DE2637901A1 - Hydraulische rotationsmaschine - Google Patents

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATB NTANWALT SBÜRO D-4 DÜSSELDORF . SOHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Imdustries Limited Great Kins Street GB-Birmingham 19· August 1976

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Botationsmasekine, bei der eine Mediumverdrängung eine Drekung zweier kauender Zahnradelemente kegleitet.

Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Beationsmaschine gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit zwei ineinander dringenden, im wesentlichen parallelen Bohrungen, zwei kämmende Zahnradelemente, die in den betreffenden Bohrungen drehkar gelagert sind, eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung, die in die Bohrungen auf gegenüberliegenden Seiten der Zone des Kämmens der Zahnradelemente öffnen, ein Widerlager im Gehäuse, an das die axial gerichteten Flächen auf einer Seite der Zahnradelemente anlogkar sind, ein dichtend im Gehäuse gleit»arer Teil, der zum Anlegen an die axial gerichteten Flächen auf der anderen Seite der Zahnradelemente vorgesehen ist, und Mittel zum Drücken des Teils gegen das Widerlager, wokei die Peripherie des Teils, die an einer Innenfläche des Gehäuses liegt, eine Ausnahmung hat, die mit einer der Öffnungen in Verbindung steht, die im Betrieb unter dem höheren Druck steht, wokei die Fläche der Ausnehmung zu einer Seite einer ersten Mittelebene, die durch die Achsen der Zahnradelemente geht, im wesentlichen gleich der Floähe der Ausnehmung auf der anderen Seite der ersten Mittelebene ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Fläche der Ausneh-

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■ung auf einer Seite einer zweiten Kittelebene, die die Ebene der Ineinanderdringung der Bohrungen bildet) im wesentlichen gleich der Fläche der Ausnehmung auf der anderen Seite der zweiten Hittelebene.

Die Befindung ist nachstehend an Hand eines Aasführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein Iängesehnitt durch eine Zahnradpumpe, Fig. 2 ein Schnitt an der Linie 2-2 der Fig. 1,

¥1-6· 5» 4 und 5 Ansichten von Teilen der Pumpe in Hichtung der entsprechenden Pfeile in Fig. 2,
Fig. 6 ein Schnitt an der Linie 6-6 der Fig. 1, Fig. 7 ein Schaubild eines Zahns eines Zahnrads der Pumpe und Fig. 8 ein Diagramm der Beziehung zwischen den Zahnradzähnen und den Öffnungen der Pumpe.

Sie Pumpe hat ein Gehäuse, das aus zwei Teilen 10, 11 gebildet ist. Ia Gehäuse befinden sich zwei abgestufte parallele Bohrungen 12, I3. Sie Bohrungen 12, I3 haben zwischen ihren Enden Partien I4, die ineinanderdringen, wsobei die Ebene des Ineinanderdringens bei A-A in Fig. dargestellt ist. In den betreffenden Bohrungen 12, I3 sind Zahnradelemente 13, 16 drehbar gelagert. Jedes der Elemente I5, 16 hat eine mittlere Stirnradpartie I7 und sich axial erstreckende Haben 18, 19 auf gegenüberliegenden Seiten der Stirnradpartie 17· Sie laben 18 sind ia Gehäuseteil 10 durch Buchsen 21 und Hülsen 22 drehbar gelagert. Sie Hülsen 22 haben kegelstumpfförmige Partien 23, auf denen eine Platte 24 sitzt, um sich in einer peripheren, dichtenden Anlage am Gehäuseteil 10 zu befinden und sich gegen den Gehäuseteil 10 zu legen.

Auf der Platte 24 sitzt eine weitere Platte 25, die eine Widerlagerfläche für eine der axial gerichteten Flächen jedes der Zahnradelemente 15, 16 bietet. Ser Gehäuseteil 10 ist mit zwei kegelstumpfförmigen Partien 26 versehen, die mit den kegelstumpfföraigen Partien 25 der Hülsen 22 ausgerichtet sind und auf diese gerichtet sind. Auf

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den Partien 26 befindet eich eine Platte 27, die dichtend »im Gehäuseteil 10 gleitend angeordnet ist. An der Platte 2^ ist eine weitere Platte 28 befestigt, wobei die Seite der Platte 28, die von der Platte 27 abgewandt dt, zur Anlage an der anderen axial gerichteten Fläche jedes der Zahnradelemente I5» 16 vorgesehen ist.

Der Gehäuseteil 10 ist auf gegenüberliegenden Seiten der Kämmzone der Zahnradelemente 15, 16 mit einem Einlaßkanal 29 and mit einen Auslaßkanal 30 für die Pompe versehen. Sie Platten 25, 28 haben im wesentlichen identische Form, und sie bestehen, wie in Fig. 2 gezeigt , aus zwei Partien 31a, 31b, die durch eine Brückenpartie 32 miteinander verbunden sind. Jede der Partien 31a, 31b hat eine Ausnehmung 33t die mit dem Einlaßkanal 29 in Verbindung steht, und eine weitere Ausnehmung 34, die mit dem Auslaßkanal 30 in Verbindung steht. Im Kanal 29 befindet sich ein Ablenkglied 39, s· daß Flüssigkeit in die Bäume zwischen den Zahnradzähnen nur durch die Ausnehmungen 33 gelangen kann. Ein entsprechendes Ablenkglied im Auslaßkanal 30 stellt sicher, daß Flüssigkeit zu diesem Kanal nur durch die Ausnehmungen 34 gelangen kann.

Die Platte 27 ist im Gehäuseteil 10 gleitbar, und eine Ausnehmung 35 erstreckt sich teilweise um die Peripherie der Platte 27 herum zwischen Stellen zu beiden Seiten des Einlaßkanals 29. Eine Kante der Ausnehmung 35 ist durch ein Dichtelement 36 gebildet, das an der Innenfläche des Gehäuseteils 10 anliegt. Die Ausnehmung 35 steht an einem Teil 37 davon mit dem Auslaßkanal 30 in Verbindung. Die Abmessungen der Ausnehmung 35 sind derart, daß die Fläche der Ausnehmung 35» die zu einer Seite einer Ebene liegt, die durch'die Achsen der Zahnradelemente 15» 16 geht, gleich der Fläche der Ausnehmung 35 ist, die auf der anderen Seite dieser Ebene liegt. Ferner ist die Fläche der Ausnehmung 35, die auf einer Seite der Ebene A-A der Slneinanderdringung liegt, die gleiche wie Fläche der Ausnehmung 35, die auf der anderen Seite dieser Ebene des Ineinanderdringens der Bohrungen 12, liegt. Die vom Druck am Auslaßkanal 30 abgeleiteten Kräfte, die zwischen der Peripherie der Platte 27 und der Innenfläche des Gehäuse-

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teils 10 wirken, werden damit gleichmäßig um die Platte 27 herum verteilt, die dadurch frei im Gehäuseteil 10 gleiten kann.

Im Gehäuseteil 10 befinden sich Kolben 38, 39, 40, 41» die in Zylindern gleitend angeordnet sind, die parallel zu den Achsen der Zahnradelemente 15, 16 liegen und die mit dem Auslaßkanal 30 in Verbindung stehen, so daß die Kolben 38, 39, 40, 41 nach rechts gemäß der Sarstellung in Fig. 1 gedruckt werden, um an der Platte 21 anzuliegen. Sie Kolben 38, 39» 40, 41 werden ferner durch Federn innerhalb der betreffenden Zylinder nach rechts gespannt. Sie Stirnradpartien 17 der Zaharadelemente 15, 16 sind damit dichtend zwischen den Platten 25, 28 angelegt. Im Betrieb können die Drücke in den Bäumen zwischen den Zahnradzähnen, die so wirken, daß die Platten 25, 28 auseinandergedrückt werden, als au' Linien wirkend angesehen werden, die parallel zu den Zahnradachsen liegen und durch die Punkte X gehen, die in Fig. 2 und 6 gezeigt sind. Siese Kräfte bilden damit, außer daß sie bestrebt sind, die Platten 27, 28 τοη den Platten 24, 25 wegzudrücken, ein Kräftepaar, das bestrebt ist, die Platten 27, 28 aus der Ebene zu drehen, die senkrecht zu den Zahnradachsen liegt. Sie Wirkungelinien der resultierenden Kräfte, die auf die Platte 27 τοη den paaarweise vorgesehenen Kolben 38, 39 und 40, 41 ausgeübt werden, liegen auf Linien, die die Achsen der Kolben in jedem Paar verbinden. Sie Kolben in dem Paar 38, 39 liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Achse des Zahnradelements 15» und die Kolben in dem Paar 40, 41 liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Achse des Zahnradelements 16. Sie Kolben sind so angeordnet und dimensioniert, daß die Resultierenden der von Paaren der Kolben ausgeübten Kräfte parallel zu den Zahnradachsen liegen and durch die Punkte Y gehen, die in Fig. 2 und 6 gezeigt sind. Sie axialen Kräfte, die durch die Kolben gebildet weirden, sind im wesentlichen gleich den Kräften als Folge der Mediumdrücke zwischen den Zahnradppaaren, und weil die Punkte X und Y im Abstand liegen, üben die Kolbenkräfte ein Kräftepaar auf die Platten 2?, 28 aus, das dom Kräftepaar als Folge der Kräfte entgegenwirkt, die an den Punkten X ausgeübt worden.

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Sie Zähne der Zahnradelemente 15, 16 sind in Fig. 7 gezeigt. Jeder Zahn hat eine Arbeitsflanke 40, das heitß eine Flanke, die im Setrieb an den Zähnen des anderen Zahnrad« angreift, und eine nicht arbeitende Flanke 41» wobei normalerweise ein kleines Spiel zwischen den nicht arbeitenden Flanken kämmender Zahnradzähne vorhanden ist. Sie nicht arbeitende Flanke 4I jedes der Zähne beider Zahnradelemente hat eine Ausnehmung 42 an der Spitze des Zahns an der Mitte der Flanke 41 und zwei weitere Ausnehmungen 45, 44 an gegenüberliegenden Enden der Zähne an der Wurzel derselben. Sie nicht arbeitenden Flanken 41 haben damit zwischen ihren Ausmehmungen Erhöhungen, die durch die normalen Zahnflanken gebildet sind und die sieh Yen der Wurzel bis zur Spitze erstrecken. Siese Erhöhungen können mit den identisch liegenden Erhöhungen an den Zähnen des anderen Zahnrads zusammenwirken. Sie Erhöhung an jedem Zahn weist einen Streifen auf, der sich Ten seiner Seite der Flanke zur anderen an einer Stelle zwischen der Wurzel und der Spitze des Zahns «erstreckt.

Fig. 8 zeigt im einzelnen die Beziehung zwischen den Brückenpartien 42 der Platten 25t 28 und den nicht arbeitenden Flanken 41 der Zahnradelemente. Sie Zeichnung zeigt den Zustand, der eintritt, wenn die Mitte des Spielspalts 46 zwischen den nicht arbeitenden Flanken 41 yen zwei Zähnen auf einer Linie 45 liegt, die die Achsen der beiden Zahnradelemente I5, 16 verbindet. Wie zu sehen ist, bilden die beiden Zahnradelemente zwischen sich einen Baum, der an gegenüberliegenden Enden des Linienkontakte zwischen den Arbeitsflanken 40 der Zähne geschlossen ist. In der dargestellten Fositien hat das Volumen dieses Baums ein Minimum. Wie ferner festzustellen ist, können beide Einlaß- und Auslafikanäle 50, 29 mit diesem Baum durch die betaeffenden Ausnehmungen 35» 34 in den Platten 25, 28 in Verbindung stehen. Sine Verbindung zwischen dem Einlaßkanal und dem AuslaBkanal 29, 50 ist durch den Spielspalt 46 gedrosselt, der zwischen den fuerliegenden Erhöhungen an der nicht arbeitenden Flanke 4I vorhanden ist.

Mit dem Herausdrehen der Zahnradelemente I5» 16 aus den in Fig. · gezeigten Positionen erhöht sich das Gesamtvolumen des Baums zwischen

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den beiden Kentaktlinien, und dadurch wird Flüssigkeit in diesen Raum durch den Einlaßkanal 2$ angesaugt. Das Volumen der Partie dieses Saums an der Hochdruckseite des Spielspalts 46 verringert sich jedoch weiter, bis die Mitte des Baums zwischen den Zähnen des treibenden Zahnradelements 15 auf der Linie 45 liegt, in diesem Punkt ist der Zahnraum vom Auslaßkanal 50 getrennt und zu beiden Seiten des Spielspalts 46 mit dem Einlaßkanal 29 verbunden, während sich die Ausnehmungen 43» 44 von der Brückenpartie 32 wegbewegen.

Vthrend dieser Bewegung ist ersichtlich, daß ein Fließen durch den Spielspalt 46 vonstattengeht, die Ausnehmungen 42, 43, 44 stellen aber sicher, daS praktisch alle Teile der nicht arbeitenden Flanken 4I, die nicht tatsächlich den Spielspalt 46 bilden, niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten ausgesetzt werden. Eine Kavitation in demrPunpenflüssigkeit, die ohne weiteres eintritt (besonders dann, wenn es sich bei der Flüssigkeit umFLugzeugtreibstoff handelt, der sich in der Hähe des Siedepunkts befindet), kann eine Korrosion bzw. Erresion der nicht arbeitenden Flanken der Zahnradpumpen bewirken, während die Kavitäten zusammenbrechen. Sie Ausnehmungen in den Zähnen, die verstehend beschrieben worden sind, stellen sicher, daß das Zusammenbrechen der Kavitaten nicht an den Flankenflächen venstattengeht, und eine Errosion der Zähne wird verringert.

Der Antrieb des Zahnradelements 15 erfolgt durch eine Kerbzahnwelle 50, die sich durch eine Dichtungsanordnung in einer Endwand des Gehäuseteils 10 erstreckt. Eine Buchse 5I greift dichtend am Zahnradelement 15 und an der Welle 50 zur Drehung mit dieser an. Zwei ringförmige Träger 52, 53 greifen dichtend jeweils an Partien 54, 55 des Gehäuseteile 10 an. Die Partien 54, 55 sind im wesentlichen kegel stumpf f örmig und erstrekken sich in das Innere des Pumpengehäuses. Die Träger 52, 53 tragen jeweilige Stirndichtungen 56, 57, die jweils an der Buchse 51 bzw. an einem Flansch an der WieHe 50 angreifen. Die Dichtungen 54, 57 sind durch eine Feder 58 in die betreffenden Anlagen gespannt, die die Träger 52, 53 auseinanderdrückt.

Ein Kanal 60 im Gehäuseteil 10 steht mit dem Auelaßkanal 30 und mit

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einem Ventilsitz 61 in Verbindung. Ein Schließglied 62 wird durch eine Feder zum Sitz 61 hin gespannt, so daß der Kanal 60 von eines weiteren Kanal 63 isoliert wird, der mit dem Einlaßkanal 29 in Verbindung steht. Die Anordnung bildet damit ein federbelastetes Sicherheitsventil für
die Pumpe.

Ansprüche

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Claims (6)

inSprüche

1. Hydraulische Seationsmaschine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit zwei ineinanderdringenden, im wesentlichen parallelen Bohrungen, zwei kämmende Zahnradelemente, die in den betreffenden Bohrungen drehbar gelagert sind, eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung, die in die Bohrungen auf gegenüberliegenden Seiten der Zone des Kämmens der Zahnradelemente öffnen, ein Widerlager im Gehäuse, an das die axial gerichteten Flächen auf einer Seite der Zahnradelemente anlegbar sind, ein dichtend im Gehäuse gleitbarer feil, cLer zum inlegen an die axial gerichteten Flächen auf der anderen Seite der Zahnradlemente Torgesehen ist, und Mittel zum Drücken des !Teils gegen das Widerlager, wobei die Peripherie des Teile, die an einer Innenfläche des Gehäuses liegt, eine Ausnehmung hat, die mit einer der Öffnungen in Verbindung steht, die im Betrieb unter dem höheren Druck steht, wobei dsie Fläche der Ausnehmung zu einer Seite einer ersten Hittelebene, die durch die Achsen der Zahnradelemente geht, im wesentlichen gleich der Fläche der Ausnehmung auf der anderen Seite der ersten Hittelebene ist.

2. Haschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fä-läche der Ausnehmung auf einer Seite einer zweiten Hittelebene, die die Ebene des Ineinanderdringens der Bohrungen bildet, im wesentlichen gleich der Fläche der Ausnehmung auf der anderen Seite der zweiten Hittelebene ist.

J. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Drucken des Teils zum Widerlager hin zwei Paare Kolben aufweisen, die auf den Druck an der Hochdrucköffnung ansprechen und an dem Teil angreifen, wobei die Achsen der Kolben im wesentlichen parallel zu den Drehachsen der Zahnradelemente liegen.

4* Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Kolben in einem der Paare auf gegenüberliegenden Seiten der Achse des einen der Zahnradelemente liegen und daß die Achsen der Kolben in dem anderen der Paare auf gegenüberliegenden Seiten des anderen der Zahnradelemente liegen.

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5. Maschine nach Ansp*rcuh J oder 4» dadurch gekennzeichnet» daß die Wirkungslinien der Resultierenden der auf den Teil durch die betreffenden Paare Biben ausgeübten Kräfte gegen die Wirkungslinien der Kräfte versetzt si*nd, die auf den Teil von den betreffenden Zahnradeleaienten ausgeübt werden*

6. Haschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die nicht arbeitende Flanke jedes Zahns der Zahnradeleaente hinterforste Partien an seiner Wurzel und an seiner Spitze hat und eine nicht hinterformte Erhöhung sich über die ge saute Breite der nicht arbeitenden Flanke zwischen den hinterformten Partien erstreckt.

7· Haschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht hinterformte Erhöbung einen Streifen aufweist, der sich parallel zur Achse des Zahnradelements und auch von der Wurzel zur Spitze der nicht arbeitenden Flanke des Zahns erstreckt.

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