EP2711552A2 - Zahnradmaschine mit von der Kreisform abweichendem Niederdruckanschluss - Google Patents

Zahnradmaschine mit von der Kreisform abweichendem Niederdruckanschluss Download PDF

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EP2711552A2
EP2711552A2 EP13181924.5A EP13181924A EP2711552A2 EP 2711552 A2 EP2711552 A2 EP 2711552A2 EP 13181924 A EP13181924 A EP 13181924A EP 2711552 A2 EP2711552 A2 EP 2711552A2
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EP
European Patent Office
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gears
pressure port
low
cross
low pressure
Prior art date
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EP13181924.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2711552A3 (de
EP2711552B1 (de
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Volker Fissler
Michael Wilhelm
Christian Boehmcker
Michael Fischer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2711552A3 publication Critical patent/EP2711552A3/de
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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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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/06—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
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    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/10—Geometry of the inlet or outlet
    • F04C2250/101—Geometry of the inlet or outlet of the inlet

Definitions

  • the invention relates to a gear machine according to the preamble of claim 1.
  • the gear machine From the DE 10 2009 012 853 A1 is a gear machine known, which can be operated as a pump or as a motor.
  • the gear machine comprises two meshing with each other in external engagement gears, which are surrounded by a housing.
  • the housing has opposite a high and a low pressure port.
  • gear machine When the gear machine is operated as a pump, one of the gears is rotated, for example, with an electric motor in rotary motion, wherein pressurized fluid, in particular hydraulic oil, flows from the low to the high pressure port.
  • pressurized fluid in particular hydraulic oil
  • the gear machine When the gear machine is operated as a motor, the pressurized fluid flows from the high to the low pressure port, thereby causing the gears to rotate.
  • the low-pressure connection has a constant cross-sectional shape in the direction of a central axis, which is circular.
  • the corresponding circle diameter is attempted to be as large as possible at the low-pressure connection so that low flow velocities of the pressure fluid occur there. This avoids cavitation at the low-pressure connection, especially for pumps with high-speed gears.
  • the diameter of the low-pressure connection can only be increased so far as there is still a sufficient seal between the high and the low pressure connection is given to the tooth tips of the gears.
  • the bearing bodies are arranged on both sides next to the gears and are pressed by the pressure fluid sealingly against the side surfaces of the gears.
  • the gears are mounted with circular cylindrical bearing pin in the bearing bodies.
  • the bearing body on one side of the gears may be integrally formed, but it is equally conceivable to assign each gear a separate part of the bearing body.
  • Each gear is associated with at least one Druckaus GmbHsfase on the bearing bodies, which is arranged opposite to the side surfaces of the gears and the inner peripheral surface.
  • the inner peripheral surface is the surface against which the tooth tips of the gear wheels sealingly abut.
  • the pressure equalization bevel extends from the high pressure port towards the low pressure port. In all interdental spaces of the gears, which are the Druckaus GmbHsfase opposite, there is therefore the pressure at the high pressure port, so that the gears are pressed with a good predictable force sealing against the inner peripheral surface of the housing in the region of the low pressure port to effect a seal there.
  • the object of the invention is to avoid at high-speed gear machines, especially pumps, cavitation at the low-pressure connection or to use only at higher speeds of the gears.
  • this object is achieved in that both gears on the inner peripheral surface of the housing an imaginary boundary line is assigned, which intersects the end of the pressure equalization bevel, being parallel to the line of contact between the tooth tips of the gears and the inner peripheral surface runs, wherein the cutting edge between the two boundary lines is arranged, wherein the minimum distance between the cutting edge and the boundary lines is at least one pitch of the gears, wherein the cross-sectional shape of the low pressure port deviates from the circular shape such that its gear cross-sectional area is greater than that the gear cross-sectional area of an imaginary circular low-pressure port having the same minimum distance from the boundary lines.
  • a gear two Druckaus GmbHsfasen are assigned, they are preferably designed so that they define the same boundary line. If this is not the case in exceptional cases, then the boundary line which has the smallest distance to the low-pressure connection is decisive.
  • the proposed gear machine has a low-pressure port, which has a larger cross-sectional area than the prior art. As a result, the flow velocities are reduced at the low pressure port, so that cavitation occurs only at higher speeds of the gears.
  • said minimum distance along the inner peripheral surface of the housing is measured, namely in the circumferential direction with respect to the axis of rotation of the respective gear. The same applies to the pitch of the gears, so the distance between two tooth heads, too.
  • the cross-sectional shape of the low-pressure connection may be formed so that the cutting edge has a constant distance to the associated boundary line.
  • the cross-sectional shape of the low pressure port may include two first straight lines each extending substantially parallel to an associated boundary.
  • the First straight lines can be made much simpler than the ideal cross-sectional shape described above.
  • the cutting edge between the inner peripheral surface and the low-pressure connection no longer runs exactly parallel to the boundary lines.
  • the deviation is so small that no appreciable deterioration in terms of cavitation formation is to be feared.
  • the ideal state proposed above is realized.
  • the two first straight lines may be connected by at least one, preferably two, second straight lines which run in alignment with the side surfaces of the toothed wheels.
  • the two first straight lines can be connected to one another by at least one, preferably two, circular arcs.
  • This cross-sectional shape is preferably used when a standardized flange is provided at the low pressure port outside the housing, which is provided for a circular passage opening for the pressurized fluid.
  • the larger of said arcs is preferably formed in alignment with the standardized circular passage opening, in particular having the same radius.
  • the cross-sectional shape of the low pressure port may have rounded corners, so that it can be easily manufactured with an end mill.
  • the radius of the corners corresponds to the radius of the end mill.
  • the cross-sectional shape of the low-pressure connection can be formed by a plurality, preferably two or three, intersecting circles which have center points offset from each other.
  • a further simplification of the production is to be achieved.
  • it is intended to produce said circles by separate drilling operations, wherein the axis of rotation of the respective drill are offset from each other.
  • With the preferred two or three holes can already a significant improvement in the cavitation tendency can be achieved.
  • the low-pressure connection can cover at least one bearing body.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section of a gear machine 10 according to the invention.
  • the gear machine 10 comprises a housing 20, which consists of a main body 30; a drive cover 21 and an end cover 22 is composed, preferably Made of aluminum or gray cast iron.
  • the drive and the end cover 21; 22 abut on flat end surfaces at the opposite ends of the main body 30, wherein at the end faces O-rings 24 are provided made of an elastomer, so that no pressure fluid can escape from the corresponding joint.
  • the drive and the end cover 21; 22 are aligned over cylindrical pins 26 relative to the main body 30 and screwed (not shown) with these bolts firmly.
  • two gears 50 are rotatably received with respect to an associated axis of rotation 51, wherein the gears 50 mesh with each other in external engagement.
  • the aforementioned axes of rotation 51 run parallel to one another.
  • the gears 50 are present helically toothed, but they can also be formed straight toothed. It should be noted that the invention underlying Kavitationsproblematik occurs primarily in helical gears.
  • the two gears 50 have on both sides of a circular cylindrical bearing pin 52 which is rotatably mounted in a bearing shell 61 made of a sliding bearing material such as brass or bronze, wherein the bearing shell 61 is in turn firmly received in an associated bearing body 60 made of steel.
  • each bearing pin 52 is associated with a separate part of the bearing body 60, wherein two adjacent parts abut each other on flat surfaces and are aligned by means of a cylindrical pin 26 to each other.
  • the bearing body 60 may also be integrally formed.
  • the bearing bodies 60 are pressed by the pressure of the pressurized fluid, for example hydraulic oil, in the gear machine 10 against the flat side surfaces 55 of the gears 50 to effect a lateral sealing of the gears 50.
  • the pressurized fluid acts in a pressure field on the bearing body 60, which is bounded by an associated axial seal 62.
  • One of the bearing journals 52 of a toothed wheel 50 is formed integrally with a drive pin 53 which projects out of the housing 20 through the drive cover 21.
  • the corresponding passage opening is sealed with a radial shaft sealing ring 25, so that no pressure fluid can escape.
  • the drive pin 53 For example, can be rotatably connected to the drive shaft of an electric motor (not shown) when the gear machine 10 is operated as a pump.
  • the inner circumferential surface 31 of the main body 30 has a constant cross-sectional shape along the axes of rotation 51 prior to the run-in process, which is adapted to the circular cylindrical tip diameter of the gears 50 with very little play.
  • the pressure equalization land 64 is disposed opposite to the side surface 55 of an associated gear 50 and opposite to the inner peripheral surface 31 of the housing 20.
  • Fig. 2 shows a cross section of a gear machine according to the invention 10.
  • the high and the low pressure port 32; 33 are disposed opposite to the housing 20, having a common center axis 34 along which they have a constant cross-sectional shape.
  • the high-pressure port 32 preferably has a circular cross-sectional shape, wherein the cross-sectional shape of the low-pressure port 33 deviates according to the invention from the circular shape.
  • the already mentioned pressure compensating bevel 64 extends from the high pressure port 32 in the direction of the low pressure port 33. It has an end 65 which is arranged at a distance from the low pressure port 33.
  • the interdental spaces 54 which are arranged in the region of the pressure equalization bevel 64, there is therefore everywhere a pressure equal to the pressure at the high pressure port 32.
  • a lower pressure prevails, which results in the effect that acts on the gears 50, a hydraulic force 84 which presses the tooth heads 56 in a sealing region 11 at the low pressure port 34 against the inner peripheral surface 31 of the housing 20. Only there takes place at the tooth tips 56 a sealing contact with the housing 20.
  • the remaining tooth tips 56 run with a small distance to the inner peripheral surface 31 to the housing 20 so that there pressure fluid between the interdental spaces 54 can be replaced.
  • the Druckausticiansfase 64 may be present as shown only on one side of the gears 50, but it may also be provided on both sides of the gears 50. In the latter case is to be considered in helical gears 50 that the two pressure equalization bevels 64 must be designed to have different lengths, so that they end at the same tooth of the associated gear 50.
  • Fig. 3 shows a rough schematic front view of the gears 50 and the bearing body 60, wherein the ideal shape of the low pressure port 33 is shown.
  • the viewing direction is parallel to the central axis of the low-pressure connection 33, so that its cross-sectional shape coincides with the cutting edge 85 with the inner peripheral surface of the housing.
  • the two imaginary boundary lines 80 run parallel to the helical contact lines 83 between the tooth tips of the gears 50 and the inner peripheral surface of the housing.
  • the boundary lines 80 therefore extend on the inner peripheral surface of the housing.
  • the border lines 80 each begin at the end 65 of an associated pressure equalization bevel 64 on the bearing body 60.
  • the cross-sectional shape of the low-pressure connection 33 runs parallel to these in the region of the boundary lines 80.
  • the minimum distance 81 from the boundary lines 80 is therefore the same everywhere, so that a maximum cross-sectional area of the low-pressure connection 33 covering the toothed wheels results.
  • This cross-sectional area is in Fig. 3 hatched marked and marked with the reference numeral 79.
  • the cross-sectional shape of the low pressure port 33 is aligned with the side surfaces 55 of the gears 50. In gears 50 with a very large helix angle, it may happen that the low pressure port 33, the in Fig. 3 right side surface 55 of the gears 50 no longer covered.
  • FIG. 3 an imaginary low-pressure port 82 is shown, which has the same minimum distance 81 to the boundary lines 80.
  • the corresponding Circle 82 covers the bearing bodies 60, the corresponding surface section 78 not counting the cross-sectional area 79 covering the toothed wheels 50.
  • the fraction of the hatched area 79 detected by the circle 82 is significantly smaller than the hatched area 79 itself, so that the condition according to the characterizing portion of claim 1 is satisfied.
  • the minimum distance 81 between the low pressure port 33 and the boundary line 80 is at least one pitch (No. 57 in FIG Fig. 2 ) of the gears, wherein it is preferably selected to be slightly larger, so that regardless of the rotational position of the gears at least one tooth head completely rests against the inner peripheral surface of the housing.
  • Fig. 4 shows a front view of the low pressure port 33 according to a first embodiment of the invention.
  • the viewing direction is parallel to the central axis of the low pressure port 33.
  • the two boundary lines 80 and the two side surfaces 55 of the gears are shown by dash-dotted lines.
  • the cross-sectional shape of the low-pressure connection 33 has two first straight lines 70, which run essentially parallel to the associated boundary line 80.
  • the two first straight lines 70 are connected by two second straight lines 71, which are arranged in alignment with the side surfaces 55 of the gears. If the gears have a very large width and / or a very large helix angle, it may happen that the first two lines 70 intersect in the region of the gears. In this case, the in Fig. 4 right straight 71.
  • the corners between the first and second straight lines 70; 71 are rounded 74, so that the present low pressure connection can be easily made with an end mill.
  • the corner radius 74 is, for example, 5 mm or 7.5 mm. On the rounding 74 but can also be dispensed with.
  • the low pressure port 33 according to the first embodiment according to Fig. 4 covered with its entire cross-sectional area 79, the gears.
  • the corresponding cross-sectional shape is mirror-symmetrical with respect to a plane of symmetry 86 which contains the central axis of the low-pressure connection 33.
  • Fig. 5 shows a front view of the low pressure port 33 according to a second embodiment of the invention. Except for the differences described below, this embodiment is consistent with the first embodiment Fig. 4 so that reference is made to the corresponding statements. The viewing direction of Fig. 5 agrees with the one of Fig. 4 match.
  • the second straight lines were replaced by arcs 73, which are arched outward.
  • the radius of in Fig. 5 Left circular arc 73 corresponds to the radius of the passage opening, which has a standardized flange with a circular passage opening.
  • the entire width of the low-pressure port 33 is preferably equal to or smaller than twice the said radius.
  • the present low-pressure port 33 covers with the areas 78 and the bearing body of the gear machine.
  • the gear cross-sectional cross-sectional area of the low pressure port 33 is the in Fig. 5 hatched area 79.
  • Fig. 6 shows a front view of the low pressure port 33 according to a third embodiment of the invention. The viewing direction agrees with that of the 4 and 5 match.
  • This low pressure port 33 is formed by two circular holes 76 which overlap.
  • the corresponding cross-sectional shape is therefore composed of two circles 76 that overlap, having offset centers 77.
  • the centers 77 are arranged on the plane of symmetry 86 of the low-pressure connection 33.
  • three or more circles 76 may be provided, wherein two or three circles, give the optimum compromise between manufacturing costs and the cross-sectional cross-sectional area 79 of the low pressure port 33.

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Abstract

Zahnradmaschine mit zwei im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern (50), welche von einem Gehäuse umgeben sind, welches gegenüberliegend einen Hoch- und einen Niederdruckanschluss (33) aufweist. Erfindungsgemäß ist beiden Zahnrädern (50) an der Innenumfangsfläche des Gehäuses eine gedachte Grenzlinie (80) zugeordnet, welche das Ende (65) der Druckausgleichsfase (64) schneidet, wobei sie parallel zur Berührlinie (83) zwischen den Zahnköpfen (56) der Zahnräder (50) und der Innenumfangsfläche (31) verläuft, wobei die Schnittkante (85) zwischen den beiden Grenzlinien (80) angeordnet ist, wobei der minimale Abstand (81) zwischen der Schnittkante (85) und den Grenzlinien (80) wenigstens einen Teilungsabstand der Zahnräder (50) beträgt, wobei die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses (33) derart von der Kreisform abweicht, dass seine die Zähnräder (50) überdeckende Querschnittsfläche (79) größer ist als die die Zahnräder (50) überdeckende Querschnittsfläche eines gedachten kreisförmigen Niederdruckanschlusses (82), der denselben minimalen Abstand (81) zu den Grenzlinien (80) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus der DE 10 2009 012 853 A1 ist eine Zahnradmaschine bekannt, die als Pumpe oder als Motor betrieben werden kann. Die Zahnradmaschine umfasst zwei im Außeneingriff miteinander kämmende Zahnräder, die von einem Gehäuse umgeben sind. Das Gehäuse weist gegenüberliegend einen Hoch- und einen Niederdruckanschluss auf.
  • Wenn die Zahnradmaschine als Pumpe betrieben wird, wird eines der Zahnräder beispielsweise mit einem Elektromotor in Drehbewegung versetzt, wobei Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl, vom Nieder- zum Hochdruckanschluss fließt. Wenn die Zahnradmaschine als Motor betrieben wird, fließt das Druckfluid vom Hoch- zum Niederdruckanschluss, wobei die Zahnräder dadurch in Drehbewegung versetzt werden.
  • Der Niederdruckanschluss weist in Richtung einer Mittelachse eine konstante Querschnittsform auf, die kreisförmig ausgebildet ist. Den entsprechenden Kreisdurchmesser versucht man am Niederdruckanschluss so groß wie möglich auszulegen, damit dort niedrige Strömungsgeschwindigkeiten des Druckfluids auftreten. Dadurch wird insbesondere bei Pumpen mit schnell laufenden Zahnrädern Kavitation am Niederdruckanschluss vermieden.
  • Der Durchmesser des Niederdruckanschlusses kann dabei nur so weit gesteigert werden, wie an den Zahnköpfen der Zahnräder noch immer eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckanschluss gegeben ist.
  • In diesem Zusammenhang ist auf die Druckausgleichsfase an den Lagerkörpern hinzuweisen. Die Lagerkörper sind zu beiden Seiten neben den Zahnrädern angeordnet und werden vom Druckfluid dichtend gegen die Seitenflächen der Zahnräder gedrückt. Dabei sind die Zahnräder mit kreiszylindrischen Lagerzapfen in den Lagerkörpern gelagert. Der Lagerkörper auf einer Seite der Zahnräder kann einstückig ausgebildet sein, es ist aber genauso gut denkbar, jedem Zahnrad ein gesondertes Teil des Lagerkörpers zuzuordnen.
  • Jedem Zahnrad ist wenigstens eine Druckausgleichsfase an den Lagerkörpern zugeordnet, die gegenüberliegend zu den Seitenflächen der Zahnräder und der Innenumfangsfläche angeordnet ist. Die Innenumfangsfläche ist dabei die Fläche, an denen die Zahnköpfe der Zahnräder dichtend anliegen. Die Druckausgleichsfase erstreckt sich vom Hochdruckanschluss in Richtung des Niederdruckanschlusses. In allen Zahnzwischenräumen der Zahnräder, die der Druckausgleichsfase gegenüber liegen, herrscht daher der Druck am Hochdruckanschluss, so dass die Zahnräder mit einer gut vorhersehbaren Kraft dichtend gegen die Innenumfangsfläche des Gehäuses im Bereich des Niederdruckanschlusses gedrückt werden, um dort eine Abdichtung zu bewirken.
  • Bei der Bemessung des Durchmessers des Niederdruckanschlusses muss sichergestellt werden, dass in keiner Drehstellung der Zahnräder über die Zahnzwischenräume eine Fluidaustauschverbindung zwischen der Druckausgleichsfase und dem Niederdruckanschluss besteht.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei schnell drehenden Zahnradmaschinen, insbesondere Pumpen, Kavitation am Niederdruckanschluss zu vermeiden bzw. erst bei höheren Drehzahlen der Zahnräder einsetzen zu lassen.
  • Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass beiden Zahnrädern an der Innenumfangsfläche des Gehäuses eine gedachte Grenzlinie zugeordnet ist, welche das Ende der Druckausgleichsfase schneidet, wobei sie parallel zur Berührlinie zwischen den Zahnköpfen der Zahnräder und der Innenumfangsfläche verläuft, wobei die Schnittkante zwischen den beiden Grenzlinien angeordnet ist, wobei der minimale Abstand zwischen der Schnittkante und den Grenzlinien wenigstens einen Teilungsabstand der Zahnräder beträgt, wobei die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses derart von der Kreisform abweicht, dass seine die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche größer ist als die die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche eines gedachten kreisförmigen Niederdruckanschlusses, der denselben minimalen Abstand zu den Grenzlinien aufweist. Soweit einem Zahnrad zwei Druckausgleichsfasen zugeordnet sind, sind diese vorzugsweise so ausgebildet, dass diese die gleiche Grenzlinie definieren. Ist dies ausnahmsweise nicht der Fall, so ist die Grenzlinie maßgebend, die den geringsten Abstand zum Niederdruckanschluss aufweist.
  • Die vorgeschlagene Zahnradmaschine besitzt einen Niederdruckanschluss, der gegenüber dem Stand der Technik eine größere Querschnittsfläche aufweist. Dadurch werden die Strömungsgeschwindigkeiten am Niederdruckanschluss herabgesetzt, so dass Kavitation erst bei höheren Drehzahlen der Zahnräder auftritt.
  • Anzumerken ist, dass der genannte minimale Abstand entlang der Innenumfangsfläche des Gehäuses gemessen wird und zwar in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse des betreffenden Zahnrades. Gleiches trifft auf den Teilungsabstand der Zahnräder, also den Abstand zweier Zahnköpfe, zu.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
  • Die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses kann so ausgebildet sein, dass die Schnittkante einen konstanten Abstand zur zugeordneten Grenzlinie aufweist.
  • Hierdurch ergibt sich ein Niederdruckanschluss, der die größtmögliche Querschnittsfläche aufweist.
  • Die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses kann zwei erste Geraden aufweisen, die jeweils im Wesentlichen parallel zu einer zugeordneten Grenzlinie verlaufen. Die ersten Geraden können deutlich einfacher hergestellt werden, als die oben beschriebene ideale Querschnittsform. Soweit schräg verzahnte Zahnräder zum Einsatz kommen, verläuft die Schnittkante zwischen der Innenumfangsfläche und dem Niederdruckanschluss nicht mehr ganz genau parallel zu den Grenzlinien. Die Abweichung ist aber so gering, dass keine nennenswerte Verschlechterung hinsichtlich der Kavitationsentstehung zu befürchten ist. Wenn gerade verzahnte Zahnräder zum Einsatz kommen, wird der oben vorgeschlagene Idealzustand verwirklicht.
  • Die beiden ersten Geraden können durch wenigstens eine, vorzugsweise zwei, zweite Geraden verbunden sein, die fluchtend zu den Seitenflächen der Zahnräder verlaufen.
  • Hierdurch ergibt sich eine größtmögliche Querschnittsfläche des Niederdruckanschlusses.
  • Die zwei ersten Geraden können durch wenigstens eine, vorzugsweise zwei, Kreisbögen miteinander verbunden sein. Diese Querschnittsform wird bevorzugt dann verwendet, wenn am Niederdruckanschluss außen am Gehäuse ein genormter Flansch vorgesehen ist, der für eine kreisförmige Durchtrittsöffnung für das Druckfluid vorgesehen ist. Der größere der genannten Kreisbögen wird dabei vorzugsweise fluchtend zu der genormten kreisförmigen Durchtrittsöffnung ausgebildet, wobei er insbesondere den gleichen Radius aufweist.
  • Die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses kann verrundete Ecken aufweisen, damit er einfach mit einem Schaftfräser hergestellt werden kann. Der Radius der Ecken entspricht dabei dem Radius des Schaftfräsers.
  • Die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses kann durch mehrere, vorzugsweise zwei oder drei, sich überschneidende Kreise gebildet werden, die zueinander versetzte Mittelpunkte aufweisen. Hierdurch soll gegenüber den oben beschriebenen Querschnittsformen eine weitere Vereinfachung der Herstellung erreicht werden. Dabei ist insbesondere daran gedacht, die genannten Kreise durch gesonderte Bohrbearbeitungen herzustellen, wobei die Drehachse der betreffenden Bohrer versetzt zueinander angeordnet sind. Mit den bevorzugten zwei oder drei Bohrungen kann bereits eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Kavitationsneigung erreicht werden.
  • Der Niederdruckanschluss kann wenigstens einen Lagerkörper überdecken. Für die Funktion der Zahnradmaschine ist es unschädlich, wenn der Niederdruckanschluss die Lagerkörper überdeckt. Hierdurch kann zwar unmittelbar keine Verbesserung des Kavitationsverhaltens erreicht werden. Es ist jedoch einfacher möglich, die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses im Bereich der Zahnräder optimal an die Grenzlinien anzunähern.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine;
    Fig. 2
    einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine;
    Fig. 3
    eine grobschematische Vorderansicht der Zahnräder und der Lagerkörper, wobei die ideale Form des Niederdruckanschlusses gezeigt ist;
    Fig. 4
    eine Vorderansicht des Niederdruckanschlusses gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    Fig. 5
    eine Vorderansicht des Niederdruckanschlusses gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
    Fig. 6
    eine Vorderansicht des Niederdruckanschlusses gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine 10. Die Zahnradmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 20, das aus einem Hauptkörper 30; einem Antriebsdeckel 21 und einem Enddeckel 22 zusammengesetzt ist, die vorzugsweise aus Aluminium oder aus Grauguss bestehen. Der Antriebs- und der Enddeckel 21; 22 liegen an ebenen Stirnflächen an den gegenüberliegenden Enden des Hauptkörpers 30 an, wobei an den Stirnflächen O-Ringe 24 aus einem Elastomer vorgesehen sind, damit aus der entsprechenden Fuge kein Druckfluid austreten kann. Der Antriebs- und der Enddeckel 21; 22 sind über Zylinderstifte 26 relativ zum Hauptkörper 30 ausgerichtet und über (nicht dargestellte) Schraubbolzen mit diesen fest verschraubt.
  • In dem Gehäuse 20 sind zwei Zahnräder 50 bezüglich einer zugeordneten Drehachse 51 drehbar aufgenommen, wobei die Zahnräder 50 im Außeneingriff miteinander kämmen. Die genannten Drehachsen 51 verlaufen parallel zueinander. Die Zahnräder 50 sind vorliegend schräg verzahnt, sie können aber auch gerade verzahnt ausgebildet sein. Dabei ist anzumerken, dass die der Erfindung zugrunde liegende Kavitationsproblematik vorrangig bei schräg verzahnten Zahnrädern auftritt.
  • Die beiden Zahnräder 50 weisen auf beiden Seiten einen kreiszylindrischen Lagerzapfen 52 auf, der in einer Lagerschale 61 aus einem Gleitlagerwerkstoff wie Messing oder Bronze drehbar gelagert ist, wobei die Lagerschale 61 wiederum in einem zugeordneten Lagerkörper 60 aus Stahl fest aufgenommen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedem Lagerzapfen 52 ein gesondertes Teil des Lagerkörpers 60 zugeordnet, wobei zwei benachbarte Teile an ebenen Flächen aneinander anliegen und mittels eines Zylinderstiftes 26 zueinander ausgerichtet sind. Die Lagerkörper 60 können auch einstückig ausgebildet sein. Die Lagerkörper 60 werden von dem Druck des Druckfluids, beispielsweise Hydrauliköl, in der Zahnradmaschine 10 gegen die ebenen Seitenflächen 55 der Zahnräder 50 gedrückt, um eine seitliche Abdichtung der Zahnräder 50 zu bewirken. Das Druckfluid wirkt dabei in einem Druckfeld auf den Lagerkörper 60 ein, welches von einer zugeordneten Axialdichtung 62 begrenzt wird.
  • Einer der Lagerzapfen 52 eines Zahnrades 50 ist einstückig mit einem Antriebszapfen 53 ausgebildet, der durch den Antriebsdeckel 21 hindurch aus dem Gehäuse 20 herausragt. Die entsprechende Durchtrittsöffnung ist mit einem Radialwellendichtring 25 dicht verschlossen, so dass kein Druckfluid austreten kann. Der Antriebszapfen 53 kann beispielsweise mit der Antriebswelle eines (nicht dargestellten) Elektromotors drehfest verbunden werden, wenn die Zahnradmaschine 10 als Pumpe betrieben wird.
  • Die Innenumfangsfläche 31 des Hauptkörpers 30 weist vor dem Einlaufprozess entlang der Drehachsen 51 eine konstante Querschnittsform auf, die mit sehr geringem Spiel an den kreiszylindrischen Kopfkreisdurchmesser der Zahnräder 50 angepasst ist.
  • Weiter ist auf die Druckausgleichsfase 64 an dem in Fig. 1 linken Lagerkörper 60 hinzuweisen. Die Druckausgleichsfase 64 ist gegenüberliegend zu der Seitenfläche 55 eines zugeordneten Zahnrades 50 und gegenüberliegend zur Innenumfangsfläche 31 des Gehäuses 20 angeordnet.
  • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine 10. Der Hoch- und der Niederdruckanschluss 32; 33 sind gegenüberliegend an dem Gehäuse 20 angeordnet, wobei sie eine gemeinsame Mittelachse 34 aufweisen, entlang derer sie eine konstante Querschnittsform aufweisen. Der Hochdruckanschluss 32 weist vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittsform auf, wobei die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses 33 erfindungsgemäß von der Kreisform abweicht.
  • Die bereits angesprochene Druckausgleichsfase 64 erstreckt sich vom Hochdruckanschluss 32 in Richtung des Niederdruckanschlusses 33. Sie weist ein Ende 65 auf, das mit Abstand zum Niederdruckanschluss 33 angeordnet ist. In den Zahnzwischenräumen 54, die im Bereich der Druckausgleichsfase 64 angeordnet sind, herrscht daher überall ein Druck der gleich dem Druck am Hochdruckanschluss 32 ist. In den verbleibenden Zahnzwischenräumen herrscht ein geringerer Druck, was im Ergebnis dazu führt, dass auf die Zahnräder 50 eine hydraulische Kraft 84 einwirkt, die dessen Zahnköpfe 56 in einem Dichtbereich 11 am Niederdruckanschluss 34 gegen die Innenumfangsfläche 31 des Gehäuses 20 drückt. Nur dort findet an den Zahnköpfen 56 eine dichtende Anlage zum Gehäuse 20 statt. Die verbleibenden Zahnköpfe 56 laufen mit einem geringen Abstand zur Innenumfangsfläche 31 zum Gehäuse 20, so dass dort Druckfluid zwischen den Zahnzwischenräumen 54 ausgetauscht werden kann.
  • Die Druckausgleichsfase 64 kann wie vorliegend dargestellt nur auf einer Seite der Zahnräder 50 vorhanden sein, sie kann aber auch auf beiden Seiten der Zahnräder 50 vorgesehen sein. Im letzteren Fall ist bei schräg verzahnten Zahnrädern 50 zu berücksichtigen, dass die beiden Druckausgleichsfasen 64 unterschiedlich lang ausgebildet sein müssen, damit sie am gleichen Zahn des zugeordneten Zahnrades 50 enden.
  • Fig. 3 zeigt eine grobschematische Vorderansicht der Zahnräder 50 und der Lagerkörper 60, wobei die ideale Form des Niederdruckanschlusses 33 gezeigt ist. Die Ansichtsrichtung ist dabei parallel zur Mittelachse des Niederdruckanschlusses 33, so dass seine Querschnittsform mit der Schnittkante 85 mit der Innenumfangsfläche des Gehäuses zusammenfällt.
  • Die beiden gedachten Grenzlinien 80 verlaufen parallel zu den schraubenlinienförmigen Berührlinien 83 zwischen den Zahnköpfen der Zahnräder 50 und der Innenumfangsfläche des Gehäuses. Die Grenzlinien 80 verlaufen daher auf der Innenumfangsfläche des Gehäuses. Die Grenzlinien 80 beginnen jeweils am Ende 65 einer zugeordneten Druckausgleichsfase 64 am Lagerkörper 60.
  • Die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses 33 verläuft im Bereich der Grenzlinien 80 parallel zu diesen. Der minimale Abstand 81 zu den Grenzlinien 80 ist daher überall gleich, so dass sich eine maximale die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche des Niederdruckanschlusses 33 ergibt. Diese Querschnittsfläche ist in Fig. 3 schraffiert eingezeichnet und mit der Bezugsziffer 79 gekennzeichnet.
  • Im Übrigen verläuft die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses 33 fluchtend zu den Seitenflächen 55 der Zahnräder 50. Bei Zahnrädern 50 mit sehr großem Schrägungswinkel kann es vorkommen, dass der Niederdruckanschluss 33 die in Fig. 3 rechte Seitenfläche 55 der Zahnräder 50 nicht mehr überdeckt.
  • Weiter ist in Fig. 3 ein gedachter Niederdruckanschluss 82 eingezeichnet, der den gleichen minimalen Abstand 81 zu den Grenzlinien 80 aufweist. Der entsprechende Kreis 82 überdeckt die Lagerkörper 60, wobei der entsprechende Flächenabschnitt 78 nicht zu der die Zähnräder 50 überdeckenden Querschnittsfläche 79 zählt. Wie man leicht erkennen kann, ist der vom Kreis 82 erfasste Anteil der schraffierten Fläche 79 deutlich kleiner als die schraffierte Fläche 79 selbst, so dass die Bedingung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erfüllt ist.
  • Der minimale Abstand 81 zwischen dem Niederdruckanschluss 33 und der Grenzlinie 80 beträgt wenigstens einen Teilungsabstand (Nr. 57 in Fig. 2) der Zahnräder, wobei er vorzugsweise etwas größer gewählt ist, damit unabhängig von der Drehstellung der Zahnräder wenigstens ein Zahnkopf vollständig an der Innenumfangsfläche des Gehäuses anliegt. Durch Erhöhung des minimalen Abstandes auf etwas mehr als zwei oder drei Teilungsabstände kann die interne Abdichtung der Zahnradmaschine verbessert werden.
  • Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht des Niederdruckanschlusses 33 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Ansichtsrichtung ist dabei parallel zur Mittelachse des Niederdruckanschlusses 33. Die beiden Grenzlinien 80 und die beiden Seitenflächen 55 der Zahnräder sind durch strichpunktierte Linien dargestellt.
  • Die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses 33 weist zwei erste Geraden 70 auf, die im Wesentlichen parallel zur zugeordneten Grenzlinie 80 verlaufen. Die beiden ersten Geraden 70 sind durch zwei zweite Geraden 71 verbunden, die in einer Flucht mit den Seitenflächen 55 der Zahnräder angeordnet sind. Wenn die Zahnräder eine sehr große Breite und/oder einen sehr großen Schrägungswinkel aufweisen, kann es vorkommen, dass sich die beiden ersten Geraden 70 im Bereich der Zahnräder schneiden. In diesem Fall entfällt die in Fig. 4 rechte Gerade 71.
  • Die Ecken zwischen den ersten und den zweiten Geraden 70; 71 sind verrundet 74, so dass der vorliegende Niederdruckanschluss einfach mit einem Schaftfräser hergestellt werden kann. Der Eckenradius 74 beträgt beispielsweise 5 mm oder 7,5 mm. Auf die Verrundung 74 kann aber auch verzichtet werden.
  • Der Niederdruckanschluss 33 gemäß der ersten Ausführungsform nach Fig. 4 überdeckt mit seiner gesamten Querschnittsfläche 79 die Zahnräder. Die entsprechende Querschnittsform ist spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene 86 ausgebildet, die die Mittelachse des Niederdruckanschlusses 33 enthält.
  • Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht des Niederdruckanschlusses 33 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede stimmt diese Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform nach Fig. 4 überein, so dass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird. Die Ansichtsrichtung der Fig. 5 stimmt mit derjenigen der Fig. 4 überein.
  • Die zweiten Geraden wurden durch Kreisbögen 73, die nach außen gewölbt sind, ersetzt. Der Radius des in Fig. 5 linken Kreisbogen 73 stimmt dabei mit dem Radius der Durchtrittsöffnung überein, die ein genormter Flansch mit kreisrunder Durchtrittsöffnung aufweist. Die gesamte Breite des Niederdruckanschlusses 33 ist vorzugsweise gleich oder kleiner als das Doppelte des genannten Radius.
  • Der vorliegende Niederdruckanschluss 33 überdeckt mit den Bereichen 78 auch die Lagerkörper der Zahnradmaschine. Die die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche des Niederdruckanschlusses 33 ist die in Fig. 5 schraffiert eingezeichnete Fläche 79.
  • Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht des Niederdruckanschlusses 33 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Ansichtsrichtung stimmt mit derjenigen der Fig. 4 und 5 überein.
  • Dieser Niederdruckanschluss 33 wird durch zwei kreisrunde Bohrungen 76 gebildet, die sich überschneiden. Die entsprechende Querschnittsform ist daher aus zwei Kreisen 76 zusammengesetzt, die sich überschneiden, wobei sie versetzte Mittelpunkte 77 aufweisen. Die Mittelpunkte 77 sind auf der Symmetrieebene 86 des Niederdruckanschlusses 33 angeordnet. Anstelle der dargestellten zwei Kreise 76 können auch drei oder mehr Kreise 76 vorgesehen sein, wobei zwei oder drei Kreise, den optimalen Kompromiss zwischen Herstellkosten und die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche 79 des Niederdruckanschlusses 33 ergeben.
  • Der in Fig. 6 linke Kreis 76 überdeckt mit dem Bereich 78 wiederum einen Lagerkörper, so dass die die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche des Niederdruckanschlusses 33 die mit der Ziffer 79 gekennzeichnet schraffierte Fläche ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Zahnradmaschine
    11
    Dichtbereich
    20
    Gehäuse
    21
    Antriebsdeckel
    22
    Enddeckel
    23
    Niederdruckanschluss
    24
    O-Ring
    25
    Radialwellendichtring
    26
    Zylinderstift
    30
    Hauptkörper
    31
    Innenumfangsfläche
    32
    Hochdruckanschluss
    33
    Niederdruckanschluss
    34
    Mittelachse des Hoch- und des Niederdruckanschlusses
    50
    Zahnrad
    51
    Drehachse des Zahnrades
    52
    Lagerzapfen
    53
    Antriebszapfen
    54
    Zahnzwischenraum
    55
    Seitenfläche
    56
    Zahnkopf
    57
    Teilungsabstand
    60
    Lagerkörper
    61
    Lagerschale
    62
    Axialdichtung
    63
    Zylinderstift
    64
    Druckausgleichsfase
    65
    Ende der Druckausgleichsfase
    70
    erste Gerade
    71
    zweite Gerade
    73
    Kreisbogen
    74
    verrundete Ecke
    76
    Kreis
    77
    Mittelpunkt des Kreises
    78
    Bereich, der die Lagerkörper überdeckt
    79
    die Zahnräder überdeckende Querschnittsfläche
    80
    Grenzlinie
    81
    minimaler Abstand zur Grenzlinie
    82
    Kreis mit gleichem minimalen Abstand zur Grenzlinie
    83
    Berührlinie zwischen Zahnkopf und Innenumfangsfläche des Gehäuses
    84
    hydraulische Kraft
    85
    Schnittkante
    86
    Symmetrieebene

Claims (8)

  1. Zahnradmaschine (10), insbesondere Pumpe oder Motor, mit zwei im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern (50), welche von einem Gehäuse (20) umgeben sind, welches gegenüberliegend einen Hoch- und einen Niederdruckanschluss (32; 33) aufweist, wobei der Niederdruckanschluss (33) in Richtung einer Mittelachse (34) eine konstante Querschnittsform aufweist, wobei er mit einer Innenumfangsfläche (31) des Gehäuses (30), die dichtend an den Zahnköpfen (56) der Zahnräder (50) anliegt, eine Schnittkante (85) bildet, wobei auf beiden Seiten der Zahnräder (50)je ein, gewünschtenfalls mehrteiliger, Lagerkörper (60) angeordnet ist, in dem die Zahnräder (50) drehbar gelagert sind, wobei die Lagerkörper (60) dichtend an einer zugeordneten Seitenfläche (55) der Zahnräder (50) anliegen, wobei beiden Zahnrädern (50) je wenigstens eine Druckausgleichsfase (64) an den Lagerkörpern (60) zugeordnet ist, die sich gegenüberliegend zum betreffenden Zahnrad (50) und zur Innenumfangsfläche (31) vom Hochdruckanschluss (32) in Richtung des Niederdruckanschlusses (33) erstreckt, wobei sie dort ein Ende (65) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass beiden Zahnrädern (50) an der Innenumfangsfläche (31) des Gehäuses (20) eine gedachte Grenzlinie (80) zugeordnet ist, welche das Ende (65) der Druckausgleichsfase (64) schneidet, wobei sie parallel zur Berührlinie (83) zwischen den Zahnköpfen (56) der Zahnräder (50) und der Innenumfangsfläche (31) verläuft, wobei die Schnittkante (85) zwischen den beiden Grenzlinien (80) angeordnet ist, wobei der minimale Abstand (81) zwischen der Schnittkante (85) und den Grenzlinien (80) wenigstens einen Teilungsabstand (57) der Zahnräder (50) beträgt, wobei die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses (33) derart von der Kreisform abweicht, dass seine die Zähnräder (50) überdeckende Querschnittsfläche (79) größer ist als die die Zahnräder (50) überdeckende Querschnittsfläche eines gedachten kreisförmigen Niederdruckanschlusses (82), der denselben minimalen Abstand (81) zu den Grenzlinien (80) aufweist.
  2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses (33) so ausgebildet ist, dass die Schnittkante (85) einen konstantem Abstand (81) zur zugeordneten Grenzlinie (80) aufweist.
  3. Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses (33) zwei erste Geraden (70) aufweist, die jeweils im Wesentlichen parallel zu einer zugeordneten Grenzlinie (80) verlaufen.
  4. Zahnradmaschine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten Geraden (70) durch wenigstens eine, vorzugsweise zwei, zweite Geraden (71) verbunden sind, die fluchtend zu den Seitenflächen (55) der Zahnräder (50) verlaufen.
  5. Zahnradmaschine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Geraden (70) durch wenigstens eine, vorzugsweise zwei, Kreisbögen (73) miteinander verbunden sind.
  6. Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses (33) verrundete Ecken (74) aufweist.
  7. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Niederdruckanschlusses (33) durch mehrere, vorzugsweise zwei oder drei, sich überschneidende Kreise (76) gebildet wird, die zueinander versetzte Mittelpunkte (77) aufweisen.
  8. Zahnradmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckanschluss (33) wenigstens einen Lagerkörper (60) überdeckt.
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