DE19723988A1 - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe.

Zahnradpumpen sind bekannt. Bei einer bekannten, der Förderung von Heizöl dienenden Zahnradpumpe (DE AS 15 53 116 haben Pumpe und ein die Pumpe antreibender Elektromotor eine gemeinsame Welle, die im Pumpengehäuse gelagert ist. Elektromotor und Pumpe sind in einem nach außen flüssigkeitsdichten Gehäuse vereint.

Es ist auch eine von einem Elektromotor angetriebene Zahnradpumpe vorgeschlagen worden (EP 96 118 682.2), die ein mit einem durch einen Pumpengehäusedeckel verschließbares Pumpengehäuse aufweist, dessen Wandung über den Pumpengehäusedeckel hinausragt und mit dem Gehäuse eines gesonderten Elektromotors zu einer nach außen im wesentlichen flüssigkeitsdichten Einheit verbunden ist. Im Pumpengehäuse ist ein vom Elektromotor über eine Kupplung angetriebenes erstes Zahnrad und ein vom ersten Zahnrad angetriebenes zweites Zahnrad ineinandergreifend in einem als Pumpenkammer dienenden ersten Gehäuseraum des Pumpengehäuses drehbar gelagert. Die Lager der Zahnräder sind in Pumpengehäuse und Pumpengehäusedeckel angeordnet und das erste Zahnrad ragt mit seiner Welle durch den Pumpengehäusedeckel hindurch in einen zweiten Raum des Pumpengehäuses und ist dort mit der Antriebswelle des Elektromotors gekuppelt oder kuppelbar. Diese vorgeschlagene Zahnradpumpe ist insbesondere für Solaranlagen vorgesehen und hat dort u. a. den Vorteil, daß die geförderte Flüssigkeit bei abgeschalteter Pumpe nicht zurückfließen kann, also als Sperrventil wirkt. Eine solche Pumpe kann aber auch für viele andere Zwecke eingesetzt werden wie für die Förderung trinkbarer Flüssigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Zahnradpumpe zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 9 definierte Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird ein guter Wirkungsgrad erzielt, dieser über eine möglichst lange Betriebsdauer erhalten und eine für Zahnradpumpen optimale Laufruhe erzielt. Auch ist die erfindungsgemäße Lösung für Fertigung sowie Service günstig.

Im Prinzip besteht die Erfindung bei einer elektromotorisch betriebenen Zahnradpumpe darin, daß ein topfförmiges Motorgehäuse mit einem das Motorgehäuse flüssigkeitsdicht verschließenden Lagerschild vorgesehen ist, daß das Lagerschild ein Lager für eine Motorwelle und ggf. für eine mit der Motorwelle koaxiale Pumpenantriebswelle aufweist, daß im Lagerschild eine Pumpenkammer vorgesehen ist, daß die Motorwelle oder die Pumpenantriebswelle in die Pumpenkammer ragen, daß die Pumpenkammer an der dem Motor abgewandten Seite des Lagerschildes durch einen Pumpenkammerdeckel verschließbar ist, daß in der Pumpenkammer ein Antriebszahnrad und ein angetriebenes Zahnrad so drehbar angeordnet und bemessen sind, daß sie einerseits ineinandergreifen und andrerseits ihre Zahnköpfe und Stirnseiten den Wandungen der Pumpenkammer dicht benachbart sind, und daß der Pumpenkammer im Lagerschild Saug- und Druckleitungen und/oder Anschlüsse für die zu pumpende Flüssigkeit zugeordnet sind.

Eine Abwandlung besteht im Prinzip darin, daß das angetriebene Zahnrad ein Innenzahnrad ist, das mit der Innenwandung der Pumpenkammer ein Gleit- oder Wälzlager bildet. In beiden Fällen kann das Lagerschild so dick bemessen werden, daß das darin angeordnete pumpenseitige Lager für die Motorwelle als Lager für die Pumpenantriebswelle ausreicht, die Lage des Antriebszahnrades der Pumpe zu stabilisieren. Zugleich ist bei einem Beispiel im Lagerschild ein Bolzen eingebettet oder befestigt, der seinerseits lagestabil ist und das auf seinem Umfang gelagerte angetriebene Zahnrad in seiner Lage stabilisiert. Der vorbestimmte Abstand der Zahnräder voneinander und von den Wandungen der Pumpenkammer kann daher sehr klein bemessen und vorbestimmt werden. Bei einem so kleinen Abstand können zwar bereits kleinste Verschiebungen der Position der Lager die Wirkungsweise der Pumpe gefährden. Wenn der in der Pumpenkammer erzeugte Druck sehr hoch ist, beispielsweise 2-6 bar, kann durch diesen Druck das Spiel zwischen Zahnrädern und Gehäuse einerseits sowie Zahnrädern und Deckel andrerseits verändert werden. Das Lagerschild und der Pumpenkammerdeckel sollten daher relativ stabil ausgebildet werden.

Um auch bei höheren Drucken keinen großen Aufwand für flüssigkeitsdichte Verbindung von Elektromotorgehäuse und Pumpengehäuse treiben zu müssen, wird als Motor ein Typ eingesetzt, dessen Innenraum einen direkten Kontakt der Flüssigkeit aushält. Die Flüssigkeit beeinträchtigt dann nicht den Betrieb des Motors, und zwar auch nicht bei höheren Drucken. Durch Wahl eines Spaltrohr-Elektromotors, das ist ein Elektromotor, bei dem im Luftspalt zwischen Rotor und Stator ein den Stator mit seinen Wicklungen gegen Flüssigkeiten abdichtendes Rohr angeordnet ist, kann die Flüssigkeit sogar doppelt, also auch mit Vorteil für diesen Motortyp genutzt werden. Bei diesem Motortyp benötigt nämlich die Rotor-Welle eine Flüssigkeit als Gleitmittel und die Rotor- Welle muß nicht abgedichtet werden. Die Antriebswelle eines Spaltrohr-Elektromotors kann daher ohne die sonst üblichen, der Dichtung dienenden Abdichtungen mit relativ geringer Reibung die Zahnräder der Pumpe antreiben.

Beim Betrieb der Zahnradpumpe greifen die Zahnräder so dicht ineinander, daß im druckseitigen Eingangsbereich der Zahnräder die in die Zahnlücken des einen Zahnrades eintretenden Zähne des anderen Zahnrades die in den Zahnlücken eingeschlossenen Flüssigkeiten verdrängen müssen. Im saugseitigen Eingangsbereich müssen entsprechend die sich öffnenden Zahnlücken gefüllt werden. Bei sehr kleinen Abständen zwischen den Zahnrädern und den Wandungen können solche verdrängten Flüssigkeiten auf Dauer eine Verschiebung der Zahnräder bewirken, zumindest aber den Wirkungsgrad und das Geräusch beeinträchtigen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird zur Überwindung dieses Nachteils in der der Pumpenkammer zugewandten Wandung des Pumpenkammerdeckels eine Ausnehmung auf der Saugseite des Zahnradpaars, insbesondere ein Sackloch oder eine Quetschnute vorgesehen.

Bei den bekannten Zahnradpumpen ist zur Erzielung möglichst hoher Drucke ein relativ großer Durchmesser der Zahnräder vorgesehen. Bei den für den Wirkungsgrad der Pumpe gemäß der Erfindung erwünschten geringen Abständen der Zahnräder von den Wandungen würden bei solchen Pumpen mit großen Durchmessern der Zahnräder größere Reibungen auftreten und damit gerade eine Verringerung des Wirkungsgrades. Bei einer Ausführungs­ form der Erfindung sind die Zahnräder mit einem Verhältnis vom Außen­ durchmesser zur Länge kleiner als 0.9 bemessen, insbesondere 0,85. Bei einer solchen Bemessung sind die Reibungsflächen zwischen den kleinflächigen Stirnseiten der Zahnräder und der jeweils benachbarten Wandung recht klein. Durch diese Zahnräder hoher, schlanker Form ergibt sich nicht nur eine Pumpe hohen Wirkungsgrades. Der seitlich auf die Zahnräder während des Betriebes wirkende Druck wirkt auch auf die Lager der Zahnräder im Lagerschild und in der Pumpenkammer. Diese sind vorzugsweise als Gleitlager ausgebildet. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß während des Betriebes diese Gleitlager einem einseitigen Verschleiß unterliegen, der die Lebensdauer der Pumpe begrenzen könnte. Zur Verlängerung der Lebensdauer wird bei einer Ausführungsform der Erfindung die Pumpenkammer in Richtung auf den Sauganschluß aus der Mittellage verschoben angeordnet, insbesondere um 0.02 mm. Beim Verschleiß der Lager wird der mittlere Abstand der Umfänge der Zahnräder von den benachbarten Wandungen bei der Verschiebung zwischen Lager und Pumpenkammer zur Saugseite hin beibehalten, der Wirkungsgrad also nicht verringert. Erreicht wird aber, daß bei Lagerverschleiß die Zahnköpfe die benachbarten Wandungen der Pumpenkammer wesentlich später erreichen als ohne die erfindungsgemäße Bemessung.

Infolge der schlanken Form der Zahnräder werden die Öffnungen von Sauganschluß und Druckanschluß in der Pumpenkammer in je einer im wesentlichen parallel zu den Achsen der Zahnräder angeordneten Nute angeordnet, damit der Flüssigkeitstransport der gesamten Zahnradlänge wirksam sein kann. Gegen Ende der durch den Lagerverschleiß bedingten Lebensdauer berühren die Zahnräder die Kammerwand. Um zu vermeiden, daß die Zahnspitzen bei ihrer Drehung dann gegen die scharfen Kanten im Übergangsbereich von Nuten und Wandungen stoßen können, werden bei einer Weiterbildung der Erfindung die seitlichen Wandungen des ersten Gehäuseraumes in dem Einlaufbereich der Zähne der Zahnräder in dem auf die Nuten folgenden Wandteil tangential auslaufend ausgebildet. In diesem Fall berühren die Zahnspitzen der Zahnräder die Wandungen flächig. Die Zahnspitzen übernehmen dann durch ihre Abstützung an der Kammerwandung zusätzlich Lagerkräfte und erhöhen dadurch die Lebensdauer der Zahnradpumpe, jedoch unter Inkaufnahme eines höheren Geräuschpegels. Die Pumpe kann danach durchaus weiter betrieben werden, zeigt aber durch die höhere Geräuschentwicklung an, daß sie ausgewechselt werden sollte.

Der das angetriebene Zahnrad tragende, im Lagerschild befestigte Bolzen und die das Antriebszahnrad tragende Welle haben vorzugsweise eine solche Länge, daß ihre Stirnseiten mit geringem Abstand vor der Innenfläche des Pumpenkammerdeckels enden. Der das angetriebene Zahnrad tragende Bolzen ist dabei mit einer solchen Abflachung längs seiner Achsrichtung versehen, daß ein schmaler Spalt zwischen Bolzen und Zahnrad gebildet wird, der als Füllnute für eine Flüssigkeitszufuhr zum Gleitlager dient.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Antriebszahnrad auf der in die Pumpenkammer ragenden Antriebswelle befestigt, das angetriebene Zahnrad jedoch ein Innenzahnrad, dessen nach innen gerichtete Zähne mit dem Antriebszahnrad kämmen. Der Außendurchmesser des Innenzahnrades ist glatt ausgebildet und bildet mit der Innenwandung der Pumpenkammer ein Lager. Die Durchmesser der Zahnräder sind so bemessen, daß sich innerhalb des Innenzahnrades auf einer Seite des Antriebszahnrades ein Saugraum und auf der anderen Seite ein Druckraum bildet.

Dies kann einmal bewirkt werden, indem die Durchmesser des angetriebenen Zahnrades und des Antriebszahnrades so bemessen sind, daß die Zahnköpfe des Antriebszahnrades und des angetriebenen Zahnrades auf der der Kämmung abgewandten Seite des Antriebszahnrades aufeinander gleiten. Das kann aber auch bewirkt werden, indem die Zahnköpfe des Antriebszahnrades auf der der Kämmung abgewandten Seite einen Abstand von den Zahnköpfen des Innenrades haben und in denk dadurch gebildeten Zwischenraum ein Formstück eingepaßt wird, auf dessen Wandungen die Zahnköpfe der beiden Zahnräder gleiten. Das genannte Verhältnis von Durchmesser und Länge des Antriebszahnrades gilt auch hier. Für das angetriebene Zahnrad sollte die Abmessung in radialer Richtung den Abmes­ sungen des Radius des Antriebszahnrades entsprechen. Das Lagerschild ist vorzugsweise abnehmbar am Motorgehäuse befestigt, aber zusammen mit die­ sem nach außen flüssigkeitsdicht bemessen. Im Lagerschild selbst ist aber zwi­ schen Pumpenkammer und dem den Anker aufnehmenden Innenraum des Motorgehäuses eine Verbindung, durch die Flüssigkeit in den Motor eintreten kann. Diese Verbindung kann zusätzlich zu der infolge der Verwendung eines Spaltrohrmotors weniger dichten Wellenlagerung eine Bohrung sein. Das Lager­ schild kann aber auch fest mit dem Motorgehäuse verbunden oder mit diesem aus einem Stück gefertigt sein. In diesem Fall ist der das andere Lager der Mo­ torwelle tragende Boden des Motorgehäuses als auswechselbares Lagerschild ausgebildet.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung - anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer elektromotorisch betriebenen Zahnradpumpe mit zwei sichtbaren Zahnrädern,

Fig. 2 einen Schnitt durch das mit einem Spaltrohrmotor zu einer Einheit verbundene Pumpengehäuse gemäß der Erfindung mit zwei sichtbaren Zahnrädern,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Pumpengehäuse mit Pumpenkammer, Sauganschluß, Druckanschluß und einem zusätzlichen Sauganschluß für die Füllung einer Solaranlage oder für die Mischung von Flüssigkeiten,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Pumpenkammer einer Zahnradpumpe mit einem Antriebszahnrad innerhalb eines als Innenzahnrad ausgebildeten angetriebenen Zahnrades,

Fig. 5 eine Abwandlung der in Fig. 4 gezeigten Anordnung mit einem in die Pumpenkammer zwischen die Zähne der beiden Zahnräder eingefügtem sichelförmigen Formkörper,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Zahnradpumpe mit Innenzahnrad,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Zahnradpumpe gemäß Fig. 6,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Zahnradpumpe nach dem Rotorpumpenprinzip, deren Zahnform mathematisch entwickelten Kurven entspricht.

Fig. 1 zeigt die explodierte, perspektivische Prinzipdarstellung einer elektromotorisch betriebenen Zahnradpumpe 1 mit einem Motorgehäuse 2 und einem Lagerschild 3, der mit in Fig. 1 nicht dargestellten Flanschen und Schraubverbindungen mit dem Motorgehäuse zu einer Einheit verbindbar ist. Im Lagerschild 3 ist eine Pumpenkammer 4 angeordnet, in der ein Antriebs­ zahnrad 5 und ein angetriebenes Zahnrad 6 so miteinander kämmend drehbar gelagert sind, daß ihre Zahnspitzen 7 den Wendungen der Pumpenkammer 4 dicht benachbart sind und miteinander einen im wesentlichen flüssigkeits­ dichten Kontakt bei der Verkämmung haben. Das Antriebszahnrad 5 ist auf einer Motorwelle 8 oder einer mit der Motorwelle verbundenen Pumpen­ antriebswelle 81 kraftschlüssig oder formschlüssig befestigt. Das angetriebene Zahnrad 6 ist auf einem Bolzen 9 drehbar gelagert, der selbst im Lagerschild 3 befestigt ist. Die mit den Zahnrädern 5, 6 bestückte Pumpenkammer 4 ist durch einen Pumpenkammerdeckel 10 flüssigkeitsdicht verschließbar. Eine Saugleitung 11 und eine Druckleitung 12 führen von außen radial durch die Wandung des Lagerschildes 3 bis zu den Stellen der Pumpenkammer 4, an denen die Zahnräder 5, 6 kämmen. Die Zahnräder 5, 6 und die Welle 8 bzw. der Bolzen 9 sind so lang bemessen, daß zwischen ihren Stirnseiten 13, 14 und der Innenseite 15 des Pumpenkammerdeckels 10 nur ein kleiner Spalt verbleibt. Vorzugsweise enden die Leitungen in Nuten 43 parallel zur Achsrichtung der Zahnräder 5, 6, um eine bessere Flüssigkeitsverteilung zu erzielen.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine praktisch ausgeführte Zahnradpumpe 1 gemäß Fig. 1 mit dem topfförmigen Motorgehäuse 2 eines als Spaltrohr­ motors ausgebildeten Elektromotors und mit dem Lagerschild 3 mit Pumpen­ kammer 4 und Pumpenkammerdeckel 10, durch die das Motorgehäuse 2 zu einer nach außen flüssigkeitsdichten Einheit vervollständigt wird. Spaltrohr- Elektromotore sind Elektromotore, bei denen im Luftspalt zwischen Rotor 16 oder Anker und Stator 17 ein den Stator mit seinen Wicklungen gegen Flüssigkeiten abdichtendes Rohr 18 angeordnet ist und bei dem daher die Welle 8 des Rotors 16 nicht abgedichtet werden muß. Der verringerte Wirkungsgrad bezüglich des elektromagnetischen Feldes infolge des durch das eingefügte Spaltrohr 18 vergrößerten Spaltes wird zwar nicht durch die verringerte Reibung der Rotorwelle 8 aufgewogen, doch tritt als zusätzlicher Vorteil hinzu, daß die Rotorwelle 8 solcher Motoren nicht abgedichtet werden muß und die Abdichtung auch keiner Wartung bedarf, also überhaupt kein Verschleißteil mehr ist. Im gezeigten Beispiel ist die Rotorwelle 8 durch Lager 21 im topförmigen Gehäuse 2 und 31 im Lagerschild 3 gelagert. Sichtbar ragt die Welle 8 des Motors 1 in das Lagerschild 3 hinein und ist dort mit einer Pumpenantriebswelle 81 gekuppelt oder kraftschlüssig verbunden. Die Welle 8 oder die Welle 81 ragen durch das Lagerschild 3 in die im Lagerschild 3 eingeformte Pumpenkammer 4 hinein. Das Lagerschild 3 ist mit dem Gehäuse 2 des Motors mit einer Reihe von über den Umfang verteilt angeordneten Schrauben 19 verbunden, wovon in Fig. 2 zwei Schrauben sichtbar sind. Zu diesem Zweck weisen Motorgehäuse 2 und Lagerschild 3 Flansche 20, 32 auf. Der Flansch 32 des Lagerschilds 3 kann durch Verstrebungen stabilisiert werden, um die Festigkeit zu erhöhen. Zwischen dem Lagerschild 3 und einem gegenüberliegenden Teil der Innenwandung des Spaltrohres 18 ist ein Dichtungsring 22 angeordnet. Die Abdichtung (nach außen) erfolgt beim Verbinden der Teile 2 und 3 mittels der Schrauben 19 und ist so bemessen, daß sie auch höheren Drucken standhält.

Die Pumpenkammer 4 der Zahnradpumpe ist mit einem Pumpenkammerdeckel 10 verschließbar, der den Innenraum der Pumpenkammer 4 nach außen dicht abschließt. Die Wandung des Lagerschildes 3 ist zur Abdichtung mit einer Nute 34 versehen, in die ein O-Ring 35 eingelegt wird. Der Pumpenkammerdeckel 10 drückt mit seiner Innenwandung 15 gegen den O-Ring und dichtet dadurch die Pumpenkammer 4 ab. Das vom Elektromotor angetriebene Antriebszahnrad 5 und ein von diesem Antriebszahnrad 5 angetriebenes Zahnrad 6 sind ineinandergreifend in der Pumpenkammer 4 des Lagerschildes 3 drehbar gelagert. Das Antriebszahnrad 5 ist direkt auf der in die Pumpenkammer 4 ragenden Welle 8 kraft- oder formschlüssig gelagert, beispielsweise mittels eines Federkeils 33, der in einer je Nute in der Antriebswelle und im Zahnrad gelagert ist. Das Lager für das angetriebene Zahnrad 6 wird durch einen im Boden des Lagerschildes 3 befestigten Bolzen 9 gebildet. Welle 8 und Bolzen 9 haben einen so großen Durchmesser, daß sie trotz einseitiger Lagerung oder Befestigung genügend stabile Positionierung der Zahnräder 5, 6 gewährleisten.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Lagerschild 3 mit dem Pumpenkammer­ deckel 10 sowie dem Sauganschluß 11 und dem Druckanschluß 12 und einem weiteren Sauganschluß 36 für die Füllung einer Solaranlage oder für die Mischung von Flüssigkeiten.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Draufsichten auf zwei Ausführungen, bei denen das Antriebszahnrad 5 innerhalb eines Innenzahnrades 61 angeordnet ist. Das Antriebszahnrad 5 hat dabei in Fig. 4 eine solche versetzte Achslage und einen solchen Durchmesser, daß seine Zähne auf der einen Seite mit den Zähnen des Innenzahnrades kämmen und daß seine den kämmenden Zähnen gegenüberliegenden Zahnköpfe 7 gerade die Zahnköpfe 7 des Innenzahnrades 61 berühren oder auf diesen gleiten. Dadurch teilen die jeweils kämmenden und die jeweils kontaktierenden Zahnköpfe 7 den Innenraum des Innenzahnrades 61 in zwei voneinander getrennte Räume. Je nach Drehrichtung wird der eine Raum zum Saugraum und der jeweils andere Raum zum Druckraum. Die Leitungen 11 und 12 sind mit diesen Räumen über beispielsweise nierenförmige Öffnungen 37, 38 im Boden 42 der Pumpenkammer 4 verbunden (in Fig. 5 sichtbar). Die Außenwandung des Innenzahnrades 61 kann in einem besonderen Gleitring 43 angeordnet sein, der das Lager bildet. Es ist aber auch möglich, die Innenwandung des Lagerschildes 3 selbst als Lager für das Innenzahnrad 61 zu verwenden.

In Fig. 5 ist das Antriebszahnrad 5 so viel kleiner als das Innenzahnrad 61, daß sich die Zahnköpfe 7 auf der den kämmenden Zähnen gegenüberliegenden Seite nicht berühren. Um auch hier getrennte Saug- und Druck-Räume zu bewirken, ist in den freien Zwischenraum zwischen den beiden Zahnkopfreihen ein beispielsweise sichelförmiger Formkörper 62 eingefügt, an dessen Wandungen die Zahnköpfe 7 der beiden Zahnräder 5, 61 gleiten. Die Zahnkurven entsprechen beispielsweise einer Evolventenverzahnung.

Fig. 6 und 7 zeigen einen Schnitt und eine Draufsicht einer Zahnradpumpe 1 mit einem als Innenzahnrad 61 ausgebildeten angetriebenen Zahnrad, dessen Lager im Lagerschild 3 als Gleitlager ausgebildet ist und dessen Antriebszahnrad 5 ein sichelförmiges Formstück 62 zugeordnet ist, entsprechend Fig. 5. Als ortsfester Teil des Lagers dient dabei der Umfang der Pumpenkammer 4 und als beweglicher Teil des Lagers der äußere Umfang des Innenzahnrades 61. Im Boden des Lagerschilds 4 sind in Fig. 7 die Öffnungen 37, 38 erkennbar, mit denen die Pumpenkammer 4 mit den Saug- oder Druckleitungen 11, 12 verbunden sind. Diese Saug- und Druckleitungen sind gemäß Fig. 6 unterhalb der Pumpenkammer 4 durch das Lagerschild 3 geführt. Das in Fig. 7 in Draufsicht erkennbare Formstück 62 ist, wie in Fig. 6 dargestellt, mit dem Lagerschild aus einem Stück gefertigt. Für das erprobte Modell hat sich Messing als Werkstoff für das Lagerschild 3 bewährt.

Von der Pumpenkammer 4 oder den Leitungen 11, 12 aus können zusätzlich zu den durch geringere Wellenabdichtung aus der Pumpenkammer 4 in den Motorraum gebildeten Wegen für die Flüssigkeit besondere Verbindungen wie Bohrungen oder dergl. vorgesehen werden, um die geförderte Flüssigkeit auch in den Motorraum zu transportieren, wo sie für Kühlungs- oder Lagerzwecke günstig ist.

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Anordnung der Zahnräder 5, 61 nach dem Rotorpumpenprinzip (ohne Sichel 62), die auf mathematisch errechneten Kurvenformen basieren, wie Trochoiden, Zykloiden oder dergleichen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Zahnkurvenform ist die leichte oder wirtschaftliche Herstellbarkeit. Bei einer solchen Anordnung können sich infolge der im Beispiel gezeigten geringen Zähnezahl höhere Pulsationen ergeben. Das wäre bei einer größeren Zähnezahl nicht der Fall.

Bohrungen oder Nuten im Saugbereich der Zahnräder 5, 6 in Form eines Sackloches oder einer Quetschnute können zur Aufnahme der beim Drehen der Zahnräder 5, 6, 61 aus dem Zahnbereich verdrängten Flüssigkeiten eingesetzt werden, die sonst zu Störungen führen würden.

Bei Anordnungen nach Fig. 1, 2 und 3 kann es wegen der kleinen Abstände der Zahnköpfe 7 von den Wandungen sinnvoll sein, Nuten in der Pumpen­ kammer 4 neben den Zahnrädern 5 und 6 parallel zur Achsrichtung vorzusehen. In Bereichen, in denen die Anschlußleitungen 11, 12 enden, wird dadurch erreicht, daß die zu pumpende Flüssigkeit vom Sauganschluß 11 weitgehend gleichmäßig über den Umfang der Zahnräder 5, 6 verteilt wird, und daß die geförderte Flüssigkeit anschließend ohne Stau in die Druckleitung 12 gelangt. Bei Anordnungen nach den Fig 4-8 wird diesen Forderungen durch die beispielsweise nierenförmige Ausbildung der Löcher Rechnung getragen.

In den Zeichnungen lassen sich die Begrenzungslinien der Zahnräder 5, 6, 61 praktisch nicht von den Begrenzungslinien der Pumpenkammer 4 trennen. Das liegt daran, daß die Abstände der Stirnseiten und Zahnspitzen der beiden Zahnräder von den benachbarten Gehäusewandungen minimal sind, nämlich im Mittel nur Bruchteile eines Millimeters. Diese Abstände müssen bei hohen und wechselnden Drucken über lange Betriebszeiten eingehalten werden, wenn die Zuverlässigkeit der Pumpe und der die Pumpe enthaltenden Anlage gewährleistet werden soll. Das gilt besonders für die Anordnung nach Fig. 1-3.

Zur Sicherstellung dieser minimalen, vorbestimmten Abstände zwischen den Zahnrädern 5, 6, 61 einerseits und den Innenwandungen der Pumpenkammer 4 andrerseits können Mittel vorgesehen werden, die entweder die Lage der Bauteile sichern und andrerseits Mittel, die die Lebensdauer der Lagesicherung erhöhen. Dazu gehören beispielsweise die Verwendung der Wellen und Bolzen großen Durchmessers, von Zahnrädern schlanker Bauform und ggf. eine vorbestimmte minimale Deplazierung der Lagerstellen, um einen Verschleiß vorweg an nehmend, die Berührung der Wandung durch die Zahnköpfe zu verzögern.

Die Zahnräder in Fig. 2 haben vorzugsweise ein Verhältnis vom Außendurchmesser zur Länge kleiner als 0.9. Bei einem erprobten Verhältnis von etwa 0,85 wurde ein optimales Ergebnis von geringer Reibung bei hoher Fördermenge und Druck erzielt. Bei den Zahnrädern in Fig. 4, 5, 6, 7 oder 8 gilt das auch für das Antriebszahnrad. Das Innenzahnrad ist dort in seiner Dicke und der Ringbreite entsprechend ausgebildet, hat also eine relative große Zahnlänge in Achsrichtung und eine recht kleine Stirnseitenfläche.

Wenn die Öffnungen von Sauganschluß 11 und Druckanschluß 12 in der Pumpenkammer 4 in je einer im wesentlichen parallel zu den Achsen der Zahnräder angeordneten Nute angeordnet sind, kann bei längerer Benutzungsdauer der Pumpe die vorstehend erläuterte Verschleißwanderung der Zahnräder soweit fortschreiten, daß die Zahnspitzen die Wandung berühren. Damit die Zahnspitzen im Übergangsbereich von Nute zu Kammer 4 nicht auf eine scharfe Kante stoßen, die ein Verhaken der Zahnspitzen an eben dieser scharfen Kante und damit einen Ausfall der Pumpe insbesondere beim Pumpenanlauf bewirken, sind die seitlichen Wandungen der Kammer 4 in dem Einlaufbereich der Zähne der Zahnräder in dem auf die Nuten folgenden Wandteil tangential gestaltet. Um eine druckbedingte Wanderung der Zahnräder 5, 6 in Richtung auf den Sauganschluß zu verzögern, sind beide Zahnräder in Richtung auf den Druckanschluß aus der Mittellage zur seitlichen Wandung der Pumpenkammer 4 hin verschoben angeordnet. Die Verschiebung ist in der Zeichnung nicht zu erkennen, da sie in der Praxis nur Bruchteile eines Millimeters, beispielsweise 0.02 mm beträgt. Der Durchmesser der Zahnräder 5, 6 und der Abstand von den Wandungen der Pumpenkammer 4 ist so bemessen, daß zur Zeit t0, also zu Beginn der Lebensdauer, ein kleiner Abstand von der Wandung der Kammer 4 eingestellt ist. Bei fortschreitendem Verschleiß durch den einseitig auf die beiden Zahnräder 5, 6 wirkenden Druck erreichen die Wellen beider Zahnräder 5, 6 zunächst die Mittellage, um dann im Extremfall in Richtung auf die gegenüberliegende Wandung zu wandern, bis die Zahnspitzen die gegenüberliegende Wandung berühren.

Bezugszeichenliste

1

Zahnradpumpe

2

Motorgehäuse

3

Lagerschild

4

Pumpenkammer

5

Antriebszahnrad

6

angetriebenes Zahnrad

7

Zahnköpfe

8

Motorwelle

9

Bolzen

10

Pumpenkammerdeckel

11

Saugleitung

12

Druckleitung

13

Stirnseite der Welle

14

Stirnseite des Bolzens

15

Innenwandung des Pumpenkammerdeckels

16

Rotor (Anker)

17

Stator

18

Spaltrohr

19

Schrauben

20

Flansch des Motors

21

Lager innerhalb des Motorgehäuses

22

Dichtung

23

Ausnehmung (Sackloch, Quetschnute)

24

Paßfeder

31

Lager für Antriebswelle

8

,

81

32

Flansch des Lagerschildes

33

Federkeil

34

Nute für 0-Ring

35

O-Ring

36

weiterer Sauganschluß

37

Öffnung im Boden

38

Öffnung im Boden

42

Boden der Pumpenkammer

4

43

Gleitring für

81

61

angetriebenes Zahnrad mit Innenverzahnung

62

sichelförmiges Formstück

81

Pumpenantriebswelle

91

plane Längsfläche des Bolzens

9

Claims (24)

1. Elektromotorisch betriebene Zahnradpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß ein topfförmiges Motorgehäuse (2) mit einem abnehmbaren, das Motorgehäuse (2) flüssigkeitsdicht verschließenden Lagerschild (3) vorgesehen ist, daß das Lagerschild (3) ein Lager (31) für eine Motorwelle (8) und für eine mit der Motorwelle (8) koaxiale Pumpenantriebswelle (81) aufweist, daß im Lagerschild (3) eine Pumpenkammer (4) vorgesehen ist, daß die Motorwelle (8) oder die Pumpenantriebswelle (81) in die Pumpenkammer (4) ragen, daß die Pumpenkammer (4) an der dem Motorgehäuse (2) abgewandten Seite des Lagerschildes (3) durch einen Pumpenkammerdeckel (10) verschließbar ist, daß in der Pumpenkammer (4) ein der Motorwelle (8) oder der Pumpenantriebswelle (81) zugeordnetes Antriebszahnrad (5) und ein vom Antriebszahnrad (5) angetriebenes Zahnrad (6) so drehbar angeordnet und bemessen sind, daß sie einerseits ineinandergreifen und andrerseits ihre Zahnköpfe (7) und Stirnseiten (71) den Wandungen (41) und/oder dem Boden (42) der Pumpenkammer (4) und/oder der Innenwandung (15) des Pumpenkammerdeckels (10) dicht benachbart sind, und daß der Pumpenkammer (4) im Lagerschild (3) Saug- und Druckleitungen (11, 12) und/oder Anschlüsse für die zu pumpende Flüssigkeit zugeordnet sind.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Zahnrad (6) auf einem fest im Lagerschild (3) eingepaßten Bolzen (9) drehbar gelagert ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (9) und die das Antriebszahnrad (5) tragende Welle (8, 81) eine solche Länge haben, daß ihre Stirnseiten (13, 14) mit geringem Abstand vor der Innenwandung (15) des Pumpenkammerdeckels (10) enden.

4. Zahnradpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (9) parallel zu seiner Achse eine plane Längsfläche (91) aufweist, die im Zahnrad (6) einen Spalt bildet.

5. Zahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt auf der der Saugseite (11) zugewandten Seite des Bolzens (9) angeordnet ist.

6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom kreisförmigen Teil des Bolzens (9) zur planen Längsfläche (91) der Resultierenden der Druckverteilung gegenüberliegt.

7 Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Sicherstellung eines vorbestimmten Abstandes zwischen den Zahnrädern (5, 6) einerseits und den Innenwandungen der Pumpenkammer (4) andrerseits über längere Betriebszeiten vorgesehen sind.

8. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (5, 6) ein Verhältnis vom Außendurchmesser zur Länge kleiner als 0.9 haben, insbesondere 0,85.

9. Elektromotorisch betriebene Zahnradpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß ein topfförmiges Motorgehäuse (2) mit einem abnehmbaren, das Motorgehäuse (2) flüssigkeitsdicht verschließenden Lagerschild (3) vorgesehen ist, daß das Lagerschild (3) ein Lager (31) für eine Motorwelle (8) und für eine mit der Motorwelle (8) koaxiale Pumpenantriebswelle (81) aufweist, daß im Lagerschild (3) eine Pumpenkammer (4) vorgesehen ist, daß die Motorwelle (8) oder die Pumpenantriebswelle (81) in die Pumpenkammer (4) ragen, daß die Pumpenkammer (4) an der dem Motorgehäuse (2) abgewandten Seite des Lagerschildes (3) durch einen Pumpenkammerdeckel (10) verschließbar ist, daß in der Pumpenkammer (4) ein der Motorwelle (8) oder der Pumpenantriebswelle (81) zugeordnetes Antriebszahnrad (5) und ein vom Antriebszahnrad (5) angetriebenes Innenzahnrad (61) so drehbar angeordnet und bemessen sind, daß sie einerseits ineinandergreifen und mit ihren der Eingriffsstelle gegenüberliegenden Zahnspitzen (7) oder mit in Zwischenräume zwischen einander gegenüberliegenden Zahnspitzen eingefügten Formkörpern (62) dichtende Berührung haben, und daß andrerseits ihre Stirnseiten (71) dem Boden (42) der Pumpenkammer (4) und/oder der Innenwandung (15) des Pumpenkammerdeckels (10) dicht benachbart sind, und daß der Pumpenkammer (4) im Lagerschild (3) und/ oder im Pumpenkammerdeckel (10) Saug- und Druckleitungen (11, 12) und/oder Anschlüsse für die zu pumpende Flüssigkeit zugeordnet sind.

10. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pumpenkammer (4) auf der Antriebswelle (8, 81) das Antriebszahnrad (5) kraft- oder formschlüssig angeordnet ist.

11. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß Motorwelle (8) und Antriebswelle (81) aus einem Stück bestehen.

12. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2, 16, 17) ein Spaltrohrmotor ist.

13. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagerschild (3) eine flüssigkeitsdurchlässige Verbindung (38) zwischen der Pumpenkammer (4) und dem Innenraum des Motorgehäuses (2) vorgesehen ist, durch die während des Betriebes der Pumpe geförderte Flüssigkeit in den Motor gelangen kann.

14. Zahnradpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (38) eine durchgehende Bohrung im Boden der Pumpenkammer (4) im druckseitigen Ausgangsbereich der Zahnräder (5, 6, 61) ist.

15. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Sicherstellung vorbestimmter Abstände in der Pumpenkammer (4) über längere Betriebszeiten vorgesehen sind.

16. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenzahnrad (61) in der Pumpenkammer (4) mittels eines Wälzlagers gelagert ist.

17. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß im saugseitigen Eingangsbereich der Zahnräder (5, 61) in der der Pumpenkammer (4) zugewandten Wandung (15) des Pumpenkammerdeckels (10) und/oder im Boden (42) Ausnehmungen (23), insbesondere ein Sackloch, eine Quetschnute oder dergleichen vorgesehen sind.

18. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 9-17, dadurch gekennzeichnet, daß Sauganschluß (11) und Druckanschluß (12) mit der Pumpenkammer (4) durch vorzugsweise nierenförmige Öffnungen (37, 38) in deren Boden (42) verbunden sind.

19. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebszahnrad (5) auf der in die Pumpenkammer (4) ragenden Antriebswelle (8, 81) befestigt ist und daß der Antrieb durch eine Paßfeder (24) sichergestellt ist.

20. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 9-19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebszahnrad (5) auf der in die Pumpenkammer (4) ragenden Antriebswelle (8, 81) befestigt ist, daß das angetriebene Zahnrad ein Innenzahnrad (61) ist, dessen nach innen gerichtete Zähne mit dem Antriebszahnrad (5) kämmen, daß der Außendurchmesser des Innenzahnrades (61) glatt ausgebildet ist und mit der Innenwandung der Pumpenkammer (4) ein Lager bildet, und daß die Durchmesser und/oder Zahnzahlen der Zahnräder (5, 61) so bemessen sind, daß sich innerhalb des Innenzahnrades (61) auf einer Seite des Antriebszahnrades (5) ein Saugraum und auf der anderen Seite ein Druckraum bildet.

21. Zahnradpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser des angetriebenen Zahnrades (61) und des Antriebszahnrades (5) so bemessen sind, daß die Zahnköpfe (7) des Antriebszahnrades (5) und des angetriebenen Zahnrades (61) auf der der Kämmung abgewandten Seite des Antriebszahnrades (5) aufeinander gleiten.

22. Zahnradpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe (7) des angetriebenen Zahnrades (61) und des Antriebszahnrades (5) auf der der Kämmung abgewandten Seite einen Abstand voneinander haben, und daß in dem dadurch gebildeten Zwischenraum ein im wesentlichen sichelförmiges Formstück (62) eingepaßt ist, auf dessen Wandungen die Zahnköpfe (7) der beiden Zahnräder (5, 61) gleiten.

23. Zahnradpumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (62) und das Lagerschild (3) aus einem Stück bestehen.

24. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 9-23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkurven von Innenrad (61) und Antriebsrad (5) einer Evolventenverzahnung entsprechen oder auf Kurven wie Trochoiden, Zykloiden oder dergleichen basieren.