DE19528631C2 - Zahnradmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1. Eine derartige Zahnradmaschine ist aus dem DE-GM 17 88 270 bereits bekannt. Diese Zahnradmaschine weist zur Verringerung des Axialspiels ihrer Zahnräder an den Innenflächen der Bohrungen ihrer Lagerelemente eine einzelne Nut auf, die zusammen mit den Achsen bzw. Wellen der Zahnradmaschine einen mit Überdruck beaufschlagten Hohlraum begrenzt. Die Nut ist dabei so angeordnet, daß am Lagerelement eine elastisch verformbare Randzone entsteht. Eine derartige Ausbildung der Lagerelemente verursacht allerdings eine erhöhte Druckmittelleckage aus dem Hohlraum entlang der Achse bzw. der Welle.

Die Druckschrift US 4 605 363 offenbart eine Zahnradmaschine, deren Lagerelemente jeweils zwei voneinander unabhängige Nuten am Außenumfang aufweisen. Diese Nuten verlaufen in senkrecht zur Durchströmungsrichtung der Zahnradmaschine liegenden Ebenen und sind in Abhängigkeit von ihrer Anordnung mit Hoch- bzw. mit Niederdruck beaufschlagt. Durch die von den Nuten erzeugte Elastizität der Lagerelemente verbessert sich das Verschleißverhalten der Zahnradmaschine. Die Abdichtung der hochdruckbeaufschlagten Zahnzwischenräume ist jedoch infolge der Ausbildung der Nut nicht optimal, was eine Verschlechterung des Wirkungsgrads der Zahnradmaschine zur Folge hat.

Aus der DE 36 05 246 A1 ist es bekannt, zur stirnseitigen Abdichtung der Zahnzwischenräume eine Druckplatte einzusetzen, die auf einer Seite der Zahnräder in der Gehäuseausnehmung beweglich angeordnet ist. Die auf der Druckplatte ausgebildeten äußeren Druckfelder sind durch gehäuseseitige Dichtringe nach außen abgedichtet. Durch Nuten abgetrennte Zonen auf der Dichtplatte, die sich relativ zur übrigen Dichtplatte elastisch verformen, sind in dieser relativ aufwendig bauenden Ausführung einer Zahnradmaschine nicht vorhanden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf Grund der Verlagerung der Druckfelder von der Stirnseite der Lagerelemente in deren äußeren Umfangsfläche elastische Dichtungen entfallen können. Dadurch weist die Zahnradmaschine eine relativ geringe Anzahl von Einzelteilen auf und läßt sich automatisch montieren. Dies senkt Kosten für das Material und die Montage.

Weiterhin wird durch die kompakte Bauweise ein geringeres Bauvolumen erreicht. Die Zahnradmaschine hat ein besonders niedriges Gewicht, wenn das Gehäuse und die Lagerelemente aus thermoplastischem Material, insbesondere aus Polyamid, z. B. PA 6.6, hergestellt werden. Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse der Zahnradmaschine und den Lagerelementen läßt sich durch ein geeignetes Schweißverfahren kostengünstig und relativ einfach herstellen. Dadurch werden die Bauteile dauerhaft miteinander verbunden und Undichtigkeiten nach außen vermieden. Zudem läßt sich die Schweißung vollautomatisch durchführen.

Abdeckscheiben, die die nach außen offenen Enden der Bohrungen in den Lagerelementen verschließen, verhindern die Verschmutzung der Zahnradmaschine von außen.

Der von den Abdeckscheiben zusammen mit den Wellenenden und den Lagerelementen begrenzte Raum bietet durch eine Verbindung mit dem Sauganschluß der Zahnradmaschine zusätzlich die Möglichkeit zur Abführung von etwaigem Leckageöl.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen oder der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel in Richtung der Achse II-II,

Fig. 3 einen Querschnitt in Richtung der Achse III-III und

Fig. 4 einen Querschnitt in Richtung der Achse IV-IV, jewewils nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Zahnradmaschine 10, deren Gehäuse 11 eine durchgehende Ausnehmung 12 aufweist. In der Ausnehmung 12 ist ein Zahnradpaar 13 angeordnet, dessen Zahnräder 14 und 15 im Außeneingriff miteinander kämmen. In den Zahnzwischenräumen der Zahnräder 14, 15 wird ein Druckmittel von einem in Fig. 2 dargestellten Sauganschluß 31 zu einem Druckanschluß 32 gefördert. Das angetriebene Zahnrad 14 ist dazu drehfest mit einer nach außen ragenden Antriebswelle 17 verbunden. Das mit dem Zahnrad 14 kämmende Zahnrad 15 ist auf einer Lagerwelle 18 angeordnet. Die Lagerwelle 18 und die Antriebswelle 17 sind in zwei einteiligen Lagerelementen 19, 20 gelagert, in denen zu diesem Zweck zwei durchgehende Bohrungen 22, 23 ausgebildet sind. Ein Dichtelement 25 dichtet die Bohrung 22 gegenüber der Antriebswelle 17 nach außen hin ab. Die anderen, dem Zahnradpaar 13 abgewandten Öffnungen der Bohrungen 22, 23 sind von Abdeckscheiben 24 verschlossen. Gegebenenfalls wären die Bohrungen 22 und 23 auch als Sacklochbohrungen denkbar, so daß die Abdeckscheiben 24 entfallen könnten.

Die Lagerelemente 19, 20 liegen mit ihren Außenkonturen an der Wand der Ausnehmung 12 an und sind mittels Schweißungen 26 druckdicht mit dem Gehäuse 11 verbunden.

Das Gehäuse 11, als auch die Lagerelemente 19, 20 können sowohl in Metall als auch in thermoplastischem Kunststoff ausgeführt sein. Bei der gewichtssparenden Kunststoffversion empfiehlt sich für die Schweißung 26 ein Ultraschall- oder ein Laserschweißverfahren, oder wenn thermische Belastungen der Bauteile nicht erwünscht sind, ein Klebeverfahren. Die beiden Lagerelemente 19, 20 weisen jeweils erste, entlang ihrer Außenkontur umlaufende Nuten 28 auf. Diese Nuten 28 sind im Bereich des Wellenendes der Lagerwelle 18 bzw. der Antriebswelle 17 angeordnet und liegen sich spiegelbildlich zur Mittelachse durch das Zahnradpaar 13 gegenüber. Die Breite b der Nuten 28 beträgt ca. 20% der Breite eines Lagerelements. Die Tiefe t der Nuten 28 varriert, wie in Fig. 3 dargestellt, entlang der Außenkontur der Lagerelemente zwischen 50% und 75% der maximal vorhandenen Wandung um die Bohrungen 22, 23.

Zusammen mit dem Gehäuse 11 bilden die Nuten 28 Hohlräume 36 aus. Diese Hohlräume 36 stehen durch eine erste Verbindungsbohrung 38 mit dem Druckanschluß 32 der Zahnradmaschine 10 in Verbindung und sind, wie Fig. 3 zeigt, auch im Bereich zwischen der Antriebswelle 17 und der Lagerwelle 18 fortgeführt. Die Hohlräume 36 sind somit in sich geschlossen und umgeben die Wandungen 52, 53 der Bohrungen 22, 23.

Entlang der Innenwand der Bohrungen 22, 23 sind zweite, versetzt zu den Nuten 28 angeordnete, umlaufende Nuten 29 ausgebildet. Sie sind etwa in der Mitte der Lagerelemente 19, 20 angeordnet und entsprechen in ihrer Tiefe und Breite in etwa den Nuten 28. Die zweiten Nuten 29 bilden zusammen mit der Lagerwelle 18 oder mit der Antriebswelle 17 zweite Hohlräume 37 aus. Diese sind, wie Fig. 4 dargestellt, durch zweite Verbindungsbohrungen 39 mit dem Sauganschluß 31 der Zahnradmaschine 10 gekoppelt. Auch die zweiten Hohlräume 37 setzen sich im Bereich zwischen der Antriebswelle 17 und der Lagerwelle 18 fort und umschließen die Antriebswelle 17 und die Lagerwelle 18 vollständig.

Durch die Ausbildung und Anordnung der Nuten 28, 29 wird die Stabilität der Lagerelemente 19, 20 geschwächt. Aufgrund der Druckwirkung in den Hohlräumen 36, 37 beim Betrieb der Zahnradmaschine 10 verformen sich die Lagerelemente 19, 20 elastisch.

Wird die Antriebswelle 17 von einem nicht dargestellten Antriebsmotor in Drehbewegung versetzt, so wird in den Zahnzwischenräumen der Zahnräder 14, 15 Druckmittel von einem Sauganschluß 31 zu einem Druckanschluß 32 gefördert. Gleichzeitig erfolgt im Druckmittel ein Druckaufbau.

Aus dem Druckniveau im Druckmittel resultieren hydraulische Kräfte auf die Lagerelemente 19, 20.

Eine erste Kraftwirkung auf die Lagerelemente 19, 20 ergibt sich aus den druckseitigen Zahnkammern des Zahnradpaars 13. Die Resultierende dieser Kraftwirkung ist vom Zahnradpaar 13 weg gerichtet und greift an einem Punkt der Lagerelemente 19, 20 an, der sich auf der Symmetrielinie zwischen den beiden Bohrungen 22, 23 befindet und zum Druckanschluß 32 der Zahnradmaschine 10 hin versetzt liegt. Da die Lagerelemente 19, 20 in axialer Richtung durch die Schweißung 26 mit dem Gehäuse 11 der Zahnradmaschine 10 fest verbunden sind und in radialer Richtung von der Innenwand der Ausnehmung 12 abgestützt werden, bewirkt diese erste Kraftwirkung ein Stauchen der Lagerelemente 19, 20.

Eine zweite Kraftwirkung auf die Lagerelemente 19, 20 ergibt sich aus dem Druckniveau des Druckmittels, das sich im Hohlraum 36, der mit dem Druckanschluß 32 der Zahnradmaschine 10 zusammenwirkt, befindet. Die Resultierende dieser zweiten Kraftwirkung ist entgegegesetzt zur Resultierenden der ersten Kraftwirkung gerichtet. Auf Grund der größer dimensionierten, mit Druckmittel beaufschlagten Fläche ist die zweite Resultierende um etwa 3% größer als die erste Resultierende.

Für die Lagerelemente 19, 20 ergibt sich demnach eine elastische Dehnung in Richtung des Zahnradpaars 13.

Das zwischen dem Zahnradpaar 13 und den Lagerelementen 19, 20 erforderliche axiale Laufspiel wird dadurch minimiert, was zu einer besseren axialen Abdichtung der mit Druckmittel gefüllten Zahnkammern führt. Dies wirkt sich in einem höheren volumetrischen Wirkungsgrad der Zahnradmaschine 10 aus.

Zur Vermeidung von unerwünschten Kippmomenten auf die Lagerelemente 19, 20 müssen die Resultierenden der beiden Kraftwirkungen auf einer gemeinsamen Wirkungslinie liegen.

Da der Angriffspunkt der ersten Resultierenden, wie bereits erwähnt, zum Druckanschluß 32 hin versetzt ist, muß auch der Angriffspunkt der zweiten Resultierenden entsprechend versetzt liegen. Dies wird durch eine asymmetrische Ausgestaltung des Hohlraums 36 erreicht. Dazu werden die im Hohlraum 36 ausgebildeten Wandungen 51, 52 um die Bohrungen 22, 23 in Umfangsrichtung unterschiedlich breit ausgeführt.

Auf Grund des erforderlichen Laufspiels zwischen dem Zahnradpaar 13 und den Lagerelementen 19, 20 kann eine geringe Druckmittelleckage aus den Zahnkammern nicht gänzlich vermieden werden. Diese Leckage wird über den Hohlraum 37 zum damit verbundenen Sauganschluß 31 der Zahnradmaschine 10 abgeführt.

Um eine Druckmittelleckage nach außen sicher auszuschließen sind zusätzlich die von den Bohrungen 22, 23, den Abdeckscheiben 24 und den Wellenenden der Antriebs- bzw. Lagerwelle 17, 18 begrenzten Räume mit dem Sauganschluß 31 der Zahnradmaschine 10 verbunden.

Claims (10)

1. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor), deren Gehäuse (11) eine durchgehende Ausnehmung (12) aufweist, in der wenigstens eine Zahnradanordnung (13) aus wenigstens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern (14, 15) angeordnet ist, in deren Zahnzwischenräumen ein Druckmittel von einem ersten Anschluß (31) zu einem zweiten Anschluß (32) der Zahnradmaschine (10) strömt, wobei das drehmomentübertragende Zahnrad (14) drehfest auf einer aus dem Gehäuse (11) ragenden Welle (17) und das nicht- drehmomentübertragende Zahnrad (15) auf einer innerhalb der Ausnehmung (12) befindlichen Achse (18) gelagert ist, wobei die Welle (17) und die Achse (18) in Bohrungen (22, 23) geführt sind, die in Lagerelementen (19, 20) ausgebildet sind, die die Ausnehmung (12) des Gehäuses (11) stirnseitig verschließen und druckdicht mit diesem verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lagerelement (19, 20) an seinem Umfang mindestens eine erste, wenigstens teilweise umlaufende Nut (28) aufweist, die zusammen mit dem Gehäuse (11) der Zahnradmaschine (10) einen ersten Hohlraum (36) begrenzt, der mit dem hochdruckseitigen Anschluß (32) der Zahnradmaschine (10) verbunden ist und dessen Querschnittsfläche größer ist, als die des mit Hochdruck beaufschlagten und den Zahnrädern (14, 15) zugewandten Bereichs der Stirnfläche der Lagerelemente (19, 20) und dessen Flächenschwerpunkt mit dem des hochdruckbeaufschlagten Bereichs der Stirnfläche auf einer parallel zur Achsrichtung der Zahnradmaschine (10) verlaufenden Linie liegt, so daß der hydrostatische Druck im Hohlraum (36) die Lagerelemente (19, 20) während des Betriebs der Zahnradmaschine (10) zur stirnseitigen Abdichtung der Zahnzwischenräume wenigstens teilweise elastisch in Richtung der Zahnräder (14, 15) verformt, und daß jedes Lagerelement (19, 20) an den Wandungen seiner Bohrungen (22, 23) mindestens eine zweite, wenigstens teilweise umlaufende Nut (29) aufweist, die zusammen mit den Achsen (18) bzw. Wellen (17) der Zahnradmaschine (10) einen zweiten Hohlraum (37) begrenzt, der mit dem saugseitigen Anschluß (31) der Zahnradmaschine (10) verbunden ist.

2. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (36) die Wandungen der Bohrungen (22, 23) vollständig umschließt.

3. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Bohrungen (22, 23) in Richtung der Belastung der Antriebswelle (17) bzw. der Achse (18) verstärkt ausgebildet sind.

4. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) für die Antriebswelle (17) durch den zweiten Hohlraum (37) mit der Lagerbohrung (23) für die Achse (18) verbunden ist.

5. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (22, 23) als Sacklochbohrungen ausgebildet sind.

6. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Bohrungen (22, 23) auf der, der Zahnradanordnung (13) abgewandten Seite, durch Abdeckscheiben (24) verschlossen sind.

7. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, der von den Abdeckscheiben (24), von der Achse oder der Antriebswelle (18, 17) und von den Lagerelementen (19, 20) begrenzt wird, mit dem Sauganschluß (31) der Zahnradmaschine (10) in Verbindung steht.

8. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (19, 20) und das Gehäuse (11) der Zahnradmaschine (10) aus einem thermoplastischen Material bestehen.

9. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (19, 20) mit dem Gehäuse (11) durch eine Schweißung (26) verbunden sind.

10. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (19, 20) mit dem Gehäuse (11) durch eine Klebung verbunden sind.