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Zahnradpumpe oder Zahnradniotor Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe
oder einen Zahnradmotor mit Rädern im AuUneingriff und mit mindestens auf einer
Seite der Zahnräder durch Förderdruckbeaufschlagung an die Zahnradseitenflächen
angedrückten, axial beweglichen Gehäusewänden, insbesondere Lagerbuchsen, mit Bogennuten,
die zwischen den Lagerbohrungen und den Zahnfußkreisen der Zahnräder verlaufen und
mit einer Verbindungsnut über die Eingriffstelle der Zahnräder hinweg miteinander
verbunden sind.
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Diese Gehäuszwände sind z. B. Teile von Flanschbuchsen, von denen
jede ein Lager für eine Zahnradwelle bildet und mit der Vorderseite ihres Flanschs
auf der Seitenfläche eines Zahnrades anliegt, während, wenigstens bei den Buchsen
auf einer Seite der Zahnräder, die Rückseite des Flanschs unter einem Druck steht,
welcher die Buchse gegen das Zahnrad schiebt. Dieser Druck hat die Aufgabe, das
Spiel zwischen den Zahnrädern und den Gehäusewänden so klein wie möglich zu halten,
so daß durch dieses Spiel keine Flüssigkeit verloren geht; andererseits sollen die
Gehäusewände auch, soweit notwendig, nachgiebig sein, damit die Zahnräder nicht
anfressen.
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Es ist bekannt, in der Stirnseite einer solchen Buchse, ausgehend
von einer ständig mit der Druckseite der Maschine verbundenen Tasche, eine Nut nahezu
rings um das Zahnradlager herum zwischen diesem und dem Bereich der Zahnlücken anzuordnen.
Das bringt Verluste durch Abströmen von Leckflüssigkeit aus der Nut auf der Niederdruckseite
mit sich. Außerdem ist die von der Ringnut aus auf die Lagerbuchsen einwirkende
Kraft symmetrisch zu deren Lagerachse, während die Kraft der Flüssigkeit auf der
Hochdruckseite exzentrisch zu dieser Achse angreift, dadurch kippend auf die Lagerbuchsen
einwirkt und diese im Gehäuse verkleminen kann, wonach sie sich nicht mehr axial
an die Seitenflächen der Räder anschmiegen können. Durch dieses insbesondere unsymmetrische
Andrücken kann auch der Schmierfilm abgequetscht werden; dem kann der im wesentlichen
gleichbleibende Druck in der Ringnut nur ungenügend entgegenwirken.
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Weiter ist bekannt, in den Stirnseiten der Lagerbuchsen unmittelbar
um das Wellenlager herum laufende Aussparungen vorzusehen und diese mit Nuten zu
verbinden, die auf der Saugseite der Maschine parallel zu der die Zahnräder verbindenden
Ebene verlaufen. Diese Anordnung kann lediglich zum Schmieren dienen, trägt aber
nichts zum Ausgleich der kippenden Kräfte bei.
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Ferner ist bekannt, in der Stirnseite der Lagerbuchsen im Bereich
der Zahnradnaben bogenförmige Nuten anzuordnen, die etwa einen Winkelbereich von
100' einnehmen, auf der Druckseite liegen und durch eine besondere Nut längs
des Lagers entlastet sind. Die Bogennuten haben den Zweck, eine zusätzliche Entlastungsfläche
zu schaffen, da die Größe der Andruckfläche auf der Rückseite des Buchsenflansches
begrenzt ist. Wegen der nur kleinen überdeckung zwischen den Zahnlücken und der
Nut müssen dabei Leckverluste in Kauf genommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das auf die Lagerbuchsen
wirkende Kippmoment auf einfache Weise zu kompensieren und so das Verklemmen der
Lagerbuchsen im Gehäuse zu verhindern. Insbesondere ist es auch eine Aufgabe der
Erfindung, die Schmierung der Zahnradstimseiten und Zahnradwellen zu verbessern,
ohne dadurch die Leckverluste nennenswert zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird deshalb
die Zahnradmaschine so ausgebildet, daß die Bogennuten auf der Niederdruckseite
in den die Seitenflächen der Zahnräder berührenden Wandflächen eingearbeitet sind
und sich über einen Winkelbereich von weniger als 180' erstrecken, und daß
die Verbindungsnut so im Bereich zwischen den Drehachsen der beiden Zahnräder liegt,
daß sie zeitweise mit der Hochdrucks#eite und zeitweise mit der Niederdruckseite
der Maschine in Verbindung steht, so daß in den Bogennuten ein pulsierender Druck
herrscht.
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Der Mittelwert des pulsierenden Drucks ist wesentlich größer als der
Saugdruck der Maschine, so daß das an den Bogennuten entstehende Druckfeld dem Druck
der Flüssigkeit auf der Hochdruckseite entgegenwirkt und das Kippmoment auf der
Laufbuchse mindestens nahezu ausgleicht. Die Lagerbuchsen können daher ungehindert
dem Andruck auf die Zahnräder hin folgen und deren Seitenflächen dichtend abdecken.
Die Druckspitzen in den Bogennuten stellen stets ein etwa durch Andruck der Buchsen
sich einengendes Druckfeld wieder her, wenn auch der
Mittelwert
des Drucks nicht in dieser Höhe liegt. Wegen des niedriger liegenden Druckmittelwerts
bleiben aber die Leckverluste verhältnismäßig klein.
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Hinsichtlich der Form und Lage der Nuten wird in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die durch die beiden Zahnradachsen bestimmte
Ebene durch die Verbindungsnut geht, und daß ferner die Bogennuten von der durch
die Zahnradachsen gelegten Mittelebene ausgehen und jeweils einen Bogen von vorzugsweise
160-- beschreiben.
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Es ist demnach möglich, auch für hoch belastete Pumpen, von den erwähnten
Nuten und je einer seitlichen Abflachung abgesehen, kreissymmetrisch ausgebildete
Lagerbuchsen zu verwenden, die einfach herzustellen sind, da keine zu den Lagerbohrungen
exzentrischen Flächen bearbeitet werden müssen.
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Zur Erreichung einer ausreichenden und gleichmäßigen Schmierung, besonders
für die Zahnradwellen, sind in die den Zahnrädern zugewandten Enden der Lagerbohrungen
Ausnehmungen eingearbeitet, die durch Längsnuten der Lagerbohrungen mit mit Flüssigkeit
gefüllten Gehäusehohlräumen an den den Zahnrädern abgelegenen Enden der Lagerbohrungen
verbunden sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt: F i g. 1 einen Längsschnitt einer Pumpe gemäß der Linie 14 in F
i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt durch die Pumpe gemäß der Linie
11-11 in F i g. 1.
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Die Pumpe nach F ig. 1 besteht aus einem Gehäuse, das in einen
Hauptteil 1 und einen Deckel 2 unterteilt ist. In Bohrungen 3 und
4 des Hauptteils sind als Flanschbuchsen ausgebildete Lagerbuchsen 5 und
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passend und unverschiebbar eingesetzt. Sie liegen mit Abflachungen
7 aufeinander. In den Lagerbohrungen 8 und 9 dieser Buchsen
sind die Wellen 10
und 11 von zwei Zahnrädern 12 und 13 gelagert.
Die entgegengesetzten Seiten der Zahnradwellen sind in Lagerbohrungen 14 und
15 von Flanschbuchsen 16
und 17 gelagert, die dicht, aber axial
beweglich in die Bohrungen 3 und 4 eingeschoben sind. Der Deckel 2 ist mit
Bohrungen 18, 19 über die auswärts gerichteten Teile der Flanschbuchsen
16 und 17 geschoben und gegen diese durch Dichtringe 20, 21 abgedichtet,
so daß zwischen dem Deckel 2 und den auswärts gerichteten Seiten der Flanschen dieser
Buchsen 16 und 17 ein abgeteilter Druckraum 22 entsteht. Dieser Druckraum
ist durch eine nicht dargestellte Bohrung mit der Druckseite der Pumpe verbunden.
Die Welle 10 ist durch den Deckel 2 hindurchgesteckt und hat auf ihrem herausragenden
Teil eine zum Aufsetzen eines Antriebsrades geeignete Sitzfläche 23. Die
Austrittsstelle der Welle aus dem Deckel 2 ist mit einer Dichtung 24 abgeschlossen.
Der innerhalb dieser Dichtung liegende Raum ist unmittelbar mit dem auswärts gerichteten
Teil der Bohrung 18 und durch eine Längsbohrung 25 der Welle
11 mit den auswärts gerichteten Enden der Bohrungen 3 und 4 verbunden.
Von diesen Räumen führt ein Kanal 26 über ein nicht dargestelltes federbelastetes
Rückschlagventil zur Saugseite der Pumpe, so daß sich in diesen Räumen ein geringer
überdruck einstellt.
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Der in dem Raum 22 herrschende Druck, der gemäß dem oben Erläuterten
dem jeweiligen Förderdruck oder Arbeitsdruck der Maschine entspricht, schiebt die
Flanschbuchsen 16 und 17 in Richtung auf die Zahnräder 12 und
13, so daß diese ihrerseits gegen die Flanschbuchsen 5 und
6 gedrückt werden. Zwischen den Zahnrädern und den diesen zugewandten Stirnflächen
der Flanschbuchsen stellt sich daher stets das geringstmögliche Spiel ein.
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Die Stirnseiten 27 und 28 der Flanschbuchsen
16
und 17 sind in F i g. 2 wiedergegeben. Sie haben an den zueinander
gerichteten Abschnitten gemeinsame Taschen 29 und 30. Beide führen
bis nahe an die Symmetrieebene heran, welche die Achsen der Zahnräder 12 und
13 verbindet. Die Tasche 29 ist mit dem Einlaß 31, das heißt
der Saugseite, und die Tasche 30
mit dem Auslaß 32, das heißt der Druckseite
der Pumpe verbunden.
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In der die Achsen der beiden Zahnräder verbindenden Symmetrieebene
ist eine gerade Nut 36 in die Stirnseiten eingearbeitet, die nicht bis zu
den Lagerbohrungen durchgeführt ist, sondern an beiden Enden in bogenfönnige Nuten
37 und 38 übergeht. Diese Bogennuten verlaufen auf der Saugseite der
Pumpe konzentrisch zu den Zahnradachsen und nehmen nicht ganz einen Halbkreis, zweckmäßigerweise
einen Winkel von 160 -, ein.
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Um die Mündungen der Lagerbohrungen 14,15 sind Ausnehmungen
39, 40 eingedreht, die aber mit der Nut 36 nicht verbunden sind. Von
den Ausnehmungen führen Längsnuten 41 und 42 den Lagerbohrungen entlang zu den unter
dem niedrigen Zwischendruck stehenden Hohlräumen an den den Zahnrädern abgelegenen
Enden der Lagerbohrungen 8, 9 bzw. 14, 15, also den in den auswärts
gerichteten Enden der Bohrungen 3, 4, 18 und 19 verbleibenden
Gehäusehohlräumen. Die Lager der Zahnräder werden also von diesen Räumen her mit
Schmierflüssigkeit versorgt.
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Der Deckel 2 ist mit Schrauben 43 an dem Hauptteil 1 des Gehäuses
befestigt.
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Beim Betrieb der Pumpe wird die gerade Nut 36
durch die ineinander
greifenden Zähne wechselweise mit der Saugseite und der Druckseite der Pumpe verbunden.
In den Nuten 36 bis 38 herrscht daher ein pulsierender Druck,. der
im Mittelwert unter dem Förderdruck, aber über dem Saugdruck und auch über dem in
den Enden der Bohrungen 3 und 4 vorhandenen Zwischendruck liegt. Dieser pulsierende
Druck bewirkt, daß trotz des verhältnismäßig hohen Anpreßdrucks, mit dem die Flanschbuchsen
und die Zahnräder aufeinanderliegen, immer von neuem ein Schmierfilm zwischen diesen
Teilen entsteht. Dadurch wird stets die flüssige Reibung aufrechterhalten, so daß
keine Leistungsverluste auftreten und die Räder auch nicht festfressen können. Die
Flanschbuchsen 1.6, 17 werden dabei geschont, so daß sie nur mit geringen
Kräften gegen die Wand der Bohrungen 3
und 4 gedrückt und nur wenig hin- und
herbewegt werden. Das Spiel in diesen Bohrungen bleibt daher eng, so daß auf diesem
Wege keine Druckflüssigkeit verloren geht. Die bogenförmigen Nuten 37 und
38
liegen innerhalb der Fußkreise, d. h. des Zahngrundes der Zahnräder
12 und 13, sind also lediglich durch das Spiel zwischen den Zahnradseitenflächen
und den den Zahnrädern zugekehrten Stirnflächen der Lagerbuchsen 5, 6 und
16, 17 mit Stellen niedrigen Drucks verbunden.
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Die Rückseiten der zu den Flanschenbuchsen 16
und
17 gehörenden Flansche stehen am ganzen Umfang unter gleichmäßigem, verhältnismäßig
hohem Druck. Die in F i g. 2 dargestellte Vorderseite steht dagegen auf der
Saugseite der Pumpe unter geringem,
auf der Druckseite unter hohem
Druck. Diese Druckunterschiede rufen ein Kippmoment auf die Flanschbuchsen hervor,
das zu einem Verklemmen der Flanschbuchsen in den Bohrungen 3 und 4 führen
könnte. Die Flanschbuchsen würden dann dem Druck auf ihre Rückseite nicht mehr folgen
und das axiale Spiel der Zahnräder nicht mehr klein halten können. Dieser Gefahr
wirken die bogenfönnigen Nuten 37
und 38 entgegen. Der mittlere, in
ihnen herrschende Druck ist erheblich höher als der Saugdruck der Pumpe. Er übt
daher auf die zur Saugseite hin gelegene Hälfte der Flanschbuchsen einen Druck aus,
der dem Druck auf der anderen Seite mindestens nahezu das Gleichgewicht hält. Die
auf die Flanschbuchsen wirkenden Momente werden dadurch mindestens nahezu ausgeglichen,
und die Flanschbuchsen können jedef Druck- oder Spielveränderung folgen.
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Außerdem verbessern die Bogennuten die Verteilung des schmierenden
öls, da dieses vom Ende der Nuten aus von den Zahnrädern noch über den ganzen Umfang
hinweg mitgenommen wird.
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Auch die Stirnseiten der Flanschbuchsen 5 und 6
können
mit entsprechenden Nuten versehen sein.
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Die mit den Nuten versehenen Wandflächen müssen nicht unbedingt Stirnflächen
von Flanschbuchsen sein, wie es am Ausführungsbeispiel nach der Zeichnung gezeigt
ist. Sie können auch Stirnflächen von verhältnismäßig kräftig ausgeführten, nicht
abgesetzten Buchsen oder Stimflächen anderer, beweglich ein-(yesetzter Gehäuseteile
sein.
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Die gleichen Verhältnisse ergeben sich bei einem hydraulischen Motor
mit entsprechender Bauart. Bei ihm besteht die gleiche Aufgabe und sie kann mit
den il cr eichen Bauforinen gelöst werden. In den dargestellten Zeichnungen ist
lediglich die Drehrichtung der Zahnräder im umoekehrten Sinne anzunehmen.
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