Hydraulische Maschine, insbesondere für hohe Drücke Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrau lische Maschine mit in einem Gehäuse umlaufenden, in mindestens einem Lagerkörper gelagerten Arbeits gliedern, mit einem von den Arbeitsgliedern, dem Gehäuse und dem oder den Lagerkörpern abgeschlos senen Druckraum und einem Niederdruckraum sowie einer Einrichtung, welche die vom Druckraum auf die Arbeitsglieder und den oder die Lagerkörper ausgeübten radialen Kräfte durch entgegengesetzt ge richtete Kräfte mindestens nahezu ausgleicht.
Die vom Druckraum auf die Arbeitsglieder aus geübten radialen Kräfte lassen sich verhältnismässig leicht bestimmen, wenn man weiss, wie weit sich der Druckraum längs des Umfangs der Arbeitsglieder erstreckt oder wenn man diese Erstreckung auf ein bestimmtes Mass begrenzen kann. Der Ausgleich die ser Kräfte ist dann auf befriedigende Weise möglich.
Besonders bei hohen Drücken kommt aber dazu eine auf den Lagerkörper wirkende Kraft, die daher rührt, dass Druckflüssigkeit aus dem Druckraum zwi schen den Lagerkörper und das Pumpengehäuse ein dringt. Je weiter sie vordringt, desto grösser wird die von ihr beaufschlagte Fläche, also die wirkende Kraft. Diese drückt einerseits die Gehäusewand nach aussen und vergrössert dadurch den zugänglichen Spalt und die beaufschlagte Fläche; anderseits drückt sie vermehrt gegen den Lagerkörper. Da die Auswirkung dieser Kraft nur schwer zu übersehen ist, war es bisher nicht möglich, sie in befriedigendem Ausmass durch eine radiale, etwa vom Förderdruck ab hängige Kraft auszugleichen.
Diese Nachteile werden nach der Erfindung da durch vermieden, dass an den parallel zur Drehachse der Arbeitsglieder verlaufenden Fläche des Lager körpers im Bereich des Druckraums eine parallel zur benachbarten Druckraumbegrenzungsseite verlaufende Nut angebracht ist, die zum Saugraum Verbindung hat und die Fläche abgrenzt, in welcher durch das Eindringen von Druckflüssigkeit zwischen Lagerkör per und Gehäuse ein Druckfeld entsteht. Auf diese Weise wird die Grösse der wirksamen Fläche konstant gehalten, so dass bei Pumpen die Kraftwirkung mindestens nahezu dem Förderdruck proportional gemacht werden kann.
Das eröffnet die Möglichkeit eines ausreichenden Ausgleichs durch ebenfalls radiale, aber entgegengesetzt wirkende, vom Förderdruck beaufschlagte Druckfelder. Im Zusammenhang mit diesen Nuten lässt sich auch eine das Druckfeld begrenzende Dichtung an ordnen, die hydraulisch angedrückt wird. Die dadurch auf den Lagerkörper radial einwirkende Kraft kann vorteilhafterweise durch eine andere Kraft ausge glichen werden, die auch dem vom Druckraum her auf den Lagerkörper kippend einwirkenden Moment entgegenwirkt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigen: Fig. 1 eine Stirnansicht einer Pumpe, Fig. 2 einen Längsschnitt nach II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach III-III 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 einen Hohlraum des Gehäuses 1, der durch zwei sich überschneidende zylin drische Ausdrehungen 4, 4' gebildet wird. In diese Ausdrehungen 4, 4' sind zwei beiderseits mit Wellen zapfen 5, 5' versehene Zahnräder 6, 6' eingesetzt, deren Durchmesser dem der Ausdrehungen 4, 4' ent spricht.
Die Wellenzapfen 5, 5' sind in Lagerkörpern 7 gelagert, die genau in die Ausdrehungen 4, 4' des Pumpengehäuses 1 passen. Die beidseits der Zahn räder 6, 6' liegenden Wellenzapfen und die zugehö rigen 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 dargestellten 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 Verbindung 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 Dreh richtung angetrieben, so drehen sich die Zahnräder 6, 6' in gegenläufigem Sinne. Das durch den Saugkanal 2 eintretende Druckmittel, z.
B. Öl, wird bei einer sol chen Drehung der Zahnräder 6, 6' durch die Zahn kammern 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 Zahnkammern 9 kein Überdruck entstehen. Sobald aber ein Zahnkopf den Bereich der Ausgleichs nute 8 bzw. 8' verlässt, hat die vor diesem Zahnkopf liegende Zahnkammer keine Verbindung mehr mit dem Saugkanal 2, sondern ist durch den Zahn und die in diesem Bereich nutlose Wandung des Pumpen gehäuses 1 abgeschlossen.
In dem Raum des Pumpen gehäuses 1, in dem die Zahnkammern der Zahnräder 6, 6' keine Verbindung mit dem Saugkanal 2 haben, der im allgemeinen als Ausschubraum 10 bezeichnet wird, entsteht naturgemäss der Förderdruck, der auch in dem an den Ausschubraum 10 angeschlossenen Druckkanal 3 herrscht. Bisher hat man bei Zahnrad pumpen solche Ausgleichsnuten 8, 8' nicht ange bracht, so dass bereits in den Zahnkammern 9 ein von Zahnkammer zu Zahnkammer wachsender Aus schubdruck entstehen 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 Zahnrad umfanges 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 Aus schubdruck im Raum 10 entstehenden Kraft sucht die Lagerkörper 7 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. Ge häusedeckel und den Lagerkörpern 7 angeordneten Druckfeldern 12 (Fig.4) entsteht eine vom Aus schubdruck abhängige Dichtkraft, die der besagten axialen Kraftkomponente 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 Ausschubraum 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 wirkende 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 Druckfelder 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 einerseits mit dem Ausschubraum 10 Verbindung hat, anderseits in einer Druckkammer 18 des Lager körpers 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 Dichtschnurringes 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 ge wissen 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 Druckkammar 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 jeder Lagerkörper 7 mit Schlitzen 23, 23', 24, 24' ver sehen, so dass er (7) etwa elastisch wird und sich unter dem Einfluss der radialen Dichtkräfte spielfrei an die Wellenzapfen 5, 5' anlegt.
Die Schlitze 23, 23', 24, 24' stehen mit den Ausgleichsnuten 8, 8' in Verbindung, so dass das von den Zahnrädern 6, 6' geforderte, noch druck lose Druckmittel auch in die Schlitze 23, 23' eintreten kann und die Lagerflächen der Wellenzapfen 5, 5' in den Lagerkörpern 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 weg zudrücken versuchen.
Um dieses Druckfeld möglichst klein zu halten, sind im Lagerkörper 7 Begrenzungs nuten 25, 25' (Fig.5) vorgesehen, die durch einen Kanal 26 mit dem Saugraum in Verbindung gebracht sind, so dass sich das in den Spalt kriechende Druck mittel nur auf einer schmalen Randzone 27 des Lagerkörpers 7 krafterzeugend auswirken kann. Die dort entstehenden Kräfte werden durch die vom Pfropfen 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 mittels der zur benachbarten Begrenzungsseite des Raumes 10 parallelen 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, ausrei chende Dichtkräfte zu erzeugen und alle die Kräfte überzukompensieren, die der Abdichtung des Aus schubraumes 10 entgegenwirken.
Die Nuten 25, 25' befinden sich in den parallel zur Drehachse der Zahnräder verlaufenden Umfangs flächen von kreiszylindrischen Teilen der Lagerkör per 7. Zwischen diesen Teilen liegt ein Steg 7', dessen Breite B kleiner ist als der Durchmesser der zylin drischen Teile. In diesen Steg ist eine Dichtung 13' aus elastischem Werkstoff eingesetzt. Sie wird durch den Druck des Kanals 13 gegen die gegenüberliegende Gehäusewand gedrückt; die durch diesen Druck ent stehende, auf den Lagerkörper 7 wirkende Kraft und das entsprechende Moment werden ebenfalls durch die bei dem Pfropfen 22 auf den Lagerkörper wir kende Kraft ausgeglichen.
Durch dieses Kräftespiel wird eine übermässige einseitige Belastung der Zahnradlagerungen und damit ein vorzeitiger Verschleiss der Teile vermieden.