EP2672119A1 - Zahnradmaschine mit hydrodynamisch und hydrostatisch gelagertem Lagerzapfen - Google Patents

Zahnradmaschine mit hydrodynamisch und hydrostatisch gelagertem Lagerzapfen Download PDF

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EP2672119A1
EP2672119A1 EP13166946.7A EP13166946A EP2672119A1 EP 2672119 A1 EP2672119 A1 EP 2672119A1 EP 13166946 A EP13166946 A EP 13166946A EP 2672119 A1 EP2672119 A1 EP 2672119A1
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EP
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bearing
groove
feed channel
gear machine
machine according
Prior art date
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EP13166946.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2672119B1 (de
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Kai Sutter
Marc Laetzel
Stefan Cerny
Markus Stahl
Guido Bredenfeld
Dietmar Schwuchow
Sebastian Birk
Ruediger Weiss
Christoph Kessler
Andreas Leinberger
Michael Wilhelm
Heinz Martin
Andreas Klaiber
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
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    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
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    • F04C2/086—Carter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/008—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids for other than working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
    • F04C27/009—Shaft sealings specially adapted for pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/54—Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors

Definitions

  • the invention relates to a gear machine according to the preamble of claim 1 or claim 11.
  • the gear machine includes two gears that mesh with each other in external engagement.
  • the tooth edges are surrounded by a housing, which consists of a main body and two bearing bodies.
  • the gears lie with their tip diameter sealingly against the main body and with its two side surfaces sealingly against the associated bearing body.
  • a rotation of the gears is thus accompanied by a fluid flow between a first and a second fluid port in the housing.
  • Both toothed edges are provided on both sides with a circular cylindrical bearing journal.
  • the bearing journal is rotatably received in an associated bearing bore with respect to a rotational axis, wherein the bearing bore in the bearing bodies, ie in the housing, is arranged.
  • the bearing bore is provided with a groove which is covered by the journal.
  • the groove is connected to a feed channel, via which it can be filled with pressurized pressurized fluid, in particular hydraulic oil.
  • pressurized pressurized fluid in particular hydraulic oil.
  • the disadvantage of the known gear machine is that it is designed for operation at a certain speed of the gears. If a deviation from this design speed occurs during operation, then excessive wear occurs Bearing or the bearing bore, so that the life of the gear machine decreases.
  • the object of the invention is to provide a gear machine that can be operated at different speeds of the gears, without excessive wear on the bearing pin or the bearing bore occurs.
  • this object is achieved in that the groove is formed endlessly circumferentially around the bearing pin around, wherein on one side next to the groove in the bearing bore at least a first recess is provided, which is connected to a closed feed channel for supplying pressurized fluid.
  • the groove is preferably not connected to pressurized fluid under pressure. It is rather thought that the pressurized fluid, which flows from the bearing gap between the bearing pin and the bearing bore into the groove, is discharged from the groove substantially without pressure. This is preferably done by the pressure fluid from the groove flows back into the bearing gap and indeed in a zone in which a low pressure prevails. This is facilitated by the fact that the groove runs endlessly around the bearing journal.
  • the groove may be additionally connected to a separate discharge channel for discharging pressurized fluid.
  • This discharge channel leads, for example, to the low-pressure connection of the housing or to a pressure chamber in the housing in which the pressure fluid has a low pressure.
  • the groove divides the journal into two areas.
  • a hydrodynamic lubricant film forms between the bearing journal and the bearing bore, which completely separates the bearing journal from the bearing bore, so that they do not touch each other directly. This happens especially when the gears rotate at a high speed.
  • pressure fluid under pressure is introduced into the bearing gap via the supply channel and the first recess. This can form a lubricating film at a very low speed of the gears, the journal completely separated from the bearing bore. Consequently, at both low and high speeds of the gears, there is a bearing lubricating film between the journal and the associated bearing bore so that excessive wear does not occur.
  • the feed channel is preferably connected directly to the first recess. It is designed to be closed, so that the pressure fluid, which is located in the feed channel, does not interfere with the formation of the lubricating film.
  • the lubricating film is thus influenced primarily by the position and the shape of the first recess. In this case, preferably, a single first recess is provided so that the gear machine can be made particularly simple.
  • the bearing bore may be arranged in a separate bearing body, which bears against a side surface of the associated gear, wherein the feed channel is arranged exclusively in the bearing body.
  • the bearing body is a comparatively small component, so that the supply channel can be made there particularly easily.
  • the feed channel may lead into the area of teeth of the gear, so that there is a fluid exchange connection between the interdental spaces and the feed channel. This can flow under pressure from the interdental spaces in the feed channel and thus over the first recess in the bearing gap between the bearing pin and bearing bore under pressure.
  • the position of the mouth opening of the feed channel on the circumference of the associated gear, the pressure of the pressurized fluid can be controlled in the feed, so that there is an optimal lubricating film.
  • the mouth opening of the feed channel may be wider on the associated gear in the circumferential direction with respect to the axis of rotation than a tooth of the gear. This ensures that said mouth opening can not be completely covered by a tooth of the gear.
  • a fluid exchange connection between at least one tooth space and the feed channel in each rotational position of the gear a fluid exchange connection between at least one tooth space and the feed channel.
  • the pressure in the feed channel is accordingly constant. A pressure pulsation which disturbs the lubricating film does not occur.
  • the housing may have a pressure port, wherein the feed channel is connected to the pressure port.
  • the pressure port may be the high-pressure port of the housing to which the pressurized fluid flowing through the gear machine is supplied at high pressure. But it can also be provided a separate pressure port, is supplied to the pressurized fluid with a specially set pressure from a separate fluid source.
  • the groove may extend in a plane which is oriented perpendicular to the axis of rotation of the associated journal, preferably having a constant cross-sectional shape.
  • the groove extends in the direction of the associated axis of rotation over the smallest possible length. In this area, no bearing lubricating film can form. Thus, the lowest possible bearing width is lost at the journal by the proposed groove.
  • a groove with a constant cross-sectional shape can be produced particularly easily, for example on a lathe.
  • the bearing bore can be formed by a separate bearing bush, wherein the first recess is formed by a radial opening in the bearing bush, wherein the feed channel is arranged in the remaining housing.
  • the first recess can therefore be produced particularly easily, for example by means of a milling process.
  • the milling can be made in particular from radially outward on the bearing bush, so that even very filigree shapes of the first recess are easy to produce.
  • the feed channel in the remaining housing is preferably designed to be open at least in sections, wherein it is covered by the bearing bush, so that in the result is a closed feed channel. As a result, the production of the feed channel is simplified.
  • the breakthrough may be formed in the form of a slot which is aligned parallel to the axis of rotation of the associated journal.
  • a slot can be made very easily with an end mill.
  • the slot preferably extends over substantially the entire width between the groove and the edge of the bearing bush. This forms at low speeds over the entire area between the groove and the edge of the bearing bush a bearing lubricating film. This can support large forces due to its large area.
  • the bushing may be integrally formed, wherein the groove is limited exclusively by the bearing bush.
  • the groove can be made by machining the comparatively small bushing alone. This is particularly simple and therefore inexpensive.
  • the bearing bush may have a first and a separate second socket part, which delimit the groove laterally. A special chip-removing machining for the production of the groove is therefore no longer necessary.
  • the width of the groove can also be arbitrarily set during assembly of the gear machine. Further, the width of the bearing gap between the first sleeve part and the journal and the second sleeve part and the journal can be formed differently to improve the formation of the lubricating film.
  • the groove for the defined delimitation of the first and the second area can also be dispensed with.
  • said first recess is arranged completely next to a plane which is arranged perpendicular to the associated axis of rotation in the middle of the contact region between the bearing bore and bearing journal.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section of a first embodiment of a gear machine 10 according to the invention, wherein the cutting plane passes through the axes of rotation of the gears 11.
  • the gear machine 10 comprises a housing 30, which consists of a main body 31, a first and a second cover 33; 34 and a total of four separate bearing bodies 40 is composed.
  • the tubular main body 31 has on the inner peripheral surface a constant in the direction of the rotation axes 14 cross-sectional shape, which is adapted to the gears 11, so that they rest with their tip diameter sealingly against the main body 31.
  • the toothed edges 11 are set in rotary motion with the drive pin 15, whereby the pressure fluid, in particular hydraulic oil, flows from the low-pressure connection to the high-pressure connection.
  • the gear machine is operated as a motor, the pressure fluid flows from the high-pressure port to the low-pressure port, wherein the drive pin 15 is set in rotational motion.
  • Both gears 11 have on both sides each one with respect to the associated axis of rotation 14 circular cylindrical bearing pin 13, which is received in a bearing bore 51 in the associated bearing body 40.
  • the bearing bore 51 is formed on a separate bearing bush 50, which is pressed into the remaining bearing body 40.
  • the two bearing bodies 40 on one side of the toothed wheel rest against one another on a flat contact surface 44.
  • the four bearing bodies 40 are each formed symmetrically to a plane perpendicular to the axes of rotation 14 and beyond mirror symmetry to the flat contact surface 44.
  • On its outer peripheral surface they are sealingly adapted to the inner peripheral surface of the main body 31, wherein they are in the direction of the axes of rotation 14th are received in the main body 31 minimally movable.
  • the drive pin 15 protrudes through the first cover 33 out of the housing 30, wherein the passage point is sealed with a (not shown) radial shaft sealing ring against leakage of the pressurized fluid.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section of a bearing body 40 of the gear machine 10 after Fig. 1 ,
  • the bearing bush 50 is received in a receiving bore 41 in the bearing body 40, which is formed circular cylindrical with respect to the axis of rotation 14 of the associated gear.
  • the bushing 50 includes a first and a second Bushing 54, 55, which are each designed as a circular cylindrical tube with a constant wall thickness.
  • the inner peripheral surfaces of the bushing parts 54; 55 form the bearing bore 51, wherein both inner peripheral surfaces have the same diameter.
  • the two end faces of the first and the second sleeve part 54; 55 are each formed flat and perpendicular to the axis of rotation 14 of the associated gear.
  • the first and second sleeve parts 54; 55 are spaced apart so that there is a groove 52 therebetween.
  • the side walls of the groove 52 are defined by the associated end faces of the first and second sleeve parts 54; 55 formed.
  • the bottom wall of the groove 52 is formed by the bearing body 40, namely the receiving bore 41.
  • first recess 53 is arranged, which is in the form of an opening in the bearing bush 50, namely the first female part 54, is formed.
  • the first recess 53 is formed in the form of a slot which extends parallel to the axis of rotation 14 of the associated gear.
  • the first recess 53 may also have other shapes, as far as it is suitable for forming a lubricating film between the bearing bore 51 and the associated bearing pin.
  • a plurality of first recesses 53 may be provided.
  • the first recess is directly connected to a feed channel 42, which has a closed channel cross-sectional shape. Via the feed channel 42, pressurized fluid under pressure can be supplied to the first recess 53 so that it flows into the bearing gap between the bearing bore 51 and the bearing journal.
  • the width of the first and second regions 20; 21 and thus the width of the first and the second sleeve part 54, 55 is selected so that the respective lubricating films have approximately the same capacity.
  • a smaller width is sufficient than in the second region 21 in order to achieve the same load-bearing capacity.
  • Fig. 3 shows a cross section of the bearing body 40 after Fig. 2 , where the position of the cutting plane in Fig. 2 marked with AA.
  • the feed channel 42 is formed by a circular cylindrical bore, which intersects the receiving bore 41 in the bearing body 40. There, the feed channel 42 is covered by the bearing bush 50, namely the first socket part, so that the pressure fluid from the feed channel 42 can flow exclusively through the first recess 53 into the bearing gap. Due to the large diameter of the feed channel 42, this is associated with low pressure losses.
  • a third recess 45 is provided on the radial outer surface of the bearing body 40, which extends over the entire width of the bearing body 40. Via the third recess 45, a fluid exchange connection between the high pressure port on the housing of the gear machine and the feed channel 42 is established. Accordingly, the pressure at which the pressurized fluid flows into the bearing gap is equal to the pressure at the high pressure port of the gear machine.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section of a bearing body 40 according to a second embodiment of the invention.
  • the second embodiment differs from the first embodiment exclusively in that instead of a first and a separate second socket part, a one-piece bearing bushing 50 is provided.
  • the bushing 50 is formed in the form of a circular cylindrical tube with a constant wall thickness.
  • the groove 52 is limited only by the bushing 50. It runs around the bearing pin in a plane that is vertical is formed to the axis of rotation 14 of the associated gear.
  • the cross-sectional shape of the groove 52 is constant and may be formed, for example, rectangular, square or semicircular.
  • Fig. 5 shows a longitudinal section of a bearing body 40 according to a third embodiment of the invention.
  • the third embodiment differs from the first and second embodiments exclusively in that the groove which delimits the first from the second region has been completely omitted.
  • the fact that the first recess 53 is arranged eccentrically results in approximately the effect according to the invention as in the first and the second embodiment of the invention.
  • An off-center arrangement should be understood to mean that the first recess 53 is arranged on one side next to a plane 23 which is perpendicular to the associated axis of rotation 14 in the middle of the contact region (No. 22 in FIG Fig. 1 ) is arranged between the bearing bore 51 and bearing journals

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine, insbesondere eine Pumpe oder einen Motor, mit wenigstens zwei Zahnrädern, die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder von einem Gehäuse (40) umgeben sind, wobei wenigstens ein Zahnrad wenigstens einen Lagerzapfen aufweist, der in einer zugeordneten Lagerbohrung (51) des Gehäuses (40) bezüglich einer Drehachse (14) drehbar aufgenommen ist, wobei die Lagerbohrung (51) oder der Lagerzapfen mit einer Nut (52) versehen ist, die von dem Gegenstück, Lagerzapfen oder Lagerbohrung (51), überdeckt wird. Erfindungsgemäß ist die Nut (52) endlos umlaufend um den Lagerzapfen herum ausgebildet, wobei einseitig neben der Nut (52) in der Lagerbohrung (51) wenigstens eine erste Ausnehmung (53) vorgesehen ist, die mit einem geschlossenen Zuführkanal (42) zum Zuführen von Druckfluid verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 11.
  • Aus der DE 1 006 722 ist eine Zahnradmaschine in Form einer Pumpe bekannt. Die Zahnradmaschine umfasst zwei Zahnräder, die im Außeneingriff miteinander kämmen. Die Zahnränder sind von einem Gehäuse umgeben, welches aus einem Hauptkörper und zwei Lagerkörpern besteht. Die Zahnräder liegen mit ihrem Kopfkreisdurchmesser dichtend an dem Hauptkörper und mit ihren beiden Seitenflächen dichtend an dem zugeordneten Lagerkörper an. Eine Drehung der Zahnräder geht somit mit einer Fluidströmung zwischen einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss im Gehäuse einher. Beide Zahnränder sind auf beiden Seiten mit je einem kreiszylindrischen Lagerzapfen versehen. Der Lagerzapfen ist in einer zugeordneten Lagerbohrung bezüglich einer Drehachse drehbar aufgenommen, wobei die Lagerbohrung in den Lagerkörpern, also im Gehäuse, angeordnet ist.
  • Die Lagerbohrung ist mit einer Nut versehen, welche von dem Lagerzapfen überdeckt wird. Die Nut ist an einen Zuführkanal angeschlossen, über den sie mit unter Druck stehendem Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl, gefüllt werden kann. An der Fläche, welche von der endlosen Nut umgrenzt wird, steht somit der genannte Druck an. Die Lage der genannten Fläche ist so gewählt, dass die resultierende Kraft aus den dort wirkenden Druckkräften der Kraft genau entgegen wirkt, welche das Druckfluid auf die Zähne des Zahnrades ausübt.
  • Der Nachteil der bekannten Zahnradmaschine besteht darin, dass sie für den Betrieb mit einer bestimmten Drehzahl der Zahnräder ausgelegt ist. Wird im Betrieb von dieser Auslegungsdrehzahl abgewichen, so tritt ein übermäßiger Verschleiß an den Lagerzapfen bzw. der Lagerbohrung auf, so dass die Lebensdauer der Zahnradmaschine sinkt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zahnradmaschine anzugeben, die mit unterschiedlichen Drehzahlen der Zahnräder betrieben werden kann, ohne dass übermäßiger Verschleiß an den Lagerzapfen bzw. der Lagerbohrung auftritt.
  • Gemäß dem selbständigen Anspruch 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Nut endlos umlaufend um den Lagerzapfen herum ausgebildet ist, wobei einseitig neben der Nut in der Lagerbohrung wenigstens eine erste Ausnehmung vorgesehen ist, die mit einem geschlossenen Zuführkanal zum Zuführen von Druckfluid verbunden ist. Die Nut ist dabei vorzugsweise nicht an unter Druck stehendes Druckfluid angeschlossen. Es ist vielmehr daran gedacht, dass das Druckfluid, welches aus dem Lagerspalt zwischen Lagerzapfen und der Lagerbohrung in die Nut fließt, im Wesentlichen drucklos aus der Nut abgeleitet wird. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass das Druckfluid aus der Nut wieder zurück in den Lagerspalt fließt und zwar in eine Zone, in der ein niedriger Druck herrscht. Dies wird dadurch begünstigt, dass die Nut endlos um den Lagerzapfen herum verläuft. Sollte dies nicht ausreichen, um das Druckfluid aus der Nut abzuführen, so kann die Nut zusätzlich an einen gesonderten Abführkanal zum Abführen von Druckfluid angeschlossen sein. Dieser Abführkanal führt beispielsweise zum Niederdruckanschluss des Gehäuses bzw. zu einem Druckraum im Gehäuse, in dem das Druckfluid einen niedrigen Druck aufweist.
  • Im Ergebnis teilt die Nut den Lagerzapfen in zwei Bereiche auf. In dem ersten Bereich, in dem die erste Ausnehmung nicht angeordnet ist, bildet sich ein hydrodynamischer Schmierfilm zwischen dem Lagerzapfen und der Lagerbohrung aus, der den Lagerzapfen von der Lagerbohrung vollständig trennt, so dass diese sich nicht unmittelbar berühren. Dies geschieht insbesondere dann, wenn sich die Zahnräder mit einer hohen Drehzahl drehen. In dem zweiten Bereich, in dem die erste Ausnehmung angeordnet ist, wird über den Zuführkanal und die erste Ausnehmung unter Druck stehendes Druckfluid in den Lagerspalt eingeführt. Damit kann sich schon bei einer sehr geringen Drehzahl der Zahnräder ein Schmierfilm ausbilden, der den Lagerzapfen vollständig von der Lagerbohrung trennt. Folglich ist sowohl bei einer niedrigen als auch bei einer hohen Drehzahl der Zahnräder ein tragender Schmierfilm zwischen dem Lagerzapfen und der zugeordneten Lagerbohrung vorhanden, so dass kein übermäßiger Verschleiß auftritt.
  • Der Zuführkanal ist vorzugsweise unmittelbar an die erste Ausnehmung angeschlossen. Er ist geschlossen ausgebildet, damit das Druckfluid, welches sich in dem Zuführkanal befindet, die Ausbildung des Schmierfilms nicht stört. Der Schmierfilm wird also in erster Linie durch die Lage und die Form der ersten Ausnehmung beeinflusst. Dabei ist vorzugsweise eine einzige erste Ausnehmung vorgesehen, damit die Zahnradmaschine besonders einfach hergestellt werden kann.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
  • Die Lagerbohrung kann in einem gesonderten Lagerkörper angeordnet sein, welcher an einer Seitenfläche des zugeordneten Zahnrades anliegt, wobei der Zuführkanal ausschließlich in dem Lagerkörper angeordnet ist. Der Lagerkörper ist ein vergleichsweise kleines Bauteil, so dass der Zuführkanal dort besonders leicht hergestellt werden kann.
  • Der Zuführkanal kann in den Bereich Zähne des Zahnrades führen, so dass eine Fluidaustauschverbindung zwischen den Zahnzwischenräumen und dem Zuführkanal besteht. Damit kann unter Druck stehendes Druckfluid aus den Zahnzwischenräumen in den Zuführkanal und damit über die erste Ausnehmung in den Lagerspalt zwischen Lagerzapfen und Lagerbohrung fließen. Über die Lage der Mündungsöffnung des Zuführkanals am Umfang des zugeordneten Zahnrades kann der Druck des Druckfluids im Zuführkanal gesteuert werden, so dass sich ein optimaler Schmierfilm ergibt.
  • Die Mündungsöffnung des Zuführkanals kann am zugeordneten Zahnrad in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse breiter als ein Zahn des Zahnrades sein. Hierdurch wird erreicht, dass die genannte Mündungsöffnung durch einen Zahn des Zahnrades nicht vollständig überdeckt werden kann. In der Folge besteht in jeder Drehstellung des Zahnrades eine Fluidaustauschverbindung zwischen wenigstens einem Zahnzwischenraum und dem Zuführkanal. Der Druck im Zuführkanal ist dementsprechend konstant. Eine Druckpulsation, welche den Schmierfilm stört, tritt nicht auf.
  • Das Gehäuse kann einen Druckanschluss aufweisen, wobei der Zuführkanal mit dem Druckanschluss verbunden ist. Bei dem Druckanschluss kann es sich um den Hochdruckanschluss des Gehäuses handeln, an dem das durch die Zahnradmaschine fließende Druckfluid mit hohem Druck zu- bzw. abgeführt wird. Es kann aber auch ein gesonderter Druckanschluss vorgesehen sein, an dem Druckfluid mit einem besonders eingestellten Druck von einer gesonderten Fluidquelle zugeführt wird.
  • Die Nut kann in einer Ebene verlaufen, welche senkrecht zur Drehachse des zugeordneten Lagerzapfens ausgerichtet ist, wobei sie vorzugsweise eine konstante Querschnittsform aufweist. Damit erstreckt sich die Nut in Richtung der zugeordneten Drehachse über die geringst mögliche Länge. In diesem Bereich kann sich kein tragender Schmierfilm ausbilden. Somit geht durch die vorgeschlagene Nut die geringst mögliche tragende Breite am Lagerzapfen verloren. Eine Nut mit konstanter Querschnittsform kann, beispielsweise auf einer Drehmaschine, besonders einfach hergestellt werden.
  • Die Lagerbohrung kann von einer gesonderten Lagerbuchse gebildet werden, wobei die erste Ausnehmung von einem radialen Durchbruch in der Lagerbuchse gebildet wird, wobei der Zuführkanal im verbleibenden Gehäuse angeordnet ist. Die erste Ausnehmung lässt sich damit besonders einfach, beispielsweise mittels einer Fräsbearbeitung, herstellen. Die Fräsbearbeitung kann dabei insbesondere von radial außen her an der Lagerbuchse vorgenommen werden, so dass auch sehr filigrane Formen der ersten Ausnehmung leicht herstellbar sind. Der Zuführkanal im verbleibenden Gehäuse ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise offen ausgebildet, wobei er von der Lagerbuchse überdeckt wird, so dass im Ergebnis ein geschlossener Zuführkanal vorliegt. Hierdurch wird die Herstellung des Zuführkanals vereinfacht.
  • Der Durchbruch kann in Form eines Langlochs ausgebildet sein, welches parallel zur Drehachse des zugeordneten Lagerzapfens ausgerichtet ist. Ein Langloch kann sehr einfach mit einem Schaftfräser hergestellt werden. Das Langloch erstreckt sich vorzugsweise über weitgehend die gesamte Breite zwischen der Nut und dem Rand der Lagerbuchse. Damit bildet sich bei niedrigen Drehzahlen über den gesamten Bereich zwischen der Nut und dem Rand der Lagerbuchse ein tragender Schmierfilm aus. Dieser kann aufgrund seiner großen Fläche große Kräfte abstützen.
  • Die Lagerbuchse kann einstückig ausgebildet sein, wobei die Nut ausschließlich von der Lagerbuchse begrenzt wird. Damit kann die Nut durch Bearbeitung der vergleichsweise kleinen Lagerbuchse allein hergestellt werden. Dies ist besonders einfach und damit kostengünstig.
  • Die Lagerbuchse kann ein erstes und ein gesondertes zweites Buchsenteil aufweisen, welche die Nut seitlich begrenzen. Eine besondere Span abhebende Bearbeitung zur Herstellung der Nut ist damit nicht mehr erforderlich. Die Breite der Nut kann darüber hinaus bei der Montage der Zahnradmaschine beliebig eingestellt werden. Weiter kann die Breite des Lagerspaltes zwischen dem ersten Buchsenteil und dem Lagerzapfen und dem zweiten Buchsenteil und dem Lagerzapfen unterschiedlich ausgebildet werden, um die Ausbildung des Schmierfilms zu verbessern.
  • Gemäß dem selbständigen Anspruch 11 kann auf die Nut zur definierten Abgrenzung des ersten und des zweiten Bereichs auch verzichtet werden. Dabei ist die genannte erste Ausnehmung vollständig neben einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zur zugeordneten Drehachse in der Mitte des Berührbereichs zwischen Lagerbohrung und Lagerzapfen angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist besonders einfach ausgebildet, da auf die Bereitstellung einer besonderen Nut verzichtet wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine, wobei die Schnittebene durch die Drehachsen der Zahnräder verläuft;
    Fig. 2
    einen Längsschnitt eines Lagerkörpers der Zahnradmaschine nach Fig. 1;
    Fig. 3
    einen Querschnitt des Lagerkörpers nach Fig. 2, wobei die Lage der Schnittebene in Fig. 2 mit A-A gekennzeichnet ist;
    Fig. 4
    einen Längsschnitt eines Lagerkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
    Fig. 5
    einen Längsschnitt eines Lagerkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine 10, wobei die Schnittebene durch die Drehachsen der Zahnräder 11 verläuft. Die Zahnradmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 30, welches aus einem Hauptkörper 31, einem ersten und einem zweiten Deckel 33; 34 und insgesamt vier gesonderten Lagerkörpern 40 zusammengesetzt ist. In dem Hauptkörper 31 sind zwei außenverzahnte Zahnräder 11 aufgenommen, die miteinander kämmen, wobei sie parallele Drehachsen 14 aufweisen. Der rohrartige Hauptkörper 31 weist an der Innenumfangsfläche eine in Richtung der Drehachsen 14 konstante Querschnittsform auf, welche an die Zahnräder 11 angepasst ist, so dass diese mit ihrem Kopfkreisdurchmesser dichtend an dem Hauptkörper 31 anliegen. Die ebenen und senkrecht zu den Drehachsen 14 ausgerichteten Seitenflächen 12 der Zahnräder 11 liegen jeweils an einem zugeordneten Lagerkörper 40 an, welcher von dem Druckfluid in der Zahnradmaschine 10 gegen das zugeordnete Zahnrad 11 gedrückt wird, so dass der Lagerkörper 40 dicht am zugeordneten Zahnrad 11 anliegt. In dem Hauptkörper 31 sind zwei Druckanschlüsse 32, nämlich ein Hochdruck- und ein Niederdruckanschluss vorgesehen, welche vor bzw. hinter der Schnittebene der Fig. 1 angeordnet sind.
  • Wenn die Zahnradmaschine 10 als Pumpe betrieben wird, werden die Zahnränder 11 mit dem Antriebszapfen 15 in Drehbewegung versetzt, wobei das Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl, vom Niederdruckanschluss zum Hochdruckanschluss fließt. Wenn die Zahnradmaschine als Motor betrieben wird, fließt das Druckfluid vom Hochdruckanschluss zum Niederdruckanschluss, wobei der Antriebszapfen 15 in Drehbewegung versetzt wird.
  • Beide Zahnräder 11 weisen auf beiden Seiten je einen bezüglich der zugeordneten Drehachse 14 kreiszylindrischen Lagerzapfen 13 auf, welcher in einer Lagerbohrung 51 im zugeordneten Lagerkörper 40 aufgenommen ist. Die Lagerbohrung 51 ist dabei an einer gesonderten Lagerbuchse 50 ausgebildet, welche in den verbleibenden Lagerkörper 40 eingepresst ist. Die beiden Lagerkörper 40 auf einer Seite des Zahnrades liegen an einer ebenen Anlagefläche 44 aneinander an. Die vier Lagerkörper 40 sind jeweils spieglsymmetrisch zu einer Ebene ausgebildet, die senkrecht zu den Drehachsen 14 verläuft und darüber hinaus spiegelsymmetrisch zu der ebenen Anlagefläche 44. An ihrer Außenumfangsfläche sind sie dichtend an die Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 31 angepasst, wobei sie in Richtung der Drehachsen 14 minimal beweglich im Hauptkörper 31 aufgenommen sind.
  • Hinzuweisen ist noch auf den ersten und den zweiten Deckel 33; 34, mit denen der Hauptkörper 31 an beiden Stirnenden dicht verschlossen ist. Der Antriebszapfen 15 ragt durch den ersten Deckel 33 aus dem Gehäuse 30 heraus, wobei die Durchtrittsstelle mit einem (nicht dargestellten) Radialwellendichtring gegen Austritt des Druckfluids abgedichtet ist.
  • Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Lagerkörpers 40 der Zahnradmaschine 10 nach Fig. 1. Die Lagerbuchse 50 ist in einer Aufnahmebohrung 41 in dem Lagerkörper 40 aufgenommen, welche kreiszylindrisch bezüglich der Drehachse 14 des zugeordneten Zahnrades ausgebildet ist. Die Lagerbuchse 50 umfasst ein erstes und ein zweites Buchsenteil 54, 55, die jeweils als kreiszylindrisches Rohr mit einer konstanten Wanddicke ausgeführt sind. Die Innenumfangsflächen der Buchsenteile 54; 55 bilden die Lagerbohrung 51, wobei beide Innenumfangsflächen den gleichen Durchmesser aufweisen. Die beiden Stirnflächen des ersten und des zweiten Buchsenteils 54; 55 sind jeweils eben und senkrecht bezüglich der Drehachse 14 des zugeordneten Zahnrades ausgebildet. Das erste und das zweite Buchsenteil 54; 55 sind mit Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen diesen eine Nut 52 vorhanden ist. Die Seitenwände der Nut 52 werden von den zugeordneten Stirnflächen des ersten und des zweiten Buchsenteils 54; 55 gebildet. Die Bodenwand der Nut 52 wird von dem Lagerkörper 40, namentlich der Aufnahmebohrung 41, gebildet.
  • In dem in Fig. 2 rechts neben der Nut 52 angeordneten ersten Bereich 20 ist eine einzige erste Ausnehmung 53 angeordnet, welche in Form eines Durchbruchs in der Lagerbuchse 50, namentlich dem ersten Buchsenteil 54, ausgebildet ist. Die erste Ausnehmung 53 ist in Form eines Langlochs ausgebildet, welches sich parallel zur Drehachse 14 des zugeordneten Zahnrades erstreckt. Die erste Ausnehmung 53 kann jedoch auch andere Formen aufweisen, so weit diese dazu geeignet ist, einen Schmierfilm zwischen der Lagerbohrung 51 und dem zugeordneten Lagerzapfen auszubilden. Darüber hinaus können auch mehrere erste Ausnehmungen 53 vorgesehen sein.
  • Die erste Ausnehmung ist unmittelbar mit einen Zuführkanal 42 verbunden, welcher eine geschlossene Kanalquerschnittsform aufweist. Über den Zuführkanal 42 kann der ersten Ausnehmung 53 unter Druck stehendes Druckfluid zugeführt werden, so dass dieses in den Lagerspalt zwischen der Lagerbohrung 51 und dem Lagerzapfen strömt.
  • In dem in Fig. 2 links neben der Nut 52 angeordneten zweiten Bereich 21 ist keine besondere Einströmöffnung für das Druckfluid vorgesehen. In dem dortigen Lagerspalt zwischen der Lagerbohrung 51 und dem Lagerzapfen befindet sich daher ausschließlich Druckfluid, welches durch unvermeidbare Leckagen dorthin gelangt. Der entsprechende Schmierfilm weist daher nur dann eine genügend große Dicke auf, um die Lagerzapfen vollständig von der Lagerbohrung zu trennen, wenn sich die Zahnräder mit einer hohen Drehzahl von beispielsweise 3000 min-1 drehen.
  • Die Breite des ersten und des zweiten Bereichs 20; 21 und mithin die Breite des ersten und des zweiten Buchsenteils 54, 55 ist so gewählt, dass die entsprechenden Schmierfilme in etwa die gleiche Tragfähigkeit aufweisen. Dabei reicht im ersten Bereich 20, in dem das Druckfluid unter Druck zugeführt wird, eine geringere Breite als im zweiten Bereich 21 aus, um die gleiche Tragfähigkeit zu erzielen.
  • Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Lagerkörpers 40 nach Fig. 2, wobei die Lage der Schnittebene in Fig. 2 mit A-A gekennzeichnet ist. Der Zuführkanal 42 wird von einer kreiszylindrischen Bohrung gebildet, welche die Aufnahmebohrung 41 im Lagerkörper 40 anschneidet. Dort wird der Zuführkanal 42 von der Lagerbuchse 50, namentlich dem ersten Buchsenteil abgedeckt, so dass das Druckfluid aus dem Zuführkanal 42 ausschließlich über die erste Ausnehmung 53 in den Lagerspalt fließen kann. Aufgrund des großen Durchmessers des Zuführkanals 42 ist dies mit geringen Druckverlusten verbunden.
  • Im Bereich der Mündung des Zuführkanals 42 ist an der radialen Außenoberfläche des Lagerkörpers 40 eine dritte Ausnehmung 45 vorgesehen, welche sich über die gesamte Breite des Lagerkörpers 40 erstreckt. Über die dritte Ausnehmung 45 wird eine Fluidaustauschverbindung zwischen dem Hochdruckanschluss am Gehäuse der Zahnradmaschine und dem Zuführkanal 42 hergestellt. Dementsprechend ist der Druck, mit dem das Druckfluid in den Lagerspalt hinein fließt, gleich dem Druck am Hochdruckanschluss der Zahnradmaschine.
  • Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt eines Lagerkörpers 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform ausschließlich dadurch, dass anstelle eines ersten und eines gesonderten zweiten Buchsenteils eine einstückige Lagerbuchse 50 vorgesehen ist. Die Lagerbuchse 50 ist in Form eines kreiszylindrischen Rohres mit konstanter Wanddicke ausgebildet. Die Nut 52 wird ausschließlich durch die Lagerbuchse 50 begrenzt. Sie verläuft dabei um den Lagerzapfen herum in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse 14 des zugeordneten Zahnrades ausgebildet ist. Die Querschnittsform der Nut 52 ist konstant und kann beispielsweise rechteckig, quadratisch oder halbkreisförmig ausgebildet sein.
  • Im Übrigen wird auf die Ausführung zu den Fig. 1 bis 3 bezüglich der ersten Ausführungsform verwiesen, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
  • Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt eines Lagerkörpers 40 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform ausschließlich dadurch, dass die Nut, welche den ersten vom zweiten Bereich abgrenzt ganz weggelassen wurde. Dadurch, dass die erste Ausnehmung 53 außermittig angeordnet ist ergibt sich aber dennoch annähernd der erfindungsgemäße Effekt wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Unter einer außermittigen Anordnung soll dabei verstanden werden, dass die erste Ausnehmung 53 einseitig neben einer Ebene 23 angeordnet ist, welche senkrecht zur zugeordneten Drehachse 14 in der Mitte des Berührbereichs (Nr. 22 in Fig. 1) zwischen Lagerbohrung 51 und Lagerzapfen angeordnet ist
  • Im Übrigen wird auf die Ausführung zu den Fig. 1 bis 3 bezüglich der ersten Ausführungsform verwiesen, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Zahnradmaschine
    11
    Zahnrad
    12
    Seitenfläche des Zahnrades
    13
    Lagerzapfen
    14
    Drehachse
    15
    Antriebszapfen
    20
    erster Bereich
    21
    zweiter Bereich
    22
    Berührbereich zwischen Lagerbohrung und Lagerzapfen
    23
    Ebene in der Mitte des Berührbereichs
    30
    Gehäuse
    31
    Hauptkörper
    32
    Druckanschluss
    33
    erster Deckel
    34
    zweiter Deckel
    40
    Lagerkörper
    41
    Aufnahmebohrung
    42
    Zuführkanal
    44
    Anlagefläche
    45
    dritte Ausnehmung
    50
    Lagerbuchse
    51
    Lagerbohrung
    52
    Nut
    53
    erste Ausnehmung / Durchbruch
    54
    erstes Buchsenteil
    55
    zweites Buchsenteil

Claims (12)

  1. Zahnradmaschine (10), insbesondere Pumpe oder Motor, mit wenigstens zwei Zahnrädern (11), die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder (11) von einem Gehäuse (30) umgeben sind, wobei wenigstens ein Zahnrad (11) wenigstens einen Lagerzapfen (13) aufweist, der in einer zugeordneten Lagerbohrung (51) des Gehäuses (30) bezüglich einer Drehachse (14) drehbar aufgenommen ist, wobei die Lagerbohrung (51) oder der Lagerzapfen (13) mit einer Nut (52) versehen ist, die von dem Gegenstück, Lagerzapfen (13) oder Lagerbohrung (51), überdeckt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (52) endlos umlaufend um den Lagerzapfen (13) herum ausgebildet ist, wobei einseitig neben der Nut (52) in der Lagerbohrung (51) wenigstens eine erste Ausnehmung (53) vorgesehen ist, die mit einem geschlossenen Zuführkanal (42) zum Zuführen von Druckfluid verbunden ist.
  2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbohrung (51) in einem gesonderten Lagerkörper (40) angeordnet ist, welcher an einer Seitenfläche (12) des zugeordneten Zahnrades (11) anliegt, wobei der Zuführkanal (42) ausschließlich in dem Lagerkörper (40) angeordnet ist.
  3. Zahnradmaschine nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (42) in den Bereich Zähne des Zahnrades (11) führt, so dass eine Fluidaustauschverbindung zwischen den Zahnzwischenräumen und dem Zuführkanal (42) besteht.
  4. Zahnradmaschine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnung des Zuführkanals am zugeordneten Zahnrad (11) in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (14) breiter als ein Zahn des Zahnrades (11) ist.
  5. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) einen Druckanschluss (32) aufweist, wobei der Zuführkanal (42) mit dem Druckanschluss (32) verbunden ist.
  6. Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (52) in einer Ebene verläuft, welche senkrecht zur Drehachse (14) des zugeordneten Lagerzapfens (13) ausgerichtet ist, wobei sie vorzugsweise eine konstante Querschnittsform aufweist.
  7. Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbohrung (51) von einer gesonderten Lagerbuchse (50) gebildet wird, wobei die erste Ausnehmung von einem radialen Durchbruch (53) in der Lagerbuchse (50) gebildet wird, wobei der Zuführkanal (42) im verbleibenden Gehäuse (30) angeordnet ist.
  8. Zahnradmaschine nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (53) in Form eines Langlochs ausgebildet ist, welches parallel zur Drehachse (14) des zugeordneten Lagerzapfens (13) ausgerichtet ist.
  9. Zahnradmaschine nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (50) einstückig ausgebildet ist, wobei die Nut (52) ausschließlich von der Lagerbuchse (50) begrenzt wird.
  10. Zahnradmaschine nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (50) ein erstes und ein gesondertes zweites Buchsenteil (54; 55) aufweist, welche die Nut (52) seitlich begrenzen.
  11. Zahnradmaschine (10), insbesondere Pumpe oder Motor, mit wenigstens zwei Zahnrädern (11), die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Zahnräder (11) von einem Gehäuse (30) umgeben sind, wobei wenigstens ein Zahnrad (11) wenigstens einen Lagerzapfen (13) aufweist, der in einer zugeordneten Lagerbohrung (51) des Gehäuses (30) bezüglich einer Drehachse (14) drehbar aufgenommen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerbohrung (51) wenigstens eine erste Ausnehmung (53) vorgesehen ist, die mit einem geschlossenen Zuführkanal (42) zum Zuführen von Druckfluid verbunden ist, wobei die wenigstens eine erste Ausnehmung (53) einseitig neben einer Ebene angeordnet ist, welche senkrecht zur zugeordneten Drehachse (14) in der Mitte des Berührbereichs (22) zwischen Lagerbohrung (51) und Lagerzapfen (13) angeordnet ist.
  12. Zahnradmaschine nach Anspruch 11 mit den Merkmalen des Kennzeichenteils wenigstens einer der Ansprüche 2 bis 5; 7 und 8.
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