DE2353445B2 - Zahnradpumpe oder -motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder einen Zahnradmotor nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei einer derartigen bekannten Zahnradpumpe wirken die Druckfelder unmittelbar auf die Wellenzapfen der Zahnräder bzw. auf fest auf diese aufgezogene Buchsen, vgl. BE-PS 12 52 065. Damit soll in erster Linie erreicht werden, glatte Gehäiisebohrungen herzustellen, d. h. die Gehäuseherstellung zu vereinfachen, in zweiter Linie die Reibung zwischen Wellenzapfen und Lagerkörper zu vermindern. Nebenbei wird auch eine hydraulische Entlastung der Wellenzapfen erreicht. Diese bekannte Zahnradpumpe hat jedoch den Nachteil, daß die Wellenzapfen starr in ihren Lagern liegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zahnradpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Lagerkörper nicht nur gleichmäßig belastet sind, sondern die Wellenzapfen auch eine gewisse Bewegungsfreiheit in ihren Lagern haben.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale erreicht.

Das hat neben der Druckentlastung auch den Vorteil, daß Richtungsfehler zwischen den Wellenzapfen und Lagerbohrungen ausgeglichen werden, was zur Verbesserung der Lebensdauer der Pumpe führt.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Zahnradmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 längs U-Il,

Fig.3 und 4 einen abgewandelten Lagerkörper für eine Zahnradpumpe nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 im Schnitt.

Die Zahnradpumpe nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 besitzt ein Gehäuse 1, das an beiden Stirnseiten von Gehäusedeckeln 2, 3 verschlossen ist. Schrauben 3' halten Gehäuse 1 und Gehäusedeckel 2,3 zusammen. Das Gehäuseinnere wird von zwei einander überschneidenden Bohrungen 4, 5 gebildet, die diesem die Form einer Acht geben. Zwischen dem Gehäusedekkel 2 und der ihm zugewandten Gehäusestirnseite ist eine Dichtung 6, und zwischen dem Gehäusedeckel 3 und der diesem zugewandten Gehäusestirnseite ist eine Dichtung 7 angeordnet, die das Gehäuseinnere abdichten.

In der Gehäusebohrung 4 sind zwei als Buchsen 8, 9 ausgebildete Lagerkörper angeordnet, in deren als Stufenbohrung ausgeführten Lagerbohrungen 10, 11 jeweils eine Lagerbuchse 12, 13 in dem dem Gehäusedeckel 2, 3 zugewandten Längenabschnitt 10', 11' kleineren Durchmessers von der Länge a eingepreßt ist In gleicher Weise sind in der Bohrung 5 Lagerbuchsen 14, 15 angeordnet, in deren ebenfalls als Stufenbohrung ausgebildeten Lagerbohrungen 16,17 je eine Lagerbuchse 18, 19 ebenso in den Bohrungsabschnitten 16', 17' eingepreßt ist. Hierdurch entstehen Bereiche 10", 11", 16", 17", die reichlich Spiel zwischen den Wellenzapfen und den Lagerbuchsen bilden. Die Lagerbuchsen 8,9,14 und 15 weisen eine Abflachung 8', 9', 14', 15' auf, mit der sie jeweils aneinander anliegen, so daß sie gegen Verdrehen gesichert sind. Ein Zahnrad 20 ist mit einem an ihm ausgebildeten Wellenzapfen 21 in der Lagerbuchse 12 und mit einer an ihm ausgebildeten Triebwelle 22 in der Lagerbuchse 13 gelagert. Die Triebwelle 22 ist durch eine als Stufenbohrung 23 ausgeführte Lagerbohrung des LagsrJeckels 3 aus dem Gehäuse herausgeführt und durch einen in der Stufenbohrung 23 angeordneten Wellendichtring 24 abgedichtet. Ein mit dem Zahnrad 20 kämmendes Zahnrad 25 ist mit an ihm ausgebildeten Wellenzapfen 26, 27 in den Lagerbuchsen 18, 19 gelagert Zwischen dem Gehäusedeckel 2 und den Buchsen 8, 14 ist eine Dichtung 28 und in gleicher Weise ist zwischen dem Gehäusedeckel 3 und den Buchsen 9, 15 eine Dichtung 29 angeordnet, die jeweils Druckfelder für den Ausgleich von auf die Buchsen ausgeübte, in Achsrichtung der Zahnräder 20, 25 wirkende Kräfte begrenzt und die in diesem Zusammenhang nicht näher beschrieben sind.

Am Gehäuse 1 ist eine zur Mittelsenkrechten der die Achsen der Zahnräder 20, 25 verbindenden Linie konzentrische Bohrung 31 für den Zu- oder Abfluß von unter Niederdruck stehendem Druckmittel und dieser gegenüberliegende eine konzentrische Bohrung 32 für den Abfluß oder Zufluß von unter Hochdruck stehendem Druckmittel ausgebildet. Jede der Buchsen 8, 9, 14, 15 weist eine Ausbildung zur Aufnahme und Übertragung der Kräfte auf, die von den Wellenzapfen auf die in den Buchsen angeordneten Lagerbuchse ausgeübt werden. Diese Ausbildung soll nun am Beispiel der Buchse 8 beschrieben werden.

In der Bohrung 10 der Buchse 8 ist eine Ausnehmung 33 in dem der Stirnseite des Zahnrades 20 zugewandten

Längenabschnitt 10" ausgebildet, die sich über einen Winkel von etwa 180° symmetrisch zur Wirkungslinie der von dem Wellenzapfen 21 auf die Lagerbuchse 12 ausgeübten Kraft P/2 in dem von dieser Kraft belasteten Umfangsbereich der Bohrung 10 erstreckt. Die Ausneh- ϊ mung 33 erstreckt sich bis zu der am Zahnrad anliegenden Stirnseite der Buchse 8. In dieser Ausnehmung 33 ist eine in sich geschlossene Nut 34 ausgebildet, die zwei sich in Umfangsrichtung der Bohrung 10 erstreckende, kreisringabschnittförmige i< > Abschnitte 35, J6 mit einem Abstand a vom Deckelseitigen Ende der Buchse 8 bzw. einen Abstand b vom Zahnrad 20 hat, und zwei diese verbindende, in Achsrichtung der Zahnräder verlaufende Abschnitte 37, 38. Die Nut 34 hat in der Abwicklung die Form eines r> Rechtecks. Die Nut könnte auch eine andere Form annehmen, sofern nur dieselbe Wirkung erzielt wird.

In diese Nut 34 ist eine Dichtung 39 von gleicher Form eingelegt, die am Außenumfang der Lagerbuchse 12 anliegt und dadurch ein Druckfeld 40 einschließt In das Druckfeld 40 mündet eine Bohrung 41, die über eine zweite, je zur Hälfte in den Buchsen 8 und 14 ausgebildete Bohrung 42 mit der die Hochdruckseite der Maschinen bildenden Bohrung 32 der fvrdschine in Verbindung steht Zwischen der dem Zahnrad 20 zugewandten Stirnseite des Nutabschnitts 36 und dem in diesem liegenden Abschnitt der Dichtung 39 ist eine sich über den gleichen Winkel erstreckende Stützscheibe 43 angeordnet, die nicht am Außenumfang der Lagerbuchse 12 anliegt, aber doch ein Abscheren der Dichtung 34 m unter dem Druck des Druckfeld 40 verhindert Eine Kurve 44, die die Druckverteilung ρ über die Länge einer jeden Lagerbuchse 12,13, 18,19 angibt, stellt eine Parabel dar. Die Buchsen 9, 14, 15 weisen eine der Buchse 8 sinngemäß vollkommen entsprechende Aus- » bildung auf.

Beim Betrieb der Pumpe deren Funktionsweise als bekannt vorausgesetzt wird, wirkt auf jedes Zahnrad eine Druckkraft P, die von dem auf einen Teil der Umfangsfläche des Zahnrades wirkenden Druck her- ■"' vorgerufen wird. Diese Fläche setzt sich aus einem von der Hochdruckseite her mit dem vollen Auslaßdruck beaufschlagten Flächenanteil Fi und einem von dem Druck im Spalt zwischen dem Zahnradumfang und der Wandung der Gehäusebohrung beaufschlagten FIa- ·" chenanteil F₁ zusammen. Dieser Druck im Spalt nimmt, ausgehend von der Hochdruckseite am Umfang des Zahnrades in Richtung der Niederdruckseite auf den dort herrschenden Druck ab. Die Größe der Kraft Fist von dem Auslaßdruck der Pumpe sowie der Ausbildung "><> des Spalts abhängig, ihre Richtung hängt ebenfalls von dieser Ausbildung ab und ist für das Ausfuhrungsbeispiel durch einen Pfeil gekennzeichnet. Von jeder Lagerbuchse 12, 13, 18, 19 muß die Hälfte der Kraft P aufgenommen werden. v>

Das Druckfeld 40, in dem stets der hohe Druck der Bohrung 32 herrscht, ist nun so bemessen i>nd angeordnet, daß der auf die von der Dichtung 39 begrenzte Fläche der Lagerbuchse 12 wirkende Druck im wesentlichen die Kraft ausgleicht, die von dem ·* Wellenzapfen 21 auf die Lagerbuchse 12 ausgeübt wird, also Kraft und Gegenkraft in Größe, Richtung und Angriffspunkt zusammenfallen. Die von dem auf die Fläche der Lagerbuchse wirkenden Druck hervorgerufene Druckkraft K hat dabei von der Zahnradstirnseite ^h5 einen Abstand c. Nicht durth diese Kraft K ausgeglichene Restkräfte »erden von dem auf die Länge a fest in der Buchse 8 angeordneten Längenabschnitt der Lagerbuchse 12 aufgenommen. Die Größe der Ausnehmung 33 sowie ihre Anordnung ergibt sich aus den Betriebsbedingungen, für die die Pumpe ausgelegt ist.

Die Lagerbuchse 12 ist nur auf die Länge a formschlüssig in der Buchse 8 geführt, wogegen die Ausnehmung 33 der Lagerbuchse 12 so viel Bewegungsfreiheit gibt, daß kleine Richtungsunterschiede zwischen der Wellenzapfenachse und der Lagerbuchsenachse durch elastisches Nachgeben der Lagerbuchse sich ausgleichen können. Dies bewirkt einen optimalen Verlauf des hydrodynamischen Drucks in der Lagerbuchsenanordnung, und zwar über deren Länge in Form einer Parabel 44, und daher geringsten Verschleiß. Die Übertragung der auf die Lagerbuchse ausgeübten Kräfte, im wesentlichen durch das Druckmittel des Druckfelds 40 auf die Buchse 8 bewirkt auch bei dieser eine gleichmäßige Belastung, so daß die Verformungen an der Buchsenstirnseite klein und innerhalb des Zulässigen bleibt und die Schmierung derselben verbessert wird. Letzten Endes bewirkt die gleichmäßige Belastung der Buchsen auch eine geringere Belastung des Gehäuses.

Eins abgewandelte Buchse 50 für e^:ne Zahnradmaschine nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 zeigt das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4.

In der Buchse 50 ist eine Stufenbohrung 51 ausgebildet, in deren dem Zahnrad abgewandten Längenabschnitt 52 eine Lagerbuchse 53 angeordnet ist Die Länge der Lagerbuchse 53 beträgt nur einen Teil der Länge der Buchse 50. In der Lagerbuchse 53 ist ein Wellenzapfen 54 eines Zahnrades formschlüssig geführt. Ein dem Zahnrad zugewandter Längenabschnitt 55 der Stufenbohrung 51 hat einen geringfügig größeren Durchmesser als der Durchmesser des Wellenzapfens 54.

Im Stufenbohrungsabschnitt 55 ist eine Ausnehmung 56 ausgebildet, die sich symmetrisch zur Wirkungslinie der die Buchse 50 belastenden Kraft P über einen Winkel von etwa 180° in dem durch diese belasteten Bereich der Bohrung 51 erstreckt. In der Ausnshmung 56 ist eine in sich geschlossene Nut 57 ausgebildet, die aus zwei zueinander parallelen, sich in Umfangsrichtung üb ir den gleichen Winkel wie die Ausnehmung 56 erstreckenden ringabschnittförmigen Abschnitten 58, 59 und zwei in Achsrichtung des Wellenzapfens 54 verlaufende, diese verbindenden Abschnitte 60, 61 besteht. Der Nutabschnitt 58 ist so angeordnet, daß dessen der Lagerbuchse 52 zugewandte Schulter mit deren Stirnseite zusammenfällt In die Nut 57 ist eine Dichtung 62 gleicher Form eingelegt, die dichtend an dem Wellenzapfen 54 anliegt und auf diese Weise einen Druckbereich 63 abgrenzt. An einer Abflachung 64 der Buchse, mit der diese im Maschinengehäuse an einer zweiten Buchse anliegt, ist eine Nut 65 ausgebildet, die mit der Hochdruckseite der Zahnradmaschine in Verbindung steht und in eine Bohrung 66 mündet, die von der Abflachun j 64 ausgeht und in den Druckbereich 63 mündet.

In den Nutabschnitt 59 ist ein Stützring 67 eingelegt, der an der den Druckbereich 63 abgewandten Schulter anliegt und sich über denselben Winkel erstreckt wie der Nutabschnitt 59. Der Stützring 67 bildet eine Anlagefläche für die vom Druckbereich 63 belastete Dichtung 62. Zwischen dem Stützring 67 und dem Wellenzapfen 54 besteht ein geringes radiales Spiel.

Der Druckbereich 63 ist so bemessen und so angeordnet, daß der auf die von der Dichtung begrenzte Fläche des Wellenzapfens ausgeübte Druck eine

Druckkraft hervorruft, die den die Buchse 50 belastenden Anteil der Kraft P in Größe und Richtung annähernd ausgleicht. Durch hydrodynamische Druckfelder in der Bohrung der Lagerbuchse 52, die den Wellenzapfen formschlüssig führt, werden diejenigen Anteile der Kraft P ausgeglichen, die nicht durch den Druck im Druckbereich 63 ausgeglichen werden können. Das Radialspiel zwischen dem Wellenzapfen 54 und dem Bohrungsabschnitt 55 der Stufenbohrung 51 sowie dem Stützring 67, der Elastizität der Dichtung 62 und die geringe Länge der Lagerbuchse 53 geben dem Wellenzapfen 54 so viel Bewegungsfreiheit, daß Richtungsunterschiede zwischen dem Wellenzapfen um der Buchsenbohrung 51 ausgeglichen werden können Die von diesem Oruckbereich 63 belastete Dichtung is durch den Stützring 67 sowie die Lagerbuchsenstirnsei te, an der sie anliegt, gegen Abscheren abgesicherl Durch den Kräfteausgleich vom Druckbereich 63 sowii die begrenzte Bewegungsfreiheit des Wellenzapfen: ergeben sich wieder eine gleichmäßige Belastung de Buchse sowie des diese aufnehmenden Gehäuses um demzufolge kleinste Verformungen, wie sie schon be dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. I und ; beschrieben wurden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Zahnradpumpe oder -motor mit im Außeneingriff kämmenden Zahnrädern, die mit ihren Wellenzapfen in zwei- oder einstückigen Lagerkörpern gelagert und mittels hydrostatischer, als Ausnehmungen in die Lagerkörper eingearbeiteter radialer Druckfelder — die von in sich geschlossenen Dichtungen begrenzt werden — gegenüber dem Auslaßdruck der Pumpe abstützbar sind, wobei jede einen Wellenzapfen aufnehmende Lagerbohrung als einmal abgesetzte Stufenbohrung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) jeder Wellenzapfen (21,22;26,27;54)

aa) mit seinem freien außerhalb des radialen Druckfeldes (40; 63) liegenden Ende in einer in diesem Bereich (10', 11', 16', 17', 52) der Stufenbohrung (10,11,16,17; 51) abgestützten Lagerbuchse (12,13; 18,19,53) mit sehr kleinem Lagerspiel gelagert ist,

bb) sch mit seinem dem Zahnrad zugewandten, im Druckfeldbereich liegenden Ende in einen Bereich (10", 11"; 16", 17"; 55) der Stufenbohrung erstreckt, in der diese den Wellenzapfen oder die in diesen Bereich hineinragende Lagerbuchse (12, 13; 18, 19, 53) mit einem ausreichend großen Spiel umgibt, damit auch Fluchtungsfehler zwischen den Lagern und/oder Wellenzapfen ausgeglichen werden können,

b) sich die Ausnehmung (33; 56) für das hydrostatische D:\ickfeld (40; 63) am zahnradseitigen Ende des Lagerkörpers b^;s ins Freie erstreckt.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an rcenigs'ens einer Seite der das Druckfeld begrenzenden Dichtung eine Stützscheibe (43, 67) angeordnet ist, die nicht am Außenumfang der Lagerbuchse anliegt.