DE2349304B2

DE2349304B2 - Mit Druckflüssigkeit betriebener Zahnradmotor

Info

Publication number: DE2349304B2
Application number: DE2349304A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 7000 Stuttgart Dworak; Karl-Heinz Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1980-11-06
Also published as: JPS60124589U; DE2349304A1; US3975124A; DE2349304C3; GB1462967A; JPS5061547A; FR2246188A5

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Druckflüssigkeit betriebenen Zahnradmotor, bei dem mindestens auf einer Seite der Zahnräder an deren Stirnseiten anliegende Dicht- und Lagerkörper angeordnet sind, die durch ein von einem Ventil gesteuertes Druckfeld derart beaufschlagbar sind, daß im Druckfeld beim Anlaufen des Zahnradmotors Niederdruck, im Betrieb aber Hochdruck herrscht.

Mit einer derartigen Maßnahme wird bei einem bekannten Zahnradmotor erreicht, daß die Reibung zwischen den Dicht- und Lagerkörpern und den dort anliegenden Zahnradstirnseiten herabgesetzt wird, wodurch der Motor ein hohes Drehmoment liefert. Nun wird aber die Druckbelastung erst dann aufgebracht, wenn der Motor eine brauchbare Betriebsdrehzahl erreicht hat. Das hat jedoch den Nachteil, daß beim Anfahren des Motors und Hie pleiehzeitie voreenommene Entlastung des Druckfelds beträchtliche Leckverluste dadurch entstehen, daß das unter hohem Druck dem Motor zugeführte Druckmittel zwischen den Dichtkörpern und Zahnradstirnseiten zur Niederdruckseite abströmen kann. Dies mindert nicht nur den Wirkungsgrad des Zahnradmotors, sondern verschlechtert auch sein Anlaufverhalten, da die Reibungskräfte je im ersten Moment des Anlaufens verringert werden. Die Gefahr eines ruckartigen und verzögerten Anlaufs ist nicht

ι ο auszuschließen (DE-OS 15 03 309).

Es ist weiterhin ein Zahnradmotor bekannt geworden, bei dem zwecks besseren Anlaufverhaltens eine von einem Druckraum her beaufschlagbare Druckplatte angeordnet ist, die durch Flüssigkeitsdruck gegen die Zahnradseitenflächen gepreßt wird. Dieser Druck wird mit Hilfe eines vom Zulaufdruck gesteuerten Druckregelventils gesteuert, und zwar derart, daß beim Starten des Motors die Druckbelastung der Druckplatte verringert wird, wodurch die Reibungsverluste herabgesetzt werden. Erst im weiteren Betriebsablauf wird dann im Druckraum Druck aufgebaut, so daß im eigentlichen Betriebszustand die Druckplatte an die Zahnradseitenflächen angedrückt wird (DE-OS 15 03 311). Abgesehen davon, daß hier eine recht aufwendige Steuerung notwendig ist, dürfte das Anlaufverhalten dieses Motors ebenfalls Schwierigkeiten bereiten, da eine völlige Druckentfastung wohl die Reibungskräfte mindert, aber — wie weiter oben bereits ausgeführt — die Leckverluste im Anfahrstadium vergrößert. Es sollte

3d auch schon beim Anfahren ein Anpreßdruck erzeugt werden.

Es ist zwar an sich bekannt, bei Zahnradpumpen und -motoren Dicht- und Lagerkörper vorzusehen, die durch Flüssigkeitsdruck in mehreren Druckfeldern gegen die Zahnradstirnseiten gedrückt werden. Hierdurch, d. h. durch die spezielle Lage dieser Druckfelder, wird eine besonders gute Kompensation der in der Zahnradmaschine herrschenden Druckkräfte erzielt, jedoch ist der Druck in diesen Druckfeldern nicht

4» steuerbar, d.h. er entspricht im wesentlichen dem Arbeitsdruck, Niederdruck, oder in einem besonderen Falle einem Zwischendruck. Das Anlaufverhalten eines Zahnradmotors kann hierdurch nicht beeinflußt werden (DE-AS 11 96 507, DE-AS 11 34 289).

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Zahnradmotor nach der Gattung des Anspruchs 1 zu

schaffen, der ein besonders gutes Anlaufverhalten zeigt und insbesondere verzögerungs- und ruckfrei anläuft.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

gelöst, daß das Druckfeld mindestens ein Zusatzfeld zu weiteren, von Dichtungen begrenzten Druckfeldern ist, die ebenfalls zwischen, den Dicht- und Lagerkörpern ausgebildet sind und etwa in der Mitte zwischen den Achsen der beiden Zahnräder angeordnet ist, und daß

« das Ventil beim Anlaufvorgang des Motors mehrere Male kurzzeitig zwischen Hochdruck und Niederdruck umschaltbar ist.

Das hat den Vorteil, daß man die die Dicht- oder Lagerkörper gegen die Zahnradstirnseiten anpressenden oder von diesen abhebenden Kräfte ins Gleichgewicht bringen kann, wenn das Zusatzfeld unter Niederdruck steht und entsprechend bemessen wird. Die den Anlauf des Motors behindernden Kräfte werden dadurch wesentlich verkleinert. Außerdem sind

*>5 die Leckverluste im Betrieb gering, wenn das Zusatzfeld unter Hochdruck steht und die anpressenden Kräfte verstärkt. Dies geschieht beim Anlaufen in rhythmischer e. wodurch obengenanntes Resultat erzielt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in ·,

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Zahnradmotor;

Fig.2 einen Querschnitt durch den Zahnradmotor längs U-II;

F i g. 3 em Wegeventil für einen Zahnradmotor nach tu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 in sinnbildlicher Darstellung.

Der Zahnradmotor nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 besitzt ein Gehäuse 1, das beidseitig von Gehäusedeckeln 2, 3 verschlossen ist Schrauben 4 halten Gehäuse 1 und Deckel 2, 3 zusammen. Im Gehäuse f sind zwei einander überschneidende Bohrungen 5', 5" ausgebildet, weiche ein Gehäuseinneres 5 von der Form einer Acht bilden. Im Gehäuseinneren S ist ein Zahnrad 6 mit Wellenzapfen 6', 6" in Nadellagern 7,8 gelagert welche in an den Stirnseiten des Zahnrads dicht anliegenden, in der Bohrung 5' angeordneten Dicht- und Lagerkörpern 9, 10 eingepreßt sind. Der Wellenzapfen 6" des Zahnrades 6 ist als aus dem Gehäuse ragende Abtriebswelle U ausgebildet r> und durch einen im Gehäusedeckel 3 angeordneten Wellendichtring 12 abgedichtet Ein mit dem Zahnrad 6 kämmendes Zahnrad 13 ist mit Wellenzapfen 13', 13" in Nadellagern 14, 15 gelagert welche in an den Stirnseiten des Zahnrades 13 dicht anliegenden, in der jo Bohrung 5" angeordneten Dicht- und Lagerkörpern IG, 17 eingepreßt sind. Zwischen den Dicht- und Lagerkörpern 9, 16 und dem Gehäusedeckel 2 sowie zwischen den Dicht- und Lagerkörpern 10, 17 und dem Gehäusedeckel 3 ist je eine der Form des Gehäuseinneren 5 angepaßte Druckplatte 18,19 angeordnet

Im Gehäusedeckel 2 ist in einer in sich geschlossenen Nut 20' (F i g. 2) eine etwa hanteiförmige Dichtung 20 symmetrisch zu einer die Achsen der beiden Zahnräder 6, 19 verbindenden Linie und symmetrisch zu einer auf dieser Linie senkrecht stehenden, durch deren Mitte gehenden Linie angeordnet. Diese Dichtung verläuft zwischen den Wellenzapfen 6', 13' mit zwei geraden Abschnitten, die einen gegenseitigen Abstand etwa vom Durchmesser der Wellenzapfen 6', 13' haben, parallel zu « der die Zahnräder 6, 13 verbindenden Linie. An den Enden der geraden Abschnitte schwenkt die Dichtung, in Richtung der Verbindungslinie betrachtet von den Wellenzapfen 6', 13' weg in Richtung der Kontur des Gehäuseinneren 5 und schneidet diese. Die Dichtung 20 5u schließt in diesem Abschnitt mit der Verbindungslinie der beiden Zahnradachsen einen Winkel « von etwa 60° ein. An den Schnittpunkten der Dichtung i0 mh der Kontur der Bohrungen 5', 5" geht die Dichtung in einen Radius über, der größer ist als der der Bohrungen 5', 5", v> und dessen Mittelpunkt so angeordnet ist daß zwischen den radiusförmigen Dichtungsabschniuen und der Kontur der Bohrungen 5', 5" jeweils eine sichelförmige Fläche auf der Druckplatte 18 eingeschlossen ist Die Übergänge zwischen den einzelnen Abschnitten der w> Dichtung 20 sind abgerundet

In einer zweiten Nut 2Γ des Gehäusedeckels 2 ist eine kreisförmige, in sich geschlossene Dichtung 21 angeordnet, deren Mittelpunkt auf der Mitte de^r die Achsen der Zahnräder 6, 13 verbindenden Linie liegt und die M zwischen den geraden Abschnitten der Dichtung 20 angeordnet ist. Im Gehäusedeckel 3 ist in gleicher Weise vollkommen entsprechende Dichtung 22 sowie in einer Ringnut 23' eine der Dichtung 21 vollkommen entsprechende Dich tang 23 angeordnet

Die Nut IV bzw. 23' für die Aufnahme einer Dichtung muß jedoch nicht kreisförmig sein und muß auch nicht symmetrisch zur die Achsen der Zahnräder verbindenden Linie sein, wenn nur eine der der Dichtungen 21,23 entsprechende Wirkung ausgeübt wird.

Über den sichelförmig begrenzten Flächen an den Enden der Druckplatte 18 sind Druckfelder 24, 25 ausgebildet die über je eine an den Dicht- und Lagerkörpern 9,16 sowie der Druckplatte 18 ausgebildete, in Achsrichtung der Zahnräder 6, 13 verlaufende Nut 26,27 mit unter Hochdruck stehendem Druckmittel gespeist werden, das von den Zahnlücken der Zahnräder 6,13 abfließen kann. An den Längsseiten der Druckplatte 18 bilden sich zwischen der Kontur des Gehäuseinneren und dem Innenumfang der Dichtung 20 Druckfelder 28, 29 aus, die von Öffnungen 30, 31 gespeist werden, in die je eine Bohrung 30% 31' für den Zu- oder Abfluß von Druckmittel mündet Abhängig davon, ob diese Hoch- oder Niederdrucköffnungen sind, ist das Druckfeld 28 ein Hochdruckfeld und das Druckfeld 29 ein Niederdruckfeld, oder umgekehrt

An den Dicht- und Lagerkörpern 10,17 sowie an der Druckplatte 19 sind Nuten 32, 33 ausgebildet die der Speisung von den Druckfeldern 24, 25 vollkommen entsprechenden, jedoch nicht dargestellten Druckfeldern 24', 25' an den Enden der Druckplatte 19 dienen. Ebenso sind an den Längsseiten der Druckplatte 19 den Druckfeldern 28,29 entsprechende Druckfelder 28', 29" ausgebildet die von den öffnungen 30, 31 gespeist werden und ein Hochdruck- oder Niederdruckfeld sind. Eine vorn Äußeren des Gehäuses 1 ausgehende Bohrung 34 mündet an einer Stelle im Gehäuseinneren, die von unter Hochdruck stehenden Zahnlücken überstrichen wird. Die Bohrung 34 ist durch eine Leitung 35 mit einem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Ventil 36 verbunden. Das Ventil 36 wird von einer Druckfeder 36' in einer ersten Ausgangsstellung I gehalten und ist elektromagnetisch willkürlich betätigbar. Eine hydraulische oder mechanische Betätigung wäre jedoch ebenso anwendbar. Die Dichtungen 21, 23 begrenzen als Zusatzfelder dienende Druckfelder 37, 37' auf den Druckplatten 18, 19, die über Kanäle 38, 39 gespeist werden. Diese münden in eine Bohrung 40, welche über eine Leitung 41 mit dem Ventil 36 verbunden ist Die von den Zahnlücken des Zahnrades 6 zu dessen Achse abfließende Leckflüssigkeit gelangt auf der einen Seite des Zahnrades 6 zu einem Durchbruch 42 in der Druckplatte 18, von wo sie durch einen Kanal 43 zu einer Bohrung 44 für den Abfluß der Leckflüssigkeit gelangt Auf der anderen Seite des Zahnrades gelangt die Leckflüssigkeit zu einer Bohrung 45 für den Durchtritt der Abtriebswelle 11 durch den Gehäusedek kel 3, wo sie sich hinter dem Wellendichtring 12 sammelt. Von da fließt sie durch einen Kanal 46 zu einem Durchbruch 47 in der Druckplatte 19, von wo sie durch eine das Zahnrad 13 und dessen Wellenzapfen in Achsrichtung durchdringende Bohrung 48 und einen Durchbruch 49 der Druckplatte 18 zur Bohrung 44 gelangt Die aus den Zahnlücken des Zahnrades 13 abfließende Leckflüssigkeit gelangt auf der einen Seite des Zahnrades über die Bohrung 48 und den Durchbruch 49, auf der anderen Seite über den Durchbruch 49 in die Bohrung 44, von wo es über eine Leitung 50 zu einem Druckmittelbehälter 51 fließt. Dieser Behälter 51 ist

in einer Nut 22' cImC huntclförmige, der Dichtung 20 durch eine Leitun^a 52 mit dem Ventil 3β verbunden. Oas

Ventil 36 ist so aufgebaut, daß es in einer Schaltstellung I die Leitung 35 mit der Leitung 41 verbindet, während die zum Behälter 51 führende Leitung 52 verschlossen ist In einer zweiten Schaltstellung II des Ventils ist die Leitung 41 mit der zum Behälter führenden Leitung 52 verbunden, während die Leitung 35 verschlossen ist.

Wird dem Zahnradmotor über eine der Bohrungen 30', 3Γ unter Hochdruck stehendes Druckmittel zugeführt, dann werden, abhängig von der Zuflußrichtung des Druckmittels, z. B. auf der Druckplatte 18 die unter Hochdruck stehenden Druckfelder 24, 25 und 28 oder 29 aufgebaut und die Dicht- und Lagerkörper 9,16 gegen die diesen zugewandten Stirnseiten der Zahnräder 6, 13 gepreßt- Die Druckfelder sind so bemessen, daß die von ihnen ausgeübten Anpreßkräfte die Druckkräfte ausgleichen, welche von dem Druckmittel in den unter Hochdruck stehenden Zahnlücken der Zahnräder 6, 13 auf die Dicht- und Lagerkörper 9, 16 ausgeübt werden und ein Abheben derselben von der Zahnradstirnseite bewirken. Die Druckfelder 24', 25', 28' und 37', welche auf der Druckplatte 19 aufgebaut werden, entsprechen ganz den Druckfeldern 24, 25, 28, 29 und 37 auf der Druckplatte 18 und üben die gleiche Wirkung wie diese auf die anderen Stirnseiten der Zahnräder 6, 13 aus. Steht das Druckfeld 37 unter Hochdruck, welches ebenfalls eine über die Platte 18, die Dicht- und Lagerkörper 9,16 anpressende Kraft ausübt, dann überwiegen die Anpreßkräfte bei den Dicht- und Lagerkörpern, so daß diese dicht an den Zahnradstirnseiten anliegen und die Leckverluste gering bleiben. Das gleiche gilt für das Druckfeld 37' auf der Druckplatte 19.

Das Ventil 36 wird durch die Druckfelder 36' in Ausgangsstellung I gehalten. In dieser verbindet es die Leitung 35 mit der Leitung 41, so daß die Druckfelder 37, 37' unter Hochdruck stehen. Die Dicht- und Lagerkörper 9, 10 und 16, 17 werden gegen die Zahnräder 6,13 gepreßt, so daß die Leckverluste gering sind und der für das abverlangte Drehmoment erforderliche Druck sich aufbauen kann. Steht der Zahnradmotor, so wird ein Anlauf erschwert, weil die Reibungskräfte zu groß sind. Soll der Zahnradmotor anlaufen, dann wird das Ventil 36 einmal oder mehrere Male kurzzeitig elektromagnetisch in seine Schaltstellung Il gebracht, in der die Druckfelder 37,37' über die Leitungen 41 und 52 mit Behälter 51 verbunden werdei und so unter Niederdruck stehen. Die Anpreßkräfte de Druckfelder 37,37' verschwinden kurzzeitig, so daß de Zahnradmotor anlaufen kana Danach bleibt das Venti ■-> 36 in der Ausgangsstellung I, und bei anliegenden Dicht und Lagerkörpern 9, 10,16,17 sind die Leckverluste in weiteren Betrieb gering.

Die Wirkung dieser Anordnung kommt genauso zu Geltung, wenn die Zahnräder nicht in getrennten Dicht

ίο und Lagerkörpern gelagert sind, von denen je einer au der gleichen Seite der Zahnräder anzuordnen ware.

Der kleinstmögliche Anlaufdruck bei unbelasteten Zahnradmotor hängt ebenfalls von der Größe der au den Druckplatten 18, 19 aufgebauten Druckfelder ab

Ii Der Anlauf wird erleichtert, wenn die Druckfelder 37 37' unter Niederdruck stehen, bis dieser kleinst! Anlaufdruck erreicht ist und der Zahnradmotoi angelaufen ist. Ein Ventil 55 für eine solche Anordnung zeigt die F i g. 3.

Dieses Ventil 55 ist elektromagnetisch willkürlich unc hydraulisch selbsttätig betätigbar und wird durch ein« Druckfeder 56 in seiner Ausgangsstellung gehalten, be der die Druckfelder 37,37' über die Leitung 41 mit den Behälter 51 verbunden sind, also unter Niederdruck

2^r, stehen. Das Ventil wird hydraulisch umgeschaltet, wenr in der Leitung 35, in der jeweils der Druck dei Hochdruckseite herrscht, der kleinstmögliche Anlauf druck erreicht ist Die Leitungen 35 und 41 werder dadurch miteinander verbunden, und die Druckfeldei

in 37,37'stehen unter diesem Anlaufdruck.

MuB der Zahnradmotor unter Last anlaufen, dant wird das Ventil wiederum beim Erreichen de: kieinstmöglichen Anlaufdrucks ohne Last hydraulisch umgeschaltet, obwohl jetzt der erforderliche Anlauf

r> druck höher liegt. Jetzt muß das Ventil 55 elektroma gnetisch ein oder mehrere Male kurzzeitig in Ausgangs stellung gebracht werden, bei der die Leitung 41 übei die Leitung 52 mit dem Behälter 51 verbunden ist unc die Druckfelder37,37' unter Niederdruck stehen, so daC der Zahnradmotor anlaufen kann. Dieses kurzzeitige Umschalten des Ventiles kann nicht nur elektromagne tisch — wie dargestellt — erfolgen, sondern könnte ebensogut mechanisch oder hydraulisch erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Druckflüssigkeit betriebener Zahnradmotor, bei dem mindestens auf einer Seite der Zahnräder an deren Stirnseiten anliegende Dicht- und Lagerkörper angeordnet sind, die durch ein von einem Ventil gesteuertes Druckfeld derart beaufschlagbar sind, daß im Druckfeld beim Anlaufen des Zahnradmotors Niederdruck, im Betrieb aber Hochdruck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfeld (37, 37') mindestens ein Zusatzfeld zu weiteren, von Dichtungen begrenzten Druckfeldern (24, 25, 28, 29) ist, die ebenfalls zwischen den Dicht- und Lagerkörpern (9,10,16,17) ausgebildet sind und etwa in der Mitte zwischen den Achsen der beiden Zahnräder (6,13) angeordnet ist, und daß das Ventil (36,55) beim Anlaufvorgang des Viotors mehrere Male kurzzeitig zwischen Hochdruck und Niederdruck umschaltbar ist

2. Zahnradmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (36, 55) elektromagnetisch betätigbar ist.

3. Zahnradmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zusatzfeld ausgebildete Druckfeld (37_V 37') rund ist und von einer in einer Nut (21, 23') angeordneten, in sich geschlossenen Dichtung (21,23) begrenzt ist.

4. Zahnradmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den die Zahnräder aufnehmenden Lagerkörpern (9, 10, 16, 17) und dem Gehäuse (2, 3) Druckplatten (18, 19) angeordnet sind, auf denen die von Dichtungen (20 bis 23) und dem Gehäuse (1 bis 3) begrenzten Druckfelder aufgebaut sind.

5. Zahnradmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (36, 55) ein 3/2-Wegeventil ist, das innerhalb oder außerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist.

6. Zahnradmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) und im Gehäusedecke! (2, 3) ein Kanal (38, 39, 40) zur Speisung des als Zusatzfeld ausgebildeten Druckfeldes (37, 37') mit Druckmittel sowie im Gehäuse (1) ein mit den unter Hochdruck stehenden Zahnlücken eines Zahnrades (6) zusammenwirkender Kanal (34) ausgebildet sind, und beide Kanäle über Leitungen (35,41) mit dem Ventil (36,55) verbunden sind.