DE2349304C3 - Mit Druckflüssigkeit betriebener Zahnradmotor - Google Patents

Description

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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 eier Motor ein hohes Drehmoment liefert. Nun wird aber die Druckbelastung erst dann aufgebracht, hi wenn der Motor eine brauchbare Betriebsdrehzahl erreicht hat. Das hat jedoch den Nachteil, dalJ beim Anfahren des Motors und die gleichzeitig vorgenommene Entlastung des Druckfelds beträchtliche Leckverluste dadurch entstehen, daß das unter hohem Druck dem Motor zugeführte Druckmittet zwischen den Dichtkcrpern 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 Oefahr eines ruckartigen und verzögerten Anlaufs ist nicht 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 Druckentlastung wohl die Reibungskräfte mindert aber — wie weiter oben bereits ausgeführt — die Leckverluste im Anfahrstadium vergrößert Es sollte 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 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 verrögerungs- 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 die Leckverluste im Betrieb gering, wenn das Zusatzfeld unter Hochdruck steht und die anpressenden Kräfte verstärkt. Dies geschieht beim Anlaufen in rhythmischer Folge, 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 IMI;

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

Der Zahnradmotor nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 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 1 sind zwei einander überschneidende Bohrungen 5', 5" ausgebildet, welche ein Gehäuseinneres 5 von der Form einer Acht bilden. Im Gehäuseinneren 5 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 11 ausgebildet 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 Bohrung 5" angeordneten Dicht- und Lagerkörpern 16, 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' (Fig.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 schließt in diesem Abschnitt mit der Verbindungslinie der beiden Zahnradachsen einen Winkel α von etwa 60° ein. An den Schnittpunkten der Dichtung 20 mit der Kontur der Bohrungen 5', 5" geht die Dichtung in einen Radius über, der größer ist als der der Bohrungen 5', 5", und dessen Mittelpunkt so angeordnet ist, daß zwischen den radiusförmigen Dichtungsabschnitien und der Kontur der Bohrungen 5', S" jeweils eine sichelförmige Fläche auf der Druckplatte 18 eingeschlossen ist Die Übergänge zwischen den einzelnen Abschnitten der 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 der die Achsen der Zahnräder 6, 13 verbindenden Linie liegt und die zwischen den geraden Abschnitten der Dichtung 20 angeordnet ist. Im Gehäusedeckel 3 ist in gleicher Weise in einer Nut 22' eine hanteiförmige, der Dichtung 20 vollkommen entsprechende Dichtung 22 sowie in einer Ringnut Z*' eine der Dichtung 21 vollkommen entsprechende Dichtung 23 angeordnet

Die Nut 2Γ 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 ίο 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 Bohruv^ 30', 31' für den Zu- oder Abfluß von Druckmittel mund-?t 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 Lagerkörpera 10,17 sowie an der Druckplatte 19 sind Nuten 32, 33 ausgebildet die der Speisung von den Druckfeldern 24, 25 vollkommen entsprechenden, jedcch 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 vom 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 gelang· Auf der anderen Seite des Zahnrades gelangt die Leckflüssigkeit zu einer Bohrung 45 für den Durchtritt der Abtriftswelle 11 durch den Gchftusedekkel 3, wo sie sich hinter dem Wellendichtring 12 sammelt Von da fließt sie durch einen Kanal 46 zu einem Durchbrach 47 in der Druckplatte 19, von wo sie durch eine das Zahr.cad 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

μ 49, auf der anderen Seiti über den Durchbruch 49 in die Bohrung 44, von wo es über eine Leitung 50 zu einem Druckmittelbehälter 51 fließt. Dieser Behälter 51 ist durch eine Leitung 52 mit dem Ventil 36 verbunden. Das

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 Il 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 m 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 Druckfeider 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 Laßerkörper 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 in 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 ■ Lagerkorper 9, 10 und 16, 17 werden gegen die Zahnrader 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 ^;i· Reibungskräfte zu groß sind. Soll der Zahnradmotor

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Male kurzzeitig elektromagnetisch in seine Schaltsteliung Il gebracht, in der die Druckfelder 37, 37' über die Leitungen 41 und 52 mit Behälter 51 verbunden werden und so unter Niederdruck stehen. Die AnpreDkräfte der Druckfelder 37, 37' verschwinden kurzzeitig, so daß der Zahnradmotor anlaufen kann. Danach bleibt das Ventil 36 in der Ausgangsstellung I, und bei anliegenden Dicht- und Lagerkörpern 9, 10, 16,17 sind die Leckverluste im weiteren Betrieb gering.

Die Wirkung dieser Anordnung kommt genauso zur Geltung, wenn die Zahnräder nicht in getrennten Dicht- und Lagerkörpern gelagert sind, von denen je einer auf der gleichen Seite der Zahnräder anzuordnen wäre.

Der kleinstmögliche Anlaufdruck bei unbelastetem Zahnradmotor hängt ebenfalls von der Größe der auf den Druckplatten 18, 19 aufgebauten Druckfelder ab. Der Anlauf wird erleichtert, wenn die Druckfelder 37, 37' unter Niederdruck stehen, bis dieser kleinste Anlaufdruck erreicht ist und der Zahnradmotor angelaufen ist. Ein Ventil 55 für eine solche Anordnung zeigt die F i g. 3.

Dieses Ventil 55 ist elektromagnetisch willkürlich und hydraulisch selbsttätig betätigbar und wird durch eine Druckfeder 56 in seiner Ausgangsstellung gehalten, bei der die Druckfeder 37, 37' über die Leitung 41 mit dem Behälter 51 verbunden sind, also unter Niederdruck stehen. Das Ventil wird hydraulisch umgeschaltet, wenn in der Leitung 35, in der jeweils der Druck der Hochdruckseite herrscht, der kleinstmögliche Anlaufdruck t-.Ycicht ist. Die Leitungen 35 und 41 werden dadurch miteinander verbunden, und die Druckfelder 37,37' stehen unter diesem Anlaufdruck.

Muß der Zahnradmotor unter Last anlaufen, dann wird das Ventil wiederum beim Erreichen des kleinstmöglichen Anlaufdrucks ohne Last hydraulisch umgeschaltet, obwohl jetzt der erforderliche Anlaufdruck höher liegt. Jetzt muß das Ventil 55 elektromagnetisch ein oder mehrere Male kurzzeitig in Ausgangsstellung gebracht werden, bei der die Leitung 41 über die Leitung 52 mit dem Behälter 51 verbunden ist und die Druckfelder 37, 37' unter Niederdruck stehen, so daß der Zahnradmotor anlaufen kann. Dieses kurzzeitige Umschalten des Ventiles kann nicht nur elektromagne-

ebensogut mechanisch oder hydraulisch erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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 Motors 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, 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 ron 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 Gehäusedeckel (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.