DE1809445A1 - Zahnrad-Pumpe bzw.-Motor - Google Patents

Description

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5D00 Köln- V j :■·..·· t

Jiarbergweg 68 1809445

i.erm&nn II^:-irle Ingenieur VDI

7501 F r e i ο 1 a h e i m IIfcuptstr. 54.

Zehnr&d-Punroe bezw. -Motor.

Die Erfindung bezieht sich auf Zahnrad-Pumpen bezw.-iVotoren, insbesondere far Eeversierbetrieb,mit teilweise von einseitiger. Radieldrlicken entlasteten Zahnrädern urd uleitlagerr.. Derartige Zahnrad-Pumpen bezw.-Motoren mit je einem mit eirer ■ nach außengeführten Triebwelle verbundenen und eir.ero mi tunlauf enden, im Gehäuse gelagerten Zahnrad sind sowohl mit nur außenverzahifcen Rädern als auch mit je einem außenverzahnten und einem als Hohlrad ausgebildeten,innenverzahnten Zahnrädern bekannt. Im letzteren Falle ist der sichelförmige Raum zwischen den nicht im Eingriff befindlichen Zahnen bei- " der Räder durch ein Füllotück,welches bei vielen Ausführungen einstellb£r ist,ausgefüllt.

Bekanntlich liegen die Ursachen ungünstiger Pörderkennlinien von Zahnrad pumpen bezw. von Drehmomentkurven von Zahnradraotoren in einem zu großen Spiel zwische: den Geh'iupewandungen gegenüber den Zahnköpfen oder/uid den Stirnflächen der Zahnräder.Das Umfangsapiel vergrößert sich zudem während des Eetriebe3 infolge Verschleißes der Lagerung in Richtung der radialer. Druckkonnonente. Tihrend die Abdichtung der Stirnflächen auf einen unerläßlichen,gerir*jen Dicht«nplt einwandfrei erreichbar i<3t,z.B. durch einen im Gehüui-e axial beweglicher! und mittels zwischen seir.er Rückseite und der GehiURewaniung

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wirkende Drmckfelder anpreßbaren Druckkörper, Bind für die radiale Druckentlaatung vielerlei Vorschläge mit unterschiedlichen Verbesserungserfolgen und mehr oder weniger zusätzlichen Aufwand gemacht worden. So ist eine weitgehende Druckentlastung und damit eine Verschleißminderung sowie Konstanz des Förderstromes-bezogen auf einen gleich großgehal*- tenen förderdruck - bei Zahnradnumpen mit aussenverzehnten Rädern durch eine Verlängerung der Druckzone um die Radumfänge bis etwa auf 250° bei entsprechender Verminderung des abdichtenden Umfanges auf die Breite zweier Zahnkc'pfe jedeft Rades erreichbar(Dürr & Wachter^wHydraulische Antriebe.. '.ⁿ München 1952 S 36).Der nicht kompensierbare resultierende Radialdruck verursacht daher in der Lagerung nur einen wesentlich verminderten Verschleiß,der zudem auf eine Verringerung des Dichtspaltes in der Abdichtungszone hinwirkt.In der einzigen Zahnlücke zwischen den beiden abdichtenden Zahnköpfen jedes Zahnrades stellt sich swar infolge des Auspreßens von Druckflüssigkeit durch den Dichtungsspalt ein Zwi sehend ruck ein,, der etwa der halben Druckdifferenz zwischen Druck-und Saug-Seite entspricht,aber infolge seiner sehr geringen absoluten Größe: gegenüber der aus dem unkompensierten Restumfang der Druokzone entgegenwirkenden Druckkraft praktisch keinen Einfluß ausübt. Nachteilig ist bei einer derartigen Ausführung einmal die Unmöglichkeit einer Reversierung,die für" viele Verwendungszwecke als Pumpe oder Motor in der modernen Technik erforderlich ist, und zum anderen,die bei Zahnradpumpen mit mir außenverzahnten Rädern gegenüber solchen mit einem inifverzahnten Rad sehr viel größere Oszillation des Förderstromes (bis etwa 20 t 1),welche ungleichmäßige Bewegung eines Sekundrirteiles verursachen kann und zudem auf die Greräuschbildung und bei hohen Drücken auf die Verkohlung von elastischen Dichtungen von entscheidendem Einfluß ist.

Bei den bekannten Zahnradpumpen mit einem innenverzahnten Hohlrad können frei.lieh die Vorteile "einer wesentlichen Yerminderung do-r Oss a 1 lall tion des Förderstromes,der Geräusehbildung und des Diohtungsverschlei'Bes nur mit einem wesefitlich größeren Aufwand für das sichelförmige Füllstück bei größtmöglicher

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Herstellungsgensuigkeit und für eine eventuelle Ecdial-Druckentlastung nur des Kohlrades erzielt werden.Eine dag* kueeenverzahnte Rad vom Radialdruck entlastende Druckzone ist bei den innenverzahnten 2ahnradDumpen bisher nicht tekanrt geworden,vielmehr mu3 dieser Radialdruck von der Gleit^gerung aufgenommen werden,wobei die Abdichtung auf Dichtenalt tei einrtelltrren Füllstücken eine ungenau bestimmbare Vergrößerung der Lagerfläohe darstellen kann.Durch die !Toleranzen der Zahnräder,Lagerungen und des Füllstückes werden die Dichtspalten in ihren Abmessun gen unterschiedlich beeinf]tuflt und ein unkontrollierbarer,zudem von der jeweiligen Umfangsgeschwindigkeit und des jeweiligen Betriebsdruck abhängiger Druckabbau über die einzelnen Zahnköpfe und die Stirnflächen der Zahnräder bewirkt,welcher zwangsläufig unkontrollierbare Druckfeldveränderungen verursacht.

Scharf begrenzte Druckabbauzonen sind dagegen bei nicht reversierbaren Zahnradpumpen mit einem innenverzahnten Hohlrad bekannt,z.B. durch Aussenbeaufschlagung dee Hohlrade8,wobei das aus der Druckzone resultierende Druckfeld mittels eines radial beweglichen, weitgehendst rtdisldruckentlasteten Steuerkolbens scharf auf den Bereich des druckerzeugenden Zahneingriffes r\ begrenzt ist (DAS 1.27O.y53).Da jedoch die ausserhalb dieses Bereiches liegenden Umfangsflächen beider Zahnräder und die des PüÜletückes cit dem Saugdruck beaufschlagt sind,ist lediglich das Hohlred radial druckentlastet und zudem die Abdichtungsfläche zwi««h«n Druck- und Sauj-Seite auf etwa eine einzige ZahnkopflEne· begrenzt. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde wenig aufwendige und die erwähnten Npchteile vermeidende Zahnrad-Pumpen bezw. -Motoren zu schaffen,die einerseits eine geringstmögliche Oszillation des Pörderstromea aufweisen und andererseits-trotz scharf begrenzter Ausgleichsdruckfelder für die Radialdrücke auf die Zahnräder- für einen -^evereierbetrieb,insbesondere mit häufigen Wtcheelder Betriebsdrücke und /oder Drehsahlen geeignet sind.

Brfindungegemäß wli-d dies dadurch erreicht,

1) daß die Zahnrai-Pumpen bezw. -Motoren,in an sich bekannter Weise mit einem innenverzahnten,mitumlaufenden Hohlrad und

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einem mit der Triebwelle verbundenen aussenversahnten Rad ausgebildet ist, und

2) daß die ausserhalb des Zahneingriffs-bereiches befindlichen Mantelflächen beider Zahnräder mit dem Zwischendruck beaufschlagt sind,der sich im sichelförmigen Raum zwischen den Rädern über je einen Zahnkopf-Dichtungsspelt suf der Druck- und der Saug-Seite selbsttätig,etwa der jeweiligen Betriebsdruckdifferenz proportional,einstellt.

Die durch das erste Kombinationümerkmal gekennzeichneten Ausführungselemente bewirken die geringetmögliche Oszillation des Förderstromes und sichern damit die Erzielung aller von dieser abhängigen bezw. beeinflußten Vorteile.Die durch da« zweite Kombinf-.tionsmerkmal gekennzeichneten Ausführungselemente kennzeichnen eine reversierbsre Ausführung mit einer weitgehenden Radialdruckentlastung nicht nur des· innenverzahnten Hohlrades,sondern auch de.-; bic.her nicht reidialdruckentlastbaren aussenverzahnten Rades mittels der durch die Schnittpunkte der Zahnkopfkreise scharf begrenzten Ausgleichsdruckfelder beider Zahnräder im Zwischenraum und deren Beaufschlagung mit einem der jeweiligen Betriebadruckdifferenz proportionalen Druck.Zudem ergibt die erfindungsgemäße Kombination für Zahnradpumpen mit einem innenveraahnten Rad den weiteren Vorteil einer zweifachen Abdichtung des Druck-gegen den Saug-RauMcs an den Enden des sichelförmigen Raumes und damit eine Verminderung des durch die beiden Zahnkopf-Dichtungeepalte auegepreßten Pörder» mittels auf einen den bei radialdruekentlaetet&n Pumpen nur mit aussenverzahnten Rädern entsprechenden geringeren Wert.

Um die Zahnradachsen räumlich genau festzulegen und geglichen Lagerverschleiß auch beim Anlauf und bei geringen Drehzahlen mit Sicherheit .au8«uaehli*ßen,wird in weiterer Ausbildung der Erfindung das durch die Dichtspalte an den Stirnflächen der Zahnräder ausgepreßte Fördermittel in Ringnuten auf den Stirnflächen des Gehäuses bezw. des Druckkörpern gesammelt und über Bohrungen,teII-weise auch durch axiale Bohrungen in den Zahnrädern,den hydrostatischen Gleitlagerflächen be«w. den S amin«l taschen nur hydrodynaul* scher Gleitlager unter einem begrenzten Druck zugeführt«Diese nähme kann mit gleichem Vorteil auch bei anderen Zahnrad-Pumpen bezw. -Motoren-Bauarten verwendet werden.

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Um eine über den gesamten Stirnflächenumfarig gleich geringe Dicke der Dichtepalte unabhängig von den unterschiedlichen Drücken aus den Arbeitskammer!) bezw. Steuerschlitzen und dem Zwischenraum eindringenden Pördermittelanteilen halten zu können,sind die die Anpreßung det" Druckkörpers bewirkenden und durch O-Ringe scharf begrenzten Druckfelder über axiale Bohrunger durch den Druckkörper mit dei Drucker; beaufschlagt,welche in den räumlich axial i der Druckfeldern zugeordneten Arbeit^kamif.ern unri dem Zwischenraum Jeweils herrschen.

Insgesamt bietet die erfindungsgemcuiie Zalmrtid-xumpe bezw. -*._,otor de). Vorteil einer unaohMngig von den jeweiligen unterschiedlichen Arbeitsbedingungen rever.?ierbf-re und in 3ezug auf ein k'ir.imum an Verlusten und Verschleiß optimale Ausführung,welche zudem im Wesentlichen in der herstellung auf die wenig aufwendigen Dreh- u. Bohrarbeiten beschränkt ist.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise erläutert, ohne auf die aus den Zeichnungen ersichtliche Gestaltungen beschränkt zu sein,und zwar zeigt

Pig.1. Querschnitt durch eine Pumpe in Richtung A-A in Pig.2, Pig.2 längsschnitt in Richtung D-D in Pig.1, Pig.3 Querschnitt in Richtung B-B in Pig.2, und Pig.4 Teilquerechnitt in Richtung C-C in Pig.2. Im Gehäuse 1 ist das innenverzahnte Hohlrad 2 radial mit seinem Aussenmantel und axial mit seinen Stirnflächen auf Dichtspalt drehbar gelagert.D*» aussenverzahnte Rad 3 ist axial mit leinen Stirnflächen und radial einerseits- mit dem Wellenstumpf 17 in einer lagerbohrung des Gehäuses und andererseits mit dem Dellenstumpf 9 in einer lagerbohrung des Druckkörper« 12 drehbar gelagert.Der Druckkörper ist mit seiner Ausseninaritelfläche,vorzugsweise mit den gleichen Aussendurclime.-iser wie da^ Lohlrad,im Ge-Häusejaxie.l beweglich,jedoc'· unverdrehbrr gelagert.Sein sehr geringer Hub ist auf meiner Rückseite durch den Deckel 13 begrenztjwel«· eher mit dem Gehäuse,nach auRsen abgedichtet,ver^chriubt ist. Die drehelastisch, ausgebildete Triebwelle 16 ist Über eine Zahnkupplung 19 im Wellenstumpf 17 mit dem 8UHSenverzahnten Rad drehfest verbunden,im Deckel beispielsweise ir. einer WUlzlagerung 15 gelagert und nach auysen durcl· eine Wellendichtung 15 abgedichtet.

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Die Bvolventenverzahnung ist mit einer geringfügigen,korrigierenden Zahnkopfabrundung (Schreier "ötirnradverzshnungen" VEB -Verlag Technik,Berlin S.88 ff.)derart ausgeführt,daß im gesamten Zahn- · eingriffsbereich zwischen den Schnittpunkten 4»4' der Zahnkopfkreise der Dichtspalt an den Zahnflanken nur 0,02 bis 0,05 mm beträgt. Die Schnittpunkte der Zahnkopfkreise und der Punkt tiefsten Zahneingriffes grenzen daher die Druckfelder aus den Arbeits-kammern und des Zwischenreumes scharf gegeneinander ab.Dem·entsprechend sind auch die Steuersqhlitze 5_f5^f seitlich im Gehäuse angeordnet ,durch weiche je nach der Drehrichtung das Fördermittel zu-bezw. abgeführt wird. Selbstverständlich kann auch in an sich bekannter Weise eine JLussenbeaufschalgung des innenverzahnten Hohlrades über Bohrungen durch den Hohlring in die Zahnlücken bezw. eine Innenbeaufschlagung des in gleicher Weise ausgebildeten aussenverzahnten Hades angewendet w®rdesii»wo.durch eich Vorteile

fib tür bestimmte Arbeits-bezw.Konstruktions-Bedingungen ergeben,z.B. } >. bei großen axialen Zahnbreiten wegen großer Pördermengen oder kleiner Radialaussenabmessungen.Bei der dargestellten Ausführung ist das ringförmige Hohlrad mit seiner Aussenmantelflache und das auesen¥erz8iinte Bad mit seinen Wellenetümpfen in Lagerauenehmungen des Gehäuses bezw.des Druckkörper gelagert,di© ;je aus zwei hydrodynamischen Laufflächen 26 und ©iner dazwischenliegenden

_ hydrostatischen Lauffläche 29 gebildet aind.Letztere ist durch , Bohrungen 28 mit den Leitungen 27 verbunden,durch welche das durch

-S die Di-chtspaLte ,an den Stirnflächen der Zahnräder ausgepreßte und in Eingnuten J52jJ55 auf den Stirnflächen d®o Gehäuses bezw* des Druckkörpers gesammelte Fördermittel über Bohrungen 33»teilweise auch durch axiale Bohrungen 7»8 in den Zahnrädern abgeleitet den hydrostatischen Laufflächen 23,36 bezw«, bei ausschließlich hydro-

J dynamischen Lagern den Sammeltasehen 43 (Pig.4) unter einem begreni

ten Druck zugeführt wird.Dieser begrenzte Druck kann durch ein Druckregelventil J-.2 mit einem,erforderlichenfalls die Ausfluß-Öffnung 4o gegen die Wirkung der Feder 41 freigebenden Kolben.-39 einstellbar geregelt sein.Mit dem begrenzten Druck können auch die die axiale JLnpreßung bewirkenden Druekfeider 22 auf der Eückseite des Druckkdrptrs beaufschlagt sein_swelche durch Q-Binge scharf begrenzt sind.In einer btiroraugten lusfiilirung find j@ioch di© ■ Druckfelder über axiale Bohrungen 23 durch de» Dructtörper mit den Drücken beaufaclxU-gt,welche jeweils in de« räumlich axial

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Druckfeldern zugeordneten Arbeitskammern bezw. Steuerschlitzen 5,5' und dem Zwischenraum herrschen.Betriebsm-lßig stark schwankende Drücke können im sichelförmigen Zwischenraum durch eine Druckausgleichsvorrichtung 34 (Pig.2 u.4) gedämpft und vergleichmäßigt werden,in welcher ein mit dem Druck im sichelförmigen Raum beaufschlagter Kolben 38 gegen die Wirkung der Feder 37 beweglich angeordnet ist. Gleichzeitig werden hierdurch Druckschwankungen irden Dichtspalten vermindert.Das über die hydrodynamischen Laufflächen ausgepreßte Fördermittel wird in Hingnuten 25 und 'Aber Bohrungen 20,21 u. 11 gesammelt und dem Tank zugeführt.

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Claims (1)

1. A_n_s_2_r_ü__c__h_e ° ^U ' ^{H H} °

   t. Zahnrad-Pumpe bezw.-Motor,insbesondere für Rever.^ierbetrieb, mit zwei in Gleitlagern aufgenommenen Zahnrädern,von denen eine« mit der nach aussen geführten Triebwelle verbunden und das zweite ■ im Gehäuse mitumlaufend,drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,

   _t daß die Zahnrad-Pumpe bezw.-Motor in sich bekannter Weise mit einem innenverzahnten Hohlrad und 2 einem mit der Triebwelle 16 verbundenen,ausaenverzahnten Rad 3 ausgebildet ist, und • daß die auseerhalb des Zahneingriffsbereiohes 4,4' befindlichen Mantelflächen beider Zahnräder 2,3 mit dem Zwischendruck beaufschlagt sind^der sieh im sichelförmigen Raum 44 zwischen den Rädern ütoer je einen Zahnkopfspalt auf der Druck-und der Saug-Seite selbsttätig,etwa dem jeweiligen Betriebsdruck proportional, einstellt.

   Z. Zahnrad-Pumpe bezw. -Motor,insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß das durch die Dichtspalte an den Stirnflächen der Zahnräder 2,3 ausgepreßte Fördermittel in Eingnuten 32,35 auf den Stirnflächen de» Gehäuses 1 bezw. des Druokkörpers 12 gesammelt und über Bohrungen 33»teilweise auch axial duroh Bohrungen 7,8 in den Zahnrädern,Über Leitungen 27 den hydrostatischen Lauffliehen 28y36 bezw. den Sannaeltaaohen 43 hydrodynamischer Gleitlager der Zahnräder unter einem begrenzten Druck angeführt ist.

   3. Zahnrad-Pumpe bezw. -Motor,insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die „die JLnpreSung d®s Druckkörpers 12 bewirkenden und durch. O-RingePxest begrenzten Druckfelder 22 über axial® Bohrungen 23 durch den Druckkörper mit den Drücken beaufschlagt sind,welche jeweils i«l den räumlich axial den Druckfeldern zugeordneten Arbeitskammer»^ ,4' bezw. den Steuerschlitzen 5,5' und dem sichelförmigen Zwischenraum-44 herrfchen.

   4. Zahnrad-Pumpe bezw. -Motor,nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

   daß der Zwischenraum. 44 mit ®iner Druckausgleichsvorrichtung 34 In leitender Verbindung steht.

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