DE3521660A1

DE3521660A1 - Volumetrische druckmittelmaschine

Info

Publication number: DE3521660A1
Application number: DE19853521660
Authority: DE
Inventors: Brian Robert Cheltenham Gloucestershire Lipscombe
Original assignee: Dowty Hydraulic Units Ltd
Current assignee: Ultra Hydraulics Ltd
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1985-06-18
Publication date: 1986-01-02
Also published as: IT8548192A0; GB2160928A; GB2160928B; JPS6114490A; FR2566470A1; IT1182750B; GB8415879D0; FR2566470B1; GB8515130D0; US4606713A

Description

-K-

Volumetrische Druckmittelmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf volumetrische Drucktr.ittelmaschinen gemäß dem Dberbegriff des Anspruchs 1, beispielsweise Zahnradpumpen und Zahnradmotoren, und insbesondere auf solche, die in jeder Drehrichtung der Antriebswelle im Falle einer Pumpe oder der Abtriebsuelle im Falle eines Motors zufriedenstellend betrieben uerden können.

Die bei den bekannten Maschinen dieser Art vorgesehenen Druckausgleichsmittel dienen dazu, ein unbeabsichtigtes Hippen der Stirnplatten und den daraus sich ergebenden vorzeitigen Verschleiß der Rotoren und/oder der Stirnplatten zu vermeiden, die bei Maschinen ohne derartige Druckausgleichseinrichtungen zu beobachten sind.

Um einen derartigen Druckausgleich der Stirnplatten zu erreichen, werden die von den Rotoren abgewandten Stirnflächen der Stirnplatten durch Dichtmittel so unterteilt, daß einerseits mit Niederdruck und andererseits mit Hochdruck beaufschlagbare Bereiche geschaffen werden, wobei die Größe und die Lage dieser Bereiche so vorbestimmt wird, daß die im Betrieb in diesen Bereichen wirkenden Drücke den Drücken entgegenwirken, die in den Arbeitsräumen der Maschine herrschen und die auf die den Rotoren benachbarte Stirnfläche der oder jeder Stirnplatte wirken. Die Druckausgleichseinrichtung dient außerdem dazu, die Stirnplatten in dichtende Berührung mit den Rotoren zu bringen, ohne daß eine übermäßige Reibung zwischen den Stirnplatten und den Rotoren eintritt.

In der Praxis wurde festgestellt, daß der Gesamtbereich der von den Rotoren abgewandten Stirnflächen der Stirnplattsn, der mit Hochdruck beaufschlagt wird, wesentlich größer sein soll als der mit Niederdruck beaufschlagbare Bereich. Demzufolge wurde vorgesehen, daß sich die mit Hochdruck beaufschlagten Bereiche um den Umfang der Stirnplatten herum

über die Ebene, in welcher die Drehachsen der beiden Rotoren liegen, und in Richtung auf die IMiederdruckseite der Maschine hinaus erstrecken, und zwar in der Drehrichtung jedes Rotors im Falle eines Motors und in einer zur Drehrichtung jedes Rotors entgegengesetzten Richtung im Falle einer Pumpe. Es gab jedoch erhebliche Schwierigkeiten, diese Maßnahme bei Maschinen für beide Drehrichtungen zu verwirklichen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine volumetrisehe Druckmittelmaschine für beide Drehrichtungen zu schaffen, bei der in jeder Drehrichtung der Maschine der Hachdruckbereich sich im Eingriffsbereich der Rotoren auf der oder jeder von den Rotoren abgewandten Stirnfläche der Stirnplatten beträchtlich über die die Drehachse der beiden Rotoren enthaltende Ebene hinaus erstreckt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Uorteilhafte Weiterbildungen in der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt einer volumetrischen Druckmittelmaschine in Form einer Zahnradpumpe,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung von auf einer Seite der Zahnräder der Zahnradpumpe von Fig. 1 angeordneten ersten und zweiten Stirnplatten mit Druckausgleichsmitteln,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IUin Fig. 3 von einigen der Einzelteile von Fig. 3 in zusammengebautem Zustand,
Fig. 5 bis 13 Schnitte entlang den Linien U-U bis XIII-XIII in Fig. 4 in größerem Maßstab,

Fig. 14 eine Teilacsicht von Fig. k einer Abwandlung, und Fig. 15 einen Schnitt gemäß Linie XU-XU in Fig. 14.

Die Zeichnungen zeigen eine umlaufende volumetrische Druckmittelmaschine 1 in Form einer Zahnradpumpe, die Flüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle ansaugt und diese Flüssigkeit unter Druck zu einem Verbraucher fördert. Die Maschine 1 ueist ein Gehäuse 2 mit zujei miteinander kämmende Roteren 3, k in Form von Zahnrädern im Gehäuse 2, erste Stirnplatten 5, 6, die eine im uesentlichen ß-förmige Gestalt aufweisen und mit den RotDren 3, k zusammenwirken, zweite Stirnplatten 7, Θ, die jeweils zwei Lagerbüchsen 9, 10 aufweisen,

1D welche in einer Ebene 11 aneinander anliegen, und eine Druckausgleichseinrichtung, die allgemein mit 12 bezeichnet ist und derjenigen Stirnseite 13 jeder der ersten Stirnplatten 5, 6 zugeordnet ist, die von den Rotoren 3, 4 abgewandt ist und mit den benachbarten Stirnflächen 14, 15 der Lagerbüchse 9, 10 zusammenwirkt. Jede Druckausgleichseinrichtung 12 weist Dichtungsmittel auf, welche eine Mehrzahl von Bezirken an den Stirnflächen 13 der ersten Stirnplatten 5, 6 voneinander isolieren, die individuell von Flüssigkeitsdrücken beaufschlagbar sind.

Die Dichtungsmittel bestehen jeweils aus einem einzigen Element 16 aus nichtextrudierbarem Polyamid oder glasfaserverstärktem Polyamid. Wie in Fig. 3 und k gezeigt, weist dieses Element 16 zwei ringförmige Abschnitte 17, 18 auf, die an einer Stelle ihres Umfanges durch einen im wesentlichen quadratischen Abschnitt 19 miteinander verbunden sind, der eine im wesentlichen quadratische Öffnung 20 aufweist. Von den ringförmigen Abschnitten 17, 1B erstrecken sich symmetrisch angeordnete Arme 21, 22, 23, Zk radial nach außen. Der Querschnitt des Dichtungselements 16 ist überall entweder

3D rechteckig oder quadratisch, wie aus den Fig. 5 bis 13 ersichtlich ist.

Das Dichtungselement 16 ist in einer entsprechend geformten Aussparung 25 in den Flächen 14, 15 der Lagerbüchsen 9, 10 eingesetzt. Diese Aussparung 25 weist zwei Ringnuten 26,27

zur Aufnahme der Abschnitte 17, 1Θ, eine im wesentlichen quadratische Ausnehmung 28, die in Bezug auf die Anlagsebene 11 der Büchse 9, 1Q symmetrisch ist und den Dichtungsabschnitt 20 aufnimmt, sowie vier radiale Nuten 29, 30, 31 und 32 auf, welche die Arme 21, 22, 23 und 24 aufnehmen. Die quadratische Ausnehmung 28 ist auch symmetrisch zu der die Drehachsen 34, 35 der Rotoren 3, 4 enthaltenden Ebene 33 angeordnet.

Jedes Dichtungselement 16 wird axial in dichtende Berührung mit der Stirnfläche 13 der Stirnplatte 5 bzw. 6 durch drei Gummielemente 36, 37 und 38 gedrückt, die in der Aussparung 25 unter dem Dichtungselement 16 angeordnet sind. Die Form der Elemente 36 und 37 geht im einzelnen aus Fig. 3 hervor. Das Element 38, das in der quadratischen Ausnehmung 28 angeordnet ist, hat einen im wesentlichen quadratischen Abschnitt 39, der in die Öffnung 20 des Dichtungselementes 16 hineinragt. Ueitere Ausnehmungen 40, 41, 42 bzw. 43, 44, 45 in den Stirnflächen 14, 15 der Lagerbüchsen 9, 10 bilden Kanäle, durch welche Hachdruckflüssigkeit ader Niederdruckflüssigkeit aus den Arbeitsräumen der Pumpe durch vier Ausschnitte 46, 47, 48, 49. in der Kante der Stirnplatten 5, 6 zu den verschiedenen, voneinander getrennten und durch das Dichtungselement 16 definierten Bezirken der Flächen 14, 15 gelangen kann.

Die Rotoren 3, 4 sind in sich überschneidenden Bohrungen 50, 51 im Gehäuse 2 angeordnet und haben Uellenstümpfe 52, 53, 54, 55, die sich von beiden Seiten der Rotoren wegerstrecken. Der Wellenstumpf 55, durch den die Pumpe angetrieben wird, erstreckt sich 'durch das Gehäuse 2 nach außen, und alle Liellenstümpfe sind drehbar in den Lagerbüchsen 9, 10 gelagert, wobei die Stirnplatten 5, 6, die auf jeder Seite der 'beiden Rotoren 3, 4 angeordnet sind, entsprechende Öffnungen zum Durchtritt der üJellenstürnpfe aufweisen.

Die Zahnradpumpe kann in jeder Drehrichtung der UeHe 55 betrieben werden, je nachdem, welcher der beiden Druckmittelkanäle 56, 57 im Gehäuse 2 mit einer Flüssigkeitsquelle und welcher mit einem Verbraucher verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel, und wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Druckmittelkanal 56 mit der Flüssigkeitsquelle d.h. einem Flüssigkeitsbehälter 58 verbunden und bildet somit den Einlaß- oder IMiederdruckkanal, während der Kanal 57 mit einem Verbraucher, d.h. einem Gerät 59, das von der Zahnradpumpe mit Druckflüssigkeit versorgt wird, verbunden ist, und somit den Auslaß- oder Hochdruckkanal bildet. Demzufolge dreht sich der Rotor k, der. das Antriebszahnrad bildet, in Fig. 2 im Uhrzeigersinn, während der angetriebene Rotor 3 entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft. LJenn also die Antriebswelle 55 angetrieben wird, saugen die miteinander kämmenden Rotoren 3, k Flüssigkeit von dem Behälter 58 in den Einlaßkanal 56 und fördern diese Flüssigkeit unter hohem Druck durch den Auslaßkanal 57 zum Gerät 59.

Es sei nun auf Fig. k Bezug genommen. LJenn die Pumpe in der vorstehend angegebenen Richtung angetrieben wird, werden die Bezirke 60, 61, 62 und 63, die von jedem Dichtungselement an den Stirnflächen ^k, 15 der betreffenden Lagerbüchsen 9, 10 begrenzt sind, einzeln von Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt, die von der Hochdruckseite der Pumpe abgenommen wird, während die Bezirke Gk, 65 einzeln mit Niederdruckflüssigkeit beaufschlagt werden, die von der IMiederdruckseite der Pumpe abgeleitet wird. Der Bereich der im wesentlichen quadratischen Öffnung 20, die von dem Abschnitt 19 des Elements 16 begrenzt ist, wird ebenfalls von Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt, die von der Hochdruckseite der Pumpe abgeleitet wird, wobei die Druckflüssigkeit aus den Bezirken 61, 62 zur Öffnung 20 gelangt. Dabei wird der in Fig. k linke senkrechte Seitenteil des Abschnitts 19 und/ oder der entsprechende Teil des zugehörigen Gummielements

unter diesen Abschnitt unter dem hohen Druck deformiert, um Hochdruckflüssigkeit in die Öffnung 20 gelangen zu lassen. Diese Teile bilden also eine Art Rückschlagventil, über das Druckflüssigkeit nur in die Öffnung 20 hinein, aber nicht aus dieser herausströmen kann.

Demzufolge uiir-d ein viel größerer Bereich der Stirnfläche der ersten Stirnplatte 5, 6 Hochdruck ausgesetzt als Niederdruck. Da sich der dem Hochdruck ausgesetzte Bereich 20 beträchtlich über die Ebene 33 in Richtung auf die Miederdruck-1D seite der Pumpe erstreckt, ist die Beaufschlagung mit Hochdruck in diesem Bereich der Stirnfläche 13 in dieser Richtung so groß Die wünschenswert.

Die Druckverteilung auf jeder Stirnfläche 13 der Stirnplatten 5, 6 ist demzufolge derart, daß diese Stirnfläche so belastet ist, daß die Kräfte ausgeglichen uierden, die auf die den Rotoren 3, k benachbarte Stirnfläche der Stirnplatten 5 und 6 wirken und die auftreten, wenn die durch den Kanal 56 angesaugte Flüssigkeit durch die Drehung der Rotoren unter Druck gesetzt wird, und die sonst ein Kippen der Stirnplatten verursachen würden. Bleichzeitig wird jede Stirnplatte in angemessene dichtende Berührung mit den betreffenden Stirnflächen der Rotoren gedrückt, ohne daß eine übermäßige Reibung zwischen diesen entsteht. Aufgrund der Anordnung des Bereichs 20, der Hochdruck ausgesetzt ist, wird ein perfekterer Druckausgleich der Stirnplatten erreicht als dies bisher möglich war.

liJenn die Pumpe in der umgekehrten Drehrichtung arbeiten soll, . und die LJelle 55 somit in der andere.n Richtung angetrieben wird, wird der Kanal 57 der Einlaßkanal, der nun mit dem Behalter 58 verbunden wird, während der Kanal 5G der Auslaßkanal wird, der mit dem Gerät 59 .verbunden wird. Die Anordnung des Dichtelements 16 und der Gummielemente 36, 37 und 3B ist derart, daß Hochdruckflüssigkeit aus der Hochdruckssite der Pumpe nunmehr zu den Bereichen 6D, 64, 65 und 63

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gelangt, während die Bereiche 61, 62 von IMiederdruckflüssigkeit aus der IMiederdruckseite der Pumpe beaufschlagt werden. Der Bereich der im wesentlichen quadratischen Öffnung 20, die von dem Abschnitt 19 des Dichtungselements 16 begrenzt ist, ist jedoch wiederum von Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt, die von der Hochdruckseite der Pumpe abgeleitet wird, und zwar diesmal von den Bezirken 64, 65. Diesmal wird der rechte senkrechte Seitenteil des Abschnitts 19 und/oder der entsprechende Teil des zugehörigen Gummielements 38 von der Hochdruckflüssigkeit verformt, um HDchdruckflüssigkeit zur Öffnung 20 gelangen zu lassen. Somit erstreckt sich auch dann, wenn die Pumpe in der anderen Drehrichtung angetrieben wird, der von Hochdruck beaufschlagte Flächenbereich der Stirnfläche 13 jedenfalls im Eingriffsbereich der Rotoren 3, k beträchtlich über die Ebene 33 in Richtung auf die (Miederdruckseite der Pumpe hinaus, und zwar so weit, wie dies zur Erzielung eines möglichst perfekten Druckausgleichs nötig ist.

Diese signifikante Verbesserung des Druckausgleichs tritt ein, weil der Bere,ich 20 in der Zone liegt, die lagemäßig mit der Zone auf der an den Rotoren 3, U anliegenden Stirnseite der Stirnplatten 5, 6, übereinstimmt, die dem Bezirk 66 benachbart ist, in der die Zähne der Rotoren 3, k miteinander mehr oder weniger in Eingriff sind.

Wie aus Vorstehendem hervorgeht, ist der Bereich 20 unabhängig von der Drehrichtung der Rotoren stets mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt.

Obgleich die dargestellte Maschine vorstehend als Zahnradpumpe beschrieben ist, kann sie auch als Motor betrieben werden, in welchem Fall entweder der Kanal 56 oder alternativ der Kanal 57 der Hochdruck-Einlaßkanal ist, während der Kanal 56 der I\liederdruck-Auslaßkanal ist, je nachdem, welche Drehrichtung die Welle 55 haben soll.

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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Stirnplatten 7, B zur Aufnahme der Dichtelemente 16 an der den ersten Stirnplatten 5, 6 benachbarten Stirnflächen mit entsprechenden Aussparungen 25 versehen. Alternativ könnten jedoch diese Aussparungen 25 auch in der von den Rotoren abgeuiandten Stirnfläche 13 der ersten Platten 5, 6 vorgesehen werden.

Grundsätzlich wäre es auch möglich, die von den ersten Stirnplatten abgesandten Stirnflächen der zweiten Stirnplatten oder die benachbarte Seitenwand des Maschinengehäuses mit Aussparungen zur Aufnahme der Dichtelemente zu versehen.

In manchen Fällen können die zweiten Stirnplatten weggelassen werden, so daß nur die ersten Stirnplatten vorhanden sind, in welchem Fall das oder jedes Dichtelement entweder von der von den Rotoren abgewandten Stirnfläche der Stirnplatten oder alternativ von der benachbarten Gehäusestirnwand getragen wird.

Eine weitere Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die Dichtelemente selbst von einer Platte oder Platten getragen werden, die zwischen der ersten Stirnplatte und der zweiten Stirnplatte oder - wenn keine solche zweite Stirnplatte vorgesehen ist, - zwischen der ersten Stirnplatte und der benachbarten Gehäusestirnwand angeordnet ist .

Der Bereich 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel quadratisch, er kann jedoch auch eine andere Form haben und beispielsweise rechteckig oder kreisförmig sein. Es ist zwar zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Dichtmittel von einem einzigen Element 16 gebildet sind. Uielmehr können auch zwei oder mehrere separate und entsprechend geführte Elemente vorgesehen werden, die jedoch zusammen die gleiche Funktion wie das einzige Element. 16 haben .

Im dargestellten Ausführungsheispiel sind auf jeder Seite der Rotoren 3, k erste und zweite Stirnplatten 5, 7 bzw. 6, B vorgesehen, jedoch ist es häufig ausreichend, solche Stirnplatten nur auf einer Seite der Rotoren vorzusehen.

5 Obgleich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel Hochdruckflüssigkeit dem Bereich 20 über die als Rückschlagventile wirkende Teile des Dichtungselements 16 bzw. des damit zusammenwirkenden Gummielements 38 zugeführt wird, kann alternativ die Zuführung von Hochdruckflüssigkeit zu diesem Bereich durch entsprechende Kanäle und/oder Öffnungen in den ersten und/oder zweiten Stirnplatten erfolgen, wie dies schematisch in Fig. 14 und 15 dargestellt ist.
Dabei enthalten die Kanäle 67 und 68 entsprechende Rückschlagventile 69 und 70, von denen das eine Ventil 69

den Zutritt von Hochdruckflüssigkeit zu dem Bereich 20
von der einen Seite der Maschine zuläßt, während das
andere Ventil 70 geschlossen ist und verhindert, daß die Druckflüssigkeit zu der Niederdruckseite der Maschine
hin entweicht. Wenn die Maschine in der anderen Richtung umläuft, ist die Richtung dieser Strömung umgekehrt.

Claims

Patentansprüche

Volumetrische Druckmittelmaschine mit einem Gehäuse, mindestens zuiei miteinander kämmende Rotoren,die drehbar in dem Gehäuse angeordnet sind, mit-den Rotoren zusammenwirkende Stirnplatten und mit einer Druckausgleichseinrichtung zwischen-der von den Rotoren abgewandten Stirnfläche der oder jeder Stirnplatte und einer dieser Stirnfläche benachbarten Fläche, wobei die bzw. jede Druckausgleichseinrichtung Dichtmittel aufweist, die an der Stirnfläche eine Mehrzahl von Bereichen voneinander trennt, von denen einige mit hohen Drücken und andere mit niedrigen Drücken beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Bereich (2D) an dieser Stirnfläche (13) in einer- Zone vorgesehen ist, die mit derjenigen Zone der den Rotoren zugewandten Fläche der Endplatten (5,6), lagemäßig übereinstimmt, die im wesentlichen im Eingriffsbereich der Rotoren (3,4) liegt, daß dieser weitere Bereich (2D) von weiteren Dichtmitteln (19) begrenzt ist, sich durch und beträchtlich über die Ebene (33), in der die Drehachsen (34,35) der Rotoren (3,4) liegen, in Richtung auf die IMiederdruckseite der Maschine erstreckt und unabhängig von der Drehrichtung der Rotoren s.tets nur mit Hochdruck beaufschlagbar ist.

Bankverbindung: Hypobank Gauting Konto-Nr. 3 750123 448 (BLZ 700 260 01)
2. Volumetrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Stirnfläche (13) benachbarte Fläche eine Fläche (14,15) einer weiteren Stirnplatte (7,8) zwischen der ersten Stirnplatte (5,6) und einer Seitenwand des Gehäuses ist.
3. Volumetrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, daß die Dichtmittel (19) oder damit zusammenwirkende nachgiebige Kittel (38) so ausgebildet sind, daß sie unter Fluiddruck verformbar sind, um dem Druckmittel Zugang zu dem weiteren Bereich (20) zu verschaffen.
4. Volumetrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stirnplatte (5,6) oder in der zweiten Stirnplatte (7,8) Kanäle vorgesehen sind, welche den weiteren Bereich (20) jeweils mit der Hochdruckseite der Maschine verbindet£Fig.14,15).
5. Volumetrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel (17,18) und die weiteren Dichtmittel (19) als einstückiges Element (16) aus nicht extrudierbarem Material gebildet sind, das in entsprechend geformten Ausnehmungen (25) in der ersten oder der zweiten Stirnplatte (5,6 bzw. 7,8) angeordnet ist und durch eine Mehrzahl von nachgiebigen Elementen (36,37,38), von denen jedes mit einem Abschnitt des Elements (16) in Berührung ist, axial in dichtende Berührung mit der benachbarten Fläche gedruckt wird.
6. Volumetrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (16) zwei ringförmige Abschnitte (17,18), die an einer Stelle ihres Umfanges durch einen im wesentlichen quadratischen Abschnitt (19) miteinander verbunden, sind, sowie mindestens zwei sich symmetrisch von jedem ringförmigen Abschnitt (17,18) radial nach außen erstreckende Arme (21,22,23,24) aufweist.
7. Volumetrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel (17, 18,19) aus Polyamidmaterial bestehen.
8. Volumetrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel (17,18,19) aus einem glasfaserverstärkten Polyamidmaterial bestehen.