DE2606172C2

DE2606172C2 - Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2606172C2
Application number: DE2606172A
Authority: DE
Inventors: Johannes Soenderborg Vagn
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-02-17
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DK62077A; DK147950B; DE2606172A1; FR2341758A1; BE850931A; JPS52100604A; JPS5547237B2; BR7700925A; IT1072900B; ES455914A1; SE7701700L; GB1564854A; SE433375B; FR2341758B1; DD128197A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeiten mit einem Zahnrad und ^M) einem dieses umschließenden, mit ihm Verdriingerkiimmcrn bildenden, einen Zahn mehr aufweisenden Zahnring, einer in das Zahnrad eingreifenden Gelenkwelle und /wci zu beiden Seiten der Zahnclcmcntc angeordneten Stirnwänden, von denen die eine im ·" Mittelteil eine Öffnung für den Durchtritt der Gelenkwelle aufweist, die andere aber zumindest in diesem Bereich durchgehend ausgebildet ist.

Derartige Maschinen sind als Motoren. Pumpen oder Durchflußmesser bekannt. Sie werden als Antrieb für Fahrzeuge und Maschinen, in hydrostatischen Lenkeinheilen und auf vielen anderen Gebieten verwende!.'

Bei einer bekannten Rotationskolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art (DIi-PS 19 06 445) ist das kreisende und drehende Zahnrad über eine Gelenkwelle mit einem Drehschieber verbunden, cüe Teil der Hauptwelle ist. Der Zahnring ist gehäusefcsl ingcordnet. Eine Gehäusebohmng nimmt den Drehschieber auf und bildet mit ihm zusammen eine Steuerdrehschiebercinrichlung. Sieueröffnungcn im Drehschieber und in der Bohrung wirken wechselweise so zusammen, daß sich eine funktionsgerc-.hle Verbindung der druckseiligen und nicderdruekseitigen Vcrdrängerzcllen zwischen Zahnrad und Zahnring mit einem Druck- und Nicderdruckanschliiß der Maschine ergibt. Das Zahnrad hat parallele Seitenflächen, weiche den Stirnwänden dicht benachbart sind.

Bei einer solchen Rotationskolbenmaschine muß der Abstand zwischen den beiden Stirnwänden so gewählt sein, daß sich das Zahnrad ohne große Reibungsverluste drehen läßt. Dies führt dazu, daß zwischen Zahnrad und angrenzenden Stirnwänden ein Spalt verbleibt, über den sich Leckverluste ergeben. Außerdem ist die Öffnung in der Stirnwand verhältnismäßig groß, weil zur Übertragung der gewünschten Leistung der Schaft der Gelenkwelle einen bestimmten Querschnitt haben und die Öffnung zur Berücksichtigung der Kreisbewegung der Gelenkwelle um ein entsprechendes Maß größer sein muß. Das bedeutet aber, daß — wenn ein zulässiges Maß an Leckverlusten nicht überschritten werden soll — der Durchmesser des Zahnrades so groß gewählt werden muß. daß die Länge des Dichtspalts auf der Seite der Öffnung ni:hi zu gering wird, was einen entsprechend großen Zahnring nach sich zieht und der Forderung an den Konstrukteur, möglichst kleine Maschinen zu bauen, widerspricht. Zu große Leckverluste führen aber /u einem höheren Schlupf. Dies macht sich insbesondere bei Rolationskoiix-nmaschincn für Steuer- und l.enkeinheiten störend bemerkbar, weil die am Lenkhandrad vorgegebene Verstellung nicht proportional auf die Räder übertragen wird und selbst bei einer Geradeausfahrt unter seillicher Belastung der Räder immer nachgcrcgcll werden muß. Bei gegebenen radialen Abmessungen der Maschine sind diese Leckverlusic um so störender, je geringer die Breite des Zahnrades ist. weil die Leckverluste einen höheren Prozentsatz der Gesamtmenge ausmachen.

Ks ist ferner bekannt (DE-OS 19 5b 528). bei einer Zahnradpumpe mit Außencingriff beide um fest vorgegebene Achsen rotierende Zahnräder auf beiden Seiten je mit einer Ringnut zu versehen, in die ein Dichtring eingelegt ist. Es ist auch schon ein Kompressionsaggregat bckar.nt (CH-PS 4 04 0b7). bei dem zwei umlaufende Rotationskolben mit Inneneingriff und exzentrisch angeordneten Achsen vorgesehen sind, von denen das Zahnrad am Innenumfang an der einen Stirnseite einen gefederten Gleitring trägt. Mit dessen Hilfe soll erreicht werden, daß d;;s Zahnrad mil der gegenüberliegenden Stirnseite gegen einen die Zutritts- und Aiisiriitsöffnungen aufweisenden Deckel gedrückt wird.

Sodann isi eine Rotationskolbenmaschine bekannt (DE-OS 21 24 00b). bei der das Zahnrad auf beiden Stirnseiten an den Zahnflankcn Vertiefungen aufweist, die als Hilfskanäle dienen und zusammen mit der Innenverzahnung des Zahnrings als sekundärer Teil

einer üblichen Sieiicrdrchschiebcreinrichlung dienen, um eine genauere Wirkungsweise dieser Sieiierdrchschiebereinrichuing bei tier funktionsgerechtcn Verbindung der druekseiiigen und niederdruckscitigen Vcrdr;inger/elle:i mit einem Druck- und Niedcrdruckanschluß der Maschine /u ermöglichen. -Solche Vertiefungen an den Zahnflanken sind auch bei einer Rotationskolbenmaschine bekannt (DfI-OS 22 40 632). bei der das Innen/ahnrad innerhalb der Zähne Vertiefungen aufweist, welche fflr die Ilüssigkeitszu- und -abfuhr vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der unter Aufrcchterhallung der kleinen radialen Abmessungen und einer ausreichend geringen Reibung die Leckverluste klcingchallen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß /wischen dem Zahnrad und der durchgehenden Stirnwand ein in einer Ringnut des Zahnrades liegender Dichtring angeordnet ist und daß zur Bildung von Druckkonipcnsütionsilächen in der gegenüberliegenden Stirnseite des Zahnrades mit den VerdrängerL^mmcrn verbundene Vertiefungen an den Zähnen vorgesehen sind.

Durch die Verwendung des Diehlringes wird auf der einen Seile des Zahnrades der Lcckölfluß praktisch völlig unterbunden. Damit ist das Ziel der Verkleinerung der Leckverluste erreicht. Diese Abdichtung kann auf der gegenüberliegenden Seite nicht vorgenommen werden, da dort der Dichtring mil der für den Durchtritt der Gelenkwelle erforderlichen Öffnung kollidieren würde. Diese einsciiige Abdichtung hai aber zur Folge, daß das Zahnrad mit erheblicher Kraft gegen die mil der Öffnung versehene Stirnwand gedrückt wird. Denn auf der abgedichteten Slirnseiic wirkt im Druckbcreich der volle Arbciisdnick. wahrend auf der nicht abgedichteten Seile der Leckölst rom einen Druckabfall längs der Stirnseite hervorruft, der zu einer entsprechend verminderten axialen Gegenkraft führt. Entsprechend groß wären d'.j Reibungsverluste. Diesem durch die einseilige Abdichtung hervorgerufenen Nachteil wird durch die Bildung von Druckkompcnsatioasflächen begegnel. die in mit den Verdrängerkammern verbundenen Verliefungen des Zahnradis liegen. Diese Vertiefungen vergrößern /war nicht die Gesamtfläche, auf der der Flüssigkeitsdruck axial adf das Zahnrad wirken kann: sie bilden aber Flächen, an denen der Druck in voller I lohe wirksam ist. Auf diese Weise ist es möglich, die durch die einseitige Abdichtung hervorgerufene große axiale Druekki aft so zu kompensieren, daß /war eine den Leckspalt verringernde Andrückung des Zahnrades an die mil der Öffnung versehene Stirnwand erfolgt, die Andruckkraft aber nicht so groß ist. daß übermäßige Reibung auftritt.

Insbesondere kann der Dichiring aus Polvletrafluoräthylcn bestehen. Dieses Material hat gleich/eilig /wei vorteilhafte Eigenschaften. Ls hat eine gute Kahverformbarkeii und vermag daher gut /u dichten. Darüber hinaus besitzt es eine sehr gute Gleitfähigkeit mit ße/uü auf Metall.

Fs besieht auch die Möglichkeil, daU der Dichtring /weiteilig ist und aus einem in der NuI angeordneien elastischen Ring und einem von jenem gegen die einsprechende Arbciisraumsiirnwand gedrückten, metallischen Diclitriiis; besieht. Hierdurch wird die Reibung relali\ zur angren/eiulen Stirnwand herabgesei/l.

Bei einer bevorzugten Auslfilimngsforni :sl dafür gesorgt, daß jeder Zahnkopf des Zahnrads zur Bildung der Druekkompensaiionsfläehen auf einer Seile über einen Teil seiner Höhe mil zwei Vertiefungen versehen ist. die durch einen radialen Steg voneinander getrennt sind. Durch die Anbringung solcher Vertiefungen am Zahnkopf lassen sich verhältnismäßig große Druckkompcnsationsflächcn erzielen, ohne daß hierdurch der Dichtspall zwischen Zahngrund und Öffnung verkürzt wird. Der radiale Sieg bewirkt, daß benachbarte Verdrängerkammern nicht kurzgeschlossen sind.

Darüber hinaus kann man bei einer Rotationskolbenmaschine mit einer Steuerdrehschiebereinrichtung, die primär aus einem über die Gelenkwelle mit dem Zahnrad gekoppelten und erste Slcucröffnungcn aufweisenden ersten Teil und einem mit dem Zahnring fest verbundenen und zweite Stcueröffnungen aufweisenden /weilen Teil besieht, welche Steueröffnungen zur funktionsgcTcchlcn Verbindung der druckscitigen und niederd^ruekseitigen Verdränger/ellen mit einem Druck- und einem Nicdcrdruckansch'* ;'> der Maschine wechselweise zusammenwirken, dafür Suij.en. dau die Vertiefungen an jedem Zahnkopf so bemessen und angeordnet sind, daß sie zusammen mit der Innenverzahnung des Zahnrings in an sich bekannter Weise als sekundäres Teil derSieuerdrehschiebercinrichtung eine genauere Wirkungsweise derselhen ermöglichen. Auf diese Weise werden die Vertiefungen für eine zweite Funktion ausgenutzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhai.d eines in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine.

Fig. 2 eine Ansicht von rechts auf Zahnrad und Zahn ring.

F ig. J eine Draufsicht auf das Zahnrad von der gegenüberliegenden Seile uik\

Fig.4 im .Schnitt eine abgewandelte Form des Dicht rings.

Die Maschine der Fig. i weist ein Zahnrad I und einen lamil zusammenwirkenden Zahnring 2 auf. Diese Teile sind auf der einen Seite durch eine erste Stirnwand 3. die durch einen Deckel gebildet wird, uiul auf der anderen Seite durch eine zweite Stirnwand 4. die durch eine Zwischenplatte gebildet wird, abgedeckt. Stirnwand 3. Zahnring 2 und Stirnwand 4 sind clinch Schrauben 5 miteinander und mti einem Gehäuse f> verbunden. Zwischen Zahnrad I. Zahnring 2 und den Stirnwänden 3 und 4 werden Verdränger/ellen 7 gebildet. Im Gehäuse befinden sich Verbindiingskaiiäle 8. die je eine Steueröffnung 9 am inneren Umfang IO des Gehäuses θ. der einen Teil einer Sieuerdrehsehiehereinrii-htiinj* bildet, mit Kanälen Il in der Stirnwand 4 verbinden, die ihrerseits mit den Verdränger/ellen 7 in Verbindung stehen. Außerdem sind im Gehäuse Anschliißslutzcn 12 vorgesehen, die über Kanäle 15 oder 14 ebenfalls zur inneren Umfangswand IO führen, aber axial zur Steiieröffniini-' 9 versei/i sind. Am freien linde des Gehäuse.' isl mittels Schrauben Ii eine Verschlußplatle 16 angebracht.

Fine Hauptwelle 17 isl in einem Gleitlager 18 nidial und /wischen einer l.agerscheibe 19 und einem von der Plane 16 gehaltenen Axiallager 20 gelagert. Eine Gelenkwelle 21 greil'i mit einem \er/ahnien Kopf 22 in einer Verzahnung 23 Jer I liiiipiwelle und mil eine')) .linieren ver/ahnien Kopf 24 in eine Verzahnung 25. die in einem /cntrischcn Durchbruch 2h des Zahnrades I

U)Ii-¹L¹ScIk-M isi. Der Schall iler (iclenkwellc 21 lsi (.lurch L-iiiL· (itliniIitr 27 in der Stirnw ;ιικΙ 4 hindurchgefühlt.

Die i laupiwclle 17 isi ;ils Drehschieber 28 ausgeführt, der /»ei ringförmige Nuten 24 und 30 aufweist, welche mm! den Aiischiulikanälen 15 und 14 in Verbindung · sieheii. Von diesen I linfaiigsnulcn gehen abwechselnd durch Asialniitcn gebildete Slcucröffniingen 31 und 52 aus. deren /InIiI der doppellen Zälinezahl des /;ihnr;ids I entspricht, wühlend die Z;ihl der .SleueröliMungen 9 tier Zähnezahl des /shillings 2 entspricht. Infolgedessen ii' werden die /wischen dem Zahnrad I iiiul dem einen /;ihn mehr aufweisenden Zahnriug 2 gebildeten \ culrangcr/elleM 7 in der richtigen Sequenz mn Druckllussigkcil gelullt und entlecrl. Drehschieber 28 und InnciiumfaMg 10 des Ciehäuses wirken ;ilso in '■ iiblicher Weise ills Sleuerdrehschiebereinnchtung. die die lunkiioMsgcrecrite Verbindung; /wischen den Ver ili angor/ellcn 7 und dem Druck· bzw. Nicderdruckan sciiiiiii lief "vkislnii'iC hei sicÜLü. /v,;^-,chc;: gehiüivjk-sie:: Ieilen. /. IV dem Zahnrad 2 und iler Stirnwand 5 ist in ■'' einer Kingniil 55 em O Dichtriug 54 aus (iiuiiiin angeordnet.

Im einer Scilcnw.ind des Zahn rings I ist zvv iseheii dem Diirchbi iich 2b und ilen Zähnen 55 des /ahnrailes I eine l'iML'iUi! 5b vorgesehen, in tier sieh ein Dichiriny 57 aus 1'oktelrailuoiätlulen befindet. Dieser Dichlrins.' dichlel den Spalt /wischen Zahnrad I und Stirnwantl 5 im wesentlichen vollständig ab. Daher beschränkt sich der Leckverlust auf den Spall /wischen dom Zahnrad I und der /weiten Stirnwand 4. der eine über den Umfang '· unterschiedliche Länge hat.

In I i ·_'. 2 isi gestrichelt die Öffnung 27 eingetragen. Der kur/esie Spalt ergibt sich in der veranschaulichten Stellung des Zahm alles I /wischen (.lein Zahngrund /η beiden Seiten lies mit erst en Zahnes 55 iiiul der Ol I innig ^!' 27. Da .iber em l.eckplail /wischen Zahnrad I ui^\ Siiriiu.nul 5 unterbunden ist. k.inn das Zahnrad I einen kleinen I imiaiig erhalten, so dall die kür/este Spaltläiige /u iseheii Zahnrad I und Zu ischenw und 4 bcispicKw eise nur noch I.'miiim betr.igt. ohne d.iü ein ubernialtiL'ei Leckverlust /ii befürchten ist.

I).ι der Dichiring !7 einen Lccksinnn \crhniilei I. kanu sich auKerhalb des Dielili'iiigos im liereich 58 ein Druck aufbauen. i.Wr gleich dem Druck in ilen benachbarten Verilrangcrkainmcrn 7 ist. I alls hierdurch das Zahnrad I /u stark gegen die Stirnwand 4 gedruckt v. erden sollte, kann leder Z;ilin 35 aiii 'der dein Dichlrmg 37 gegenüberliegenden Seite /wei \ eilielungen 34,40 erhallen, die durch einen Kadialsteg 41 voneinander getrennt sind. Aul diese Weise ergeben sich Druckkoni pensalioMsHachen 42. in denen cbenlalls der Druck der benachbarten Verdr.ingerkaniMier 7 herrscht. Di.se Vei liefuMgeii können darüber hinaus so bemessen sein. dalt sie /iisainnicn mit der liiiienver/alinung des Zahnrades 2 ein die I unk ti« >n der S tcucröH nungcn 4, 51, 52 ergänzendes sekundäres Teil der .Steuerdrehschic beieinnchtung bilden. I Iber diese Vertiefungen können n:im!it.-h hi-naihb.irie Verdi ängeikammcrn so lange miteinander in Verbindung gehalten werden, bis ein Zahnkopl des Zahnrades 2 entweder mit einem Zahngrund oiler nut einem Zahnkopl im Bereich dos Steges 41 lies Zahnrades I in Berührung trill. I lierilruch hissen sich I Ingenauigkeiten in der \rbeit der aus innerem I¹MiIaML' 10 und Drehschieber 28 bestehenden SteiieiilrehschiebereiMriehtung wcitgehenil ausgleichen.

In I ι g. 4 ist eine Abwandlung veranschaulicht, bei der i'ir Dichtling zweiteilig ausgebildet ist und .ms einem elastischen Dichlrmg 57 in der Kingnui 5b und einem metallischen Dichlrmg 4 5 besteht. Dieser metallische Dicluring 45 bleibt relativ /um Dichtring 57 ortslesi. ergibt aber eine geringe Reibung nut Be/ug auf die Stirnwand 5.

Abwandlungen von dieser Konstruktion sind in vielerlei Kichtui g möglich. Beispielsweise kann der Drehschieber 28 stall der Zvlinderform eine Scheibenform erhallen. Auch kann die Stirnwand 4 unmittelbar als Veneilerplalte dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeiten mit einem Zahnrad und einem dieses umschließenden, mit ihm Verdrängerkammern bildenden, einen Zahn mehr aufweisenden Zahnring, einer in das Zahnrad eingreifenden Gelenkwelle und zwei zu beiden .Seiten der Zahnelementc angeordneten Stirnwänden, von denen die eine im Mittelteil eine Öffnung für den Durchtritt der Gelenkwelle aufweist, die andere aber zumindest in diesem Bereich durchgehend ausgebildet ist. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zahnrad (I) und der durchgehenden Stirnwand (3) ein in einer Ringnut (36) des Zahnrades liegender Dichtring (37, 43) angeordnet ist und daß zur Bildung von Druckkompensationsfläehcn (42) in der gegenüberliegenden Stirnseite des Zahnrades mit den Vcrdrängcrkanimern (7) verbundene Vertiefungen (39, 40) an den Zähnen vorgesehen sind.
2. Roimionskolbenmaschine nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (37) aus Poly letrafluoräthylen besteht.
3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring zweiterlig ist und aus einem in der Nut (36) angeordneten elastischen Ring (37) und einem von jenem gegen die entsprechende Arbeitsraumstirnwand gedrückten, metallischen Dichtring (43) besteht.
4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnk^pf (35)des Zahnrads(I) zur Bildung der DruckkompensationiflächeP auf einer Seite über einen Teil seiner I loh;· mit zwei Vertiefungen (39. 40) verseilen ist. die durch eis π radialen Steg (41) voneinander getrennt sind.
5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4 und mit einer Sieuerdrehschiebcreinrichmng. die primär aus einem über die Gelenkwelle mit dem Zahnrad gekoppelten und erste Stcucröffnungcn aufweisenden ersten Teil und einem mit dem Zahnring fest verbundenen und zweite Stcucröffnungcn aufweisenden zweiten Teil besteht, welche Steucröffniingen zur funkiionsgcrcchien Verbindung der druckseitigen und niedcrdrucksciligen Vcrdrängcrzcllen mit einem Druck- und einem Niedcrdruckanschlul} der Maschine wechselweise zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (39, 40) an jedem Zahnkopf (35) so bemessen und angeordnet sind, daß sie zusammen mit der Innenverzahnung des Zahnrings (2) in an sich bekannter Weise als sekundäres Tei! der Stcucrdrehschicbcreinrichtiing eine genauere Wirkungsweise derselben ermöglichen.

jo