DE3142328A1

DE3142328A1 - Zahnradpumpenanordnung

Info

Publication number: DE3142328A1
Application number: DE19813142328
Authority: DE
Inventors: Ivan Jaroslav Dipl.-Ing. 8128 Hinteregg Cyphelly
Original assignee: GLYCO IND AUTOMATION
Current assignee: Moog GAT GmbH
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-24
Publication date: 1982-06-16
Also published as: JPS57102588A; FR2492905A1; CH649133A5; GB2086481A; GB2086481B; FR2492905B1

Description

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Zahnradpumpenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpenanordnung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zahnradpumpen sind bewährte Komponenten von Hydraulikkreisläufen mit mittlerem Druck des Druckmediums. Grosse Einheiten sind allerdings wegen der dabei auftretenden Fertigungs- und Verformungsprobleme nur bedingt realisierbar.

Zwar ist es an sich möglich, mehrere Zahnradpumpen kleinerer Bauart längs zu verketten. Diese Anordnungsweise ist aber durch die Drehmomentbegrenzung der Eingangswelle leistungsmässig beschränkt. Zudem kann eine gegenseitige Verschiebung der Verzahnungen der einzelnen Pumpen zum Zwecke einer Verminderung jeder Zahnradpumpe inhärenter Pulsationen in komplizierter und nachteiliger Weise nur über eine Einstellung der die Einzelpumpen verbindenden Kupplungen erzielt werden.

Aus den FR-PS 1 064 498 und 1 499 827 ist es bekannt, um ein zentrales, von einer Welle angetriebenes aussenvcrr.ahnt es

Sonnenrad mehrere, z.B. drei oder vier, aussenverzahnte Planetenräder anzuordnen und das diese Räder aufnehmende Pumpengehäuse so auszubilden, dass auf der einen Seite der Eingriffstelle des Planetenrades mit dem Sonnenrad ein Saugräum und auf der andern Seite der Eingriffstelle ein Druckraum für das Druckmedium vorliegt. Auf diese Weise sollen in einem einzigen Gehäuse mehrere miteinander durch das zentrale Sonnenrad verkettete Zahnradpumpen geschaffen werden. Praktisch ist jedoch eine solche Anordnung nicht realisierbar, insbesondere weil zufolge der naturgemäss starren Lagerung des zentralen Sonnenrads eine genügende Abdichtung der Hochdruckräume unmöglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit weicher grosse Volumenströme mittels kleiner Einzelpumpen unter Trennung von Drehmomentübertragung und Dichtfunktion in kompakter Bauweise in symmetrischer Anordnung um eine Drehachse cr-eu&t werden können.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemässen Anordnung muss somit keine drehmomentübertragende Welle aus dem Dichtraum der volumenbildenden

Verzahnung der Planetenräder geführt werden, so dass aufgrund dieser Trennung von Drehmomentübertragung und Dichtfunktion die Pumpenteile der Zahnradpumpenanordnung in bekannter, bewahrter Weise ausgebildet werden können. Lediglich das Sonnenrad muss gegen den Hochdruck des Druckmediums abgedichtet werden, was verhältnismässig problemlos ist. Durch eine entsprechende Wahl der Zühnezahl des Sonnen rods in bezug ;iuf diejenige'der Planetenräder kann ohne weiteres Zutun eine bauvolumenvermindernde Uebersetzung zwischen der Eingangsdrehzahl der Pumpenanordnung und der tatsächlichen Drehzahl der Einzelpumpen erzielt werden. Ferner kann dadurch eine die Pulsationen bzw. die Lärmerzeugung vermindernde Eingriff sverschiebung zwischen den Einzelpumpen ohne jede Einstellmassnahmen erhalten werden. Ausserdem schafft dieerfindungsgemässe Zahnradpumpenanordnung, wie nachstehend noch erläutert, die Möglichkeit, die l'lancronWider der Hinzclpumpen in besonders einfacher Weise in einem Pumpengehäuse zu lagern. Zufolge ihres axialsymmetrischen Aufbaus eignet sich die erfindungsgemässe Zahnradpumpenanordnung sowohl in der Anwendung als hydrostatische Pumpe für ein Druckmedium als auch in der Anwendung als einstellbare hydrostatische Kupplung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine hydrostatische Kupplung als Anwendungsbeispiel der erfindungsgemässen Anord- . nung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die hydrostatische Kupplung nach der Linie II-II in Fig. 1, wobei Fig. 1 den Schnitt I .Mni',·; tier I. in to I-I in Pi^. 2 darstellt,

Fig. 3 in grösserem Massstab eine Draufsicht auf die eine Stirnseite und eine Seitenansicht einer einzelnen Lagerbuchse für die Ritzel der Fig. 1 und 2,

ig. 4 einen Längsschnitt durch eine hydrostatische Pumpe als weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung.

Gemäss Fig. 1 und 2 weist die dargestellte hydrostatische Kupplung einen Pumpenteil mit insgesamt vier aussenverζahnten, individuellen Zahnradpumpen auf, die im wesentlichen in an sich bekannter Weise je ein Doppelritzel la, Ib, Ic bzw. Id enthalten. Die Doppelritzel la, Ib, lc, Id sind jeweils in zugehörigen Gleitlagerbuchsen 4 eines zylindrischen Pumpenkörpers 3 gelagert. Die Bohrungen 2a, 2b, 2c, 2d sind durch einen Deckel 6, der mittels Schrauben 7 mit dem Pumpenkörper 3 fest verbunden ist, druckdicht abgeschlossen, wobei zur äusseren Leckfrei-

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heit ein O-Ring 8 zwischen dem Pumpengehäuse 3 und dem Deckel 6 angeordnet ist.

Die Doppelritzel la, Ib, lc, Id sind miteinander kinematisch und drehmomentübertragend über ein zentral angeordnetes Sonnenrad 9 verbunden, das mittels Passfedern 10 mit einer Durchgangs- oder Abtriebswelle 11 der hydrostatischen Kupplung fest verbunden ist. Die Abtriebswelle 11 ist im Deckel 6 mittels eines ersten Wälzlagers 12 und im Pumpenkörper 3 mittels eines zweiten Wälzlagers 13 radial und axial gelagert. Die Abtriebswelle 11 trägt einen feststehenden Druckmedium-Durchführungsblock 14, in welchem ein radialer Druckansehlüss 15 für das Druckmedium, eine mit diesem in Verbindung stehende, zur Bohrung für die Abtriebswelle 11 offene Verteiler-Ringnut 16, ein Sauganschluss 18 für das Druckmedium und ein als Ausnehmung geformter Saugraum 17 ausgebildet sind. Eine Lecksammel-Ringnut 19 steht über eine sich i.n Längs richtung erstreckende Rückführbohrung 20 mit dem Saugraum 17 in Verbindung. Ferner ist der Durchführungsblock abtriebseitig und pumpenseitig je mit einer Lippendichtung 21 bzw. 22 versehen.

Eine Antriebswelle 23 ist sinngemäss durch Schrauben 24 mit dem Deckel 6 verschraubt und dadurch mit dem Pumpenkörper .3 fest verbunden. Abtriebseitig ist am Pumpenkörper 3 ein.Saugtrichter 25 befestigt. O-Ringc 26 und 27 dienen der äusseren

Abdichtung der Antriebswelle 23 und des Saugtrichters 25. Die Hochdruckräume 28 in den Bohrungen 2a, 2b, 2c, 2d der durch die Doppelritzel la, Ib, lc, Id gebildeten Zahnradpumpen erstrecken sich in die Wellenbohrung des Pumpenkörpers 3 hinein, in welcher das Sonnenrad 9 liegt (Fig- 2). Somit liegt das Sonnenrad 9 in einem Hochdruckraum. Zu seiner gleitenden Abdichtung gegenüber dem durch den Saugtrichter begrenzten und den stirnseitigen Saugraum 29 pressen elastische Dichtungen 30 Gleitringdichtungen 31 gegen die Stirnflächen des Sonnenrads 9.

Der Saugraum 29 des Saugtrichters 25 steht über Saugbohrungen 52 mit der Saugseite der Doppelritzel Ia₅ Ib, lc, Id und über den Saugraum 17 und den Sauganschluss 18 des Durchführungsblocks 14 mit einem Druckmedium-Tank·33 in hydraulischer Verbindung. Der Hochdruckraum 28 der Doppelritzel la, Ib, Ic, Id ist über Löcher 34 im Sonnenrad 9 und in der Abtriebswelle 11 mit einer Längsbohrung 35 und daran anschliessenden Querbohrungen 36 hydraulisch verbunden. Die Querbohrungen 36 münden in der Verteiler-Ringnut 16. Der Druckanschluss 15 steht über ein schematisch dargestelltes Regelventil 37 ebenfalls mit dem Tank 33 in Verbindung.

Bei einem Schlupf zwischen der Antriebswelle 23 und der Abtriebswelle 11 drehen sich die Doppelritzel la, Ib, lc, Id

zufolge der Mitnahme durch das Sonnenrad 9. Die Doppelritzel saugen demnach Druckmedium aus dem Tank 33 über den Sauganschluss 18j die Saugräume 17, 29 und die Saugbohrungen 32. Die Doppelritzel la, Ib, lc, ld pressen das Druckmedium in den Hochdruckraum 28, von wo dieses über die Löcher 34, die Bohrungen 35 und 36, den Druckanschluss 15 und das Regelventil 37 in den Tank 33 zurückgelangt. Somit lässt sich in der beispielsweise aus der CIi-PS 479 821. bekannten Weise d'ie Mitnahme der Abtriebswelle 11 in Abhängigkeit vom Grad der durch das Regelventil 37 bewirkten Drosselung der druckseitigen Rückführung des Druckmediums stufenlos einstellen.

Die durch die Doppelritzel la, Ib, lc, ld und die Gleitlagerbuchsen 4 gebildeten Einheiten sind in den Bohrungen 2a, 2b, 2c, 2d axial schwimmend angeordnet, da zwischen den Bodenflächen der Bohrungen 2a, 2b, 2c, 2d im Pumpenkörper 3, den genannten Ritzel-Lagereinheiten und dem Deckel 6 ein grosses Spiel besteht. Diese schwimmende Anordnung bewirkt eine günstige Beeinflussung der Fertigungsgenauigkeit und des Restdrehmoments bei einem Leerlauf der vorliegenden hydrostatischen Kupplung. Somit ist jede Ritzel-Lagereinheit la, Ib, lc, ld, 4 bis auf eine kleine Saugfläche bei der Saugbohrung 32 vollständig von dem unter Druck stehenden Druckmedium umgeben. Um zwischen Ritzel und Buchse axial auftretende, unsymmetrische Druckvertcllangen zu kompensieren, die bei grossen F. in-

heiten oft zu Verkantungen oder einseitigem Abrieb führen, können deshalb nicht elastische Dichtungen auf der den Ritzeln abgewandten Buchsenseiten angeordnet werden. Vielmehr muss eine solche Kompensierung bei der vorliegenden Anordnung in dem Spalt zwischen Jedem Ritzel der Doppelritzel la, Ib, lc, Id und der Stirnfläche der zugehörigen Lagerbuchse 4 erfolgen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Lagerbuchse 4 dargestellt, mit welcher sich die genannte Kompensierung in einfacher Weise erzielen lässt. In der dem zugeordneten Ritzel zugewandten Seite 38 befinden sich zwei nierenförmig verlaufende Vertiefungen 39, 39', die somit einer Ringfläche·zwischen dem Zahngrund und der Welle des betreffenden Ritzels gegenüber liegen und in welche je eine in der Lagerbuchse 4 vorgesehene Bohrung 40, 40^T mündet. Die Bohrungen 40, 40' münden an ihren anderen Enden in Flächenbereichen 41, 42 bzw. 41', 42', von welchen die einen im Hochdruckraum 28 (Fig. 2) liegen und die andern auf der Gegenseite dem Saugdruck der Saugbohrung 32 ausgesetzt sind. Hierbei ist gemäss Fig. 3 jeweils die eine Vertiefung 39 bzw. 39' auf der bezüglich der senkrechten Längsschnittebene der Lagerbuchse 4 einen Seite mit den Flächenbercichen 41, 42 bzw. 41', 42' der anderen Seite, also unter Kreuz, verbunden. Somit wird die genannte Ringfläche zwischen dem Zahngrund und der Welle jedes Ritzesl der Doppelritzel la, Ib, lc, Id jeweils hälftig über Kreuz

mit dem Hochdruck bzw. dem Saugdruck beaufschlagt. Zufolge dieser symmetrischen Bauart eignen sich die beschriebenen Lager für Rechts- und Linkslauf der Wellen 23 und 11, da mit dem der Laufrichtung entsprechenden Druckwechsel auch ein Wechsel der Druckbeaufschlagung der Vertiefungen 39, 39' einhergeht.

Der vorteilhafte Umstand, dass bo 1 der eiTi lulunvjsjveniä.ssen Anordnung keine Welle drehmomentübertragend aus dem volumenbildenden Dichtraum zu führen hat, erlaubt es, auf angepresste Lagerbuchsen gänzlich zu verzichten, da die sonst leckbildende axiale Spreizkraft direkt an den Lagerstiftenden der Doppelritzel der Einzelpumpen aufgenommen werden kann. Eine solche Ausbildung wird nachstehend an dem in Fig. 4 dargestellten Anwendungsbeispiel der erCindungsgemässen Anordnung in einer hydrostatischen Pumpe erläutert.

Eine in einem Gehäuse 50 gelagerte Pumpenwelle 51 ist über Passfedern 52 wiederum mit einem. Sonnenrad 53 fest verbunden, welches mit Ritzelpaaren 54 in Eingriff steht. Das Sonnenrad 53 wird durch von elastischen Dichtungen 55 angepressten Gleitringdichtungen 56 abgedichtet, so dass ein Leck aus dem Hochdruckraum der Ritzelpaare 54 auf ein Minimum reduziert wird. Die Ritzelpaare 54 laufen auf feststehenden Lagerstiften 57, die passend in Seitenflanschen 58 und 59 des Gehäuses 50

geführt sind. Hutmuttern 60 pressen die Seitenflansche 58, 59 gegen einen Distanzkörper 61. Der Distanzkörper 61 ist um ein Betriebsspiel dicker als die Ritzelpaare 54, wodurch eine freie Bewegung der Ritzelpaare ermöglicht wird. Nicht dargestellte Saug- und Druckkanäle der die Ritzelpaare umgebenden Saug- bzw. Druckräume münden in Sammelnuten 62, welche in peripheren Sammelringen 63 ausgebildet sind. Zur Abdichtung der Sammelringe 63 sind O-Ringe 64 und 65 angeordnet. Die Sammelringe 63 sind zudem mit Anschlussgewinden 66 für eine Ansaugleitung und eine Förderleitung versehen.

Claims

Patentansprüche

Zahnradpumpenanordnung für ein Druckmedium, mit mehreren, durch ein zentrales, mit einer Welle verbundenes, aussenverzahntes Sonnenrad verketteten, in einem gemeinsamen Gehäuse in gleicher Ebene angeordneten, aussenverzahnten Planetenrädern, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse mehrere Paare (la,Ib,lc,Id) von miteinander verzahnten Planetenrädern, die je eine Einzel-Zahnradpumpe mit einem Saugraum (32) und einem Druckraum (28) bilden, angeordnet sind, und dass das zentrale Sonnenrad (9) drehmomentübertragend mit einem der beiden Planetenräder (la,Ib,lc,Id) jeder Einzelpumpe kämmt und dem in den Druckräumen (28) aller Einzelpumpen herrschenden Druck des Druckmediums ausgesetzt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahl des Sonnenrads (9;53) in bezug auf die Zähnezahl der Planetenräder (la,Ib,lc,.Id;54) derart gewählt ist, dass eine Drehzahlübersetzung zwischen der das Sonnenrad (9;53)

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tragenden Welle (11;51) und der tatsächlichen Drehzahl der die Planetenräder (la,lb,lc,ld;54) paarweise enthaltenden Einzelpumpen vorliegt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahlen des Sonnenrad.s (9; 53) und der Planetenräder (la,Ib,lc,Id;54) in bezug auf die Anzahl der die Planetenräder (la,Ib,lc,Id;54) paarweise enthaltenden Einzelpumpen derart gewählt sind, dass zwischen den Einzelpumpen eine Verschiebung des Eingriffs der Zähne der paarweise angeordneten Planetenräder (la, Ib, lc, ld; 54) vorliegt..
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (la,Ib,lc,Id) in Gleitlagerbuchsen (4) gelagert sind, welche in Bohrungen (2a,2b,2c,2d) eines Pumpenkörpers (3) axial schwimmend angeordnet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (4) in den Bohrungen.(2a,2b,2c,2d) des Pumpenkörpers (3) mindestens angenähert vollständig im Druckraum (28) der Bohrungen (2a,2b,2c,2d) angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,· dass die Lagerbuchsen (4) an ihren an den Stirnflächen der als

Ritzel ausgebildeten Planetenräder (la,Ib,lc,ld) anliegenden Flächen mit einander gegenüberliegenden Drucktaschen (39,39'), z.B. nierenförmigen Vertiefungen, versehen sind, welche durch in den Körpern der Lagerbuchsen (4) vorgesehene Bohrungen (40, 40') über Kreuz mit dem an der Gegenaussenseite (41,42;41', 42') der Lagerbuchsen (4) herrschenden Druck zwecks Ausgleichs unsymmetrischer Anpresskräfte verbunden sind.
7. ."' Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise angeordneten Planetenräder (54) auf feststehenden Lagerstiften (57) gelagert sind, und dass die axiale Spreizkraft an den Lagerstiften (57) über Muttern (60), z.B. Hutmuttern, aufgenommen wird, welche Seitenflächen (58,59) gegen einen dazwischenliegenden Distanzkörper (61) pressen.
8. Anwendung der Zahnradpumpenanordnung nach Anspruch 1 als Pumpe in einer hydrostatischen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (9) auf einer. Hohlwelle (11,35) gelagert ist und das Druckmedium von den Druckräumen (28) der Einzel-Zahnradpumpen über die Bohrung (3 5) der Hohlwelle zu einem feststehenden, mit Druckmedium-Anschlüssen (15,18) versehenen Durchleitungskörper (14) geführt ist.
9. Anwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Bohrungen C2a,2b,2c,2d) für die Paare (Ia₅Ib, lc,Id) von Planetenrädern und mit Saugbohrungen (32) für das Druckmedium versehener Pumpenkörper (3,6) an eine Antriebswelle (23) angeflanscht und abgedichtet drehbeweglich auf der als Abtriebswelle vorgesehenen Hohlwelle (11,35) .gelagert ist, wobei die Bohrungen (2a,2b,2c,2d) zur Aufnahme der Verzahnung des auf der Hohlwelle (11,35) befestigten Sonnenrads (9) zur Hohlwelle (11,35) hin offen sind.