Hydraulische Maschine mit dem Kippen eines oder mehrerer Lagerkörper entgegenwirkender Radialkraft Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit in Aussparungen des Gehäuses umlaufenden, in mindestens einem Lagerkörper gelagerten und inein ander eingreifenden Zahnrädern sowie einem von den Zahnrädern, dem Gehäuse und dem oder den Lagerkörpern abgeschlossenen Druckraum, dessen in axialer Richtung auf den oder die Lagerkörper kip pend einwirkendem Druck eine hydraulisch erzeugte, radial an dem Lagerkörper angreifende Kraft ent gegenwirkt.
Es ist bekannt, diese radial angreifende Kraft an einem einzigen Punkt des Lagerkörpers anzusetzen. Dabei ist es nicht möglich, die auf den Lagerkörper wirkenden Kräfte und Momente so auszugleichen, dass sich der Lagerkörper einem bestimmten Kräfteüber- schuss folgend verschiebt, um beispielsweise eine ra diale und/oder axiale Abdichtung des Druckraums zu erreichen.
Es bleiben vielmehr Kräfte wirksam, die von der Druckflüssigkeit herrühren, welche zwischen das Gehäuse und den Lagerkörper eindringt, und an dere die von der radialen Belastung der Zahnräder stammen. Der Lagerkörper wird daher seiner Auf gabe nicht gerecht werden können.
Diese Nachteile werden nach der Erfindung da durch vermieden, dass die radial angreifende Kraft aufgeteilt ist auf mehrere, an verschiedenen Punkten angreifende Kräfte, von denen eine auch der vom Druck des Druckraums herrührenden radialen Bela stung der Zahnräder entgegenwirkt.
Auf diese Weise können die in verschiedenen Richtungen auftretenden Kräfte und Momente einzeln oder im Zusammenwirken verschiedener Gegenkräfte erfasst und ausgeglichen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigen: Fig. 1 eine Stirnansicht einer Pumpe, Fig. 2 einen Längsschnitt nach 11-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach III-111 der Fig. 2, Fig. 4 eine Stirnansicht, teilweise im Schnitt, nach IV-IV der Fig. 2,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Lagerkörpers von der rechten Seite der Fig. 4 her gesehen, Fig. 6 einen Teilschnitt nach VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 eine Seitenansicht eines Lagerkörpers von der linken Seite der Fig. 4 her gesehen, Fig. 8 einen Längsschnitt nach VIII-VIII der Fig. 1, Fig. 9 einen Querschnitt nach IX-IX der Fig. 8,
Fig. 10 einen Teilschnitt nach X-X der Fig. 9, Fig. 11 eine Teilansicht der Auslassöffnung von der rechten Seite der Fig. 9 her gesehen.
Ein Pumpengehäuse 1 ist einerseits mit einem Saugkanal 2 und anderseits mit einem gleichachsig gegenüberliegenden Druckkanal 3 versehen (Fig. 3). Beide Kanäle 2, 3 münden in einem Hohlraum des Gehäuses 1, der durch zwei sich überschneidende zylindrische Ausdrehungen 4, 4' gebildet wird. In diese Ausdrehungen 4, 4' sind zwei beiderseits mit Wellenzapfen 5, 5' versehene Zahnräder 6, 6' einge setzt, deren Durchmesser dem der Ausdrehungen 4, 4' entspricht. Die Wellenzapfen 5, 5' sind in Lagerkör pern 7 gelagert, die genau in die Ausdrehungen 4, 4' des Pumpengehäuses 1 passen.
Die beidseits der Zahnräder 6, 6' liegenden Wellenzapfen und die Zuge hörigen Lagerkörper sind in Fig. 2 zu sehen. Der eine Wellenzapfen 5' des unteren Zahnrades 6' ragt aus dem zugehörigen Lagerkörper 7 und einem das Pum pengehäuse 1 abschliessenden Gehäusedeckel mit einem Konus 5" heraus und kann mit einer nicht dar gestellten Antriebsvorrichtung gekuppelt werden.
In der die Zahnräder 6, 6' umschliessenden zylin drischen Fläche der Ausdrehungen 4, 4' sind Aus- gleichsnuten 8, 8' eingebracht, die sich etwa über den halben Umfang der Zahnräder 6, 6' erstrecken (Fig. 3). Durch diese Ausgleichsnuten 8, 8' wird eine Verbin dung zwischen dem Saugkanal 2 und der Mehrzahl der Zahnkammern 9 hergestellt, in denen daher kein Druck entsteht.
Wird das Zahnrad 6' in der in Fig. 1 durch einen Pfeil angegebenen Drehrichtung ange trieben, so drehen sich die Zahnräder 6, 6' in gegen läufigem Sinne. Das durch den Saugkanal 2 eintre tende Druckmittel, z. B. Öl, wird bei einer solchen Drehung der Zahnräder 6, 6' durch die Zahnkammern 9 nach dem Druckkanal 3 hin gefördert. Solange sich die Zahnköpfe der Zahnräder 6, 6' im Bereich der Ausgleichsnuten 8, 8' bewegen, kann in den Zahn kammern 9 kein überdruck entstehen.
Sobald-aber ein Zahnkopf den Bereich der Ausgleichsnute 8 bzw. 8' verlässt, hat die vor diesem Zahnkopf liegende Zahn kammer keine Verbindung mehr mit dem Saugkanal 2, sondern ist durch den Zahn und die in diesem Be reich nutlose Wandung des Pumpengehäuses 1 abge schlossen. In dem Raum des Pumpengehäuses 1, in dem die Zahnkammern der Zahnräder 6, 6' keine Verbindung mit dem Saugkanal 2 haben, der im all gemeinen als Ausschubraum 10 bezeichnet wird, ent steht naturgemäss der Förderdruck, der auch in dem an den Ausschubraum 10 angeschlossenen Druck kanal 3 herrscht.
Bisher hat man bei Zahnradpumpen solche Ausgleichsnuten 8, 8' nicht angebracht, so dass bereits in den Zahnkammern 9 ein von Zahnkammer zu Zahnkammer wachsender Ausschubdruck entste hen konnte, der auf einer relativ grossen Fläche der Lagerkörper 7 einwirkte. Durch die Ausgleichsnuten 8, 8' wird der Ausschubraum 10 auf einen relativ kleinen Bereich des Zahnradumfanges begrenzt, so dass der dort entstehende Ausschubdruck nur auf einer relativ kleinen Fläche auf die Lagerkörper 7 zur Einwirkung kommt.
Die axial gerichtete Komponente der durch den Ausschubdruck im Raum 10 entste hende Kraft sucht die Lagerkörper 7 nicht zu Kippen, sondern auch von den Seitenflächen der Zahnräder 6, 6' wegzudrücken. An der Aussenseite der Lager körper 7 ist ein von einem Dichtschnurring 11 be grenztes Druckfeld 12 vorgesehen, in dem ein zum Ausschubraum 10 führender Kanal 13 mündet (Fig. 8). In den zwischen dem Gehäuse bzw.
Gehäuse deckel und den Lagerkörpern 7 angeordneten Druck feldern 12 (Fig. 4) entsteht eine vom Ausschubdruck abhängige Dichtkraft, die der besagten axialen Kraft komponente entgegenwirkt und etwas grösser ist als diese. Durch diese Dichtkraft aus den Druckfeldern 12 werden die Lagerkörper 7 an die Seitenflächen der Zahnräder 6, 6' angedrückt und damit das axiale Spiel in dem System beseitigt.
Zur Erzielung dieser axialen Dichtkraft genügt ein relativ kleines Druckfeld 12, da der Druck im Aus schubraum 10 auch nur auf eine relativ kleine Fläche der Lagerkörper 7 wirkt.
Der Druck im Ausschubraum 10 erzeugt aber nicht nur eine axiale Kraft, sondern auch radial wir kende Kräfte, die durch Pfeile 14, 14' angedeutet sind (Fig. 3). Um Dichtkräfte, die diesen radialen Kräften 14, 14' entgegenwirken, zu erzeugen, sind an der Mantelfläche der Lagerkörper 7 ebenfalls Druck felder 15, 15' vorgesehen (Fig. 9), die durch je einen Dichtschnurring 16 bzw. 16' begrenzt sind.
In jedem Lagerkörper 7 ist ein Kanal 17 vorgesehen, der einer seits mit dem Ausschubraum 10 Verbindung hat, an derseits in einer Druckkammer 18 des Lagerkörpers 7 mündet. Von der Druckkammer 18 führen Kanäle 19, 19' zu den Druckfeldern 15, 15'. Je ein Zweig (20, 20') der Kanäle 19, 19' mündet in einer Ringnut 21 bzw. 21' unterhalb des dort eingelegten Dicht schnurringes 16 bzw. 16'.
Der Dichtschnurring 16 bzw. 16' wird also durch das Druckmittel an die zylindrische Wandung der Ausdrehung 4, 4' beson ders angedrückt, um eine gute Abdichtung des über den Kanal 19 bzw. 19' an den Ausschubdruck ange- schlossenen Druckfeldes 15 bzw. 15' zu erreichen.
In den Druckfeldern 15, 15' werden demnach Dicht kräfte erzeugt, die den radialen Kraftkomponenten 14, 14' entgegengerichtet sind und die mit einem gewissen Kraftüberschuss die Köpfe der Zahnräder 6, 6' gegen die Wandung des Ausschubraumes 10 drücken.
Diese Wirkung der Druckfelder 15, 15' auf die einzelnen Lagerkörper wird noch unterstützt durch einen kolbenartig wirkenden Pfropfen 22, der die Druckkammer 18 des Lagerkörpers 7 abschliesst und sich am Pumpengehäuse 1 abstützt. Damit auch das Lagerspiel zwischen den Wellenzapfen 5, 5' und den Lagerkörpern 7 aufgehoben werden kann, ist der Lagerkörper 7 mit Schlitzen 23, 23', 24, 24' versehen, so dass er (7) etwas elastisch wird und sich unter dem Einfluss der radialen Dichtkräfte spielfrei an die Wel lenzapfen 5, 5' anlegt.
Die Schlitze 23, 23', 24, 24' stehen mit den Aus gleichsnuten 8, 8' in Verbindung, so dass das von den Zahnrädern 6, 6' geforderte, noch drucklose Druck mittel auch in die Schlitze 23, 23' eintreten kann und die Lagerflächen der Wellenzapfen 5, 5' in den Lager körpern 7 schmiert und kühlt.
Es ist auch zu berücksichtigen, dass im Bereich des Ausschubraumes 10 das unter hohem Druck stehende Druckmittel seitlich in den Spalt zwischen den Lagerkörpern 7 und der Umfangswandung des Pumpengehäuses 1 eindringt und dort Kräfte erzeugt, die die Lagerkörper 7 von der Gehäusewand wegzu drücken versuchen.
Um dieses Druckfeld möglichst klein zu halten, sind in jedem Lagerkörper 7 Begren zungsnuten 25, 25' (Fig.5) vorgesehen, die durch einen Kanal 26 mit dem Saugbereich in Verbindung gebracht sind, so dass sich das in den Spalt kriechende Druckmittel nur auf einer schmalen Randzone 27 des Lagerkörpers 7 krafterzeugend auswirken kann. Die dort entstehenden Kräfte herden durch die vom Pfrop fen 22 aus erzeugte Gegenkraft kompensiert.
Durch die Lokalisierung des Pumpendruckes auf einen durch die Ausgleichsnuten 8, 8' verkleinerten Ausschubraum 10 und die Begrenzung der an den Ausschubraum 10 angrenzenden Druckfelder 27 mit tels der Begrenzungsnuten 25, 25' wird es bei der beschriebenen Zahnradpumpe möglich, mit relativ kleinen Gegendruckfeldern, die teils axial (12) und teils radial (15, 15', 22) wirken, ausreichende Dicht kräfte zu erzeugen und alle die Kräfte überzukom- pensieren, die der Abdichtung des Ausschubraumes 10 entgegenwirken.
Die Nuten 15, 15' befinden sich in den kreiszylin drischen Teilen der Lagerkörper 7. Zwischen diesen liegt jeweils ein Steg, dessen Breite kleiner ist als der Durchmesser der zylindrischen Teile. In diesen ist eine Dichtung 13' aus elastischem Werkstoff einge setzt. Sie wird durch den Druck des Kanals 13 gegen die gegenüberliegende Gehäusewand gedrückt; die durch diesen Druck entstehende, auf den Lagerkörper 7 wirkende Kraft und das entsprechende Moment werden ebenfalls durch die Kraft an dem Pfropfen 22 ausgeglichen.
Durch dieses Kräftespiel wird eine übermässige einseitige Belastung der Zahnradlagerungen und damit ein vorzeitiger Verschleiss der Teile vermieden.
Die Grössen der wirksamen Druckfelder 15, 15' und bei 22 sind so abgestimmt, dass nicht nur die ge nannten radialen Kräfte, sondern auch die Momente ausgeglichen werden, die auf den Lagerkörper wirken und von dem axial, aber exzentrisch angreifenden Druck des Druckraumes 10 und von dem Druck in der Randzone 27 sowie bei der Dichtung 13' herrüh ren.
Die bei dem Pfropfen 22 und in der Randzone 27 hydraulisch erzeugten, einander entgegengerichteten Kräfte bilden dabei ein Kräftepaar, das dem Ausgleich des den Lagerkörper kippenden Momentes dient.