Als Motor oder Pumpe wirkende hydraulische Drehkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine als Motor oder Pumpe wirkende hydraulische Drehkolbenmaschine, deren Zahnkörper mittels einer Welle oder Zapfen beider seits in Lagerkörpern drehbar gelagert sind.
Wenn Drehkolbenmaschinen, wie Zahnradmaschi nen, unter hohen Drücken arbeiten, müssen die zur Lagerung der Wellen oder Zapfen der Dreh- bzw. Zahnkolben bestimmten Lager geschmiert und ge kühlt werden.
Die erfindungsgemässe Drehkolbenmaschine zeich net sich nun dadurch aus, dass in der Lagerboh- rungsfläche wenigstens des einen Lagerkörpers wenig stens eine schraubenlinienförmige Nut angeordnet ist und dass beide Enden der Nut mit Stellen im Maschi nengehäuse verbunden sind, die unter gleichem Druck stehen, so dass bei Drehung des in der Lagerbohrung befindlichen Zapfens oder Wellenteils von der durch die Maschine strömenden Flüssigkeit ein Teil abge zweigt wird und als Schmier- und Kühlmittel durch die schraubenlinienförmige Nut fliesst.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine Zahnradpumpe darge stellt. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Zahnrad pumpe, Fig.2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4 eine Einzelheit im Schnitt und in grösserem Massstabe.
Die Pumpe weist ein aus zwei Teilen 1 und 2 gebildetes Pumpengehäuse auf, das eine Pumpen kammer 3 mit einem Einlass 4 und einem Auslass 5 umschliesst. In der Pumpenkammer 3 befinden sich zwei miteinander kämmende Zahnkörper 6 und 7, die beidenends mittels einer Welle 8 bzw. mittels Zapfen 9 in den Lagerkörpern 10 drehbar gelagert sind, welche Lagerkörper den Zahnkörpern zuge kehrte Flansche 11 besitzen. Unter dem Drucke der durch die Pumpe geförderten Flüssigkeit werden die Flansche 11 an die Seitenflächen der Zahnkörper angedrückt. Die Welle 8 ist einenends aus dem Pum pengehäuse 1, 2 herausgeführt und mit einem An triebsmotor gekuppelt.
Wird die Welle 8 im Sinne der Pfeilrichtung A in Fig. 2 in Drehung versetzt, wird durch den Ein lass 4 eintretende Flüssigkeit durch die Zahnkörper 6 und 7 entgegen einem Druck in Richtung auf den Auslass 5 und durch den letzteren hindurch geför dert. Die dabei auftretende Druckverteilung rings um die Zahnkörper 6 und 7 herum ergibt eine Kraft wirkung auf die Lager jedes Zahnkörpers, die durch die Pfeilrichtung B von Fig. 2 angedeutet ist.
Die Aufnahme dieser Kraft ist durch eine geeig nete Schmierung möglich, zu welchem Zwecke schraubenlinienförmige Nuten 12 in den Lagerboh- rungsflächen der Lagerkörper 10 vorgesehen sind, die von den äussern in Richtung auf die innern Bohrungsenden verlaufen, derart, dass anlässlich der Drehung der Welle 8 bzw. der Zapfen 9 Flüssigkeit von aussen nach innen in Richtung auf die Seiten flächen der Zahnkörper zufliesst. Die schrauben- linienförmigen Nuten 12 erstrecken sich über einen Winkel C, dessen Ergänzungswinkel (360 - C) sich in der Richtung der Kraft B in Fig. 2 öffnet.
Wie Fig. 4 zeigt, ist jede Nut 12 durch gratartige Erhö hungen 13 in drei nebeneinander verlaufende Teil nuten 12a, 12b und 12c unterteilt, deren Breite (auf der offenen Seite) drei- bis viermal grösser ist als die Nutentiefe. Die Wandungen der Teil nuten sind abgeschrägt oder abgerundet, um den Durchfluss der Flüssigkeit von den äussern nach den innern Enden der Nuten zur Schmierung der Lager zu erleichtern.
Beim Betrieb der Pumpe tritt unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes an der Eintrittsseite Flüssig keit durch im Pumpengehäuse vorgesehene Bohrun gen 14 und 15 in Kammern 16 über, die durch den Pumpengehäuseteil 1 bzw. 2 und die äussern Stirnflächen der Lagerkörper 10 begrenzt sind. In den an den Stirnseiten der Zahnkörper anliegenden Stirnflächen der Flansche 11 der Lagerkörper sind ringförmige Kammern 17 eingearbeitet, die über radiale, in den genannten Flanschstimflächen einge arbeitete Nuten 18 mit der Eintrittsseite 4 der Pumpe verbunden sind.
Zufolge der Anordnung der Kammern 16. und 17 an beiden Stirnflächen der Lagerkörper 10, 11, welche Kammern unter sich durch die in die Lager flächen eingearbeiteten, schraubenlinienförmigen Nu ten 12 verbunden sind und selbst über Bohrungen 14, 15 bzw. Nuten 18 Verbindung mit der Ein trittsseite der Pumpe haben, wird erreicht, dass wäh rend des Betriebes der Pumpe unter der Wirkung der Viskositätskräfte sich ein Flüssigkeitsstrom, der unter dem Flüssigkeitsdruck an der Eintrittsseite der Pumpe steht, durch die Bohrungen 14 und 15, die Kammern 16, die schraubenlinienförmigen Nuten 12, die Kammern 17 und die Nuten 18 einstellt.
Ein solcher Flüssigkeitsstrom ist in Fig.3 durch die Pfeilrichtungen<I>D, E, F, G, H,</I> 1 dargestellt. Ver suche haben gezeigt, dass dieser Flüssigkeitsstrom in der Praxis vollkommen zur Kühlung und Schmierung der Welle oder Zapfen der Zahnkörper ausreicht, selbst wenn die Pumpe zur Förderung von Flüssig keiten mit niedrigen Viskositätsgraden verwendet wird.
Die Anordnung schraubenlinienförmiger Nuten 12 in den Laufflächen der Lager ermöglicht die Bil dung eines sich ständig erhaltenden Flüssigkeitsfilms auf den unter Druck stehenden Teil der Lauffläche des Lagers, so dass eine günstigste Abstützung der Welle oder Zapfen vorhanden ist. Um dieses Ziel zu erreichen, erstreckt sich die schraubenlinienförmige Nut über die ganze Länge des Lagers, ist aber nur über etwa zwei Drittel des Umfanges der Lager fläche in die letztere eingearbeitet, derart, dass der grösste Teil der Länge der Nut sich in einem Teil der Lauffläche befindet, die während des Betriebes der Maschine nicht unter Druck steht.
Dies hat zur Folge, dass die Nut nicht in den unter Druck ge setzten Teil der Lauffläche des Lagers zu liegen kommt, in dem der Flüssigkeitsfilm seine Wirkung auszuüben hat, so dass an dem unter Druck stehen den Teil der Lauffläche keine Flächenverminderung oder -unterbrechung vorhanden ist.
Versuche haben ergeben, dass ein zur Kühlung und Schmierung des Lagers ausreichender Flüssig keitsstrom sich dann einstellt, wenn eine Nut vor gesehen ist, die eine verhältnismässig geringe Tiefe bei einer verhältnismässig grossen Breite (auf der offenen Seite) aufweist, wobei es sich als zweck mässig erwiesen hat, eine Nutbreite zu wählen, die das Drei- oder Mehrfache der Nuttiefe ausmacht. Um einen grösseren Flüssigkeitsstrom durch das La ger hindurch zu erhalten, können auch zwei oder mehr solcher schraubenlinienförmiger Nuten vorge sehen sein, wobei aber vorzugsweise bei einer Mehr zahl von Nuten diese derart nahe nebeneinander vor zusehen sind, dass sie praktisch eine Nut darstellen und die Wirkung einer solchen aufweisen.
Dieser Fall ist dann vorhanden, wenn zwischen zwei be nachbarten Nuten eine diese voneinander trennende gratartige Erhöhung vorhanden ist, wobei sowohl die innern als auch die äussern Kanten, mindestens aber die letzteren, gebrochen oder abgerundet sind, was den Austritt der Flüssigkeit aus der Nut an der Stelle, an der sich das Lagerspiel zwischen der Welle oder Zapfen und der Lagerbohrung befindet, und die Verteilung über den Umfang der Welle oder der Zapfen begünstigt.
Bei Zahnkolbenmaschinen, deren Zahnkolben und Welle oder Zapfen aus einem Stück hergestellt sind, werden zur Verbindung der Lagerbohrungen mit der Einlassseite vorzugsweise quer durch die Aussenseite der Lager angeordnete Nuten vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zur Kühlung und Schmierung der Lager dienende Flüssigkeitsstrom von aussen nach innen auf die Seitenflächen der Zahnkörper gerichtet ist. Die Strömungsrichtung könnte aber auch umgekehrt sein.
Für den Fall der Verwendung von aus einem Stück hergestellten Lagerkörpern ist die Strömungs richtung der Flüssigkeit von der Einlassseite her zu den Nuten vorzugsweise so gewählt, wie sie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel beschrie ben worden ist. Bei dieser Strömungsrichtung lassen sich irgendwelche Schwierigkeiten vermeiden, die entstehen können, wenn die Flüssigkeit einer Stelle, an der eine hohe Turbulenz herrscht, wie dies bei spielsweise in den Zahnlücken des Zahnkolbens auf der Einlassseite der Pumpe der Fall ist, entnommen wird.
Wird die Maschine als Motor betrieben, findet eine Umkehrung der Drehrichtung der Zahnkolben statt und die Strömungsrichtung der Flüssigkeit wird umgekehrt, das heisst die Eintrittsseite der Pumpe wird zur Austrittsseite des Motors. Die Abzweig stelle für die Kühl- und Schmierflüssigkeit befindet sich somit auch beim Motorbetrieb auf der Nieder druckseite der Maschine.
Bei einer Drehkolbenmaschine braucht nicht un bedingt jedes der vorhandenen Lager mit einer Nut zum Durchlassen eines Kühl- und Schmierflüssig keitsstromes versehen zu sein. Je nach den Verhält nissen genügt es, wenn ein oder mehr als eines der Lager in der beschriebenen Weise ausgebildet ist bzw. sind.
Hydraulic rotary piston machine acting as a motor or pump The invention relates to a hydraulic rotary piston machine acting as a motor or pump, the toothed bodies of which are rotatably mounted in bearing bodies on both sides by means of a shaft or journal.
When rotary piston machines, such as Zahnradmaschi NEN, work under high pressures, the bearings intended to support the shafts or journals of the rotary or toothed pistons must be lubricated and cooled.
The rotary piston machine according to the invention is characterized in that at least one helical groove is arranged in the bearing bore surface of at least one bearing body and that both ends of the groove are connected to points in the machine housing which are under the same pressure so that at Rotation of the pin or shaft part located in the bearing bore is branched off a part of the liquid flowing through the machine and flows as a lubricant and coolant through the helical groove.
In the drawing, a gear pump is an embodiment of the subject invention provides Darge. It shows: Fig. 1 is a longitudinal section through the gear pump, Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1, Fig. 3 is a partial section along the line III-III in Fig. 2 and Fig. 4 is a detail in section and on a larger scale.
The pump has a pump housing formed from two parts 1 and 2, which encloses a pump chamber 3 with an inlet 4 and an outlet 5. In the pump chamber 3 there are two intermeshing tooth bodies 6 and 7, which are rotatably mounted in the bearing bodies 10 at both ends by means of a shaft 8 or by means of pins 9, which bearing bodies have flanges 11 facing the tooth bodies. Under the pressure of the liquid conveyed by the pump, the flanges 11 are pressed against the side surfaces of the tooth bodies. The shaft 8 is led out at one end of the Pum pen housing 1, 2 and coupled to a drive motor.
If the shaft 8 is set in rotation in the direction of arrow A in FIG. 2, liquid entering through the inlet 4 is conveyed through the toothed bodies 6 and 7 against a pressure in the direction of the outlet 5 and through the latter. The resulting pressure distribution around the tooth bodies 6 and 7 results in a force acting on the bearings of each tooth body, which is indicated by the direction of arrow B in FIG.
This force can be absorbed by suitable lubrication, for which purpose helical grooves 12 are provided in the bearing bore surfaces of the bearing bodies 10, which run from the outer towards the inner bore ends, in such a way that when the shaft 8 or the pin 9 flows in liquid from the outside inwards in the direction of the sides of the tooth body surfaces. The helical grooves 12 extend over an angle C, the supplementary angle (360 - C) of which opens in the direction of the force B in FIG.
As FIG. 4 shows, each groove 12 is divided by burr-like elevations 13 into three side-by-side grooves 12a, 12b and 12c, the width of which (on the open side) is three to four times greater than the groove depth. The walls of the partial grooves are bevelled or rounded to facilitate the flow of liquid from the outer to the inner ends of the grooves for the lubrication of the bearings.
During operation of the pump occurs under the action of the liquid pressure on the inlet side liquid speed through holes provided in the pump housing 14 and 15 in chambers 16, which are limited by the pump housing part 1 and 2 and the outer end faces of the bearing body 10. In the abutting end faces of the flanges 11 of the bearing bodies on the end faces of the tooth bodies, annular chambers 17 are incorporated, which are connected to the inlet side 4 of the pump via radial grooves 18 worked in the said flange end faces.
As a result of the arrangement of the chambers 16 and 17 on both faces of the bearing body 10, 11, which chambers are connected to the 12 th through the surfaces incorporated in the bearing, helical grooves and even via holes 14, 15 and grooves 18 connection with the Have an entry side of the pump, it is achieved that during operation of the pump under the effect of the viscosity forces, a flow of liquid, which is under the liquid pressure on the inlet side of the pump, through the bores 14 and 15, the chambers 16, the helical grooves 12, the chambers 17 and the grooves 18 sets.
Such a liquid flow is shown in FIG. 3 by the arrow directions <I> D, E, F, G, H, </I> 1. Ver searches have shown that this flow of liquid is completely sufficient in practice to cool and lubricate the shaft or journal of the tooth body, even if the pump is used to convey liquids with low viscosity grades.
The arrangement of helical grooves 12 in the running surfaces of the bearings enables the formation of a constantly sustaining liquid film on the pressurized part of the running surface of the bearing, so that the shaft or journal is best supported. In order to achieve this goal, the helical groove extends over the entire length of the bearing, but is only incorporated into the latter over about two thirds of the circumference of the bearing, so that most of the length of the groove is in part of the Running surface that is not under pressure while the machine is in operation.
As a result, the groove does not come to lie in the pressurized part of the bearing's running surface, in which the liquid film has to exert its effect, so that the part of the running surface that is under pressure does not reduce or interrupt the area is.
Tests have shown that a liquid flow sufficient to cool and lubricate the bearing occurs when a groove is seen that has a relatively small depth and a relatively large width (on the open side), which is useful has proven to choose a groove width that is three or more times the groove depth. In order to obtain a greater flow of liquid through the bearing, two or more such helical grooves can be easily seen, but preferably with a plurality of grooves these are so close to each other that they practically represent a groove and the effect have such.
This is the case when there is a burr-like elevation between two adjacent grooves separating them from one another, with both the inner and outer edges, but at least the latter, being broken or rounded, which indicates the escape of the liquid from the groove the point at which the bearing clearance is between the shaft or journal and the bearing bore, and which favors distribution over the circumference of the shaft or journal.
In toothed piston machines, the toothed piston and shaft or journal of which are made from one piece, grooves are preferably arranged transversely through the outside of the bearings to connect the bearing bores to the inlet side.
In the exemplary embodiment it is provided that the liquid flow used for cooling and lubricating the bearings is directed from the outside inwards onto the side surfaces of the tooth bodies. The direction of flow could also be reversed.
In the event that bearing bodies made from one piece are used, the direction of flow of the liquid from the inlet side to the grooves is preferably selected as has been described in connection with the exemplary embodiment. In this direction of flow, any difficulties that can arise when the liquid is removed from a point where there is high turbulence, as is the case for example in the tooth gaps of the toothed piston on the inlet side of the pump, can be avoided.
If the machine is operated as a motor, the direction of rotation of the toothed pistons is reversed and the direction of flow of the liquid is reversed, i.e. the inlet side of the pump becomes the outlet side of the motor. The branch point for the coolant and lubricant is therefore also on the low-pressure side of the machine when the engine is running.
In a rotary piston machine, each of the existing bearings does not necessarily need to be provided with a groove for the passage of a coolant and lubricant flow. Depending on the circumstances, it is sufficient if one or more than one of the bearings is or are designed in the manner described.