JP5502909B2 - 液圧式の歯車機械 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の液圧式の歯車機械、すなわち、互いに噛み合う２つの歯車を収容するためのハウジングを備えた歯車機械であって、両歯車は、軸方向では軸方向面で、ハウジング内に収容された軸受体の間において滑り支承されていて、半径方向では、軸受体内に受容された各１つの支承軸で滑り支承されており、歯車にはそれぞれ、歯車機械の運転中に生じる液圧による力と機械的な力とによって生じる力の軸方向力成分が、等しい軸方向において作用する形式のものに関する。

ＥＰ１２９１５２６Ａ２に開示された歯車機械ではそのハウジング内に、互いに噛み合っていて軸受ブシュもしくは軸受体に支承された２つの歯車が配置されており、ハウジングは第１及び第２のハウジングカバーによってそれぞれ端面側において閉鎖されている。両方の歯車は、軸方向では各２つの軸方向面によって、軸受体の間において滑り支承され、かつ半径方向ではそれぞれ、軸受体に受容された支承軸を介して滑り支承されている。歯車機械の運転時には、それぞれ等しい歯車長手方向軸線の方向で歯車に対して、液圧による力と機械的な力とが作用する。これらの力の作用方向に位置している第１の軸受体は、両歯車の軸方向面を介して両歯車と第１のハウジングカバーとの間に押圧されるのではなく、両歯車と第２の軸受体との間には僅かな滑り間隙しか生じないので、両歯車と第１の軸受体に対しては反力がもたらされる。この反力は、液圧による力及び機械的な力よりも大きいので、第１の軸受体は歯車に対して、歯車は第２の軸受体に対して、かつ第２の軸受体は第２のハウジングカバーに対して押圧される。軸受体及び歯車に対して作用する合力は、従ってすべて第２のハウジングカバーに向かって作用することになる。

歯車に対する反力は、支承軸に作用するピストンを介してもたらされる。ピストンはこの場合歯車長手方向軸線に対してほぼ同軸的に、第１のハウジングカバーとハウジングとの間に配置された中間カバー内に、滑動可能に受容されており、ピストンの第１のピストン端面は、支承軸の、第１のハウジングカバーの方向に向いた軸端面に接触しており、そして第２のピストン端面を介してそれぞれ圧力が負荷される。第１の軸受体には、反力が、該軸受体と中間カバーとの間において形成された圧力場を介してもたらされる。

上記公知の解決策における欠点は次のことにある。すなわち公知の構成には、軸受体と歯車とから成るユニット全体が歯車機械の第２のハウジングカバーに押し付けられ、これによって第２のハウジングカバーとハウジングとが極めて強くかつ不均一に負荷される、という欠点がある。歯車と軸受体とが互いに強く押し付けられることによって、歯車の軸方向面と軸受体の軸方向面との間には極めて大きな摩耗が生じる。さらに、支承軸及び軸受体に対して反力をもたらすためには、多数の部材と共に、装置技術的にかなりの手間とコストが必要である。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の液圧式の歯車機械を改良して、装置技術的に簡単に、かつ僅かな数の部材で構成することができ、しかも僅かな摩耗しか生ぜしめない歯車機械を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、請求項１の特徴部に記載のように、すなわち少なくとも１つの圧力場が、歯車の、軸方向力成分の作用方向に位置している少なくとも１つの軸方向面と、少なくとも１つの軸方向面に隣接した軸受体との間に設けられているようにした。

本発明によれば、歯車機械は、互いに噛み合う２つの歯車を収容するハウジングを有している。両歯車は、軸方向では軸方向面で、ハウジング内に収容された軸受体の間において滑り支承されていて、半径方向では、軸受体内に受容された各１つの支承軸で滑り支承されている。歯車にはそれぞれ、歯車機械の運転中に生じる液圧による力と機械的な力とによって生じる力の軸方向力成分が、等しい軸方向において作用する。少なくとも１つの圧力場が、歯車の、軸方向力成分の作用方向に位置している少なくとも１つの軸方向面と、該少なくとも１つの軸方向面に隣接した軸受体との間に設けられている。

本発明による解決策には、圧力場によって、軸方向力成分に抗して作用する反力を、付加的な部材なしに歯車に対して作用させることができる、という利点がある。さらに圧力場によって、歯車の、圧着力として作用する軸方向力成分は小さくなり、これによって歯車と、軸方向力成分の作用方向に位置している軸受体との間における滑り摩擦が減じられ、摩耗が最小になる。

歯車は有利には斜歯を備えている。

本発明の有利な構成では、歯車の、軸方向力成分の作用方向に位置している軸方向面と、軸受体の、軸方向面に向かい合って位置している滑り面との間にそれぞれ、圧力場が設けられている。このように構成されていると、圧力場が異なった大きさを有することができ、これによりそれぞれの歯車に、異なった圧力を負荷させることができる。

圧力場は簡単に圧力ポケットとして形成することができる。

圧力ポケットは有利には、軸方向力成分の作用方向に位置している軸受体の滑り面に、圧力溝として形成されており、このような圧力溝は安価に製造することができる。

第１の圧力溝が、第１の軸受孔の周囲に同心的に環状に、軸方向力成分の作用方向に位置している軸受体の滑り面に形成されていて、第２の圧力溝が、第２の軸受孔を取り囲む部分円として、軸方向力成分の作用方向に位置している軸受体の滑り面に形成されていると有利であり、このように構成されていると、圧力溝の異なった作用面積を実現することができる。

両圧力溝は有利には、接続溝を介して歯車機械の高圧部と圧力媒体接続されている。これによって、圧力溝内において作用する圧力を、歯車機械の運転条件に関連付けることができる。

本発明の別の有利な構成では、圧力ポケットは、歯車の、軸方向力成分の作用方向に位置している軸方向面に形成されている。

圧力ポケットは、歯車の各支承軸を中心とした周方向区分に沿って形成されていると、製造が簡単になり、これによってまた僅かな漏れ間隙しか生じない。

歯車を均一に圧力負荷できるようにするために、本発明の有利な構成では、圧力ポケットは、歯車の各支承軸を中心として環状に形成されている。

圧力ポケットの作用面積を増大させるための有利な構成では、少なくとも１つの圧力ポケットが、歯車の歯の歯端面に形成された歯ポケット区分の分だけ拡大されている。

圧力ポケットへの圧力オイル供給は、隣接した軸受体を介して行うことができ、この場合圧力ポケットは例えば歯車機械の高圧部と圧力媒体接続されている。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

歯車機械を概略的に示す縦断面図である。 図１に示した歯車機械の軸受体と歯車とから成るユニット概略的に示す側面図である。 第１実施例による歯車機械の軸受体と歯車とを縦断面して示す図である。 図３に示した軸受体を示す平面図である。 第２実施例による歯車機械の歯車を示す平面図である。

実施例の記載
図１には、歯車機械１として形成された１実施例による液圧式の作業機械が、縦断面図で示されている。この歯車機械１は機械ハウジング２を有しており、この機械ハウジング２は２つのハウジングカバー４，６を用いて閉鎖されている。歯車機械１の、図１で見て右側のハウジングカバー６は、第１の支承軸８によって貫通されており、この第１の支承軸８には機械ハウジング２の内部において第１の歯車１０が配置されている。この第１の歯車１０は斜歯１４を介して第２の歯車１２と噛み合っており、この第２の歯車１２は第２の支承軸１６に回動不能に配置されている。第１及び第２の支承軸８，１６はそれぞれ２つの滑り軸受１８，２０；２２，２４において案内されている。図１で見て右側の滑り軸受２０，２４は軸受体２６内に受容され、図１で見て左側の滑り軸受１８，２２は軸受体２８内に受容されている。歯車１０，１２は軸方向において、それぞれ第１の軸方向面３０；３２を介して、図１で見て右側の第２の軸受体２６に滑り支承され、それぞれ第２の軸方向面３４；３６を介して左側の軸受体２８に滑り支承されている。歯車１０，１２と軸受体２６，２８との間の滑り面は、摩擦を減じるためにＭｏＳ_２、グラファイト又はＰＴＦＥのような滑り被覆層を備えていることができる。軸受体２６，２８はそれぞれ端面３８；４０がハウジングカバー６；４に向けられている。

ハウジングカバー４，６はセンタリングピン４２を介して機械ハウジング２に適正に方向付けられている。ハウジングカバー４，６と機械ハウジング２との間には、ハウジングシール部材４４が配置されている。さらに軸方向領域シール部材４６がそれぞれ、軸受体２６；２８の端面３８，４０に、歯車機械１の高圧領域を低圧領域から切り離すために挿入配置されている。さらに軸シールリング４８が、図１で見て右側のハウジングカバー６を貫通する支承軸８の貫通部をシールしている。

歯車機械１の運転時には液圧による力と機械的な力とが発生し、これについては以下において図２を参照しながら詳しく述べる。

図２には、歯車１０，１２と軸受体２６，２８とから成るユニットが、図１に示された歯車機械１において運転時に生じる液圧による力と、主として斜歯１４によって生じる機械的な力とを説明するために、側面図で示されている。液圧による力の力成分は両歯車１０，１２において等しい軸方向において図２で見て左に向かって作用する。付加的に、図２で見て上側の歯車１０である駆動歯車には、液圧による力成分の作用方向における、機械的な力の機械的な力成分が作用し、図２で見て下側の歯車１２である駆動される歯車に対しては、液圧による力成分の作用方向とは逆向きの、機械的な力成分が作用する。これらの液圧による力成分と機械的な力成分とは両方の歯車１０，１２においてそれぞれ軸方向成分４７，４９を、同じ方向に（図２で見て左に向かって）、しかしながら異なった値で生ぜしめる。

軸方向成分４７，４９によって負荷された歯車１０，１２は、それぞれ軸方向面３４；３６で、図２で見て左側の軸受体２８に支持されている。右側の軸受体２６は、歯車１０，１２に対して作用する軸方向力成分によっては負荷されない。歯車１０，１２と図２で見て左側の軸受体２８との間における摩耗を減じるために、歯車は反力を負荷され、この反力は図２において破線の矢印（５８，６０）によって示されている。

図３には、図１に示された歯車機械１の第１実施例による、軸受体２６，２８と歯車１０，１２とが概略的に縦断面図で示されている。歯車１０，１２に反力を負荷するために、各歯車１０；１２の、軸方向成分４７，４９の作用方向に位置している軸方向面３４，３６と、軸受体２８の、軸方向面３４，３６に向かい合って位置する滑り面５０；５２との間には、圧力場又は圧力領域が設けられている。軸受体２６，２８は図３におけるように２部分から構成することができる。この圧力場は、滑り面５０，５２にそれぞれ形成された圧力溝５４；５６とそれぞれの軸方向面３４；３６とによって画成される。圧力場によって軸受体２８及び歯車１０，１２に対して作用する圧力５８，６０は、図３において二重矢印によって簡単に示されており、この場合軸受体２８は圧力５８，６０を良好に図示するために、左に向かってずらされている。圧力溝５４，５６の構成については以下において図４を参照して述べる。

図４には、図３に示された眼鏡形状の軸受体２８の滑り面５０，５２が平面図で示されている。第１の圧力溝５４は、図４で見て上側の軸受孔６２の周囲を取り囲むように設けられ、滑り面５０内に形成されている。第２の圧力溝５６は、下側の軸受孔６４を取り囲む部分円であり、ほぼ図１に示された歯車機械１の高圧領域に形成されている。圧力溝５４，５６は半径方向溝６６を介して、歯車機械１の高圧部と圧力媒体接続されている。

図３及び図４において滑り面５０，５２にそれぞれ形成された圧力溝５４；５６によって、歯車１０，１２及び軸受体２８には圧力５８，６０が負荷される。これらの圧力５８，６０は軸方向力成分４７，４９に抗して作用し、これによって歯車１０，１２と軸受体２８との間における滑り摩擦及び摩耗は減じられる。圧力溝５４，５６の大きさはこの場合次のように、すなわち歯車１０，１２を負荷する軸方向力成分４７，４９が圧力５８，６０によってほぼ相殺され、これにより歯車１０，１２がハイドロスタティック式につまり静圧流体によって支承されるように、設計されている。図３で見て上側の軸方向力成分４７は、下側の軸方向力成分４９に比べて大きな値を有しているので、図４に示された上側の圧力溝５４は下側の圧力溝５６に比べて大きな面積をもって形成されている。

図５には、図１に示された歯車機械１の第２実施例による歯車１０，１２の軸方向面３４，３６が平面図で示されている。この場合圧力場は、図３におけるように軸受体２８に形成された圧力溝５４，５６によってではなく、歯車１０；１２の軸方向面３４，３６にそれぞれ形成された圧力ポケット６８；７０によって画成されている。歯車１２の図５で見て下側の圧力ポケット７０は、リング溝として形成されており、このリング溝は、歯車１２の歯７４の歯端面７２と支承軸１６の外周面との間において、軸方向面３６に環状に形成されている。歯車１０の図５で見て上側の圧力ポケット６８は、圧力ポケット７０に相当するリング溝に加えて、歯端面７２に形成された歯ポケット区分７６を有しており、これによって圧力ポケット６８は軸方向面３４に大面積をもって形成されている。圧力ポケット６８はこの場合、歯車１０の周囲を取り囲む壁７８によって半径方向において画成されている。圧力ポケット６８，７０は、図１に示された歯車機械１の高圧部と、例えば隣接した軸受体２８における接続溝（図１参照）を介して圧力媒体接続されている。

歯車１０，１２の圧力ポケット６８，７０によって、図３に示された圧力５８，６０は、軸方向力成分４７，４９を負荷される歯車１０，１２の作用領域において軸受体２８に対して作用する。図４で見て上側の圧力ポケット６８は、下側の圧力ポケット７０に比べて大きな軸方向の圧力作用面積を有しているので、上側の歯車１０に対して作用する圧力は下側の歯車１２に比べて高い。

択一的に、図４に示された圧力ポケット６８，７０は環状に形成されているのではなく、単に部分円として、大きな半径方向の幅をもって、歯車１０，１２に形成されているような構成も可能である。これによって例えば製造は簡単化され、漏れ間隙が小さくなるので、これにより液圧の損失は僅かになる。

上に述べた軸方向間隙及び軸方向力相殺形態の作用形式は、使用される軸受エレメントの構造形式とは無関係であり、従って、歯車機械の軸方向シールのために適したすべての構造エレメントにおいて使用可能である。同様なことはまた、歯列の形式及び歯列のパラメータに対しても言える。このような軸方向間隙及び軸方向力相殺形態は、外歯歯車機械においても内歯歯車機械においても使用可能である。

歯車機械は、歯車ポンプ又は歯車モータとして使用可能である。

互いに噛み合う２つの歯車を収容するためのハウジングを備えた歯車機械が開示されている。両方の歯車は軸方向においては軸方向面で、ハウジング内に受容された軸受体の間において滑り支承され、かつ半径方向では、軸受体内に受容された各１つの支承軸によって滑り支承されている。歯車機械の運転中には、液圧による力と機械的な力とが発生し、これらの力の軸方向力成分はそれぞれ歯車に対して同じ軸方向において作用する。この軸方向力成分に抗するために、歯車の、軸方向力成分の作用方向に位置している少なくとも１つの軸方向面と、この少なくとも１つの軸方向面に隣接した軸受体との間に、圧力場が設けられている。

Claims (13)

1. 互いに噛み合う２つの歯車（１０，１２）を収容するためのハウジング（２）を備えた歯車機械であって、両歯車（１０，１２）は、軸方向では軸方向面（３０，３２，３４，３６）で、ハウジング（２）内に収容された軸受体（２６，２８）の間において滑り支承されていて、半径方向では、軸受体（２６，２８）内に受容された各１つの支承軸（８，１６）で滑り支承されており、歯車（１０，１２）にはそれぞれ、歯車機械（１）の運転中に生じる液圧による力と機械的な力とによって生じる力の軸方向力成分（４７，４９）が、等しい軸方向において作用する形式のものにおいて、軸方向力成分（４７，４９）に抗して作用する反力を生ぜしめる少なくとも１つの圧力場が、歯車（１０，１２）の、軸方向力成分の作用方向に位置している少なくとも１つの軸方向面（３４，３６）と、該少なくとも１つの軸方向面（３４，３６）に隣接した軸受体（２８）との間に設けられていることを特徴とする歯車機械。
2. 歯車（１０，１２）は斜歯を備えている、請求項１記載の歯車機械。
3. 歯車（１０，１２）の、軸方向力成分の作用方向に位置している軸方向面（３４，３６）と、軸受体（２８）の、軸方向面（３４，３６）に向かい合って位置している滑り面（５０，５２）との間にそれぞれ、圧力場が設けられている、請求項１又は２記載の歯車機械。
4. 各圧力場は、各歯車（１０，１２）の軸方向において異なった作用面積を有している、請求項３記載の歯車機械。
5. 圧力場が圧力ポケット（５４，５６）として形成されている、請求項２又は３記載の歯車機械。
6. 圧力ポケット（５４，５６）は、軸方向力成分の作用方向に位置している軸受体（２８）の滑り面（５０，５２）に、圧力溝として形成されている、請求項５記載の歯車機械。
7. 第１の圧力溝（５４）が、第１の軸受孔（６２）の周囲に同心的に環状に、軸方向力成分（４７，４９）の作用方向に位置している軸受体（２８）の滑り面（５０）に形成されていて、第２の圧力溝（５６）が、第２の軸受孔（６４）を取り囲む部分円として、軸方向力成分（４７，４９）の作用方向に位置している軸受体（２８）の滑り面（５２）に形成されている、請求項６記載の歯車機械。
8. 両圧力溝（５４，５６）は、接続溝（６６）を介して歯車機械（１）の高圧部と圧力媒体接続されている、請求項７記載の歯車機械。
9. 圧力ポケット（６８，７０）は、歯車（１０，１２）の、軸方向力成分（４７，４９）の作用方向に位置している軸方向面（３４，３６）に形成されている、請求項５記載の歯車機械。
10. 圧力ポケット（６８，７０）は、歯車（１０，１２）の各支承軸（８，１６）を中心とした周方向区分に沿って形成されている、請求項９記載の歯車機械。
11. 圧力ポケット（６８，７０）は、歯車（１０，１２）の各支承軸（８，１６）を中心として環状に形成されている、請求項９記載の歯車機械。
12. 少なくとも１つの圧力ポケット（６８）が、歯車（１０）の歯（７４）の歯端面（７２）に形成された歯ポケット区分（７６）の分だけ拡大されている、請求項１１記載の歯車機械。
13. 圧力ポケット（６８，７０）への圧力オイル供給が、隣接した軸受体（２８）を介して行われる、請求項１０又は１１記載の歯車機械。

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