DE1553035B2

DE1553035B2 - Innenläuferzahnradpumpe mit radial beweglichem Füllstück

Info

Publication number: DE1553035B2
Application number: DE1966E0031566
Authority: DE
Inventors: Robert 7502 Malsch Jung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1980-01-03
Also published as: DE1553035A1; DE1553035C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Innenläuferzahnradpumpe mit einem angetriebenen, fest im Gehäuse gelagerten, außenverzahnten Ritzel, einem damit kämmenden innenverzahnten, ringförmigen Hohlrad und einem sichelförmigen, in radialer Richtung beweg-Hch im Gehäuse gehaltenen Füllstück zwischen Ritzel und Hohlrad, welch letzteres ebenfalls in radialer Richtung verschieblich innerhalb der es mit größerem Abstand umgebenden Gehäusehohlraumwand gehalten ist.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, den Verschleiß, die inneren Kräfte und die Leckspaltverluste derartiger Innenläuferzahnradpumpen auszugleichen. Bekanntlich entstehen die Leckspaltverluste bei den meisten herkömmlichen Zahnradpumpen dadurch, daß das Füllstück und das Ritzel fest angeordnet sind und das Hohlrad mit dem gesamten Außenumfang in einer Bohrung des Gehäuses gelagert ist, so daß sich zwischen den Zahnkopfberührungsflächen und dem Füllstück Spalte bilden können, durch welche die Flüssigkeit von dem Druckraum in den Saugraum zurückströmt.

Um den Verschleiß, die inneren Kräfte und die Leckspaltverluste auszugleichen, hat man bereits eine Innenläuferzahnradpumpe mit gleichsam schwimmend gelagertem Hohlrad und einem in radialer Richtung beweglichen Füllstück so konstruiert (siehe die AT-PS 2 42 519), daß das Hohlrad mit Hilfe eines Steuerkolbens, d. h. eines das Hohlrad über einen Teil seines Umfangs berührenden Gehäuseeinsatzteils gegen das Füllstück und das Ritzel gedrückt wird. Da der Steuerkolben hierbei radial zum Hohlrad verschiebbar ist, ergibt sich der Nachteil, daß die gegenseitige Lage von Hohlrad und Ritzel im Bereich des Zahneingriffs nicht begrenzt wird, wodurch ein Vibrieren des Hohlrades auftreten kann. Um dieses Vibrieren in ganz geringen und erträglichen Grenzen zu halten, müssen die Verzahnungen von Ritzel und Hohlrad so genau als möglich hergestellt werden.

Ferner ist eine Innenläuferzahnradpumpe bekannt (siehe US-PS 24 82 713), bei der das vom Ritzel angetriebene ringförmige Hohlrad einerseits auf dem Füllstück gelagert und andererseits mittels parallel ausgerichteter gleitsteinartiger Lagerschalen im Gehäuse radial verschieblich geführt ist. Bei dieser Pumpe soll verhindert werden, daß die Flüssigkeit auf anderem Wege als in den Zahnlücken von der Saugseite zur Druckseite gelangen kann. Bei einer ersten Ausführung sind gummielastische Dichtungsstücke in den Zahnlükken des Hohlrades angeordnet, gegen die die Zähne des Ritzels im Zahneingriffsbereich gedrückt werden, wobei das einteilige sichelförmige Füllstück radial beweglich im Gehäuse und zwischen den beiden Zahnrädern gehalten ist. Bei einer zweiten Ausführung mit normal ausgebildeten, mit einfachen starren Zähnen versehenen Zahnrädern ist das Füllstück so zweiteilig ausgebildet, daß es gleichsam aus zwei aufeinanderliegenden gebogenen Platten besteht, zwischen die ein gummielastischer zylindrischer Bolzen eingelegt ist, der die beiden Füllstückteile auseinander und damit gegen die

Verzahnungen der beiden Zahnräder drückt, was sicherlich eine verbesserte Dichtwirkung zwischen den beiden Teilen des sonst radial kippbar im Gehäuse gehaltenen Füllstückes und den Zahnrädern bewirkt. Allerdings ist diese Dichtheit dann ganz von der Lebensdauer und Standfestigkeit des Bolzens aus elastischem Material abhängig.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die gleichen Eigenschaften aufweist, wie die vorerwähnte Innenläuferzahnradpumpe, bei der jedoch der relativ große Steuerkolben, der auch als Lager für das Hohlrad dient und einen Teil des Auslaßkanals enthält, welcher wieder in besonderer Weise gegenüber einem äußeren starr befestigten Deckel abgedichtet werden muß, in Fortfall kommt, dafür durch einfachere Maßnahmen eine Stabilisierung des Hohlrades bewirkt werden soll, wobei die Zahnräder der Pumpe mit Flankenspiel laufen und die Verzahnung keine besonders hohe Genauigkeit haben muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Zahnradpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß auf der dem Druckraum neben dem Zahneingriff innerhalb der Zahnräder diametral gegenüberliegenden Seite sowohl zwischen dem Hohlrad und dem Füllstück als auch zwischen letzterem und dem Ritzel Gegendruckfelder infolge örtlicher Verbindung mit dem Druckraum vorhanden sind, durch welche im wesentlichen die aus dem Druckraum auf das Hohlrad einwirkenden radialen Kräfte ausgeglichen werden, wobei durch Anordnung eines Radialkolbens oder einer entsprechenden Feder an einer vom Zahneingriff entfernten Stelle eine beim Ausgleich der Kompensationskräfte noch verbleibende radiale Restkraft kornpensierbar ist.

Das Hohlrad wird somit, abgesehen von der Abstützung an den Zähnen des Ritzels, ausschließlich auf dem Füllstück gelagert und durch die vorgesehenen Gegendruckfelder ist sowohl das Ritzel als auch das Hohlrad gegenüber den Gehäuseteilen frei von Kräften, so daß auch die Lagerstellen nur gering belastet sind. Der noch vorhandene Radialkolben bzw. die statt dessen verwendete Feder hat nicht wie der Steuerkol-■> ben bekannter Innenläuferzahnradpumpen die Aufgabe, '" die auf das Hohlrad wirkenden Druckkräfte zu überwinden, sondern soll nur die bereits ausgeglichenen Kräfte stabilisieren.

An sich ist es bereits bekannt, bei einer Innenläuferzahnradpumpe (siehe US-PS 25 44 144) mit einem fest im Gehäuse gelagerten Ritzel und einem innenverzahn-. ten ringförmigen Hohlrad, das aber an seinem Außenumfang in der meist üblichen Weise ebenfalls im Gehäuse gelagert ist, das dabei ebenfalls starr im Gehäuse gehaltene Füllstück mit seitlichen Nuten, einer nicht ganz in der Mitte, sondern mehr zur Saugseite hin gelegenen Schräg-Radialnut und einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut zu versehen, die die schräge Nut mit der Pumpendruckseite verbindet. Dadurch sollen nicht genügend gefüllte Zahnlücken aufgefüllt und etwaige Luftblasen in der Förderflüssigkeit, hauptsächlich Heizöl, zusammengedrückt werden. Zweifellos entstehen dabei an den Öffnungsstellen der Schräg-Radialnut zur Innenumfangs- und zur Außenumfangswand des Füllstückes auch verlaufende Druckzonen zwischen dem Füllstück und den jeweils vorbeilaufenden Zahnlükken der Zahnräder, die ein geringes Ineinanderdrücken der Verzahnungen der beiden Zahnräder im diametral gegenüberliegenden Bereich des Zahneingriffs bewirken können, wenn das Lagerspiel dieser Zahnräder in ihren Lagerungen dies zuläßt. Da die Lagerspiele aber normalerweise nur sehr gering sein können, können die erwähnten Druckzonen kaum als Druckfeld bzw. Gegendruckfeld im Sinne eines Kräfteausgleichs wirken, die auch noch zum Ausgleich von Verschleißerscheinungen an den Zahnrädern über eine längere Betriebszeit beitragen könnten. In der betreffenden PS findet sich auch kein Hinweis auf die Möglichkeit des Entstehens solcher Druckfelder.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen die

Fig. 1—4 an einem im Inneneingriff kämmenden Zahnradpaar zur Wirkung kommende Kräfte in schematischer Darstellung,

F i g. 5 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Innenläufer-Zahnradpumpe längs der Linie V-V in F i g. 6,

Fig.6 einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäß der Linie VII-VII in F ig. 6,

F i g. 8 einen Querschnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

F i g. 9 eine weitere Ausführungsform der Innenläufer-Zahnradpumpe im Längsschnitt gemäß der Linie IX-IX in F ig. 10 und

Fig. 10 einen Querschnitt durch die Pumpe nach F i g. 9 längs der Linie X-X in F i g. 9.

In den F i g. 1 —3 sind das außenverzahnte Ritzel 1, das innenverzahnte Hohlrad 3 und das sichelförmige Füllstück 2 dargestellt. Dreht sich das Ritzel 1 in Pfeilrichtung, so baut sich in dem Druckraum A ein Druck auf, der in Form eines Druckfeldes 6 (F i g. 1) auf das Ritzel 1 und in Form eines größeren Druckfeldes 7 auf das Hohlrad 3 wirkt. Die Druckfelder erstrecken sich von dem unteren Zahneingriff bis zu den Kanten 4 bzw. 5 des Füllstückes 2. Das Druckfeld 6 übt eine resultierende Kraft Pr₁ λ auf das Ritzel 1 aus, die bei den üblichen Pumpen von der Ritzelwellenlagerung aufgenommen wird. Das Druckfeld 7 übt eine resultierende Kraft Pij, auf das nur auf dem Füllstück 2 gelagerte Hohlrad 3 aus und versucht dieses wegzudrücken.

Um die beiden resultierenden Kräfte zu kompensieren, wird gemäß F i g. 2 zwischen Hohlrad und Füllstück ein Gegendruckfeld T. und zwischen Füllstück und Ritzel ein Gegendruckfeld 6' angeordnet. Die Druckfelder können beispielsweise durch Ausnehmungen in dem Füllstück gebildet sein, in die über nicht gezeigte Kanäle im Gehäuse Druckflüssigkeit eingeleitet wird. Die Gegendruckfelder 6', 7' sind in ihrer Größe und Lage so gewählt, daß deren resultierende Kräfte — P,;a und —Pr, h die Kräfte Pi, λ und Pr, α aufheben.

Zur Vermeidung radialer Leckspaltverluste ist es erforderlich, daß die Zähne des Ritzels 1 an der Stelle 9 und an den Kanten 4,4' des Füllstückes 2 dicht anliegen und daß die Zähne des Hohlrades 3 an der Stelle 8 und an den Kanten 5,5' des Füllstückes 2 dicht anliegen. Um diese Bedingung zu erfüllen, wird gemäß F i g. 3 auf das Hohlrad 3 eine Kraft Pd ausgeübt und das Füllstück in Richtung dieser Kraft verschiebbar aufgehängt. Zu diesem Zweck wird das Füllstück mit einem Schlitz 10 versehen, den der im Gehäuse befestigte Bolzen 11 durchdringt. Zur Erzeugung der Kraft Pd kann

beispielsweise eine Feder oder ein von der Druckflüssigkeit beaufschlagter Kolben verwendet werden.

Bei Anwendung der Kraft Pd zur Leckspaltkompensierung ist ein völliger Ausgleich der Kräfte Pr, λ und Pi, /, nicht mehr möglich, da die Spitzen des Füllstückes sonst weiter nach unten gezogen werden müßten, als dies in der F i g. 3 dargestellt ist. Die Folge wäre, daß sich die Dichtkanten 4,4' des Füllstückes 2 von den Zähnen des Ritzels 1 abheben und die Dichtkanten 5,5' zu stark an die Zähne des Hohlrades 3 anpressen würden. Es ist daher erforderlich, daß der Kreisbogen zwischen den Kanten 4, 4' bzw. 5, 5' einen Winkel von 180° nicht überschreitet Diese Bedingung bewirkt, daß auf das Hohlrad eine Restkraft von Δ P,, /, und auf das Ritzel eine Restkraft von APr₁/, wirkt. Letztere kann vernachlässigt werden, da sie von der Ritzelwellenlagerung aufgenommen wird. Die beiden Restkräfte stehen im Verhältnis zu der Zahnteilung t, sie sind um so kleiner, je kleiner die Zahnteilung ist.

Die auf das Hohlrad 3 wirkende Restkraft Δ Ρ,\ λ muß kompensiert werden. Dies kann wieder mit Hilfe einer Feder oder eines vom Druckmedium beaufschlagten Kolbens erfolgen. Da jedoch gemäß F i g. 4 die Kraft Pd mit der Kompensationskraft —ΔΡ-,,ι, eine resultierende Kraft Pk ergibt, die mit der Horizontalen einen Winkel α einschließt, genügt zur Ausübung der Kraft Pound der Kompensationskraft —ΔΡί,ι, eine Feder bzw. ein Kolben, der der Kraft Pk entspricht.

Eine mit einem solchen Radialkolben ausgestattete Pumpe ist in den F i g. 5 bis 8 dargestellt. Das Hohlrad 3, das nur auf dem Füllstück 2 gelagert ist und mit dem Ritzel 1 kämmt, ist in einer Bohrung 12' des Gehäuses 12, genauer gesagt, des topfförmigen Gehäusevorderteils 12a aufgenommen, die einen größeren Innendurchmesser hat als der Außendurchmesser des Hohlrades. Im Winkel α zur Horizontalen ist in dem Gehäuse 12 ein Radialkolben 13 angeordnet, der auf das Hohlrad drückt. Die Rückseite des Kolbens steht über einen in Fig.5 nicht dargestellten Kanal mit dem Druckraum der Pumpe in Verbindung. Eine Feder 14 gewährleistet den erforderlichen Anpreßdruck beim Anlauf der Pumpe. Der Radialkolben ist mit einer Bohrung 15 versehen, welche die Aufgabe hat die Gleitflächen des Kolbens 13 mit dem Hohlrad 3 hydrostatisch zu entlasten. Da sich das Füllstück 2 bewegen kann, ist es zweckmäßig dessen Gleitflächen mit den seitlich anliegenden Pumpenelementen klein zu halten. Aus diesem Grunde sind die Flächen 16 und 16' des Füllstückes beidseitig zurückgesetzt. Die mit dem Ritzel 1 einstückig verbundene Ritzel- und Pumpenantriebswelle la ist im Gehäusevorderteil 12a und im hinteren Gehäuse- bzw. Lagerdeckel 12/> gelagert.

Die axiale Abdichtung des Druckraumes erfolgt durch plattenartige Kolben 17,17', die in je einer Ausnehmung einer Zwischenscheibe 18, 18' geführt sind und Durchbrüche 21, 2Γ zum Durchtritt des Mediums zum Druckanschluß 19 und zur Beaufschlagung der Kolbenrückseite aufweisen. Wie F i g. 6 zeigt, ist der Bolzen 11 für das Füllstück 2 in den Zwischenscheiben 18, 18' gehalten. Die F i g. 7 läßt erkennen, daß sich das Hohlrad 3 völlig frei in dem mit dem Sauganschluß 20 in Verbindung stehenden Saugraum bewegt.

Die F i g. 8 zeigt, daß entsprechende plattenartige Kolben 22, die über Bohrungen 23 hydraulisch beaufschlagt werden, auch in der saugseitigen Hälfte der

ίο Pumpe vorgesehen sein können.

Bei der in den Fig.9 und 10 dargestellten weiteren Ausführungsform einer Innenläuferzahnradpumpe ist eine weitere Möglichkeit der Gestaltung von Gehäuseteilen für den axialen Kräfteausgleich gezeigt Die relativ komplizierten plattenartigen Kolben 17, 22 der Pumpenausführung nach den F i g. 5 bis 7 werden durch einen einzigen, gemeinsamen, mit mehreren zylindrischen Flächen versehenen Plattenkolben 24 ersetzt Die O-Ringe 26, 27 begrenzen das zur Ritzelwelle 29 exzentrische Axialdruckfeld 33, das über Bohrungen 28 sowohl mit dem Druckraum der Pumpe als auch mit den radialen Gegendruckfeldern 6', 7' (Fig.2) in Verbindung steht. Damit wird auch auf einfache Art und Weise eine Speisung der radialen Gegendruckfelder erreicht.

Der Plattenkolben 24 ist in dem hinteren Lagerdeckel 25 so geführt, daß die Lagerbelastung nicht vom Plattenkolben 24, sondern von dem feststehenden Lagerdeckel 25 aufgenommen wird, in dem die Ritzelwelle 29 gelagert ist. Eine Beeinflussung des axialen Ausgleiches durch die Lagerbelastung ist damit fast ausgeschlossen.

Wie die F i g. 10 zeigt sind der Druckanschluß 30 und der Sauganschluß 31 im Gehäuse, d. h. im topfförmigen Gehäusevorderteil 12c untergebracht Dies hat den Vorteil, daß die Förderzahnräder ohne Demontage der Rohrleitungen vom Gehäuse ausgebaut werden können. Die Druckflüssigkeitsbeaufschlagung des Radialkolbens 13 erfolgt über die schräge Bohrung 32 vom Druckanschluß 30 aus. Die Bohrung 15a im Radialkolben 13 mündet in eine Entlastungsringnut 34. Mehrere der mit der Ausführung nach den F i g. 5 bis 8 gemeinsamen Teile der Pumpenausführung nach den ! F i g. 9 und 10 sind im Vorhergehenden nicht nochmals erläutert / '.

Die Druckbeaufschlagungsfläche des Axialdruckfeldes 33 am Plattenkolben 24 ist um einen geringen Betrag größer als die in axialer Richtung wirkende innere Druckzone und der Flächenschwerpunkt des Axialdruckfeldes 33 entspricht in etwa dem gemeinsamen Flächenschwerpunkt der Kolben 17' und 22 bei der

so Anordnung gemäß F i g. 8. :

Bei beiden Pumpenausführungen, sowohl nach den Fig.5 bis 8 als auch nach den Fig.9 und 10, könnte anstelle des auf seiner Rückseite mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Radialkolbens ' 13 evtl. auch eine, ungefähr die gleiche Kraft ausübende Feder angeordnet werden, was aber in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Innenläuferzahnradpumpe mit einem angetriebenen, fest im Gehäuse gelagerten, außenverzahnten Ritzel, einem damit kämmenden innenverzahnten, ringförmigen Hohlrad und einem sichelförmigen, in radialer Richtung beweglich im Gehäuse gehaltenen Füllstück zwischen Ritzel und Hohlrad, welch letzteres ebenfalls in radialer Richtung verschieblich innerhalb der es mit größerem Abstand umgebenden Gehäusehohlraumwand gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Druckraum (A) neben dem Zahneingriff innerhalb der Zahnräder diametral gegenüberliegenden Seite sowohl zwischen dem Hohlrad (3) und dem Füllstück (2) als auch zwischen letzterem und dem Ritzel (1) Gegendruckfelder (6', T) infolge örtlicher Verbindung mit dem Druckraum vorhanden sind, durch welche im wesentlichen die aus dem Druckraum auf das Hohlrad einwirkenden radialen Kräfte ausgeglichen werden, wobei durch Anordnung eines Radialkolbens (13) oder einer entsprechenden Feder an einer vom Zahneingriff entsprechend entfernten Stelle eine beim Ausgleich der Kompensationskräfte noch verbleibende radiale Restkraft (APi, h) kompensierbar ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Zahnrädern (1, 3) abdichtenden Flächen des Füllstückes (2) auf maximal 180° des berührenden Umfangsbogens begrenzt sind.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialkolben (13) in Richtung der resultierenden Kraft (Pk) zwischen einer Kraft (Pd) zur Kompensation der radialen Leckspalte und der auf das Hohlrad (3) wirkenden Restkraft (APi₁/,) in dem Gehäuse angeordnet ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gehäusekammer an der Rückseite des Radialkolbens (13) über einen Kanal (32) mit einer Auslaßkammer vor dem Druckanschluß (30) der Pumpe verbunden ist, daß der Radialkolben (13) unter der Wirkung einer Feder (14) steht und eine Bohrung (15) aufweist, die in eine Entlastungsnut (34) an der das Hohlrad (3) berührenden Vorderseite des Kolbens mündet.

5. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von axialen Leckspalten an bestimmten Bereichen an den Seitenflächen der Zahnräder (1, 3) und des Füllstückes (2) hydraulisch belastete plattenartige Kolben (17, 17', 22) vorgesehen sind, die in Ausnehmungen des Gehäuses oder von Zwischenscheiben (18,18') axial verschiebbar gelagert sind.

6. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckraum axial abschließenden plattenartigen Kolben (17, 17') mit Durchbrüchen (21, 21') versehen sind, von denen einer zur Verbindung zwischen dem Druckraum an den Zahnrädern (1,3) und dem Druckanschluß (30) dient.

7. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensierung von axialen Leckspalten an je einer der Seitenflächen der Zahnräder (1, 3) und des Füllstückes (2) ein Plattenkolben (24) dient, der mittels zweier zylindrischer Flächen in einem seitlichen Lagerdeckel (25) verschiebbar gelagert ist und die Ritzelwelle (29) mit Spiel umgibt, wobei die Rückseite des Plattenkolbens (24) unter der Wirkung eines Druckfeldes (33) steht, das über Bohrungen (28) im Plattenkolben (24) sowohl mit dem Druckraum der Pumpe als auch über weitere Bohrungen mit den Gegendruckfeldern (6', T) am Füllstück verbunden ist.