JP5535246B2 - 液圧式の歯車機械 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した液圧式の歯車機械に関する。

ヨーロッパ公開特許第１２９１５２６号明細書に開示された歯車機械はハウジングを備えており、このハウジング内に２つの歯車が配置されていて、これらの歯車は、互いに噛み合い、軸受ブシュ若しくは軸受体内に支承されている。この場合、ハウジングは、第１及び第２のハウジングカバーで以てそれぞれ端面側が閉鎖されている。はすば歯車は、軸受体間に軸方向でそれぞれ２つの軸方向面を備えていて、半径方向でそれぞれ、軸受体内に収容された軸受シャフトを介して滑動可能に支承されている。歯車機械の運転中に、２つの歯車に、それぞれ歯車長手方向軸線に沿って液圧的及び機械的な力が作用する。力の作用方向に位置する第１の軸受体が、歯車の軸方向面を介して歯車と第１のハウジングカバーとの間に押し込まれて、歯車と第２の軸受体間に小さい滑動ギャップしか生じることがないようにするために、歯車及び第１の軸受体に対抗力が作用する。この対抗力は、液圧的な力及び機械的な力よりも大きいので、第１の軸受体が歯車に対して押し付けられ、歯車が第２の軸受体に対して押し付けられ、第２の軸受体が第２のハウジングカバーに対して押し付けられる。従って、軸受体及び歯車における合力はすべて、第２のハウジングカバーの方向に向かって作用する。

歯車における対抗力は、軸受シャフトに作用するピストンによってもたらされる。ピストンは、歯車長手方向軸線に対してほぼ同心的に、第１のハウジングカバーとハウジングとの間に配置された中間カバー内に滑動可能に収容されていて、第１のピストン端面で以て、第１のハウジングカバーに向いた、軸受シャフトのシャフト端面に当接し、第２のピストン端面を介してそれぞれ圧力で負荷される。第１の軸受体に作用する対抗力は、軸受体と中間カバーとの間に形成された圧力場を介してもたらされる。

この解決策においては、軸受体と歯車とから成る組み合わせ全体が、歯車機械の第２のハウジングカバーに押し付けられ、これによって、第２のハウジングカバー及びハウジングが、非常に高い非均一な負荷にさらされる。さらに、歯車の軸方向面と軸受体との間で、歯車及び軸受体を圧縮することによって、非常に高い摩耗が発生する。

本発明の課題は、機械エレメント特にハウジングカバー及びハウジングにかかる力の負荷が僅かであり、摩耗が最小であるような、液圧式の歯車機械を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載した液圧式の歯車機械によって解決された。

本発明によれば、歯車機械は、互いに噛み合う２つの歯車特にはすば歯車を収容するためのハウジングを有しており、該ハウジングは、ハウジング内に収容された軸受体間の軸方向面によって軸方向で滑動可能に支承された、それぞれ軸受体内に収容された軸受シャフトによって半径方向で滑動可能に支承されている。歯車機械の運転中に、液圧的な力と機械的な力とから成る合力の軸方向の力の成分は、それぞれ１つの歯車に同じ軸方向で作用する。次いで、歯車及び／又は軸受シャフトは、それぞれの軸方向の力成分に抗して対抗力で負荷される。この対抗力は、それぞれの軸方向の力成分の大きさと同じか又はこれよりも小さい。

このような解決策は、歯車機械の歯車が、対抗力によって減少された軸方向の力成分によって、軸方向の力成分の作用方向にある軸受体に押し付けられ、それによって歯車と軸受体との間の滑り摩擦が減少され、軸方向の力成分の作用方向に位置していない他方の軸受体は負荷されない、という利点を有している。対抗力によって減少された軸方向の力成分は、合力の作用方向に位置する軸受体と歯車との間の滑りギャップの軸方向ギャップ補償手段として設けられる。軸方向の力成分の作用方向に位置していない軸受体と歯車との間の滑りギャップの軸方向ギャップ補償は、軸方向の力成分とは無関係に行われる。対抗力によって更に、軸方向の力成分に基づく、ハウジングカバー及びハウジングに対する負荷が低減される。

有利な形式で、歯車機械の歯車は、はすば歯車である。

有利な形式で、作用する軸方向の力成分の方向に位置する第１の軸受体は、機械的に歯車を介して、及び／又は液圧的に押圧力を介してハウジングのハウジングカバーに押し付けられる。

歯車に第１の軸受体を軽く当て付けるために、軸受体の、歯車とは反対側の端面が、液圧的な圧力によって負荷されている。

有利な形式で、歯車及び／又は軸受シャフトに作用する対抗力は、液圧的な押圧力及び／又は機械的な力である。

有利な形式で、対抗力は、少なくとも１つの歯車と第１の軸受体との間の圧力場によって、少なくとも１つの歯車に作用する。圧力場を画定するためには、第１の軸受体に向いた、少なくとも１つの歯車の軸方向面内に圧力ポケットを形成するだけでよい。

歯車の軸方向面は、歯面と環状面とから成っており、この場合、圧力ポケットは、有利な形式で、環状面に設けられた、相応の歯車の歯車長手方向軸線を中心にしてほぼ同心的な環状溝である。圧力場を増大するために、及びひいては液圧的な圧力の作用面を増大するために、環状溝は、歯車の歯面に設けられた歯ポケット区分だけ増大することができる。

本発明の別の実施態様によれば、被駆動側の前記歯車の、第１の軸受体に向いた軸方向面内に環状溝が形成され、駆動側の前記歯車の、第１の軸受体に向いた軸方向面に、環状溝と共に歯ポケット区分が設けられている。何故ならば、軸方向の力成分は、駆動側の歯車において被駆動側の歯車におけるよりも大きいからである。

有利な形式で、ポケットは、歯車機械の高圧部と圧力媒体接続されている。

第１の軸受体の、歯車とは反対側に、圧力場が設けられており、それによって、第２の軸受体は、歯車に簡単に押し付けられるようになっている。

有利な形式で、第２の軸受体の、歯車とは反対側の端面に、第１の軸受アイを中心にして完全に同心的な環状の第１の圧力溝と、第２の軸受アイを中心にした部分円を形成する第２の圧力溝とが設けられている。これらの第１及び第２の圧力溝は、圧力媒体接続部を介して、歯車機械の高圧部と圧力媒体接続されている。

歯車機械の有利な実施態様によれば、軸受シャフトに力を加えるために、ハウジングのハウジングカバー内において、各軸受シャフトにそれぞれ１つのピストンが、歯車長手方向軸線に対してほぼ同軸的に軸方向摺動可能に支承されている。各ピストンは第１のピストン端面で以て、軸方向の力成分の方向を向いた、軸受シャフトのシャフト端面に、ほぼ当接配置されていて、第２のピストン端面を介して圧力によって押圧されている。ピストンによって、軸受シャフトに機械的な対抗力を簡単に加えることができる。

第２のピストン端面は、圧力によって押圧するために、歯車機械の高圧部に接続されている。ピストン端面の直径を介して、軸受シャフトに作用する圧力を規定することができる。

本発明のその他の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。

以下に本発明の有利な実施例を図面を用いて詳しく説明する。

本発明の１実施例による歯車機械の概略的な縦断面図である。 図１に示した歯車機械の歯車と軸受体とから成る組み合わせの概略的な側面図である。 第２実施例による歯車の平面図である。 第３実施例による歯車の軸受体の平面図である。

図１には、本発明の１実施例による、歯車機械１として構成された液圧式の作業機械の縦断面図が示されている。この歯車機械１は機械ハウジング２を有しており、この機械ハウジング２は、２つのハウジングカバー４及び６によって閉鎖されている。歯車機械１の、図１の右側のハウジングカバー６は、第１の軸受シャフト８によって貫通されていて、この軸受シャフト８に取り付けられた第１の歯車１０が、機械ハウジング２内に配置されている。第１の歯車１０は、はすば歯車１４を介して第２の歯車１２に噛み合っており、第２の歯車１２は第２の軸受シャフト１６に相対回動不能に配置されている。第１の軸受シャフト８と第２の軸受シャフト１６とは、それぞれ２つの滑り軸受１８，２０若しくは２２，２４内にガイドされている。図１で右側の滑り軸受２０，２４は、軸受体２６内に軸受けされていて、図１で左側の滑り軸受１８，２２は軸受体２８に軸受けされている。歯車１０及び１２は、軸方向で、それぞれ第１の軸方向面３０若しくは３２を介して、第２の軸受体２６（右側）に、またそれぞれ第２の軸方向面３４若しくは３６を介して、第１の軸受体２８（左側）にそれぞれ滑動可能に軸受けされている。歯車１０，１２と軸受体２６，２８との間の滑動面は、摩擦を減少させるために、滑動層例えばＭｏＳ_２、グラファイト又はＰＴＦＥを備えている。軸受体２６，２８は、ハウジングカバー６若しくは４側に面して、それぞれ１つの端面３８若しくは４０を備えている。

ハウジングカバー４，６は、センタリングピン４２を介して機械ハウジング２に整列されている。ハウジングカバー４及び６と機械ハウジング２との間にハウジングシール４４が配置されている。また、軸方向シール４６が、歯車機械１の低圧領域と高圧領域とを分離するために軸受体２６若しくは２８のそれぞれ端面３８及び４０内に嵌め込まれている。軸シールリング４８は、図１の右側に示されたハウジングカバー６を貫通する第１の軸受シャフト８をシールする。

歯車機械１の運転中に、液圧的な力及び機械的な力が発生する。これについては、以下に図２の概略図を用いて説明する。

図２は、図１に示した歯車機械１内において運転中に発生する液圧的及び機械的な力について説明するために、歯車１０，１２及び軸受体２６及び２８より成る組み合わせを側方から見た概略図である。図２において、２つの歯車１０，１２に作用する液圧的な力の力成分は、軸方向で同じ左方向に作用する。付加的に、駆動側の歯車（図２で上側の歯車１０）に、機械的な力の機械的な力成分が、液圧的な力成分の作用方向に作用し、被駆動側の歯車（図２で下側の歯車１２）に、機械的な力成分が、液圧的な力成分の作用方向に抗して作用する。液圧的及び機械的な力成分は、２つの歯車１０，１２において、異なる大きさを有する同方向（図２で左方向）のそれぞれ１つの軸方向の力成分４７，４９を生ぜしめる。

軸方向の力成分４７，４９によって負荷される歯車１０及び１２は、それぞれ軸方向面３４若しくは３６で以て、図２で左側の軸受体２８に支えられている。右側の軸受体２６は、歯車１０，１２に作用する軸方向の力成分によって負荷されない。歯車１０，１２と、図２で左側の軸受体２８との間の摩耗を減少させるために、歯車は対抗力（図２で破線によって示されている）によって押圧される。

図１では、ハウジングカバー４内に２つの円筒形のピストン７０，７２が軸方向で摺動可能にガイドされている。これら２つのピストン７０，７２は、異なる直径を有しており、この場合、図１で上側のピストンは、下側のピストンよりも大きい直径を有している。第１のピストン７０は、図１の上側の軸受シャフト８に対してほぼ同軸的に配置され、第２のピストン７２は、下側の軸受シャフト１６に対してほぼ同軸的に配置されている。各ピストン７０若しくは７２は、それぞれピストン端面７４若しくは７６で以て、図２に示した軸方向の力成分４９の方向を向いた、軸受シャフト８及び１６のシャフト端面７８若しくは８０に当接する。ピストン７０及び７２は、それぞれ別のピストン端面８２若しくは８４を介して、液圧力によって押圧され、この液圧力を対抗力として軸方向で軸受シャフト８及び１６に伝達する。ピストン端面８２，８４を押圧負荷するために、圧力室８６が設けられており、該圧力室８６は、ハウジングカバー４と、さらに別の詳しく示されていないハウジングカバーとによって仕切られている。圧力場は、歯車機械１の高圧部と圧力媒体接続されている。

軸受シャフト８，１６に作用する機械的な対抗力は、ピストン７０，７２のピストン直径及び、圧力室８６内の圧力の高さを介して供給される。図２に示した軸方向の力成分４７，４９の大きさは異なっているので、機械的な対抗力は、同様にそれぞれ異なる高さでなければならない。図１の上側に示されたピストン７０は、前述のように、下側のピストン７２の直径よりも大きい直径を有しており、ひいては下側のピストン７２より大きい圧力作用面を有していて、これによって、図示の実施例においてそうであるように、同じ圧力がピストン７０，７２に作用する場合は、より高い圧力が対抗力としてピストン７０を介して軸受シャフト８に伝達される。また、ピストン７０，７２が同じピストン直径を有していて種々異なる圧力で負荷されるか、又は種々異なるピストン直径を有していて種々異なる高さの圧力で負荷されるようになっていてもよい。対抗力は、軸方向力４７，４９よりも小さいので、生ぜしめられた力によって、歯車１０，１２が軸受体２８に押し付けられ、軸受体２８がハウジングカバー４に押し付けられる。

軸受シャフト８，１６を介して歯車１０，１２に伝達される機械的な対抗力によって、軸方向力の残りが軸受体２８を迂回してハウジング２内に導入される。

図３は、別の実施例による歯車１０，１２の軸方向面３４，３６の平面図を示す。以下では、歯車１０，１２が液圧的な対抗力によって押圧される点について説明する。図３には、はすば歯車１４が示されている。歯車１０，１２を、図２に示したそれぞれ軸方向の力成分４９に抗する液圧的な対抗力で押圧するために、歯車１０，１２の軸方向面３４、３６には、それぞれ１つの圧力ポケット５０若しくは５２が設けられている。これらの圧力ポケット５０，５２は、それぞれ図１に示した第１の軸受体２８によって、歯車機械１の高圧部と圧力媒体接続する圧力場を画定している。歯車１２の圧力ポケット５２は環状溝５２として構成されており、この環状溝５２は、歯車１２の歯列５４の歯端面５３と、軸受シャフト１６の外周面との間の軸方向面３６に環状に設けられている。歯車１０の圧力ポケット５０は、圧力ポケット５２に対応する環状溝に追加して歯端面５３に設けられた歯ポケット区分５６を有しており、従って、圧力ポケット５０は、はすば歯車１４の外周面を巡る環状の壁部５８によって画定される。

駆動側の歯車１０においては、被駆動側の歯車１２におけるよりも大きい軸方向の力成分４７（図２参照）が作用する。圧力ポケット５２よりも大きい面を有する圧力ポケット５０によって、歯車５０に、歯車機械１の高圧のための、より大きい圧力作用面が得られるので、より軸方向の力成分４７に応じて、歯車１２におけるよりも強い対抗力が歯車１０に作用する。

圧力ポケット５０若しくは５２を介して歯車１０，１２にもたらされる対抗力は、前述のように、図２に示したそれぞれの軸方向の力成分４７，４９と同じか又はこれよりも小さい。これによって、歯車１０，１２と軸受体２８との間の滑り摩擦が減少され、ひいては摩耗が減少される。またこれによって対抗力が、軸方向力を補償する力として歯車１０，１２に作用する。軸方向の力成分４７，４９と対抗力とから成る合力は、歯車１０，１２と軸受体２８との間の滑りギャップの軸方向ギャップ補償のために用いられる（この合力がゼロではないことを前提として）。ハウジングカバー４に向いた側の、軸受体２８の端面においては、歯車１０，１２と軸受体２６，２８との間の軸方向ギャップを補償するための手段は必要ないので、ここでは、高価な加工費用を必要としない非常に簡単な製造が可能である。

図１の右側の軸受体２６は、軸方向の力成分と対抗力とから成る合力によって負荷されない。歯車１０，１２と軸受体２６との間の滑りギャプは、軸方向の力成分及び、歯車１０，１２と軸受体２８との間の対抗力とは無関係に、一般的な形式で補償される。

図４は、図１の左側に示した第３実施例によるメガネ状の軸受体２８の、図１に示した歯車１０，１２側の端面３９を示す。軸受体２８は、図４に示されているように２分割して構成することができる。図４の上側の軸受アイ６０を取り囲んで、軸受体２８の端面３９内に、第１の環状の圧力溝６２が設けられている。第２の圧力溝６４は、歯車機械１のほぼ高圧領域内において、軸受体２８の下側の軸受アイ６６を取り囲む部分円を形成している。圧力溝６２，６４は、半径方向溝６８を介して、歯車機械１の高圧部と圧力媒体接続されている。圧力溝６２は第１の圧力場を形成し、圧力溝６４は、第１の圧力場よりも小さい第２の圧力場を形成する。異なる大きさの軸方向力４７，４９は、異なる大きさの対抗力にも抗して作用する。

図３及び図４に示した実施例では、歯車１０，１２と軸受体２８との間で、非常に安価な装置技術的な費用で、軸方向力の補償が行われている。このために、例えば追加的な構成部材は必要ないので、製造コストが安価になる。歯車機械１の内方の液圧的な圧力は、軸方向力補償のために直接使用することができ、これによって歯車機械１の内方の液圧的な圧力を、歯車機械１の運転条件に直接関連付けることができる。この場合、軸受体２８は、全軸方向力の作用下でカバー４に当接する。

前記軸方向ギャップ補償及び軸方向力補償の作用形式は、使用された軸受部材の構造形式とは無関係であって、歯車機械の軸方向シールのために適したすべての構成部材に適用することができる。これと同じことは、歯列の形式及び歯列のパラメータのためにも当てはまる。このような形式の軸方向ギャップ補償及び軸方向力補償は、外接形歯車機械にも、また内接形歯車機械にも使用することができる。

この歯車機械は、歯車ポンプ又は歯車モータとして使用することができる。互いに噛み合う２つの歯車を収容するためのハウジングを備えた歯車機械が開示されている。この歯車機械は、軸方向で、ハウジング内に収容された軸受体間の軸方向面によって、また半径方向で、それぞれ軸受体内に収容された軸受シャフトによって、滑動可能に支承されている。歯車機械の運転中、それぞれ１つの歯車に、運転中に発生した液圧的及び機械的な力によって生ぜしめられた力の軸方向力の成分が、同じ軸方向で作用する。歯車及び／又は軸受シャフトは、ぞれぞれの軸方向力の成分に抗して、それぞれ対抗力で押圧される。この対抗力は、それぞれの軸方向力成分の大きさと同じであるか、又はこれよりも小さい。

１ 歯車機械、 ２ 機械ハウジング、 ４，６ ハウジングカバー、 ８ 軸受シャフト、 １０ 第１の歯車、 １２ 第２の歯車、 １４ はすば歯車、 １６ 第２の軸受シャフト、 １８，２０；２２，２４ 滑り軸受、 ２６，２８ 軸受体、 ３０，３２；３４，３６ 軸方向面、 ４２ センタリングピン、 ４４ ハウジングシール、 ４６ 軸方向シール、 ４７，４９ 軸方向の力成分、 ４８ 軸シールリング、 ５０ 圧力ポケット、 ５２ 圧力ポケット（環状溝）、 ５３ 歯端面、 ５６ 歯ポケット区分、 ６０ 軸受アイ、 ７０，７２ ピストン、 ７４，７６ ピストン端面、 ７８，８０ シャフト端面、 ８２，８４ ピストン端面、 ８６ 圧力室

Claims (15)

1. 互いに噛み合う２つのはすば歯車（１０，１２）を収容するためのハウジング（２）を備えた歯車機械であって、前記２つの歯車（１０，１２）が、軸方向面（３０，３２，３４，３６）で、ハウジング（２）内に収容された軸受体（２６，２８）の間で、これらの軸受体（２６，２８）内に収容されたそれぞれ１つの軸受シャフト（８，１６）によって、半径方向で滑動可能に支承されており、それぞれ１つの前記歯車（１０，１２）に、歯車機械（１）の運転中に発生する液圧的な力と機械的な力との合力の軸方向の力成分（４７，４９）が同じ軸方向に作用する形式のものにおいて、
   前記歯車（１０，１２）及び／又は前記軸受シャフト（８，１６）が、それぞれの前記軸方向の力成分（４７，４９）に抗して、これらの軸方向の力成分（４７，４９）の大きさよりも小さい対抗力によって押圧されることを特徴とする、液圧式の歯車機械。
2. 前記軸方向の力成分（４７，４９）の作用方向に位置する第１の軸受体（２８）が、機械的に前記歯車（１０，１２）によって、及び／又は液圧的に押圧力によって、ハウジング（２）のハウジングカバー（４）に押し付けられている、請求項１記載の歯車機械。
3. 第２の軸受体（２６）の、前記歯車（１０，１２）とは反対側のハウジング側の端面（３８）が、液圧的な圧力によって押圧されている、請求項２記載の歯車機械。
4. 前記対抗力が、液圧による力及び／又は機械的な力である、請求項１から３までのいずれか１項記載の歯車機械。
5. 前記対抗力が、少なくとも１つの前記歯車（１０，１２）と第１の軸受体（２８）との間の圧力場によって、少なくとも１つの前記歯車（１０，１２）に作用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の歯車機械。
6. 少なくとも１つの前記歯車（１０，１２）の、前記第１の軸受体（２８）に向いた軸方向面（３４，３６）内に、圧力場を画定するための圧力ポケット（５０，５２）が形成されている、請求項５記載の歯車機械。
7. 前記歯車（１０，１２）の前記軸方向面（３４，３６）が、歯端面（５３）と環状面とから成っていて、前記圧力ポケット（５０，５２）が、これらの圧力ポケット（５０，５２）に対応する前記歯車（１０，１２）の歯車長手方向軸線を中心にしてほぼ同心的に環状に延びる、前記環状面に設けられた少なくとも１つの環状溝（５０，５２）を有している、請求項６記載の歯車機械。
8. 一方の圧力ポケット（５０）が、他方の圧力ポケット（５２）と比べて、一方の歯車（１０）の歯端面（５３）に設けられた歯ポケット区分（５６）だけ拡大されている、請求項７記載の歯車機械。
9. 被駆動側の前記歯車（１２）の、第１の軸受体（２８）に向いた軸方向面（３６）に環状溝（５２）が設けられていて、駆動側の前記歯車（１０）の、第１の軸受体（２８）に向いた軸方向面（３４）に、前記歯ポケット区分（５６）を有する圧力ポケット（５０）が設けられている、請求項８記載の歯車機械。
10. 前記ポケット（５０，５２，５６）が、歯車機械（１）の高圧部と圧力媒体接続されている、請求項６から９までのいずれか１項記載の歯車機械。
11. 第１の軸受体（２８）の、前記歯車（１０，１２）に向いた端面（３９）に、軸受アイ（６０，６６）を中心にして少なくとも部分的に延在する圧力溝（６２，６４）が設けられている、請求項５記載の歯車機械。
12. 第１の軸受体（２８）の、前記歯車（１０，１２）に向いた端面（３９）に、第１の軸受アイ（６０）を同心的に完全に１回りする環状の第１の圧力溝（６２）と、第２の軸受アイ（６６）を部分的に巡って延在する部分円状の第２の圧力溝（６４）とが設けられており、前記第１及び第２の圧力溝（６２，６４）が、圧力媒体接続部（６８）を介して、歯車機械（１）の高圧部と圧力媒体接続されている、請求項１１記載の歯車機械。
13. 各軸受シャフト（８，１６）においてそれぞれ１つのピストン（７０，７２）が、ハウジング（２）のハウジングカバー（４）内で滑動可能に、かつ歯車長手方向軸線に対してほぼ同心的に、軸受シャフト（８，１０）を力で負荷するために支承されており、各ピストン（７０，７２）が第１のピストン端面（７４，７６）で以て、軸方向の力成分の方向を向いた軸受シャフト（８，１６）のシャフト端面（７８，８０）に当接しており、各ピストン（７０，７２）の第２のピストン端面（８２，８４）が圧力によって押圧されている、請求項２から１２までのいずれか１項記載の歯車機械。
14. ２つのピストン（７０，７２）が、相対的に異なる大きさの圧力押圧面を有している、請求項１３記載の歯車機械。
15. ピストン（７０，７２）の第２のピストン端面（８２，８４）が、歯車機械（１）の高圧部に接続されている、請求項１４記載の歯車機械。

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