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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Zahnradmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In
der
DE 101 04 621
A1 ist eine Zahnradmaschine mit einem Gehäuse
gezeigt, in dem zwei miteinander kämmende und in Lagerbuchsen
bzw. Lagerkörpern gelagerte Zahnräder angeordnet
sind, wobei das Gehäuse mit Gehäusedeckeln jeweils stirnseitig
verschlossen ist. Zur Trennung eines Hoch- und Niederdruckbereichs
ist in dem Lagerkörper auf der jeweils dem Gehäusedeckel
zugewandten Seite eine Dichtungsnut mit einer darin aufgenommenen
Axialfelddichtung ausgebildet. Die Axialfelddichtung weist dabei
eine von einem Stützring gestützte elastische
Dichtung auf. Der Stützring hat zwei im Wesentlichen L-förmige
Stützabschnitte, die über eine Vielzahl von Verbindungsstegen
miteinander verbunden sind. Zusammen bilden die L-förmigen
Stützabschnitte einen in etwa U-förmigen Querschnitt
aus. Die Außenwandungen des Stützrings liegen
an dem Gehäusedeckel und an Seitenwandungen der Dichtungsnut
in etwa an und die Dichtung ist im Wesentlichen an Innenwandungen
des Stützrings abgestützt. Bei Druckbeaufschlagung
sind die Dichtung und der Stützring an ihre angrenzenden
Dichtflächen, d. h. an den Gehäusedeckel und an
Seitenwandungen der Dichtungsnut, gedrückt.
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Nachteilig
hierbei ist, dass der Stützring eine hohe mechanische Steifigkeit
aufweist und somit Unebenheiten oder Spalte beispielsweise im Innenwandungsbereich
der Dichtungsnut nur bedingt von dem Stützring ausgeglichen
werden können, und die Gefahr besteht, dass die Dichtung
bei hohen Drücken zwischen beispielsweise der Innenwandung
der Dichtungsnut und der Außenwandung des Stützrings wandert,
was zu Beschädigungen und frühen Verschleiß der
Dichtung führen kann.
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Eine
in der
DE 101 18 055
A1 beschriebene Zahnradmaschine unterscheidet sich im Wesentlichen
von der oben erläuterten dadurch, dass der Stützring
und das Dichtelement eine andere Ausgestaltung aufweisen. Das Stützelement
hat dabei bei einem Ausführungsbeispiel einen U-förmigen
und bei einem weiteren einen L-förmigen Querschnitt. Bei dem
L-förmigen Stützelement können an einer
seitlichen Begrenzungskante und bei dem U-förmigen an beiden
seitlichen Begrenzungskanten mehrere Aussparungen über
die Längserstreckung des Stützelements regelmäßig
verteilt angeordnet sein. Durch die Aussparungen wird die Anlagefläche
des Stützelements an die Innenwandungen der Dichtungsnut
verkleinert, wodurch die Flächenpressung in diesem Bereich
zwischen dem Stützelement und der Innenwandung vergrößert
ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist ebenfalls, dass das
Stützelement im Anlagebereich eine hohe mechanische Steifigkeit
aufweist und somit Unebenheiten, Spalte etc. in dem Innenwandungsbereich
der Dichtungsnut kaum ausgleichen kann, was zu oben erläuterten
Folgeerscheinungen führen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydraulische Zahnradmaschine
zu schaffen, die eine einfach aufgebaute, robuste und eine hohe Dichtwirkung
aufweisende Axialfelddichtung hat.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Zahnradmaschine
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß hat
eine hydraulische Zahnradmaschine ein Gehäuse zum Aufnehmen zweier
miteinander kämmender und in Lagerbuchsen gelagerter Zahnräder.
Das Gehäuse ist stirnseitig mit einem Gehäusedeckel
verschlossen. Bei der Zahnradmaschine ist dabei ein Dichtungselement
vorgesehen, dass von einem als Winkelprofil mit einem Axial- und
einen Radialschenkel ausgeführten Stützelement
gestützt ist. Zumindest einer der Schenkel hat abschnittsweise
in Längserstreckung zumindest einen verminderten Querschnitt
zur lokalen Verringerung der mechanischen Steifigkeit.
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Diese
Lösung hat den Vorteil, dass das Stützelement
in Bereichen, in denen beispielsweise Spalte oder andere dichtungskritische
Bereiche auftreten, einen verminderten Querschnitt und somit eine
geringere mechanische Steifigkeit aufweist. Hierdurch kann diese
sich einfach durch im Wesentlichen elastische Verformungen an die
dichtungskritischen Bereiche anpassen. Eine Hinterwanderung des
Stützelements durch das Dichtungselement, was im oberen Stand
der Technik erläutert ist, wird vermieden.
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Das
Stützelement kann vorzugsweise einen im Wesentlichen L-förmigen
Querschnitt aufweisen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der verminderte Querschnitt
des Stützelements durch eine Anschrägung des Axialschenkels
des Stützelements im angrenzenden Bereich zum Dichtungselement
ausgebildet. Eine derartige Anschrägung ist zum einen einfach
herstellbar und führt zum Anderen zu einer höheren
Elastizität des Axialschenkels, durch den verminderten
Querschnitt.
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Vorteilhafterweise
ist der Axialschenkel des Stützelements im Bereich des
verminderten Querschnitts des Stützelements trapezförmig.
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Eine
optimale Aufnahme des Dichtungselements und des Stützelements
der Zahnradmaschine ist gewährleistet, wenn diese in einer
in die Lagerbuchse eingebrachten Dichtungsausnehmung angeordnet
sind.
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Zweckmäßig
sind zwischen den Lagerbuchsen und den darin gelagerten Zahnrädern
Gleitlager vorgesehen. Das Dichtungselement und das Stützelement
können dabei in etwa brillenförmig mit jeweils zwei
abschnittsweise die Gleitlager umlaufenden Ringabschnitte, mit einem
die Ringabschnitte verbindenden Verbindungssteg und mit zwei weg
von den Gleitlagern abgewinkelten Endabschnitten ausgebildet sein.
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Mit
Vorteil können die verminderten Querschnitte in etwa im Übergangsbereich
zwischen Endabschnitten und Ringabschnitten und zwischen Ringabschnitten
und etwa auf halber Erstreckungslänge eines jeweiligen
Ringabschnitts angeordnet sein, da vor allem in diesen Bereichen
beispielsweise Spalte im Dichtungsbereich auftreten.
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Ein
fester Sitz des Dichtungselements und des Stützelements
ist ermöglicht, wenn das Dichtungselement in etwa an Innenkanten
und an Stirnkanten des Stützelements abgestützt
ist und das Stützelement mit Außenkanten im Wesentlichen
an dem Gehäusedeckel und abschnittsweise an den Gleitlagern
in etwa anliegt.
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Vorteilhafterweise
ist das Dichtungs- und das Stützelement zwischen einen
Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich angeordnet.
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Die
Zahnradmaschine kann eine Außenzahnradmaschine sein.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung einer Zahnradmaschine im Längsschnitt
gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine
vergrößerte Detailansicht gemäß einem
Ausschnitt I in 1;
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3 einen
Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
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4 ein
Stützelement in der Untersicht;
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5a das
Stützelement in einer Querschnittansicht entlang der Linie
III-III aus 4; und
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5b das
Stützelement in einer Querschnittansicht entlang der Linie
IV-IV aus 4.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine als Zahnradmaschine 1 ausgebildete hydraulische Arbeitsmaschine
dargestellt, die ein Maschinengehäuse 2 aufweist,
welches mittels einer Bodenplatte 4 und einer Deckelplatte 6,
die als Gehäusedeckel ausgebildet sind, verschlossen ist.
Die Deckelplatte 6 der Zahnradmaschine 1 ist von einer
Antriebswelle 8 durchgriffen, auf welcher ein erstes Zahnrad 10 innerhalb
des Maschinengehäuses 2 angeordnet ist. Das erste
Zahnrad 10 steht mit einem zweiten Zahnrad 12 in
Eingriff, welches auf einer Achse 14 drehbar angeordnet
ist. Die Antriebswelle 8 und die Achse 14 sind
jeweils in zwei Gleitlagern 16, 18 bzw. 20, 22 drehbar
gelagert, die jeweils in Lagerbuchsen bzw. Lagerkörpern 24, 26, 28 bzw. 30 aufgenommen
sind. Die Lagerkörper 24 und 28 sowie
die Lagerkörper 26 und 30 sind jeweils über
einen Bolzen 32 bzw. 34 miteinander verbunden
und bilden jeweils zusammen eine Lagerbrille.
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Zwischen
der Bodenplatte 4 und den angrenzenden Lagerkörpern 24, 28 und
zwischen der Deckelplatte 6 und den an dieser angrenzenden
Lagerkörpern 26, 30 ist jeweils eine
Axialfelddichtung 36 angeordnet, die in der folgenden Figur
näher erläutert ist.
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2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt I der Zahnradmaschine 1 im
Bereich der Axialfelddichtung 36 aus 1,
wobei die Darstellung um 90° im Uhrzeigersinn gedreht ist.
Die Axialfelddichtung 36 weist ein Dichtungselement 38 auf,
das von einem L-förmigen Stützelement 40 gestützt
ist. Das Stützelement 40 hat – im Querschnitt
gesehen – dabei einen in etwa parallel zur Boden- bzw.
Deckelplatte 4, 6 aus 1 verlaufenden
Radialschenkel 42 und einen in etwa parallel zu einer Drehachse
der Antriebswelle 8 aus 1 verlaufenden
Axialschenkel 44, wobei das Dichtungselement 38 sich
zum Einen an einer Innen- und Stirnkante 46, 48 des
Axialschenkels 44 und zum Anderen an einer Innen- und Stirnkante 50, 51 des
Radialschenkels 42 im Wesentlichen abstützt.
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Das
Dichtungs- und Stützelement 38, 40 sind jeweils
in einer zu der Boden- und Deckelplatte 4, 6 weisenden
Stirnfläche 52 bzw. 53 der jeweiligen
Lagerkörper 24, 28 bzw. 26, 30,
siehe auch 1, eingebrachten Dichtungsausnehmung
bzw. Dichtungsnut 54 aufgenommen. Die Dichtungsnut 54 ist
zum Gleitlager 16 bis 22 (siehe auch 1)
hin offen und wird in der 2 von diesen
und von der Boden- bzw. Deckelplatte 4, 6 begrenzt.
Das Stützelement 40 ist dabei derart in die Dichtungsnut 54 eingesetzt,
so dass eine radiale Außenkante 56 des Radialschenkels 42,
siehe 2, an der in 1 dargestellten Deckelplatte 4 bzw.
Bodenplatte 6 und mit einer axialen Außenkante 57 des
Axialschenkels 44 an den Gleitlagern 16, 20 bzw. 18, 22 in
etwa anliegt.
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In 3 ist
ein Schnitt entlang der Linie II-II aus 1 gezeigt,
wobei nur der Lagerkörper 24 und das Gleitlager 16 in
einer im Uhrzeigersinn um 90° gedrehten Ansicht dargestellt
sind. Die restlichen Lagerkörper 26 bis 30 aus 1 sind
entsprechend spiegelverkehrt aufgebaut. Die Dichtungsnut 54 ist derart
in den Lagerkörper 24 eingebracht, so dass mit der
Axialfelddichtung 36 aus 1 ein Hoch-
von einem Niederdruckbereich der Zahnradmaschine 1 getrennt
ist. Ein Ringnutabschnitt 60 der Dichtungsnut 54 verläuft
dabei abschnittsweise um das Gleitlager 16 und hat einen
ersten abgewinkelten Endabschnitt 62, der hin zum in der 1 dargestellten
benachbarten Lagerkörper 28 verläuft,
und einen zweiten abgewinkelten Endabschnitt 64, welcher
sich radial weg vom Gleitlager 16 hin bis zum in 1 dargestellten
Maschinengehäuse 2 erstreckt. Problematisch zu
dichtende Bereiche sind im Wesentlichen ein Lagerspalt 66 im
Gleitlager 16 und die durch die abgewinkelten Endabschnitte 62 und 64 zusammen
mit dem Gleitlager 16 jeweils gebildeten Eckbereiche 68 bzw. 70.
Um ein Eindringen bzw. ein Hinterwandern des Dichtungselements 38,
siehe 2, zwischen dem Stützelement 40 und
beispielsweise den Lagerspalt 66 oder den Eckbereichen 68, 70 zu
vermeiden, weist das Stützelement 40 in diesen
Bereichen einen verminderten Querschnitt auf, was in der folgenden 4 näher
erläutert ist.
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In 4 ist
das brillenförmige Stützelement 40 in
einer Untersicht gezeigt. Es sind dabei die radialen Stirn- und
Innenkanten 48, 50 sichtbar. Die Umfangsform des
Stützelements 40 und des in dieser 4 nicht
dargestellten Dichtungselements 38 (siehe 2)
entspricht im Wesentlichen der Form der Dichtungsnut 54 aus 3 bei
zwei nebeneinander angeordneten Lagerkörpern 24, 28 bzw. 26, 30 (siehe 1 und 3).
Zwei Ringabschnitte 72, 74 des Stützelements 40 umlaufen
dabei die Gleitlager 16, 20 bzw. 18, 22 (siehe 1 und 3).
Ein Verbindungssteg 75 verbindet die Ringabschnitte 72, 74 und
erstreckt sich jeweils zwischen zwei der Lagerkörper 24, 28 bzw. 26, 30.
Endabschnitte 76, 78 knicken radial an den Ringabschnitten 72, 74 jeweils von
den Gleitlagern 16, 20, 18 bzw. 22 nach
außen weg.
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Das
Stützelement 40 weist nun mehrere Bereiche mit
einem verminderten Querschnitt zur lokalen Verringerung der mechanischen
Steifigkeit und Erhöhung der Elastizität auf.
Abschnitte mit einem verminderten Querschnitt sind im Wesentlichen
dort angeordnet, wo das Stützelement 40 an problematisch
zu dichtenden Bereichen, wie in 3 erläutert, anliegt.
Die verminderten Querschnittsbereiche sind im Wesentlichen erste
Knickbereiche 80, 82 zwischen den Ringabschnitten 72 und 74 und
den Endabschnitten 76 bzw. 78, zweite Knickbereiche 84, 86 zwischen
dem Verbindungssteg 75 und den Ringabschnitten 72, 74 und
Ringbereiche 88, 90 etwa auf halber Ersteckungslänge
eines jeweiligen Ringabschnitts 72, 74. Die verminderten
Querschnittsbereiche 80, 82, 84, 86, 88 und 90 werden
in der folgenden 5a genauer aufgezeigt.
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5a zeigt
einen Schnitt entlang der Linie III-III und 5b einen
Schnitt entlang der Linie IV-IV jeweils aus der 4.
Im Vergleich von der 5a mit der 5b sind
die unterschiedlichen Querschnittsformen des Stützelements 40 aus
der 4 ersichtlich. 5a zeigt
den Querschnitt in den verminderten Querschnittsbereichen 80, 82, 84, 86, 88 und 90.
Der Querschnitt des Axialschenkels 44 ist hierbei in etwa
trapezförmig ausgebildet und hat eine verminderte Querschnittsfläche
gegenüber dem im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildeten
Querschnitt des Axialschenkels 44 aus der 5b.
Die Innenkante 46 ist hierbei mit einem Winkel ε,
beispielsweise 30°, was der Schnittwinkel zwischen Außenkante 57 und
Innenkante 46 ist, angewinkelt, so dass die Stirnkante 48 des
Axialschenkels 44 verkleinert ist. Die mechanische Steifigkeit
des Axialschenkels 44 in 5a nimmt
somit in Richtung der verkleinerten Stirnkante 48 ab. Die
Radialschenkel 40 bei beiden Querschnitten in 5a und 5b in
etwa rechtwinklig. Um einen Anhaltspunkt für die geometrischen
Querschnittsabmessungen des verminderten Querschnitt in 5a im
Vergleich zu dem nicht verminderten Querschnitt in 5b zu
bekommen, werden im Folgenden einige Werte bezeichnet. Beiden Querschnitten
gemeinsam sind die Breite a ≈ 0,5 mm und die Höhe
b ≈ 1,3 mm des Axialschenkels 40, und die Höhe
c ≈ 1,6 mm des Radialschenkels 44. Die minimale
Breite d1 des Axialschenkels 40 aus 5a beträgt
in etwa 0,2 cm und die Breite d2 des Axialschenkels 40 aus 5b in
etwa 0,8 cm.
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Durch
den verminderten Querschnitt und die geringere mechanische Steifigkeit
in den Bereichen 80, 82, 84, 86, 88 und 90 kann
sich das Stützelement 40 aus der 4 besser
in die Lagerspalte 66 der Gleitlager 16 und in
die Eckbereiche 68 bzw. 70 aus 3 einpassen
und einschmiegen. Ein Hinterwandern des Stützelements 40 von
dem Dichtelement 38 aus 2 ist nicht
oder kaum mehr möglich. Das Stützelement 40 ist
einerseits insgesamt steif genug, um die hydraulische Last zu tragen
und andererseits flexibel genug, um Spalte zu schließen
und Dichtungsverschleiß vorzubeugen.
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Offenbart
ist eine hydraulische Zahnradmaschine, die ein Gehäuse
zum Aufnehmen zweier miteinander kämmender und in Lagerbuchsen
gelagerter Zahnräder hat. Das Gehäuse ist stirnseitig
jeweils mit Gehäusedeckeln verschlossen. Bei der Zahnradmaschine
ist dabei ein Dichtungselement vorgesehen, dass von einem Stützelement
gestützt ist. Das Stützelement hat abschnittsweise
in Längserstreckung zumindest einen verminderten Querschnitt
zur lokalen Verringerung der mechanischen Steifigkeit.
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- 1
- Zahnradmaschine
- 2
- Maschinengehäuse
- 4
- Bodenplatte
- 6
- Deckelplatte
- 8
- Antriebswelle
- 10
- Zahnrad
- 12
- Zahnrad
- 14
- Achse
- 16
- Gleitlager
- 18
- Gleitlager
- 20
- Gleitlager
- 22
- Gleitlager
- 24
- Lagerkörper
- 26
- Lagerkörper
- 28
- Lagerkörper
- 30
- Lagerkörper
- 32
- Bolzen
- 34
- Bolzen
- 36
- Axialfelddichtung
- 38
- Dichtungselement
- 40
- Stützelement
- 42
- Radialschenkel
- 44
- Axialschenkel
- 46
- Innenkante
- 48
- Stirnkante
- 50
- Innenkante
- 51
- Stirnkante
- 52
- Stirnfläche
- 53
- Stirnfläche
- 54
- Dichtungsnut
- 56
- Außenkante
- 57
- Außenkante
- 60
- Ringnutabschnitt
- 62
- Endabschnitt
- 64
- Endabschnitt
- 66
- Lagerspalt
- 68
- Eckbereich
- 70
- Eckbereich
- 72
- Ringabschnitt
- 74
- Ringabschnitt
- 75
- Verbindungssteg
- 76
- Endabschnitt
- 78
- Endabschnitt
- 80
- Knickbereich
- 82
- Knickbereich
- 84
- Knickbereich
- 86
- Knickbereich
- 88
- Ringbereich
- 90
- Ringbereich
- a
- Breite
- b
- Höhe
- c
- Höhe
- d1
- Breite
- d2
- Breite
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10104621
A1 [0002]
- - DE 10118055 A1 [0004]