunkte der beiden Schenkel (38, 40) miteinander verbindet.
- Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge vom ersten Dichtungsabschnitt (20, 24) zum zweiten Dichtungsabschnitt (22) in Form einer stetig verlaufenden Flanke (44) ausgeführt sind.
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