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Patentbezeichnung : Regelbare Zahnradpumpe Patentbeschreibung 1.)
stand der Technik Bekanntes über die im folgenden Text angeführten Verdrängerpumpen
findet sich iii " 11tütte 2a ", 28. Auflage, S. 621- S.623 Eekannt sind L'ahnradpumpen,
bei denen zwei Zahnräder stets in vollem Eingriff stehen. Die ( im folgenden Text
stets auf die Zeiteinheit bezogene ) Fördermenge dieser Pumpen ist konstant bei
konstanter Drehzahl.
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Die Fördermenge kann also nur über die Drehzahl verändert werden Dazu
ist jedoch ein großer Aufwand erforderlich.
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Bei vorgeschalteten Zahnradgetriebe ist nur eine stufenweise Drehzahländerung
möglich0 Bei vorgeschaltetem PIV-Getriebe ist die Drehzahl nicht auf mull herunterzuregeln.
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Die Vorschaltung eines stufenlosen hydraulischen Getriebes wäre sehr
kostspielig.
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Soll eine mit konstanter Drehzahl arbeitende herkömmliche Zahnradpumpe
gegen eine veränderliche Drossel im druckseitigen Förderstrom einen konstanten Förderdruck
erzeugen2 so kaim dieser nur durch ein nachgeschaltetes überströmventil aufrechterhalten
werden. Die zuviel geförder te enge strömt dann gedrosselt zur Saugseite zurück
( Energieverlust ) 2.) Technische Vorteile der " Regelbaren Zahnradpumpe " Bei konstanter
Drehzahl kann die Födermenge von voller Vorwärtsfördermenge auf Ilull oder auch
auf volle Rückwärtsfördermenge kontinuierlich geregelt werden.
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Die regelung kann auf einfache Weise mechanisch oder hydraulisch erfolgen.
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Durch einfache entsprechende Regelschaltung kann die Pumpe auf konstanten
Förderdruck
eingestellt werden ( vorausgesetzt natürlich, dalJ sich tiberhaupt ein eigendruck
aufbauen kann ).
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In kinematischer Umkehrung kann die Pumpe auch als Motor betrieben
werden.
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3.) Wittschaftliche Vorteile der " Regelbaren Zahnradpumpe " Zahnradpumpen
werden vorwiegend zur Förderung von Flüssigkeiten hoher Zähigkeit ( z.B.Oel ) verwendet.
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Die neue Pumpe dürfte also überall da Verwendung finden, wo bisher
Zahnradpumpen herkömmlicher bauart in Verbindung mit aufwendiGen i?egelgeräten eingesetzt
werden0 auch da, wo andere auf Verdrängerwirkung beruhende Pumpen ( zot. Spin delpumpen,
loboidpumpen ) in Verbindung mit aufwendigen Regelgeräten eingesetzt werden, dürfte
die regelbare Zahnradpumpe zu Konsteneinsparungen führen.
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beim hydraulischen Getriebe kann die Punpe sowohl als Pumpe wie als
Motor Verwendung finden. Gegenüber der beim Sturmgetriebe verwendeten Drehkolbenpumpe
ist sie wegen Ihrer einfachen Bauart überlegen.
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4.) Wirkungsweise der " Regelbaren Zahnradpumpe " gemäß Erfindung
In den zur folgenden Beschreibung gehörenden
Zeichnungen sind Dinge, die nicht das Prinzip betreffen, sondern etwa fertigungstechnische
Erfordernisse wie z.B. Gehäusedeckel, nicht eingezeichnet.
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4.1.) Kontinuierliche Mengenregelung durch Verändern der Zahneingriffsbreite.
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4.1.1.) Prinzip der Regelung zwischen Null und maximaler Fördermenge
Das Prinzip wird erläutert an Fig.1 mit den zugehörigen Schnitten Fig.2 bis Fig.
8 , Das Zahnrad(3) sitzt fest auf der Antriebswelle. Das Paßstück (4) wird mit der
Welle axial verschoben. Die Welle ist in(4) drehbar.
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Förderwirksam ist nur die Eingriffsbreite beider Zahnräder. Im übrigen
Bereich der Zahnbreite läuft das Fördermedium mit der Drehung des bzw.
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der Zahnräder um. binde Förderung findet dort nicht statt. Da die
Zahnrader
nach den enden hin geschlossen sind1 kann eine Längsströmung
in üen Zahnlücken nicht stattfinden. Durch den. Abschluß der Zahnräder und durch
Paßstück (4) cird verhindert, daß das Fördermedium von der Druckseite zur Saugseite
der Pumpe zurückströmen kann.
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Wenn bei Nullförderung die Zahnräder nicht ineinandergreifen, kann
der synchrone Lauf beider Zahnräder durch ein Ritzel und ein Zahnrad erreicht werden.
@ahnrad 45 (5) und Ritzel (2) können dabei innerhalb oder außerhalb der Pumpe liegen.
Beim Übergang zur Forderung greifen die Zahnräder 6- (1) und (3) dann wieder richtig
ineinander.
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4.1.2.) Prinzip der kontinuierlichen Fördermengenregelung zwischen
voller Vorwärtsförderung, Hullförderung und voller Rückwärtsförderung Das Prinzip
wird erläutert an. Fig. ### 9 mit den zugehörigen Schnitten Fig. 10 bis Fig.13 .
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ist der Welle axial verschiebbar sind das Zahnrad (4? und die zur
iibdichtung erforderlichen faßstücke (3) und (2) . In (3) und (2) ist die mittlere
Welle drehbar. @@@@ Förderung findet nur in den Eingriffsbereichen beider Zahnräder
statt. Bei der in Fig.9 gezeigten Stellung des Zahnrades (4) wird in dem Eingriffsbereich
der Zahnräder (1) und (4) in der in Fig. 11 eingezeichneten Richtung gefördert.
In Eingriffsbereich der Zahnräder (4) und (5) wird in entgegengesetzter Richtung
gefödert ( Fig. 12 ) . Da der Eingriffsbereich der Zahnräder (4) und (5) jedoch
kleiner ist ald der von (4) ung (1), ist die vorwärts geförderte Menge größer als
die rückwärts geförderte enge.
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ei: konstanter Drehzahl enspricht die tatsächliche Fördermenge der
Pumpe der Differenz der Zahneingriffsbreiten.
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Denkt man sich in Fig. 9 die Welle nach rechts verschoben bis Zahnrad
(4) in vollem Eingriff mit Zahnrad (5) steht, dann fördert die Pumpe in der in Fig.
1 eingezeichneten Pfeilrichtung, ;;it Zahnrad (1) steht Zahnrad (4) dann nur noch
über einen sehr schmalen Bereich in Eingriff.
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Der Eingriff dient nur dazu, Zahnrad (1) synchron mitlaufen tu lassen.
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Die Gesamtfördermenge der Pumpe in der in Fig. 12 eingezeichneten
Pfeilrichtung entspr-icht dann der gesamten Breite von Zahnrad (5): minus der Eingriffsbreite
der Zahnräder (4) und (1).
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Die Zahnbreite (1) und (5) können verschieden groß gewählt werden.
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Wählt man Zahnrad (5) kürzer als Zahnrad (1), dann ist die maximale
Rückwärtsfördermenge kleiner ags die maximale Vorwärts fördermenge Durch weitere
Verkürzung von Zahnrad (5) kann man nach diesem Prinzip auch eine Pumpe bauen, die
nur zwischen iTull und voller Vorwätsfördermenge geregelt werden kann.
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Die mit der mittleren Welle axial verschiebbaren Paßstbcke (2) und
(;) dienen zur Abdichtung der Pumpe.
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4.1.3.) Erweiterte Anwendung des Printips von 4.1.1 und 4.1.2 Nach
dem Prinzip von Punkt 4.1.1 und 4-,1.2 kunden selbstverständlich auch mehr als zwei
oder drei Zahnräder in einem Pumpengehäuse zu einer Einheit zusammengefaßt werden.
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In allen fällen ist es gleichgültig, welches Zahnrad als Antriebsrad
gewählt wird. Die vom Antriebsrad nitgetriebenen Zahnräder können dann fest oder
drehbar auf ihrer Welle sitzen. Mit Rüchsicht auf die Dichtigkeit der Sellendurchtritte
aus dem Gehäuse könnte es beispielsweise besser ein, die axial verschiebbare Welle
nicht drehbar zu wählen.
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4.2.) Verschieben der gleitenden Teile zur Pumpenregelung 4.2.1.)
Mechanisches Verschieben Der axial verschiebbare Teil der Pumpe wird über die zugehörige
Welle verschoben. Dies kann über eins der zahlreichen in der Technik bekaniiten
Regelorgane geschehen, das außerhalb oder innerhalb des Gehäuseblockes angebracht
wird und auf die welle wirkt. Wirkung von außerhalb des Gehäuses z.B. in Fig, 9
4.2.2.) Hydraulisches Verschieben durch äußeren Steueraruck An Fig.14 mit den zugehörigen
Schnitten Fig. 15 bis Fig.18 wird das Prinzip erläutert.
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Über die Zuleitungen (5) und (11) wird in den Kammern (6) und (10)
ein Druck aufgegeben. Bei einer Druckdifferenz in beiden Kammern wirkt der axial
verschiebbare Teil (7), (8) und (9) als Kraftkolben. Der Differenzdruck muß dann
solange aufgebracht werden , bis die richtige Zahneingriffsbreite erreicht ist.
Dazu ist ein aufwendiges Druckregelorgan erforderlich.
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Durch eine Feder (4) kann die Steuerung vereinfacht werden. Ist der
Druck in Kammer (10) um einen bestimmten Betrag höher als in Kammer (6) , dann wirkt
die mach links gerichtete Kraft solange. bis durch Verschieben der gleitenden Teile
die Federkraft auf den gleichen Betrag angestiegen ist. Die Zahneingriffsbreite
entspricht dann jeweils einer bestimmten Druckdifferenz in den Kammern () und Das
Verhältnis von Zahneingriffsbreite zur iruckdifferenz hängt ab von der Federsteifigkeit.
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Die geringste Druckdifferenz , de zum Ansprechen dieser Steuerung
maßgeben ist , hängt ab von der Federvorspannung Die Federvorspannung kann innerhalb
oder außerhalb des Pumpengehåuses mechanisch oder hydraulisch verändert werden.
In Fig. 13 geschieht dies über das Gewindestück (3), daw weiter heraus oder hereingedreht
werden kann.
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4.2.3) Hydraulisches Verschieben durch Selbststeuerung Das Prinzip
wird erläutert-an Fig.14 mit den zugehörigen Schnitten Fig.15 bis Fig.18 Will man
mit der"Pumpe eine konstante Druckdifferenz zwischen Saug-und Druckseite erzeugen,
wird die Druckkammer (10) mit der Druckseite der Pumpe verbunden, die Druckkammer
(6) mit der Saugseite. -Hat man nun saugseitig einen konstanten Druck und auf der
Druckseite s steigt der Druck über den Solldruck an, wird das Zahnrad (8) zusammen
mit den übrigen verschiebbaren Teilen der Pumpe nach links verschoben.
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Die Zahneingriffsbreite wird dann kleiner und die Fördermenge der
Pumpe fällt entsprechend ab. Fällt der Druck auf der Druckseite zu stark ab, werden
die verschiebbaren Teile nach rechts verschoben, Mit wachsender Zahneingriffsbreite
nimmt die Fördermenge zu und der Gegendruck steigt wieder an.
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Die Einstellung auf den gewünschten Solldruck erfolgt über die 1'1
Federvorspannung.