EP2406496A2 - Hydraulische zahnradmaschine - Google Patents

Hydraulische zahnradmaschine

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Publication number
EP2406496A2
EP2406496A2 EP10705827A EP10705827A EP2406496A2 EP 2406496 A2 EP2406496 A2 EP 2406496A2 EP 10705827 A EP10705827 A EP 10705827A EP 10705827 A EP10705827 A EP 10705827A EP 2406496 A2 EP2406496 A2 EP 2406496A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
gears
gear machine
bearing
gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10705827A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc LÄTZEL
Michael Wilhelm
Dietmar Schwuchow
Guido Bredenfeld
Stefan Cerny
Sebastian Tetzlaff
Klaus Griese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2406496A2 publication Critical patent/EP2406496A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/16—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0023—Axial sealings for working fluid
    • F04C15/0026—Elements specially adapted for sealing of the lateral faces of intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042—Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0088—Lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/54—Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic gear machine according to the preamble of patent claim 1.
  • a gear machine is shown with a housing in which two intermeshing and mounted in bearing bushes or bearing bodies gears are arranged, wherein the housing is closed with a first and second housing cover each end face.
  • the gears are mounted slidably axially each with two axial surfaces between the bearing bodies and radially in each case via a bearing shaft received in the bearing bodies.
  • hydraulic and mechanical forces act on the gears in the same gear longitudinal axis in each case.
  • the counterforce on the gears is applied via attacking on the bearing shafts piston.
  • the pistons are slidably received approximately coaxially to the toothed wheel longitudinal axis in a between the first housing cover and the housing arranged intermediate cover and abut with a first piston end face on a pointing in the direction of the first housing cover shaft end face of the bearing shafts and are acted upon via a second piston end face in each case with pressure.
  • the counterforce is applied to the first bearing body via a pressure field formed between the bearing body and the intermediate cover.
  • a disadvantage of this solution is that the entire package of bearing bodies and gears is pressed onto the second housing cover of the gear machine, whereby the second housing cover and the housing are loaded very high and uneven. By compressing the gears and the bearing body occurs a fairly high wear between the axial surfaces of the gears and the bearing bodies.
  • the application of the counterforce on the bearing shafts and the bearing body requires a high device complexity with a variety of components.
  • the object of the present invention is to provide a hydraulic gear machine, which is constructed device-simple and with a small number of components and has a low wear.
  • a gear machine has a housing for receiving two meshing gears. These are mounted slidably axially with axial surfaces between housed in the housing bearing bodies and radially, each with a bearing shaft accommodated in the bearing bodies.
  • a gear acts in the operation of the gear machine an axial force component of a force resulting from the operation of hydraulic and mechanical forces resulting force in a same axial direction.
  • At least one pressure field is provided between at least one axial surface of a gear lying in the effective direction of the axial force component and the bearing bodies adjoining the at least one axial surface.
  • This solution has the advantage that a force acting against the Axialkraftkomponente counterforce can be applied to the gears without additional components by the pressure field. Furthermore, the force acting as a contact force Axialkraftkomponente the gears is reduced by the pressure field, whereby the sliding friction between the gears and lying in the effective direction of the Axialkraftkomponente bearing bodies reduced and wear is minimized.
  • the gears are helically toothed.
  • a pressure field is provided in each case between the axial surfaces of the toothed wheels lying in the direction of action of the axial force component and the sliding surfaces of the bearing body which lie opposite the axial surfaces.
  • the pressure fields can simply be designed as pressure pockets.
  • a first pressure groove is concentrically encircling a first bearing eye and a second pressure groove a circle inserted around a second bearing eye in the sliding surface of the bearing in the direction of the Axialkraftkomponente bearing body, whereby different effective surfaces of the pressure grooves are realized.
  • the pressure grooves via connecting grooves with the high pressure of the gear machine in pressure medium connection.
  • the pressure force acting in the pressure grooves can be coupled to the operating conditions of the gear machine.
  • the pressure pockets are introduced in the direction of action of Axialkraftkomponente lying axial surfaces of the gears.
  • the pressure pockets are easily manufactured along a peripheral portion formed around the respective bearing shaft of the gears, whereby a small leakage gap occurs.
  • the pressure pockets are formed circumferentially around the respective bearing shaft of the gears.
  • At least one pressure pocket is widened by tooth pocket portions introduced into the tooth end faces of the teeth of the toothed wheel.
  • the pressure oil supply of the pressure pockets can be done via the adjacent bearing body, the pressure pockets are for example at high pressure of the gear machine in fluid communication.
  • Figure 1 in a longitudinal section a simplified representation of a gear machine
  • Figure 2 is a side view of a simplified representation of a package of bearing bodies and gears of the gear machine of Figure 1;
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a simplified representation of bearing bodies and gears of the gear machine according to a first embodiment
  • Figure 4 is a plan view of the bearing body of Figure 3.
  • Figure 5 is a plan view of the gears of the gear machine according to a second embodiment. Description of the embodiments
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a designed as a gear machine 1 hydraulic working machine according to an embodiment is shown.
  • This has a machine housing 2, which is closed by means of two housing cover 4 and 6.
  • the right in Figure 1 housing cover 6 of the gear machine 1 is penetrated by a first bearing shaft 8, on softer a first gear 10 is disposed within the machine housing 2.
  • the first gear 10 is connected to a second gear 12 via a helical gear 14 into engagement, wherein the gear 12 is rotatably mounted on a second bearing shaft 16.
  • the first and second bearing shaft 8 and 16 are each guided in two plain bearings 18, 20 and 22, 24.
  • the right in Figure 1 sliding bearings 20, 24 are received in a bearing body 26 and the left in Figure 1 slide bearings 18, 22 in a bearing body 28.
  • the gears 10 and 12 are mounted in the axial direction in each case via a first axial surface 30 and 32 respectively on the second right in Figure 1 bearing body 26 and a respective second axial surface 34 and 36 on the left bearing body 28 slidably. Sliding surfaces between the gears 10, 12 and the bearing bodies 26, 28 may be provided with a sliding coating, such as M0S 2 , graphite or PTFE to reduce friction.
  • the bearing bodies 26 and 28 each have an end face 38 or 40 towards the housing covers 6 and 4, respectively.
  • the housing cover 4, 6 are aligned by centering bolts 42 on the machine housing 2. Between the housing covers 4 and 6 and the machine housing 2, a housing seal 44 is arranged. Furthermore, an axial field seal 46 is respectively introduced into the end faces 38 and 40 of the bearing bodies 26 and 28 for the separation of a high-pressure region of the gearwheel machine 1. A shaft sealing ring 48 seals the passage of the first bearing shaft 8 through the housing cover 6 on the right in FIG.
  • FIG. Figure 2 shows a side view of a simplified representation of the package of gears 10 and 12 and bearing bodies 26 and 28 to explain the occurring in the gear machine 1 of Figure 1 hydraulic and acting substantially by the helical gear 14 mechanical forces.
  • a force component of a hydraulic force acts on both gears 10, 12 in the same axial direction in the figure 2 to the left.
  • a driving gear which in FIG. 2 is the upper gear 10
  • a driven gear which is the lower gear 12 in FIG. 2
  • the hydraulic and mechanical force components result in a corresponding axial force component 47, 49 on both toothed wheels 10, 12 in the same direction (to the left in FIG. 2), but with a different amount.
  • FIG. 3 shows in a longitudinal sectional view a simplified illustration of the bearing bodies 26, 28 and the toothed wheels 10, 12 according to a first exemplary embodiment of the gear machine 1 from FIG.
  • a pressure field between the lying in the effective direction of the Axialkraftkomponenten 47, 49 axial surfaces 34 and 36 of the respective gears 10 and 12 and the axial surfaces 34 and 36 opposite sliding surfaces 50 and 52 of the bearing body 28 provided.
  • the bearing bodies 26, 28 can be constructed in two parts as in FIG. The pressure field is limited by respective pressure grooves 54 and 56 introduced into the sliding surfaces 50 and 52 and the respective axial surfaces 34 and 36, respectively.
  • Figure 4 discloses in a plan view, the sliding surfaces 50, 52 of the spectacle-shaped bearing body 28 of Figure 3.
  • the first pressure groove 54 is circumferentially about an upper in Figure 4 bearing eye 62 is inserted into the sliding surface.
  • the second pressure groove 56 is formed around a lower circle around a lower bearing eye 64 substantially in the high pressure region of the gear machine 1 of FIG.
  • the pressure grooves 54, 56 are via radial grooves 66 to the high pressure of the gear machine 1 in fluid communication.
  • FIG. 5 shows a plan view of the axial surfaces 34, 36 of the gears 10, 12 according to a second embodiment of the gear machine 1 of Figure 1.
  • the pressure field is not as shown in Figure 3 in the bearing body 28 introduced pressure grooves 54, 56, but bounded by in each case in the axial surfaces 34 and 36 of the gears 10 and 12 introduced pressure pockets 68 and 70, respectively.
  • the lower in the figure 5 pressure pocket 70 of the gear 12 is formed as an annular groove which is circumferentially introduced into the axial surface 36 between toothed end faces 72 of teeth 74 of the gear 12 and an outer circumferential surface of the bearing shaft 16.
  • pressure pocket 68 of the gear 10 has in addition to a pressure pocket 70 corresponding annular groove in the toothed end faces 72 introduced Zahntaschenabismee 76, whereby the Pressure pocket 68 is thus introduced over a large area in the axial surface 34.
  • the pressure pocket 68 is then radially bounded by a wall 78 running around the circumference of the toothed wheel 10.
  • the pressure pockets 68, 70 are in pressure fluid communication with the high pressure of the gear machine 1 from FIG. 1, for example via connecting grooves in the adjacent bearing body 28 (see FIG. 1).
  • the pressure pockets 68, 70 of FIG. 4 are not incorporated in the gears 10, 12 but encircling only a partial circle and having a larger radial width.
  • the production could be simplified and a leakage gap can be reduced, which would lead to lower hydraulic losses.
  • Axialspalt- and Axialkraftkompensation are independent of the type of bearing elements used and is therefore applicable to all, suitable for the axial sealing of gear machines components. The same applies to the type of gearing and its parameters. Such Axialspalt- and Axialkraftkompensation can be used both in external and internal gear machines.
  • the gear machine can be used as a gear pump or motor.
  • a gear machine with a housing for receiving two intermeshing gears. These are axially received with axial surfaces between housing bearing bodies and radially slidably mounted in each case with a bearing shaft received in the bearing bodies.
  • an axial force component of these forces acts on the gears in a same axial direction.
  • This axial force component is a pressure field between at least one lying in the effective direction of the Axialkraftkomponente axial surface of a gear and the adjacent to the at least one axial surface bearing body.

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Abstract

Offenbart ist eine Zahnradmaschine mit einem Gehäuse zum Aufnehmen zweier miteinander kämmender Zahnräder. Diese sind axial mit Axialflächen zwischen Gehäuse aufgenommen Lagerkörpern und radial mit jeweils einer in den Lagerkörpern aufgenommenen Lagerwelle gleitend gelagert. Im Betrieb der Zahnradmaschine treten hydraulische und mechanische Kräfte auf, wobei eine Axialkraftkomponente dieser Kräfte jeweils auf die Zahnräder in eine gleiche Axialrichtung wirkt. Zum Entgegenwirken dieser Axialkraftkomponente ist ein Druckfeld zwischen zumindest einer in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialfläche eines Zahnrads und dem an die zumindest eine Axialfläche angrenzenden Lagerkörper vorgesehen.

Description

Beschreibung
Hydraulische Zahnradmaschine
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Zahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der EP 1 291 526 A2 ist eine Zahnradmaschine mit einem Gehäuse gezeigt, in dem zwei miteinander kämmende und in Lagerbuchsen bzw. Lagerkörpern gelagerte Zahnräder angeordnet sind, wobei das Gehäuse mit einem ersten und zweiten Gehäusedeckel jeweils stirnseitig verschlossen ist. Die Zahnräder sind axial mit jeweils zwei Axialflächen zwischen den Lagerkörpern und radial jeweils über eine in den Lagerkörpern aufgenommene Lagerwelle gleitend gelagert. Im Betrieb der Zahnradmaschine wirken auf die Zahnräder in jeweils die gleiche Zahnradlängsachse hydraulische und mechanische Kräfte. Damit der in Wirkrichtung der Kräfte liegende erste Lagerkörper nicht über die Axialflächen der Zahnräder zwischen die Zahnräder und den ersten Gehäusedeckel gepresst ist und zwischen den Zahnrädern und dem zweiten Lagerkörper nur ein geringer Gleitspalt auftritt, wird auf die Zahnräder und den ersten Lagerkörper eine Gegenkraft aufgebracht. Diese ist dabei größer als die hydraulischen und mechanischen Kräfte, so dass der erste Lagerkörper gegen die Zahnräder, die Zahnräder gegen den zweiten Lagerkörper und der zweite Lagerkörper gegen den zweiten Gehäusedeckel gepresst sind. Die Kraftresultierenden auf die Lagerkörper und die Zahnräder wirken somit alle in Richtung des zweiten Gehäusedeckels.
Die Gegenkraft auf die Zahnräder wird über an den Lagerwellen angreifende Kolben aufgebracht. Die Kolben sind dabei etwa koaxial zur Zahnradlängsachse in einem zwischen dem ersten Gehäusedeckel und dem Gehäuse angeordneten Zwischendeckel gleitend aufgenommen und liegen mit einer ersten Kolbenstirnfläche an einer in Richtung des ersten Gehäusedeckels weisenden Wellenstirnfläche der Lagerwellen an und werden über eine zweite Kolbenstirnfläche jeweils mit Druck beaufschlagt. Auf den ersten Lagerkörper wird die Gegenkraft über ein zwischen dem Lagerkörper und dem Zwischendeckel ausgebildetes Druckfeld aufgebracht. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass das gesamte Paket aus Lagerkörpern und Zahnrädern auf den zweiten Gehäusedeckel der Zahnradmaschine gepresst ist, wodurch der zweite Gehäusedeckel und das Gehäuse sehr hoch und ungleichmäßig belastet sind. Durch das Zusammenpressen der Zahnräder und der Lagerkörper tritt ein recht hoher Verschleiß zwischen den Axialflächen der Zahnräder und den Lagerkörpern auf. Des Weiteren erfordert das Aufbringen der Gegenkraft auf die Lagerwellen und die Lagerkörper einen hohen vorrichtungstechnischen Aufwand mit einer Vielzahl von Bauteilen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydraulische Zahnradmaschine zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach und mit einer geringen Anzahl von Bauteilen aufgebaut ist und einen niedrigen Verschleiß aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Zahnradmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß hat eine Zahnradmaschine ein Gehäuse zum Aufnehmen von zweier miteinander kämmenden Zahnrädern. Diese sind axial mit Axialflächen zwischen im Gehäuse aufgenommenen Lagerkörpern und radial mit jeweils einer in den Lagerkörpern aufgenommenen Lagerwelle gleitend gelagert. Auf jeweils ein Zahnrad wirkt im Betrieb der Zahnradmaschine eine Axialkraftkomponente einer aus im Betrieb auftretenden hydraulischen und mechanischen Kräften resultierenden Kraft in eine gleiche Axialrichtung. Zumindest ein Druckfeld ist zwischen zumindest einer in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialfläche einer Zahnrads und dem an die zumindest eine Axialfläche angrenzenden Lagerkörpern vorgesehen.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch das Druckfeld eine gegen die Axialkraftkomponente wirkende Gegenkraft auf die Zahnräder ohne zusätzliche Bauteile aufbringbar ist. Des Weiteren wird durch das Druckfeld die als Anpresskraft wirkende Axialkraftkomponente der Zahnräder verkleinert, wodurch die Gleittreibung zwischen den Zahnrädern und den in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Lagerkörpern verringert und Verschleiß minimiert ist. Vorzugsweise sind die Zahnräder schräg verzahnt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialflächen der Zahnräder und der den Axialflächen gegenüberliegenden Gleitflächen des Lagerkörpers jeweils ein Druckfeld vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die Druckfelder eine unterschiedliche Größe aufweisen können, wodurch die jeweiligen Zahnräder mit einer unterschiedlichen Druckkraft beaufschlagbar sind.
Die Druckfelder können einfach als Drucktaschen ausgebildet sein.
Von Vorteil ist, wenn die Drucktaschen in die Gleitflächen des in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Lagerkörpers als in der Herstellung kostengünstige Drucknuten eingebracht sind.
Vorzugsweise ist eine erste Drucknut konzentrisch umlaufend um ein erstes Lagerauge und eine zweite Drucknut eine Teilkreis umgreifend um ein zweites Lagerauge in die Gleitfläche des in Wirkrichtung des Axialkraftkomponente liegenden Lagerkörpers eingebracht, wodurch unterschiedliche Wirkflächen der Drucknuten realisiert sind.
Mit Vorteil sind die Drucknuten über Anschlussnuten mit dem Hochdruck der Zahnradmaschine in Druckmittelverbindung. Hierdurch ist die in den Drucknuten wirkende Druckkraft an die Betriebsbedingungen der Zahnradmaschine koppelbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Drucktaschen in die Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialflächen der Zahnräder eingebracht.
Die Drucktaschen sind einfach fertigbar entlang eines Umfangabschnitts um die jeweilige Lagerwelle der Zahnräder ausgebildet, wodurch auch ein geringer Leckagespalt auftritt. Damit eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Zahnräder erfolgen kann, ist es vorteilhaft, wenn die Drucktaschen umlaufend um die jeweilige Lagerwelle der Zahnräder ausgebildet sind.
Vorzugsweise wird zur Erhöhung der Wirkfläche der Drucktaschen zumindest eine Drucktasche um in den Zahnstirnflächen der Zähne des Zahnrads eingebrachte Zahntaschenabschnitte erweitert.
Die Druckölversorgung der Drucktaschen kann über den angrenzenden Lagerkörper erfolgen, wobei die Drucktaschen beispielsweise mit Hochdruck der Zahnradmaschine in Druckmittelverbindung stehen.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einem Längsschnitt eine vereinfachte Darstellung einer Zahnradmaschine;
Figur 2 in einer Seitenansicht eine vereinfachte Darstellung eines Pakets aus Lagerkörpern und Zahnrädern der Zahnradmaschine aus Figur 1 ;
Figur 3 in einer Längsschnittansicht eine vereinfachte Darstellung von Lagerkörpern und Zahnrädern der Zahnradmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 4 eine Draufsicht des Lagerkörpers aus Figur 3; und
Figur 5 eine Draufsicht auf die Zahnräder der Zahnradmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist in einem Längsschnitt eine als Zahnradmaschine 1 ausgebildete hydraulische Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Diese weist ein Maschinengehäuse 2 auf, welches mittels zweier Gehäusedeckel 4 und 6 verschlossen ist. Der in die Figur 1 rechte Gehäusedeckel 6 der Zahnradmaschine 1 ist von einer ersten Lagerwelle 8 durchgriffen, auf weicher ein erstes Zahnrad 10 innerhalb des Maschinengehäuses 2 angeordnet ist. Das erste Zahnrad 10 steht mit einem zweiten Zahnrad 12 über eine Schrägverzahnung 14 in Eingriff, wobei das Zahnrad 12 auf einer zweiten Lagerwelle 16 drehfest angeordnet ist. Die erste und zweite Lagerwelle 8 und 16 sind jeweils in zwei Gleitlagern 18, 20 bzw. 22, 24 geführt. Die in der Figur 1 rechten Gleitlager 20, 24 sind dabei in einem Lagerkörper 26 und die in der Figur 1 linken Gleitlager 18, 22 in einem Lagerkörper 28 aufgenommen. Die Zahnräder 10 und 12 sind in Axialrichtung jeweils über eine erste Axialfläche 30 bzw. 32 auf dem zweiten in Figur 1 rechten Lagerkörper 26 und über jeweils eine zweite Axialfläche 34 bzw. 36 auf dem linken Lagerkörper 28 jeweils gleitend gelagert. Gleitflächen zwischen den Zahnrädern 10, 12 und den Lagerkörpern 26, 28 können zur Verringerung der Reibung mit einer Gleitbeschichtung, wie M0S2, Graphit oder PTFE versehen sein. Die Lagerkörper 26 und 28 weisen jeweils mit einer Stirnfläche 38 bzw. 40 zu den Gehäusedeckeln 6 bzw. 4 hin.
Die Gehäusedeckel 4, 6 sind über Zentrierbolzen 42 an dem Maschinengehäuse 2 ausgerichtet. Zwischen den Gehäusedeckeln 4 und 6 und dem Maschinengehäuse 2 ist eine Gehäusedichtung 44 angeordnet. Des Weiteren ist eine Axialfelddichtung 46 jeweils in die Stirnflächen 38 und 40 der Lagerkörper 26 bzw. 28 zur Trennung eines Hoch- von einem Niederdruckbereich der Zahnradmaschine 1 eingebracht. Ein Wellen- dichtring 48 dichtet den Durchgriff der ersten Lagerwelle 8 durch den in der Figur 1 rechten Gehäusedeckel 6 ab.
Im Betrieb der Zahnradmaschine 1 treten hydraulische und mechanische Kräfte auf, was schematisch in der folgenden Figur 2 näher erläutert ist. Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht eine vereinfachten Darstellung das Pakets aus Zahnrädern 10 und 12 und Lagerkörpern 26 und 28 zur Erläuterung der in der Zahnradmaschine 1 aus Figur 1 im Betrieb auftretenden hydraulischen und im Wesentlichen durch die Schrägverzahnung 14 wirkenden mechanischen Kräfte. Eine Kraftkomponente einer hydraulischen Kraft wirkt bei beiden Zahnrädern 10, 12 in die gleiche axiale Richtung in der Figur 2 nach links. Zusätzlich wirkt auf ein treibendes Zahnrad, das in der Figur 2 das obere Zahnrad 10 ist, eine mechanische Kraftkomponente einer mechanischen Kraft in Wirkrichtung der hydraulischen Kraftkomponente und auf ein angetriebenes Zahnrad, das in der Figur 2 das untere Zahnrad 12 ist, eine mechanische Kraftkomponente entgegen die Wirkrichtung der hydraulischen Kraftkomponente. Die hydraulischen und mechanischen Kraftkomponenten ergeben an beiden Zahnrädern 10, 12 jeweils eine resultierende Axialkraftkomponente 47, 49 in die gleiche Richtung (in Figur 2 nach links), allerdings mit einem unterschiedlichen Betrag.
Die mit Axialkraftkomponenten 47, 49 beaufschlagten Zahnräder 10 und 12 stützen sich jeweils mit den Axialflächen 34 bzw. 36 an dem in der Figur 2 linken Lagerkörper 28 ab. Der rechte Lagerkörper 26 wird von den auf die Zahnräder 10, 12 wirkenden Axialkraftkomponenten nicht belastet. Zur Verringerung des Verschleißes zwischen den Zahnrädern 10, 12 und dem in Figur 2 linken Lagerkörper 28, werden die Zahnräder mit einer Gegenkraft beaufschlagt, was in der Figur 2 mit gestrichelten Pfeilen gekennzeichnet ist.
In der Figur 3 ist in einer Längsschnittansicht eine vereinfachte Darstellung von den Lagerkörpern 26, 28 und den Zahnrädern 10, 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Zahnradmaschine 1 aus Figur 1 offenbart. Zur Beaufschlagung der Zahnrädern 10, 12 mit der Gegenkraft ist ein Druckfeld zwischen den in der Wirkrichtung der Axialkraftkomponenten 47, 49 liegenden Axialflächen 34 und 36 der jeweiligen Zahnräder 10 bzw. 12 und den den Axialflächen 34 und 36 gegenüberliegenden Gleitflächen 50 bzw. 52 des Lagerkörpers 28 vorgesehen. Die Lagerkörper 26, 28 können wie in der Figur 3 zweiteilig aufgebaut sein. Das Druckfeld wird durch in die Gleitflächen 50 und 52 jeweils eingebrachte Drucknuten 54 bzw. 56 und den jeweiligen Axialflächen 34 bzw. 36 begrenzt. Durch das Druckfeld auf den Lagerkörper 28 und die Zahnräder 10, 12 wirkende Druckkräfte 58, 60 sind vereinfacht durch Doppelpfeile in der Figur 3 gekennzeichnet, wobei der Lagerkörper 28 zur besseren Darstellbarkeit der Druckkräfte 58, 60 nach links versetzt ist. Die Ausgestaltung der Drucknuten 54, 56 ist in der folgenden Figur 4 ersichtlich.
Figur 4 offenbart in einer Draufsicht die Gleitflächen 50, 52 des brillenförmigen Lagerkörpers 28 aus Figur 3. Die erste Drucknut 54 ist umlaufend um ein in der Figur 4 oberes Lagerauge 62 ist in die Gleitfläche eingebracht. Die zweite Drucknut 56 ist einen Teilkreis umgreifend um ein unteres Lagerauge 64 im Wesentlichen im Hochdruckbereich der Zahnradmaschine 1 aus Figur 1 ausgebildet. Die Drucknuten 54, 56 sind über Radialnuten 66 mit dem Hochdruck der Zahnradmaschine 1 in Druckmittelverbindung.
Durch die in den Figuren 3 und 4 in den Gleitflächen 50 und 52 jeweils eingebrachte Drucknuten 54 bzw. 56 werden die Zahnräder 10, 12 und der Lagerkörper 28 mit den Druckkräften 58. 60 beaufschlagt. Die Druckkräfte 58, 60 wirken gegen die Axialkraftkomponenten 47, 49 wodurch die Gleitreibung und der Verschleiß zwischen den Zahnräder 10, 12 und dem Lagerkörper 28 verringert ist. Die Größe der Drucknuten 54, 56 ist dabei derart ausgelegt, dass die auf die Zahnräder 10, 12 beaufschlagten Axialkraftkomponenten 47, 49 durch die Druckkräfte 58, 60 im Wesentlichen kompensiert und die Zahnräder 10, 12 somit etwa hydrostatisch gelagert sind. Die in Figur 3 obere Axialkraftkomponente 47 weist einen größeren Betrag als die untere Axialkraftkomponente 49 auf, weshalb die obere Drucknut 54 aus Figur 4 großflächiger als die untere Drucknut 56 ausgebildet ist.
Die Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die Axialflächen 34, 36 der Zahnräder 10, 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Zahnradmaschine 1 aus Figur 1. Hierbei wird das Druckfeld nicht durch wie in der Figur 3 in den Lagerkörper 28 eingebrachte Drucknuten 54, 56, sondern durch jeweils in die Axialflächen 34 und 36 der Zahnräder 10 bzw. 12 eingebrachte Drucktaschen 68 bzw. 70 begrenzt. Die in der Figur 5 untere Drucktasche 70 des Zahnrads 12 ist als Ringnut ausgebildet, die umlaufend in die Axialfläche 36 zwischen Zahnstirnflächen 72 von Zähnen 74 des Zahnrads 12 und einer Außenmantelfläche der Lagerwelle 16 eingebracht ist. Die in der Figur 5 obere Drucktasche 68 des Zahnrads 10 hat zusätzlich zu einer der Drucktasche 70 entsprechenden Ringnut in den Zahnstirnflächen 72 eingebrachte Zahntaschenabschnitte 76, womit die Drucktasche 68 somit großflächig in die Axialfläche 34 eingebracht ist. Radial begrenzt wird die Drucktasche 68 dann mit einer um den Umfang des Zahnrads 10 umlaufenden Wandung 78. Die Drucktaschen 68, 70 sind mit dem Hochdruck der Zahnradmaschine 1 aus Figur 1 beispielsweise über Anschlussnuten in dem angrenzenden Lagerkörper 28 (siehe Figur 1 ) in Druckmittelverbindung.
Durch die Drucktaschen 68, 70 der Zahnräder 10, 12 werden die Druckkräfte 58, 60 aus Figur 3 im Wirkbereich der mit Axialkraftkomponenten 47, 49 beaufschlagten Zahnräder 10, 12 auf den Lagerkörper 28 eingebracht. Da die in der Figur 4 obere Drucktasche 68 eine größere axiale Druckangriffsfläche wie die untere Drucktasche 70 aufweist, ist die auf das obere Zahnrad 10 wirkende Druckkraft höher.
Alternativ ist denkbar, dass die Drucktaschen 68, 70 aus Figur 4 nicht umlaufend, sondern nur einen Teilkreis umgreifend und eine größere radiale Breite aufweisend in die Zahnräder 10, 12 eingebracht sind. Hierdurch könnte beispielsweise die Fertigung vereinfacht sein und ein Leckagespalt verkleinert werden, was zu geringeren hydraulischen Verlusten führen würde.
Die Wirkungsweise der vorstehend erläuterten Axialspalt- und Axialkraftkompensation ist dabei unabhängig von der Bauart der eingesetzten Lagerelemente und ist daher bei allen, für die axiale Abdichtung von Zahnradmaschinen geeigneten Bauelementen anwendbar. Gleiches gilt auch für die Art der Verzahnung und deren Parameter. Eine derartige Axialspalt- und Axialkraftkompensation ist sowohl in Außen- als auch in Innenzahnradmaschinen einsetzbar.
Die Zahnradmaschine ist als Zahnradpumpe oder -motor einsetzbar.
Offenbart ist eine Zahnradmaschine mit einem Gehäuse zum Aufnehmen zweier miteinander kämmender Zahnräder. Diese sind axial mit Axialflächen zwischen Gehäuse aufgenommen Lagerkörpern und radial mit jeweils einer in den Lagerkörpern aufgenommenen Lagerwelle gleitend gelagert. Im Betrieb der Zahnradmaschine treten hydraulische und mechanische Kräfte auf, wobei eine Axialkraftkomponente dieser Kräfte jeweils auf die Zahnräder in eine gleiche Axialrichtung wirkt. Zum Entgegenwirken die- ser Axialkraftkomponente ist ein Druckfeld zwischen zumindest einer in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialfläche eines Zahnrads und dem an die zumindest eine Axialfläche angrenzenden Lagerkörper vorgesehen.

Claims

Ansprüche
1. Zahnradmaschine mit einem Gehäuse (2) zum Aufnehmen zweier miteinander kämmender Zahnräder (10, 12), die axial mit Axialflächen (30, 32, 34, 36) zwischen im Gehäuse (2) aufgenommenen Lagerkörpern (26, 28) und radial mit jeweils einer in den Lagerkörpern (26, 28) aufgenommenen Lagerwelle (8, 16) gleitend gelagert sind, wobei auf jeweils ein Zahnrad (10, 12) eine Axialkraftkomponente (47, 49) einer aus im Betrieb der Zahnradmaschine (1 ) auftretenden hydraulischen und mechanischen Kräften resultierenden Kraft in eine gleiche Axialrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckfeld zwischen zumindest einer in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialfläche (34, 36) eines Zahnrads (10, 12) und dem an die zumindest eine Axialfläche (34, 36) angrenzenden Lagerkörper (28) vorgesehen ist.
2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 , wobei die Zahnräder (10, 12) schrägverzahnt sind.
3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweils zwischen den in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Axialflächen (34, 36) der Zahnräder (10, 12) und der den Axialflächen (34, 36) gegenüberliegenden Gleitfläche (50, 52) des Lagerkörpers (28) ein Druckfeld vorgesehen ist.
4. Zahnradmaschine nach Anspruch 3, wobei die Druckfelder in Axialrichtung der Zahnräder (10, 12) eine unterschiedliche Wirkfläche aufweisen.
5. Zahnradmaschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Druckfelder als Drucktaschen (54, 56) ausgebildet sind.
6. Zahnradmaschine nach Anspruch 5, wobei die Drucktaschen (54, 56) in die Gleitflächen (50, 52) des in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente liegenden Lagerkörpers (28) als Drucknuten (54, 56) eingebracht sind.
7. Zahnradmaschine nach Anspruch 6, wobei eine erste Drucknut (54) konzentrisch umlaufend um ein erstes Lagerauge (62) und eine zweite Drucknut (56) einen Teilkreis umgreifend um ein zweites Lagerauge (64) in die Gleitfläche (50, 52) des in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente (47, 49) liegenden Lagerkörpers (28) eingebracht sind.
8. Zahnradmaschine nach Anspruch 7, wobei die Drucknuten (54, 56) über Anschlussnuten (66) mit dem Hochdruck der Zahnradmaschine (1 ) in Druckmittelverbindung sind.
9. Zahnradmaschine nach Anspruch 5, wobei die Drucktaschen (68, 70) in die in Wirkrichtung der Axialkraftkomponente (47, 49) liegenden Axialflächen (34, 36) der Zahnräder (10, 12) eingebracht sind.
10. Zahnradmaschine nach Anspruch 9, wobei die Drucktaschen (68, 70) entlang eines Umfangabschnitts um die jeweilige Lagerwelle (8, 16) der Zahnräder (10, 12) ausgebildet sind.
11. Zahnradmaschine nach Anspruch 9, wobei die Drucktaschen (68, 70) umlaufend um die jeweilige Lagerwelle (8, 16) der Zahnräder (10, 12) ausgebildet sind.
12. Zahnradmaschine nach Anspruch 11 , wobei zumindest eine Drucktasche (68) um in Zahnstirnflächen (72) der Zähne (74) des Zahnrads (10) eingebrachte Zahntaschenabschnitte (76) erweitert ist.
13. Zahnradmaschine nach Anspruch 10 oder 11 , wobei die Druckölversorgung der Drucktaschen (68, 70) über den angrenzenden Lagerkörper (28) erfolgt.
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