Reversierbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor)

Abstract

 Die reversierbare Zahnradmaschine nach den Fig. 1 und 2, die als Pumpe oder Motor betrieben werden kann, weist zwei im Außeneingriff kämmende Zahnräder (26, 29) auf, deren Wellenzapfen in Lagerkörpern (16 bis 19) gelagert sind. Diese werden durch an ihren Außenseiten aufgebaute Druckfelder (68 bis 71) dichtend an die Zahnradseitenflächen gedrückt. Die Druckfelder werden begrenzt durch eine Dichtungsanordnung, die aus einem Stützring (46) und einem in diesem eingesetzten Dichtkörper (47) besteht. Die Dichtungsanordnung ist in passende Nuten (39, 41,44) eingesetzt, die an den den Zahnrädern abgewandten Seiten der Lagerkörper angeordnet sind.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten Maschine sind die Wellenbohrungen im Bereich der Dichtungen miteinander verbunden. Diese Ausbildung der Dichtung und der sich daraus ergebenden Druckfelder hat den Nachteil, daß die Kompensation der auf die Dichtplatten wirkenden Flüssigkeitsdruckkräfte mangelhaft ist und daß die Maschine bei Betrieb mit Rücklaufdruck Betriebsstörungen unterliegt.

Vorteile der Erfindung

[0002] Die erfindungsgemäße Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kompensation der auf die Dichtplatte wirkenden Druckkräfte so vervollkommnet ist, daß die Maschine auch im Betrieb mit Rücklaufdruck störungsfrei läuft.

[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

[0004] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Zahnradmotor, Figur 2 einen Schnitt längs II-II nach Figur 1, Figur 3 ein Einzelteil, Figur 4 einen Schnitt längs IV-IV nach Figur 3, Figuren 5, 6 und 7 ein weiteres Einzelteil in Draufsicht, Seitenansicht und Ansicht von unten, Figur 8 einen Schnitt längs VIII-VIII nach Figur 5, Figur 9 die Einzelteile nach den Figuren 3 bis 8 in eingebautem Zustand, Figur 10 ein weiteres Einzelteil in Draufsicht und Figur 11 einen Schnitt längs XI-XI nach Figur 10, Figur 12 ein Schema der Druckfelder.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0005] In den Figuren 1 und 2 ist mit 10 das Gehäuses eines Zahnradmotors bzw. einer Zahnradpumpe bezeichnet, das beidseitig durch Deckel 11, 12 verschlossen ist. Der Innenraum 13 des Gehäuses 10 ist gebildet durch zwei sich überschneidende Bohrungen 14, 15, so daß er die Form einer 8 erhält. Im Innenraum 13 sind paarweise buchsenförmige Lagerkörper 16 bis 19 angeordnet, die paarweise fluchtende mittige Bohrungen 20 bis 23 aufweisen. In den zusammengehörigen Lagerkörpern 16, 17 bzw. deren Bohrungen 20, 21 sind die Wellenzapfen 24, 25 eines außenverzahnten Zahnrads 26 gelagert, in den Lagerkörpern 18, 19 bzw. deren Bohrungen 22, 23 die Wellenzapfen 27, 28 eines Zahnrads 29, das mit dem Zahnrad 26 im Außeneingriff kämmt. An den Wellenzapfen 25 des Zahnrads 26 schließt sich ein Wellenfortsatz 31 an, der durch eine im Deckel 12 ausgebildete Bohrung 22 nach außen dringt und zum Antrieb der Pumpe bzw. zur Abgabe eines Drehmoments im Motorbetrieb dient.

[0006] Die beiden Enden der Bohrungen 20, 22 sind durch einen im Deckel 11 ausgebildeten Kanal 33 verbunden, der zu einer den Deckel durchdringenden Bohrung 34 führt. Das Zahnrad 29 ist samt seinen Wellenzapfen 27, 28 von einer durchgehenden Bohrung 35 durchdrungen, die ebenfalls Verbindung zur Bohrung 34 hat. Von der Bohrung 32 im Deckel 12 führt ein Kanal 37 zur Bohrung 23 im Lagerkörper 19. Die Kanäle bzw. Bohrungen 33 bis 37 dienen lediglich zur Leckölabfuhr, d.h. die Enden der Wellenzapfen bzw. die Enden der Bohrungen 20 - 23 sind zur Bohrung 34 und zum Behälter entlastet.

[0007] Die Figuren 10 und 11 zeigen am deutlichsten einen der Lagerkörper 16 bis 19, beispielsweise den Lagerkörper 16. Sämtliche Lagerkörper sind gleich ausgebildet. Der Lagerkörper 16 hat an seiner dem Deckel 11 zugewandten Stirnseite eine in geringem Abstand a zur Bohrung 20 verlaufende ringförmige Nut 39, die gegenüber der abgeflachten Seite 40 des Lagerkörpers eine etwa segmentförmige, relativ breite Erweiterung 41 aufweist, die bis zum Rande des Lagerkörpers reicht. Im Bereich der Erweiterung 41 sind auch zwei sich am Außenumfang des Lagerkörpers 16 verlaufende Längsnuten 42, 43 ausgebildet, die sich über die gesamte Höhe des Lagerkörpers erstrecken. An ihrem der Flachseite zugewandten Bereich hat die Nut 39 einen schmalen Ausgang 44, der bis zur Flachseite 40 reicht. Der Querschnitt der Nut 39 ist aus der Figur 9 ersichtlich. Die Nut hat rechteckigen Querschnitt und eine gerundete Unterseite 39'. In der Nut 39 samt Erweiterung 41 und Ausgang 44 ist eine Dichtung angeordnet, die aus einem Stützring 46 aus Kunststoff und einem Dichtkörper 47 aus Gummi angeordnet. Der Stützring 46 ist in den Figuren 3 und 4 im einzelnen dargestellt, der Dichtkörper 47 in den Figuren 5 bis 8.

[0008] Der Stützring 46 weist etwa die Form einer Brille auf und hat an seinen beiden diametral gegenüberliegenden Bereichen jeweils eine etwa sektorartige Erweiterung 49, 50, welche in die Erweiterungen 41 an den Lagerkörpern 16 bis 19 paßt. Die beiden kreisförmigen Teile sind durch einen Steg 51 verbunden, der in den Ausgang 44 der Lagerkörper paßt. Im Querschnitt ist der Stützring 46- wie Figur 4 zeigt - U-förmig ausgebildet. In diese U-förmige Vertiefung wird der Dichtkörper 47 eingesetzt. Dieser ist in den Figuren 5 bis 8 dargestellt. Er weist dieselbe Form auf wie der Stützring 46, hat jedoch einen anderen Querschnitt, der in Figur 8 dargestellt ist. Mit seinem oberen breiten Teil 53 paßt der Dichtkörper in die U-förmige Ausnehmung des Stützrings 46. In seinem mittleren Bereich weist der Dichtkörper 53 zwei querverlaufende Stege 54, 55 auf, deren Breite derjenigen des Stützrings entspricht. Ein mittiger, längerer Steg 56 schließt sich an die Stege 54, 55 an. In eingebautem Zustand bildet der Steg 56 mit der Nut 39 zwei Räume 57, 58, die am Nutgrund liegen, die aber im Betriebszustand miteinander verbunden sind, wenn Stützring samt Dichtring gegen den Deckel gedrückt werden. Damit ist auch schon die Einbaulage der beiden Teile in die Nut gekennzeichnet. Der Stützring 46 liegt an dem Deckel 11, 12 an, während der Dichtkörper 47 dem Nutgrund zugewandt ist. Der Dichtkörper 47 weist an seinen diametral gegenüberliegenden Seiten kreissektorförmige Erweiterungen 60, 61 auf, die in Erweiterungen 49, 50 des Stützrings passen.

[0009] Der Querschnitt des Dichtkörpers im Bereich der Erweiterung 60, 61 ergibt sich aus dem Schnitt nach Figur 6, woraus zu erkennen ist, daß in diesem Bereich der Steg 56 seitlich ausläuft.

[0010] In die Lagerkörper 16, 18 bzw. 17, 19 ist jeweils ein obenbeschriebener Stütz- und Dichtkörper eingelegt - siehe hierzu Figur 2. Da die Dichtungen identisch sind, tragen sie jeweils dieselbe Bezeichnung.

[0011] In den Innenraum 13 des Gehäuses dringen von gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 10 zwei achsgleiche Bohrungen 65, 66 ein, die im Bereich der Zahnräder 26, 29 münden. Diese Bohrungen dienen zum Zuführen bzw. Abführen des Druckmittels.

[0012] Es sei angenommen, die Zahnradmaschine arbeite als Zahnradmotor und unter Hochdruck stehendes Druckmittel wird an der Bohrung 65 zugeführt. Dieses wird durch die rotierenden Zahnräder entlang dem Umfang der jetzt als Auslaß dienenden Bohrung 66 zugeführt. Das unter Hochdruck stehende Druckmittel dringt über einen etwa dreieckförmigen Zwickel 67, welcher zwischen dem Innenraum 13 des Gehäuses und den Lagerkörpern 16 - 19 gebildet ist und sich über die gesamte Höhe derselben erstreckt, in den Spaltraum ein, welcher zwischen den Lagerkörpern und den Deckeln gebildet ist. Dort baut sich nun auf der Hochdruckseite zwischen dem Stützring 46 und den Stirnseiten der Lagerkörper ein erstes Druckfeld 68', 68'' und ein zweites Druckfeld 46 auf, das exakt der gesamten Fläche des Stützrings 46 entspricht und unter diesem liegt - also zwischen den Nuten 39, 41 44 an den Lagerkörpern und dem Stützring 46- welches Druckfeld ebenfalls vom Hochdruck beaufschlagt ist über die Nuten 42, 43 am Außenumfang der Lagerkörper. Die Stützringe 46 werden zusammen mit den Dichtungen 47 durch Flüssigkeitsdruck gegen die Deckel 11, 12 gepreßt.

[0013] An den den Druckfeldern 68', 68'' gegenüberliegenden dritten Druckfeldern 70', 70'' herrscht der in der Auslaßbohrung 66 herrschende Druck, und zwar deshalb, da diese Felder über einen etwa dreieckförmigen Zwickel 72, der zwischen dem Innenraum 13 des Gehäuses und den Lagerkörgern liegt, Verbindung zur Bohrung 66 haben. Der Auslaßdruck kann sehr niedrig, aber auch hoch sein, falls an die Bohrung 66 ein zweiter Zahnradmotor angeschlossen ist.

[0014] Vierte-Druckfelder werden in den zwischen dem Stützring 46 und den Lagerbohrungen 20 - 23 gelegenen Ringräumen 74- 75 gebildet. Diese sind stets von dem in den Bohrungen 33, 34 herrschenden Lecköldruck belastet, der maximal 5 - 8 bar betragen kann. Durch die beschriebenen vier Druckfelder werden die Lagerkörper 16 - 19 in dichtende Berührung mit den Zahnradseitenflächen gebracht. Die von den ringförmigen Druckfeldern 74, 75 zu kompensierende Kraft ergibt sich aus einer Fläche an der Zahnradstirnseite, die etwa zwischen dem Fußkreis der Zahnräder und dem Durchmesser der Bohrungen 20 - 23 liegt mal dem dort herrschenden Lecköldruck.

[0015] Die Zahnradmaschine ist reversierbar, d. h. der Hochdruck kann auch an der Bohrung 66 zugeführt werden, an der Bohrung 65 ist dann die Niederdruckseite. Die Hochdruckfelder bauen sich nun bei 70, 71 und wieder unter der Stützringfläche auf, die Niederdruckfelder sind bei 68, 69. Die Wirkung ist genau dieselbe wie oben beschrieben. Es ist selbstverständlich möglich, druckbeaufschlagte Lagerkörper nur auf einer Seite der Zahnräder anzuordnen, während die beiden anderen Lagerkörper nicht druckbeaufschlagt sind und starr am Deckel anliegen. Es ist außerdem möglich, die Wellenzapfen auch direkt im Gehäuse zu lagern, also keine Lagerkörper vorzusehen und im Gehäuse nur eine flache Dichtplatte anzuordnen, die dann - wie oben beschrieben - mit den erfindungsgemäßen Dichtungen versehen ist und durch Flüssigkeitsdruck an die Zahnradseitenflächen angedrückt werden. Die Maschine kann im Vier-Qadrantenbetrieb eingesetzt werden, d.h. als Pumpe und Motor und beidseitig baufschlagbar. Sehr wesentlich ist, daß die Maschine durch Rücklaufdruck belastbar (= betreibbar) ist, d.h. am Auslaß kann ebenfalls Druck herrschen, z. B. im Motorbetrieb, wenn an den Auslaß ein zweiter Zahnradmotor angeschlossen ist, dem der Restdruck zur Verfügung steht.

[0016] Das Schema nach Figur 12 zeigt nochmals deutlich die Lage der vier Druckfelder, wobei 68, 69 und Stützringfläche 46 (alle kreuzschraffiert) vom selben Druck (Hochdruck) beaufschlagt sind, die Flächen 70, 71 vom Rücklaufdruck (rchtslaufend schraffiert) und die Ringflächen (linkslaufend schraffiert) vom Lecköldruck.

Ansprüche

1. Reversierbare Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit im Außeneingriff kämmenden Zahnrädern, an deren Stirnseiten auf mindestens einer Seite eine axialbewegliche Dichtplatte anliegt, an deren den Stirnseiten der Zahnräder abgewandten Seite durch eine in einer Nut angeordnete Dichtung begrenzte und getrennte und zwischen Dichtplatte und Gehäusewand liegende Druckfelder ausgebildet sind, von denen eines von der Zulaufseite her beaufschlagt ist, das andere von der Rücklaufseite her, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (46-50) im wesentlichen Brillenform aufweist mit an ihren beiden diametral gegenüberliegenden Außenseiten angeordneten flächigen Fortsätzen (49, 50; 60, 61), die bis zur Innenwand (13) des Gehäuses (10) reichen, während die anderen Bereiche (46, 51) der Dichtung einen Abstand zu der Gehäusewand aufweisen und daß zwischen der Innenseite der Dichtung und den die Zahnradwellen (24-28) aufnehmenden Bohrungen (20-23) zwei relativ schmale, ringförmige, in sich geschlossene Felder (74, 75) gebildet sind, die von einem Druck beaufschlagt sind, wie er in einem Bereich an den Zahnradstirnseiten herrscht, der etwa zwischen dem Fußkreis und dem Durchmesser der die Zahnräder aufnehmenden Bohrungen (20-23) herrscht..

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte aus zwei einander berührenden, die Zahnradwellen aufnehmenden buchsenförmigen Lagerkörpern (16 bis 19) besteht, in denen Nuten (39, 41, 44) für die Aufnahme der Dichtung ausgebildet sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, da auf beiden Seiten der Zahnradräder buchsenförmige, die Zahnradwelle aufnehmende Lagerkörper (16 bis 19) angeordnet sind, daß in beiden Lagerkörpern Nuten für die Aufnahme der Dichtung (46, 47) angeordnet sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus zwei Teilen besteht, nämlich einem axial außenliegenden Stützring (46) aus Kunststoff und einem innenliegenden Dichtkörper (47) aus Gummi, die beide formschlüssig miteinanderverbunden sind.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (46) U-förmigen Querschnitt aufweist und der Dichtkörper (47) einen vorstehenden, dem Lagerkörper zugewandten Steg (56) hat, der am Nutgrund (39') anliegt und zwei Druckräume (57, 58) bildet.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungen an den Außenseiten der Dichtung etwa kreissektorartige Form aufweisen.

Zeichnung