DE202009017371U1 - Gear pump with aluminum rotors - Google Patents

Abstract

Zahnradpumpe (5, 15) mit einem Pumpengehäuse (6, 16), mindestens einem angetriebenen, außenverzahnten Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) als Rotor, wobei das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) ein pulvermetallurgisch hergestelltes Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) ist, einem Zulauf (9, 19) zur Zuführung eines Mediums und einen Ablauf (10, 20) zum Abführen des Mediums, wobei mittels des Zahnrads (7, 8, 17, 18, 31, 32) das Medium vom Zulauf (9, 19) zum Ablauf (10, 20) durch die Zahnradpumpe (5, 15) hindurch fördert, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) aus einem Aluminium-Werkstoff gebildet istGear pump (5, 15) with a pump housing (6, 16), at least one driven, externally toothed gear (7, 8, 17, 18, 31, 32) as a rotor, wherein the gear (7, 8, 17, 18, 31 , 32) is a powder metallurgy produced gear (7, 8, 17, 18, 31, 32), an inlet (9, 19) for supplying a medium and a discharge (10, 20) for discharging the medium, wherein by means of the gear (7, 8, 17, 18, 31, 32) conveys the medium from the inlet (9, 19) to the outlet (10, 20) through the gear pump (5, 15), characterized in that the gear (7, 8 , 17, 18, 31, 32) is formed from an aluminum material

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit einem Pumpengehäuse, mindestens einem angetriebenen, außen verzahnten Zahnrad als Rotor, wobei das Zahnrad ein pulvermetallurgisch hergestelltes Zahnrad ist, einem Zulauf zur Zuführung eines Mediums und einen Ablauf zum Abführen des Mediums, wobei das Zahnrad das Medium vom Zulauf zum Ablauf durch die Zahnradpumpe hindurch fördert.The The invention relates to a gear pump with a pump housing, at least one driven, externally toothed gear as a rotor, wherein the gear is a powder metallurgy produced gear is a feed to a medium and a Process for discharging the medium, wherein the gear is the Medium from inlet to drain through the gear pump promotes through.

Aus der Praxis sind verschiedene Zahnradpumpen bekannt. Sie werden unterschieden in Außenzahnradpumpen, bei denen mindestens zwei außenverzahnte Räder im Eingriff sind, und Innenzahnradpumpen, die aus einem innen verzahnten und mindestens einem außenverzahnten Rad aufgebaut sind. Obwohl die Beschreibung sich ausschließlich auf Zahnradpumpen beschränkt, ist die Erfindung auch auf Zahnradmotoren anwendbar. Zahnradpumpen und Zahnradmotoren weisen im wesentlichen die gleichen Konstruktionsmerkmale auf.Out In practice, various gear pumps are known. They are differentiated in external gear pumps, where at least two externally toothed Wheels are engaged, and internal gear pumps that out an internally toothed and at least one externally toothed Wheel are constructed. Although the description is based exclusively on Limited gear pumps, the invention is also on gear motors applicable. Gear pumps and gear motors essentially have the same design features.

Bei der Konstruktion und Auslegung von Zahnradpumpen spielt der auf das Verdrängungsvolumen bezogene Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle. Beeinflusst wird der Wirkungsgrad unter anderem durch die Temperatur, die Spaltbreiten zwischen den bewegten Teilen, der konstruktiven Auslegung der Zahnräder und dem eingesetzten Werkstoff. Da sich die Zahnräder im Pumpengehäuse bewegen müssen, sind zwangsläufig Spaltmaße zwischen den sich bewegenden Teilen vorzusehen. Die Spaltmaße variieren je nach Temperatur und/oder Druck, so dass Hochdruckzahnradpumpen mit Ausgleichselementen versehen sind, die zum Beispiel einer Gehäusedeformation entgegenwirken.at The construction and design of gear pumps plays on the displacement volume related efficiency plays a crucial role. Among other things, the efficiency is influenced by the temperature, the gap widths between the moving parts, the constructive Design of the gears and the material used. Since the gears must move in the pump housing, are inevitably gap sizes between themselves to provide moving parts. The gaps vary depending according to temperature and / or pressure, so that high-pressure gear pumps with Equalizing elements are provided, for example, a housing deformation counteract.

Um den spaltbedingten Leckageverlusten entgegenzuwirken und unabhängig von dem konstruktiv aufwendigen Ausgleichselementen zu werden, ist in der DE 295 16 780 U1 eine Zahnradpumpe bekannt geworden, die diesen Nachteilen konstruktiv entgegentritt. Vorgeschlagen wird eine Zahnradpumpe, die in den Seitenbereichen Wandstärken von mindestens 75% des Kopfkreisdurchmessers der Zahnräder aufweist, wobei das Material der Seitenbereiche einen Elastizitätsmodul von mindestens 140 GPa aufweist und die Zahnkopfbreite mindestens 15% der Zahnteilung beträgt. Darüber hinaus werden Gleitlager verwendet, die eine Länge von mindestens dem 1,3 fachen des Durchmessers der im jeweiligen Gleitlager gelagerten Wellen aufweisen. Durch eine dementsprechende Ausführung der Seitenbereiche werden die Leckageströme durch die Spalte zwischen den Seitenbereichen und den Stirnseiten der Zahnräder begrenzt. Vorgeschlagen werden Ma terialien für die Seitenbereiche wie beispielsweise Stahl oder Sphäroguss. Aluminium hat für eine derartige Auslegung der Seitenbereiche einen zu geringen Elastizitätsmodul. Die ausschließliche Verwendung von Stahl oder Sphärogussen wirkt sich aber wiederum nachteilig auf den Wirkungsgrad aus, wenn beispielsweise die Zahnräder aus hochlegiertem Stahl und das Gehäuse aus einem Gussmaterial gebildet wird. In dieser Werkstoffkombination weisen die Werkstoffe unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten auf, was insbesondere bei hohen Temperaturen der zu fördernden Medien dazu führt, dass aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnung der Bauteile der Zahnradpumpe entweder größere Leckageströme entstehen oder durch zu geringe Spaltmaße Reibung entsteht, die den Wirkungsgrad der Zahnradpumpe negativ beeinflussen.To counteract the gap-related leakage losses and to be independent of the structurally complex compensation elements, is in the DE 295 16 780 U1 a gear pump has become known, which counteract these disadvantages constructively. Proposed is a gear pump having wall thicknesses in the side regions of at least 75% of the tip diameter of the gears, wherein the material of the side regions has a modulus of elasticity of at least 140 GPa and the tooth head width is at least 15% of the tooth pitch. In addition, plain bearings are used which have a length of at least 1.3 times the diameter of the bearings mounted in the respective plain bearings. By a corresponding execution of the side areas, the leakage currents are limited by the gaps between the side areas and the end faces of the gears. Suggested materials for the side areas such as steel or nodular cast iron. Aluminum has too low a modulus of elasticity for such a design of the side areas. However, the exclusive use of steel or nodular cast iron in turn has a detrimental effect on the efficiency, for example, if the gears made of high-alloy steel and the housing is formed from a cast material. In this combination of materials, the materials have different coefficients of expansion, resulting in particular at high temperatures of the media to be conveyed that due to the different dimensions of the components of the gear pump either larger leakage flows or caused by too small gaps friction, which adversely affect the efficiency of the gear pump ,

Einen weiteren Einfluss auf den Wirkungsgrad von Zahnradpumpen kann durch eine konstruktive Ausgestaltung der Zahnradpumpe genommen werden. So ist in der EP 0 667 454 B1 eine außenverzahnte Zahnradpumpe offenbart, die eine Möglichkeit zur exakten Positionierung der sich bewegenden Zahnräder zueinander aufzeigt. Um die vorgegebenen sehr geringen Toleranzen zur Funktion der Zahnradpumpe auch bei großen Temperaturschwankungen oder Drücken einhalten zu können, wird vorgeschlagen, das Gehäuse selbst zur Lagerung der Zahnräder einzusetzen. Als Werkstoffpaarung wird hierbei ein die Zahnräder umgebendes Gehäuseteil aus Aluminiumdruckguss und Zahnräder aus Sintermetallteilen vorgeschlagen. Die Zahnräder selbst sind Geradstirnräder, deren Zähne ein Evolventenprofil aufweisen. Durch diese konstruktiven und werkstoffkundlichen Maßnahmen ist es möglich, die sehr geringen Toleranzen einzuhalten und gleichzeitig eine konstruktiv einfache Zahnradpumpe bereitzustellen. Ein Nachteil bei einem derartigen Aufbau ist die Evolventenverzahnung, die zwar kostengünstig herstellbar ist, die aber zu hohen Laufgeräuschen und zu einem negativen Abrollverhalten zwischen den sich berührenden Zähnen der Zahnräder führt. Darüber hinaus wirkt sich auch in diesem Fall der unterschiedliche Ausdehnungskoeffizient der Werkstoffe, Aluminium-Druckgussgehäuse und aus Stahl gefertigtem Zahnrad negativ auf das Spaltmaß und somit auf den volumenbezogenen Wirkungsgrad aus.Another influence on the efficiency of gear pumps can be taken by a structural design of the gear pump. So is in the EP 0 667 454 B1 discloses an externally toothed gear pump, which shows a possibility for exact positioning of the moving gears to each other. In order to comply with the specified very small tolerances for the function of the gear pump even with large temperature fluctuations or pressures, it is proposed to use the housing itself for the storage of the gears. As a pair of materials here a surrounding the gears housing part of die-cast aluminum and gears made of sintered metal parts is proposed. The gears themselves are spur gears whose teeth have an involute profile. Through these design and material science measures, it is possible to comply with the very low tolerances and at the same time provide a structurally simple gear pump. A disadvantage of such a structure is the involute, which is indeed inexpensive to produce, but which leads to high noise and to a negative rolling behavior between the teeth touching the gears. In addition, in this case, too, the different coefficient of expansion of the materials, die-cast aluminum housing and gear made of steel have a negative effect on the gap dimension and thus on the volume-related efficiency.

Aus der DE 499 675 ist darüber hinaus ein Zahnradverdichter mit einer evolventen oder zykloiden Verzahnung bekannt. Um eine günstige Abdichtung der Spalte zwischen den Zähnen der Zahnräder und dem Gehäuse des Zahnradverdichters zu erzielen, wird vorgeschlagen, die Zahnspitzen der zykloidischen oder evolventen Verzahnung abzustumpfen. Auf die Verwendung von zykloidischen Verzahnungen wird zumeist aufgrund der höheren Herstellungskosten der Zykloide verzichtet, obwohl ein zykloidisch ausgebildetes Zahnrad ein sehr viel günstigeres Abrollverhalten der Zähne gegeneinander aufweist. Ein weiterer Vorteil zykloidischer Zähne ist die höhere Laufruhe. Letztlich wird auf den Einsatz der zykloidischen Zahnräder aber aus Kostengründen verzichtet.From the DE 499 675 In addition, a gear compressor with an involute or cycloidal gearing is known. In order to achieve a favorable sealing of the gaps between the teeth of the gears and the housing of the gear compressor, it is proposed to blunt the tooth tips of the cycloid or involute toothing. The use of cycloidal gears is mostly dispensed with due to the higher production costs of cycloids, although a cycloid gear has a much more favorable rolling behavior of the teeth against each other. Another advantage of cycloidal teeth is the smoother running. Ultimately, the use of the Cycloidal gears but omitted for cost reasons.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zahnradpumpe bereitzustellen, die die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet, kostengünstig hergestellt werden kann, konstruktiv einfach aufgebaut ist und die Leckageverluste minimiert.task the invention is to provide an improved gear pump, which overcomes the disadvantages of the prior art, can be inexpensively manufactured, structurally simple is constructed and minimizes the leakage losses.

Diese Aufgabe wird durch eine Zahnradpumpe gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die einzelnen Merkmale in den Ansprüchen sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können mit anderen Merkmalen aus der nachfolgenden Beschreibung wie auch aus den Unteransprüchen zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden.These Task is by a gear pump according to the Claim 1 and a method according to the Claim 8 solved. Further advantageous embodiments are to be taken from the respective subclaims. The single ones However, features in the claims are not limited to these but can with other characteristics from the following Description as well as from the dependent claims to further Embodiments are linked.

Eine Zahnradpumpe, die die genannte Aufgabe löst, ist eine Zahnradpumpe mit einem Pumpengehäuse, mindestens einem angetriebenen außenverzahnten Zahnrad als Rotor, wobei das Zahnrad ein pulvermetallurgisch hergestelltes Zahnrad ist, einem Zulauf zur Zuführung eines Mediums und einem Ablauf zum Abführen des Mediums, wobei das Zahnrad das Medium vom Zulauf zum Ablauf durch die Zahnradpumpe hindurch fördert und das Zahnrad aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist. Der Einsatz eines Aluminiumwerkstoffes als Basiswerkstoff für das pulvermetallurgisch hergestellte Zahnrad bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich.A Gear pump that solves the above problem is a gear pump with a pump housing, at least one driven externally toothed gear as a rotor, the gear a A gear produced by powder metallurgy is a feed to the Feeding a medium and a drainage process of the medium, the gear being the medium from the inlet to the outlet through the gear pump through and promotes the gear an aluminum material is formed. The use of an aluminum material as a base material for the powder metallurgy produced Gear has a lot of advantages.

Aluminium ist das am dritthäufigsten vorkommende Element, wird weltweit neben Eisen als zweithäufigsten eingesetzt und steht daher als kostengünstiger Werkstoff in vielen Legierungsvarianten zur Verfügung. Darüber hinaus zeichnet sich Aluminium durch eine geringe spezifische Dichte aus, was sich wiederum positiv auf das Gewicht der Zahnradpumpe auswirkt. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Aluminiumwerkstoffen als Zahnräder für die Zahnradpumpe ist die hohe Korrosionsbeständigkeit von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Nach einer Bearbeitung oder Formgebung bildet sich in atmosphärischer Umgebung nahezu unmittelbar eine dünne korrosionsbeständige Oxidschicht aus. Die dünne eine Korrosion hemmende Schicht wird aus der stabilen chemischen Verbindung Al_2'O₃ gebildet, dessen Reduktion einen hohen Energieaufwand erfordert, so dass Zahnräder aus pulvermetallurgisch hergestellten Aluminiumwerkstoffen äußerst resistent gegen eine Vielzahl von Medien sind. Ein weiterer Vorteil, der sich durch den Einsatz der Aluminiumwerkstoffe ergibt, ist der passende Ausdehnungskoeffizient. Vielfach werden die Pumpengehäuse der Zahnradpumpe aus Aluminiumdruckgusswerkstoffen gefertigt, so dass die Zahnräder und das Pumpengehäuse einen identischen oder nahezu identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, was sich wiederum positiv auf das Leckageverhalten der Zahnradpumpe auswirkt. Als zusätzlicher Vorteil ist die sehr gute Formgebung der Aluminiumwerkstoffe zu nennen. Aufgrund der geringen Schmelztemperatur können Aluminiumwerkstoffe leicht im pulvermetallurgischen Herstellverfahren produziert werden, was sich einerseits positiv auf die Kosten der Zahnräder auswirkt und andererseits eine beliebige konstruktive Ausgestaltung der Zahnräder ermöglicht.Aluminum is the third most common element and is the second most used in the world alongside iron, making it available as a low-cost material in many alloy variants. In addition, aluminum is characterized by a low specific gravity, which in turn has a positive effect on the weight of the gear pump. Another advantage of using aluminum materials as gears for the gear pump is the high corrosion resistance of aluminum and aluminum alloys. After machining or shaping, a thin corrosion-resistant oxide layer is formed almost immediately in an atmospheric environment. The thin corrosion-resistant layer is formed from the stable chemical compound Al _{2 'O 3,} the reduction requires a high energy input, so that gears are extremely resistant powder-metallurgically produced from aluminum materials against a variety of media. Another advantage that results from the use of aluminum materials is the appropriate expansion coefficient. In many cases, the pump housing of the gear pump made of die-cast aluminum materials, so that the gears and the pump housing have an identical or nearly identical thermal expansion coefficient, which in turn has a positive effect on the leakage behavior of the gear pump. An additional advantage is the very good shape of the aluminum materials. Due to the low melting temperature aluminum materials can be easily produced in the powder metallurgical manufacturing process, which on the one hand has a positive effect on the cost of the gears and on the other hand allows any structural design of the gears.

In einer Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann ein Vorteil, wenn das Zahnrad aus einem Aluminium-Basis-Werkstoff gebildet ist, der zumindest Kupfer und/oder Silizium und/oder Magnesium und/oder Zink enthält. Der Einsatz verschiedener Legierungselemente zur Beeinflussung der Eigenschaften des eingesetzten Aluminiumwerkstoffes bietet den Vorteil, dass die Zahnräder an unterschiedliche Aufgabengebiete und Anforderungen in der Zahnradpumpe anpassbar sind. So sind beispielsweise Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen sehr korrosionsbeständig und schweißbar. Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen sind beständig gegenüber chemischer Beanspruchung und bieten einen guten Kompromiss hinsichtlich Festigkeit und Korrosionseigenschaft. Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer-Legierungen erreichen höchste Festigkeiten. So können die Eigenschaften des Zahnrads nach Auswahl einer Aluminiumlegierung leicht variiert werden. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich hierbei, dass auf herkömmliche leicht verfügbare Pulverwerkstoffe zurückgegriffen werden kann, so dass eine kostengünstige Herstellung der Zahnradpumpe ermöglicht wird.In an embodiment of the invention then results Advantage, if the gear formed from an aluminum-based material is at least copper and / or silicon and / or magnesium and / or Contains zinc. The use of different alloying elements to influence the properties of the aluminum material used the advantage that the gears to different job roles and requirements in the gear pump are customizable. Such are, for example Aluminum-magnesium-silicon alloys very resistant to corrosion and weldable. Aluminum-zinc-magnesium alloys are resistant to chemical stress and provide a good compromise in terms of strength and corrosion properties. Aluminum-zinc-magnesium-copper alloys achieve the highest Strengths. So can the properties of the gear can be easily varied after selecting an aluminum alloy. When additional advantage arises here that conventional readily available powder materials are used can be, so that cost-effective production of the Gear pump is enabled.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Zahnrad aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist, der für die Erhöhung der Verschleißfestigkeit feine Partikel, insbesondere Partikel der Form Al₂O₃ und/oder SiC und/oder Si und/oder vergleichbare Partikel, enthält. Wird beispielsweise die Zahnradpumpe als außenverzahnte Zahnradpumpe ausgebildet, bei der zwei Zahnräder zur Förderung des Mediums sich kontinuierlich im Eingriff befinden, so spielt eine Verschleißbeständigkeit der Zähne der Zahnräder eine entscheidende Rolle bei der Standfestigkeit der Zahnradpumpe. Um die Verschleißbeständigkeit der im Eingriff miteinander stehenden Zähne der Zahnräder zu erhöhen, ist es vorteilhaft, eine verschleißfeste Legierung einzusetzen. Die in vorteilhafter Weise in die Legierung eingebrachten Partikel erhöhen die Verschleißfestigkeit, da die Partikel als harte Phasen als Verschleißpartner zur Verfügung stehen.A further advantage results when the gear wheel is formed from an aluminum material which contains fine particles, in particular particles of the form Al ₂ O ₃ and / or SiC and / or Si and / or comparable particles, for increasing the wear resistance. For example, if the gear pump is formed as an externally toothed gear pump in which two gears for conveying the medium are continuously engaged, a wear resistance of the teeth of the gears plays a crucial role in the stability of the gear pump. In order to increase the wear resistance of the intermeshing teeth of the gears, it is advantageous to use a wear-resistant alloy. The advantageously introduced into the alloy particles increase the wear resistance, since the particles are available as hard phases as wear partners.

In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform weist das Zahnrad eine evolvente oder zykloidische Verzahnung auf. Der Einsatz eines pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrads aus einem Aluminiumwerkstoff bietet den Vorteil, dass die Formgebung des Zahnrads nicht an eine nachfolgende Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer gewünschten Zahngeometrie gebunden ist. Das pulvermetallurgische Herstellverfahren ermöglicht eine beliebige Ausbildung der Zähne des Zahnrads. Je nach Einsatzzweck kann eine zykloidische oder evolvente Verzahnung ausgebildet werden, ohne dass hierdurch höhere Fertigungskosten entstehen. Der in der DE 295 16 780 U1 genannte Nachteil der höheren Fertigungskosten einer zykloiden Verzahnung besteht bei pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrädern nicht. So kann gemäß dieser Ausführungsform der Vorteil des günstigeren Eingriffs der Zähne der unterschiedlichen Zahnräder ineinander genutzt werden, ohne dass sich dies auf die Herstellungskosten der Zahnradpumpe nachteilig auswirkt. Eine zykloidische Verzahnung bietet darüber hinaus den Vorteil einer höheren Laufruhe.In a preferred alternative embodiment, the gear has an involute or cycloidal toothing. The use of a powder metallurgical gear made of an aluminum Miniumwerkstoff offers the advantage that the shape of the gear is not tied to a subsequent processing or production of a desired tooth geometry. The powder metallurgy manufacturing method allows any formation of the teeth of the gear. Depending on the purpose, a cycloidal or involute toothing can be formed without resulting in higher production costs. The Indian DE 295 16 780 U1 called disadvantage of higher production costs of a cycloidal gearing is not in powder metallurgically produced gears. Thus, according to this embodiment, the advantage of the cheaper engagement of the teeth of the different gears can be used with each other, without this having a detrimental effect on the manufacturing cost of the gear pump. A cycloidal gearing also offers the advantage of smoother running.

Das günstigere Eingriffsverhältnis der zykloidischen Verzahnung bewirkt einerseits ein geringeres Geräusch und gleichzeitig eine Minimierung der Hertzschen Pressung zwischen den gegeneinander anliegenden Zähnen. So ist die Hertzsche Pressung, die die größte Spannung in der Mitte der Berührungsfläche zweier elastischer Körper definiert, bei einer zykloidischen Verzahnung dreimal geringer als bei einer evolventen Verzahnung. Bedingt ist dies durch das günstigere Abrollverhalten der Zähne zueinander. Das günstigere Abrollverhalten und die geringere Hertzsche Pressung bewirken wiederum eine verbesserte Standzeit der Zahnradpumpe und einen geringeren Verschleiß.The favorable engagement ratio of the cycloidal Gearing on the one hand causes a lower noise and at the same time a minimization of the Hertzian pressure between the against each other teeth. That's the Hertzian Pressing, which is the biggest tension in the middle the contact surface of two elastic bodies defined, with a cycloid gearing three times less than with an involute toothing. This is due to the cheaper Rolling behavior of the teeth to each other. The cheaper Rolling behavior and the lower Hertzian pressure in turn cause an improved service life of the gear pump and a lower Wear.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn das Zahnrad schräg verzahnt ausgebildet ist. Ein schräg verzahntes Zahnrad mit Evolventen- oder Zykloidenverzahnung bietet den Vorteil, dass eine noch höhere Laufruhe erreicht werden kann. Die höhere Laufruhe wird dadurch erzielt, dass das Eingreifen der Zähne ineinander fließend erfolgt. Fließend bedeutet, dass im Falle einer Schrägverzahnung die Zähne sukzessive in einen Eingriff gelangen. Dies bezieht sich auf außen wie auch innen verzahnte Zahnradpumpen mit mindestens zwei Zahnrädern, die miteinander in Eingriff stehen.One Another advantage arises when the gear obliquely toothed is formed. A helical gear with involute or cycloidal toothing offers the advantage that an even smoother running can be achieved. The smoother running is achieved by the intervention of the teeth into each other fluent. Fluent means that in case a helical teeth gradually in the teeth get an intervention. This refers to outside like also internally toothed gear pumps with at least two gears, the engage each other.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass im Falle einer Schrägverzahnung eine sehr viel höhere Passgenauigkeit zwischen den Drehachsen der miteinander im Eingriff stehenden Zahnräder erfolgen muss. Hier spielt der identische Ausdehnungskoeffizient zwischen Gehäuse und Zahnrädern eine entscheidende Rolle. Ist beispielsweise das Pumpengehäuse ein Aluminiumdruckgussgehäuse und die Zahnräder sind aus einer Aluminiumknetlegierung gefertigt, so ergibt sich für das aus Aluminium bestehende Pumpengehäuse und die Zahnräder ein nahezu identischer Wärmeausdehnungskoeffizient, wodurch im Falle der Erwärmung der Zahnradpumpe eine gleichmäßige Ausdehnung von Pumpengehäuse und Zahnrädern erfolgt. Daraus folgt, dass einerseits die hohe Passgenauigkeit, das heißt eine Ausrichtung der miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern eingehalten werden kann und andererseits die Leckageverluste minimiert werden. Bei nahezu identischen oder identischen Ausdehnungskoeffizienten bleibt das Passungsspiel der Bauteile der Zahnradpumpe zueinander ebenfalls identisch. Auf weitere Maßnahmen zur Eliminierung von Leckageverlusten kann bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Zahnradpumpe weitestgehend verzichtet werden. Dieser Vorteil ergibt sich nicht nur bei außenverzahnten Zahnradpumpen, bei denen zwei oder mehr Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, sondern auch bei innen verzahnten Zahnradpumpen steht ein außenverzahntes Zahnrad mit einem innen verzahnten Zahnrad im Eingriff. Sind die im Eingriff befindlichen Zahnräder ebenfalls schräg verzahnt, so muss auch in diesem Fall eine hohe Passgenauigkeit zwischen den Drehachsen der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder gewährleistet sein. Die geringe Toleranz beim Einbau und Ausrichten der Zahnräder zueinander kann hierbei lediglich durch eine Verwendung von Werkstoffen mit nahezu identischem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewährleistet werden, so dass ein annähernd konstanter Wirkungsgrad eingehalten werden kann, wie im weiteren näher ausgeführt ist.One Another advantage of the invention is that in the case of Helical gearing a much higher accuracy of fit between the axes of rotation of the meshing gears must be done. Here plays the identical expansion coefficient between housing and gears a crucial Role. For example, if the pump housing is an aluminum die-cast housing and the gears are made of an aluminum wrought alloy made, this results for the existing aluminum Pump housing and the gears a nearly identical Coefficient of thermal expansion, resulting in the case of heating the gear pump a uniform expansion of pump housing and gears. from that follows, on the one hand, the high accuracy of fit, that is an orientation of the meshing gears can be maintained and on the other hand minimizes leakage losses become. At almost identical or identical expansion coefficients remains the fit clearance of the components of the gear pump to each other also identical. On further measures for the elimination Leakage losses can occur at one of the Invention trained gear pump are largely dispensed with. This advantage does not only occur with externally toothed Gear pumps in which two or more gears with each other are engaged, but also with internally toothed gear pumps is an externally toothed gear with an internally toothed Gear engaged. Are the meshing gears also obliquely interlinked, so must also in this case a high accuracy of fit between the axes of rotation of each other ensured in meshing gears be. The low tolerance when installing and aligning the gears to each other can only by using materials with ensures almost identical thermal expansion coefficient be maintained so that an approximately constant efficiency can be, as explained in more detail below is.

Ist das Pumpengehäuse aus Aluminium gefertigt und es handelt sich um eine außenverzahnte Zahnradpumpe mit zwei auf parallelen Achsen angeordneten im Eingriff befindlichen Zahnrädern aus Aluminiumlegierung, so hat eine Temperaturänderung nahezu keinen Einfluss auf die Toleranz der Wellen zueinander und somit auf das Spiel zwischen den im Eingriff befindlichen Zahnrädern. Erhöht sich die Temperatur der Zahnradpumpe, so dehnt sich das Pumpengehäuse in nahezu gleicher Weise wie die Zahnräder aus, so dass die Toleranz oder das Spiel zwischen den Zahnflanken der Zahnräder erhalten bleibt. Durch eine Ausdehnung des Pumpengehäuses werden die Mittelpunkte der Drehachsen der Zahnräder zueinander verschoben, wobei eine Ausdehnung der Wellen und/oder Achsen nahezu keinen Einfluss auf das Spiel zwischen den im Eingriff befindlichen Zahnrädern ausübt.is the pump housing is made of aluminum and it acts It is an externally toothed gear pump with two parallel ones Axes arranged in meshing gears Made of aluminum alloy, so has a temperature change almost no influence on the tolerance of the waves to each other and thus on the game between the meshing gears. If the temperature of the gear pump increases, it will expand the pump housing in almost the same way as the gears out, so that the tolerance or the play between the tooth flanks the gears are preserved. By extension of the Pump housing become the centers of the axes of rotation of the gears shifted to each other, wherein an extension of the waves and / or Axes almost no effect on the game between the engaged located gears exerts.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann ein Vorteil, wenn mindestens zwei Zahnräder in der Zahnradpumpe angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad um eine erste und das zweite Zahnrad um eine zweite Drehachse drehbar sind und die Zähne der Zahnräder ineinander eingreifen, so dass eine außenverzahnte Zahnradpumpe gebildet ist. Insbesondere aber nicht nur bei außenverzahnten Zahnradpumpen kommt der Vorteil einer günstigen Werkstoffpaarung zwischen Pumpengehäuse und Zahnrad zum Tragen. Sind zwei Zahnräder auf unterschiedlichen Drehachsen miteinander im Eingriff, so spielt der Ausdehnungskoeffizient eine entscheidende Rolle bei einem Abwälzen der Zahnräder aufeinander. Selbst geringfügige Abweichungen der Drehachsen zueinander bewirken, dass das Abrollverhalten zwischen den Zähnen der Zahnräder verändert wird. Besonders gravierend ist dies bei dem Einsatz von zykloidisch ausgebildeten Zahnrädern. Kommt es zu einer Versetzung der Achsen zueinander so ist ein gleich bleibendes Abrollen in einem optimalen Eingriffswinkel nicht mehr gewährleistet. Die Folge ist ein erhöhter Verschleiß und somit eine geringere Standfestigkeit der Zahnradpumpe.In one embodiment of the invention, there is an advantage if at least two gears are arranged in the gear pump, wherein the first gear around a first and the second gear are rotatable about a second axis of rotation and the teeth of the gears mesh with each other, so that an externally toothed Gear pump is formed. In particular, but not only with externally toothed gear pumps has the advantage of a favorable material pairing between the pump housing and gear to wear. If two gears are engaged with each other on different axes of rotation, then the expansion coefficient plays a decisive role in a rolling of the gears to each other. Even minor deviations of the axes of rotation cause each other that the rolling behavior between the teeth of the gears is changed. This is particularly serious in the use of cycloidically designed gears. If there is an offset of the axes to each other so a constant unrolling in an optimal pressure angle is no longer guaranteed. The result is an increased wear and thus a lower stability of the gear pump.

Vorteilhaft ist es auch, wenn mindestens ein innenverzahntes und ein außenverzahntes Zahnrad in der Zahnradpumpe angeordnet sind, wobei das außenverzahnte Zahnrad in das innenverzahnte Zahnrad eingreift, so dass eine innenverzahnte Zahnradpumpe gebildet ist. Auch bei innenverzahnten Zahnradpumpen spielt das Zusammenspiel der Zahnräder und somit die Werkstoffpaarung eine entscheidende Rolle. Auch hier bewirkt eine Temperaturänderung eine Verschiebung der Drehachsen der miteinander in Eingriff befindlichen Zahnräder zueinander. Auch bei innenverzahnten Zahnradpumpen kann somit der Vorteil der Werkstoffkombination Pumpengehäuse und Zahnräder aus Werkstoffen mit identischen oder nahezu identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Vorteil genutzt werden.Advantageous It is also when at least one internally toothed and one externally toothed Gear are arranged in the gear pump, wherein the externally toothed Gear engages the internal gear, so that an internally toothed gear pump is formed. Even with internal gear pumps that plays Interaction of the gears and thus the material pairing a crucial role. Here, too, causes a temperature change a displacement of the axes of rotation of the engaged with each other Gears to each other. Even with internal gear pumps can thus the advantage of the material combination pump housing and gears made of materials with identical or nearly identical coefficients of thermal expansion used as an advantage become.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann ein Vorteil, wenn das Pumpengehäuse aus einem Aluminium-Werkstoff gebildet ist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Pumpengehäuse einen zum Zahnrad identischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Ein identischer Ausdehnungskoeffizient bietet den Vorteil, dass sich Pumpengehäuse und Zahnrad gleichmäßig ausdehnen und so das Eingriffsverhältnis unverändert bleibt. Wie nachfolgend näher ausgeführt ist, wird der Wirkungsgrad von der Differenz der Ausdehnungskoeffizienten der in der Zahnradpumpe eingesetzten Bauteile mitbestimmt. Dabei reduziert sich das Spaltmaß in Abhängigkeit von der Differenz der Ausdehnungskoeffizienten. Ein aus der Summe des Spaltmaßes und eines Produkts aus Temperatur und vom Ausdehnungskoeffizienten abhängigen Radius geht als Dritte Potenz in die Formel für numerische Bestimmung des Wirkungsgrads mit ein. Letztlich vermindert auch das vom Ausdehnungskoeffizienten abhängige Produkt den Wirkungsgrad. Wird nun ge mäß der vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise das Pumpengehäuse und das mindestens eine Zahnrad aus einem Aluminium-Basiswerkstoff gebildet und besitzen das Pumpengehäuse und das mindestens eine Zahnrad einen identischen Ausdehnungskoeffizienten, so ist der Wirkungsgrad letztlich alleine vom konstanten Spaltmaß abhängig. In einer bevorzugten Ausführungsform tendiert die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten gegen Null, so dass der Einfluss der Ausdehnung der Bauteile in der Zahnradpumpe gegen Null konvergiert.In Another embodiment of the invention results then an advantage if the pump housing made of an aluminum material is formed. Furthermore, it is advantageous if the pump housing having an identical to the gear expansion coefficient. An identical coefficient of expansion offers the advantage that Pump housing and gear evenly expand and so the engagement ratio unchanged remains. As explained in more detail below, The efficiency of the difference of the expansion coefficient co-determined the components used in the gear pump. there the gap reduces depending on the difference of the expansion coefficients. One out of the sum of Gap and a product of temperature and the coefficient of expansion dependent radius goes as a third power in the formula for numerical determination of the efficiency. Ultimately also reduces the coefficient dependent on the expansion coefficient Product's efficiency. Will now ge according to the advantageous embodiment for example, the pump housing and the at least one Gear made of an aluminum base material and own the pump housing and the at least one gear identical coefficients of expansion, so the efficiency is ultimately solely dependent on the constant gap. In a preferred embodiment, the difference of Expansion coefficients close to zero, so the influence of expansion the components in the gear pump converge to zero.

Zahnradpumpen können in die Klasse der Umlaufverdrängermaschinen eingeordnet werden. Hierbei fallen unter den Wortlaut des Patentanspruchs 1 Zahnradpumpen mit Außenverzahnung und Zahnradpumpen mit Innenverzahnung, wobei das Verdrängerelement der Zahn ist. Der Vorteil des Einsatzes einer Werkstoffkombination mit nahezu identischem oder identischem Wärmeausdehnungskoeffizienten ermöglicht es darüber hinaus die Erfindung auch auf andere Umlaufverdrängermaschinen, wie beispielsweise Schraubenpumpen einzusetzen. Vorteilhaft ist es hierbei, das Pumpengehäuse aus einem Aluminiumbasiswerkstoff und die miteinander im Eingriff befindlichen Zahnräder aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrad aus Basis eines Aluminiumwerkstoffs auszubilden.gear pumps can into the class of rotary displacement machines be classified. This fall under the wording of the claim 1 gear pumps with external teeth and gear pumps with Internal toothing, wherein the displacer element is the tooth. The advantage of using a material combination with almost identical or identical thermal expansion coefficient allows Moreover, the invention also applies to other rotary displacement machines, such as For example, use screw pumps. It is advantageous here the pump housing made of an aluminum base material and the meshing with each other gears a powder metallurgically produced gear made of aluminum material train.

Um eine Leistungsfähigkeit einer Umlaufverdrängermaschine, wie beispielsweise eine Zahnradpumpe, numerisch zu ermitteln, kann der auf das Verdrängungsvolumen bezogene Wirkungsgrad einer Zahnradpumpe numerisch bestimmt werden. Die Formel zur Berechnung des auf das Verdrängungsvolumen bezogenen Wirkungsgrads für eine Zahnradpumpe mit Außenverzahnung lautet wie folgt:

In order to numerically determine a performance of a recirculating displacement machine such as a gear pump, the efficiency of a gear pump related to the displacement volume can be numerically determined. The formula for calculating the displacement-related efficiency for an external gear pump is as follows:

Hierin bedeutet:

• – κ Wirkungsgrad
• – ν₀ Verdrängungsvolumen pro Umdrehung,
• – n Drehzahl,
• – a₀ Spaltmaß bei 0°C (radial und axial),
• – r Rotor oder Zahnradaußenradius,
• – p Druck,
• – η Viskosität,
• – Δα Wärmeausdehnungskoeffizient,
• – T Temperatur in °C,
• – A Geometriekoeffizient (~1)

Hereby means:

• - κ efficiency
• - ν ₀ displacement volume per revolution,
• - n speed,
• - a ₀ gap at 0 ° C (radial and axial),
• Rotor or outer gear radius,
• - p pressure,
• - η viscosity,
• - Δα coefficient of thermal expansion,
• T temperature in ° C,
• - A geometry coefficient (~ 1)

Wie deutlich aus der Formel ableitbar ist, geht einerseits das Spaltmaß a und andererseits der vom Wärmeausdehnungskoeffizient α abhängige Radius r mit einer dritten Potenz in die Berechnung des Wirkungsgrads κ mit ein. Bei einer Werkstoffkombination, bei der das Pumpengehäuse aus Aluminium und die Zahnräder aus Eisen gefertigt sind, ist der Wirkungsgrad somit abhängig von der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten Δα der eingesetzten unterschiedlichen Werkstoffe. Bei einem Spaltmaß bei 0°C von 10^–2 bis 10^–1 mm können geringfügige Temperaturschwankungen bereits zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Zahnradpumpe führen, insbesondere deshalb, weil der temperaturabhängige Radius der Zahnräder als dritte Potenz in die Berechnung des Wirkungsgrades mit einfließt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium beträgt beispielhaft für reines Aluminium 23,8 × 10^–6K^–1 und für Stahl 13,0 × 10^–6K^–1. Hieraus ergibt sich eine Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Eisen und Aluminium von Δα ~ 10^–5K^–1.As can be clearly deduced from the formula, on the one hand the gap dimension a and on the other hand the radius r, which is dependent on the thermal expansion coefficient α, enters the calculation of the efficiency κ with a third power. In a material combination in which the pump housing made of aluminum and the gears are made of iron, the efficiency is thus dependent on the difference of the thermal expansion coefficient .DELTA..alpha. Of the different materials used. With a gap at 0 ° C of 10 ^-2 to 10 ^-1 mm slight temperature fluctuations can already lead to a deterioration of the efficiency of the gear pump, especially because the temperature-dependent radius of the gears as the third Potency is included in the calculation of the efficiency. The coefficient of thermal expansion of aluminum is 23.8 × 10 ^-6 K ^-1 for pure aluminum and 13.0 × 10 ^-6 K ^-1 for steel. This results in a difference between the thermal expansion coefficients between iron and aluminum of Δα ~ 10 ^-5 K ^-1 .

Die Formel zur Berechnung des Wirkungsgrades der außenverzahnten Zahnradpumpe ändert sich gravierend, wenn eine Werkstoffpaarung Aluminium-Aluminium in der Zahnradpumpe zum Einsatz kommt. Die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten Δα beträgt hierbei 0 oder strebt gegen 0, so dass der Einfluss der Wärmeausdehnung zu vernachlässigen ist. Daher ergibt sich der Wirkungsgrad einer außenverzahnten Zahnradpumpe mit einem Pumpengehäuse aus Aluminium und Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff wie folgt:The Formula for calculating the efficiency of the externally toothed Gear pump changes gravely when a material pairing Aluminum-aluminum is used in the gear pump. The difference the thermal expansion coefficient Δα is here 0 or strives towards 0, so that the influence of thermal expansion is negligible. Therefore, the efficiency of a external gear pump with a pump housing made of aluminum and gears made of aluminum material as follows:

Wie aus der Formal ersichtlich, ist der Wirkungsgrad bei einer Kombination des Werkstoffs Aluminium-Aluminium nicht mehr vom Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe abhängig. Es ergibt sich folglich ein konstantes Spaltmaß und lediglich ein vom Druck, der Viskosität und der Drehzahl abhängiger Wirkungsgrad. Eine unabhängig von der Wärmeausdehnung der Bauteile arbeitende Zahnradpumpe bietet den Vorteil, dass einerseits stets ein konstantes Spaltmaß eingehalten werden kann und andererseits stets ein optimaler Eingriff der aneinander anliegenden Zähne der Zahnräder gewährleistet wird. Dies bietet insbesondere dann einen Vorteil, wenn zykloidisch ausgebildete Zahnräder zum Einsatz kommen, da in diesem Fall auch geringfügige Änderungen der Ausrichtung der miteinander im Eingriff befindlichen Zähne zu einem suboptimalen Abrollen der Zähne aufeinander führt. Dieser Nachteil wird durch eine Werkstoffpaarung Pumpengehäuse Aluminium und Zahnrad oder Zahnräder aus Aluminium überwunden.As from the formal view, the efficiency is a combination of the material aluminum-aluminum is no longer of the expansion coefficient dependent on the materials. This results in a constant Gap and only one of the pressure, the viscosity and the speed dependent efficiency. An independent offers by the thermal expansion of the components working gear pump the advantage that on the one hand always maintained a constant gap and on the other hand always an optimal engagement of each other Ensures adjacent teeth of the gears becomes. This offers an advantage, especially when cycloidal trained gears are used because in this Case also minor changes of registration the meshing teeth to a Suboptimal rolling of the teeth leads to each other. This disadvantage is due to a material pairing pump housing Aluminum and gear or aluminum gears overcome.

In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnradpumpe mit zumindest einem pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrad bereitgestellt wird, bei dem als Werkstoff für das Zahnrad ein Aluminiumwerkstoff verwendet wird. Im Vergleich zum Eisen besitzt Aluminium eine sehr starke Affinität zu Sauerstoff und bildet an der Oberfläche eine dünne und feste Al₂O₃-Schicht. Die Schicht verweigert weitere Oxidation der Oberflächen und wird als Vorteil des Werkstoffes betrachtet. Für Pulvermetallurgie ist diese Eigenschaft von Nachteil: Oxidschicht an der Oberfläche von Pulverpartikeln verweigert Diffusionsvorgänge beim Sintern. Aufbrechen der Oxidschicht und Bildung von Sinterbrücken werden durch die Bildung von Flüssigphasen beim Sintern ermöglicht. Die Legierungszusätze (Cu, Zn, Mg, Si) ermöglichen ein Flüssigphasensintern in meisten Al-Sintermischungen.In procedural terms, the object of the invention is achieved in that a method for producing a gear pump is provided with at least one powder-metallurgically produced gear in which an aluminum material is used as a material for the gear. Compared to iron, aluminum has a very strong affinity for oxygen and forms a thin and solid Al ₂ O ₃ layer on the surface. The layer refuses further oxidation of the surfaces and is considered as an advantage of the material. For powder metallurgy, this property is disadvantageous: oxide layer on the surface of powder particles refuses diffusion processes during sintering. Cracking of the oxide layer and formation of sintered bridges are made possible by the formation of liquid phases during sintering. The alloying additives (Cu, Zn, Mg, Si) enable liquid phase sintering in most Al sintered mixtures.

Ein Vorteil in Bezug auf das Verfahren ergibt sich dann, wenn das Herstellverfahren ein Sinterverfahren ist. Sinterverfahren ermöglichen es, Bauteile mit komplizierten Geometrien oder Formen herzustellen. So überwindet der Sinterprozess den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil der kostenintensiven Herstellung zykloidisch ausgebildeter Zahnräder.One Advantage with respect to the method results when the manufacturing process is a sintering process. Sintering processes make it possible Produce components with complicated geometries or shapes. Thus, the sintering process overcomes the state of the art known disadvantage of costly cycloidal production trained gears.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn während des Herstellens des Zahnrads mindestens eine zweite Verdichtung und/oder eine Homogenisierung und/oder eine Abschreckung und/oder einer Formgebung und/oder eine Alterung durchgeführt wird. Eine Prozessoptimierung in Bezug auf eine Verdichtung, Homogenisierung, Abschreckung, Formgebung und/oder Alterung bewirkt, dass höhere Dichten, Härten und Verschleißbeständigkeiten eingestellt und erzielt werden können. Somit ist es möglich, die Zahnräder der Zahnradpumpe an höchste mechanische Anforderungen anzupassen.One Another advantage arises when during manufacturing of the gear at least a second compression and / or homogenization and / or a deterrent and / or a shaping and / or a Aging is performed. A process optimization in Regarding compaction, homogenization, quenching, shaping and / or aging causes higher densities, hardening and wear resistance adjusted and can be achieved. Thus it is possible the Gears of the gear pump to highest mechanical To adapt requirements.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Tabellen, Schliffbildern, Figuren und Diagrammen näher erläutert, aus denen weitere Ausgestaltungen hervorgehen. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht beschränkend, vielmehr können die dort jeweils beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf verwiesen, dass die in den Tabellen, Schliffbildern, Diagrammen und Figuren angegebenen Bezugszeichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verweisen. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel zwar eine außenverzahnte Zahnradpumpe darstellt, die Erfindung ist aber nicht auf eine außenverzahnte Zahnradpumpe beschränkt, sondern kann, wie einleitend dargestellt, bei jeglicher Art von Umlaufverdrängermaschinen eingesetzt werden. Es zeigt:following The invention is based on tables, micrographs, figures and diagrams, from which further Embodiments emerge. The further developments shown there are but not limiting, but they can be there respectively described features with each other and with those described above Characteristics are combined to form further embodiments. Furthermore It should be noted that the tables in the tables, micrographs, Diagrams and figures indicated reference numerals the scope not limited to the present invention, but only to the embodiments illustrated in the figures refer. It should also be noted that the embodiment Although an externally toothed gear pump represents, the invention but not limited to an externally toothed gear pump, but, as shown in the introduction, in any kind of Circulating displacement machines are used. It shows:

1 eine Tabelle mit einer chemischen Zusammensetzung bevorzugt einsetzbaren Aluminiumwerkstoffe, 1 a table with a chemical composition preferably usable aluminum materials,

2 eine Ansicht auf eine innenverzahnte Zahnradpumpe, 2 a view of an internal gear pump,

3 ein Diagramm, in das der Volumenstrom in Abhängigkeit der Temperatur für eine innenverzahnte Zahnradpumpe mit einem Rotor aus Aluminium und alternativ aus Stahl in einem Aluminiumgehäuse eingetragen ist, 3 a diagram in which the volume flow is plotted as a function of the temperature for an internally toothed gear pump with a rotor made of aluminum and alternatively made of steel in an aluminum housing,

4 eine Ansicht auf eine außenverzahnte Zahnradpumpe im geöffneten Zustand, 4 a view of an external gear pump in the open state,

5 ein Diagramm, in das der Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Druck in einer Zahnradpumpe mit Aluminium- und Stahlzahnrädern in einem Aluminiumgehäuse im Verhältnis zueinander angetragen wurde, 5 a diagram in which the efficiency was applied in relation to each other in dependence on the pressure in a gear pump with aluminum and steel gears in an aluminum housing,

6 ein Diagramm, in das der Wirkungsgrad in Abhängigkeit von einer Temperatur für eine außenverzahnte Zahnradpumpe mit Aluminium- und Stahlzahnrädern in einem Aluminiumgehäuse im Verhältnis zueinander eingetragen wurde, 6 a diagram in which the efficiency as a function of a temperature for an external gear pump with aluminum and steel gears in an aluminum housing was registered in relation to each other,

7 ein Diagramm, in das der Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Drehzahl für eine außenverzahnte Zahnradpumpe für Aluminium- und Stahlzahnräder in einem Aluminiumgehäuse im Verhältnis zueinander eingetragen wurde, 7 a diagram in which the efficiency was entered as a function of the speed for an external gear pump for aluminum and steel gears in an aluminum housing in relation to each other,

8 eine Tabelle mit einer Gegenüberstellung der Wirkungsgrade von Evolventen- und Zykloidenverzahnung in Abhängigkeit von der Drehzahl, 8th a table with a comparison of the efficiencies of involute and cycloidal toothing as a function of the rotational speed,

9 eine Tabelle mit einer Gegenüberstellung des Wirkungsgrades einer Zahnradpumpe mit Evolventen- und Zykloidenverzahnung in Abhängigkeit vom Druck in der Zahnradpumpe, 9 a table with a comparison of the efficiency of a gear pump with involute and cycloidal toothing in dependence on the pressure in the gear pump,

10 eine Detailansicht eines zykloidisch verzahnten Zahnrads und eine elektronenmikrioskopische Aufnahme zur Darstellung des Verschleißes an der Oberfläche einer Zahnradflanke, 10 a detailed view of a cycloid toothed gear and an electron-microscopic recording for showing the wear on the surface of a toothed wheel flank,

11 jeweils Detailansichten eines Zahnrads mit Evolventenverzahnung und jeweils einer elektronenmikroskopischen Aufnahme aus dem Zahnflankenbereich. 11 each detail views of a gear with involute toothing and in each case an electron micrograph from the tooth flank area.

Die 1 zeigt eine Tabelle, in der verschiedene bevorzugt eingesetzte Aluminiumwerkstoffe als Legierungen genannt und mit ihren wichtigsten chemischen Bestandteilen angegeben sind. So sind in der ersten Spalte die Legierungen mit ihren wichtigsten chemischen Legierungselementen genannt und die Spalten 2 bis 6 enthalten die entsprechenden Prozentzahlen der Legierungsparameter. Je nach Legierungszusammensetzung sind unterschiedliche Eigenschaften an den pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrädern einstellbar. So besitzt die Legierung AlCuMg beispielsweise hohe Festigkeiten, ist aber mäßig korrosionsbeständig. Die Legierung AlSiCuMg besitzt wegen des hohen Siliziumanteils gute Verschleißeigenschaften. Die Legierung AlZnMgCu weist beispielsweise höchste Festigkeiten auf. Die Anteile an Schmiermitteln und/oder Wachs ermöglichen eine Kompaktierung und stützen das Zahnrad bei der Formgebung und/oder einer Handhabung vor dem Sinterprozess.The 1 shows a table in which various preferably used aluminum materials are called alloys and indicated with their main chemical constituents. Thus, in the first column, the alloys with their most important chemical alloying elements are named, and columns 2 to 6 contain the corresponding percentages of the alloying parameters. Depending on the alloy composition different properties of the powder metallurgically produced gears can be adjusted. For example, the AlCuMg alloy has high strengths, but is moderately resistant to corrosion. The alloy AlSiCuMg has good wear properties due to the high silicon content. For example, the AlZnMgCu alloy has the highest strengths. The proportions of lubricants and / or wax allow compaction and support the gear during shaping and / or handling prior to the sintering process.

Die. 2 zeigt eine Zahnradpumpe 5 mit einem Pumpengehäuse 6, einem außen verzahnten Zahnrad 7 als ersten Rotor und einem innen verzahnten Zahnrad 8 als zweiten Rotor zur Bildung einer innen verzahnten Zahnradpumpe 5. Die Zahnradpumpe 5 besitzt einen Zulauf 9 und einen Ablauf 10, wobei die Zahnräder 7, 8 ein Medium vom Zulauf 9 zum Ablauf 10 durch die Zahnradpumpe 5 hindurch fördern. Die Zahnräder 7, 8 sind drehbeweglich in der Zahnradpumpe 5 aufgenommen, wobei das außenverzahnte Zahnrad 7 mittels einer nicht dargestellten Profilwelle angetrieben ist. Das außenverzahnte Zahnrad 7 treibt das innen verzahnte Zahnrad 8 an. Damit eine Bewegung der Zahnräder 7, 8 und somit ein Fördern des Mediums ermöglicht wird, ist ein Spaltmaß in einem Be reich 11 zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 8 und dem Pumpengehäuse 5 und im Bereich 12 zwischen den im Eingriff befindlichen Zähnen der Zahnräder 7, 8 einzuhalten.The. 2 shows a gear pump 5 with a pump housing 6 , an externally toothed gear 7 as the first rotor and an internally toothed gear 8th as a second rotor to form an internally toothed gear pump 5 , The gear pump 5 has an inlet 9 and a process 10 , where the gears 7 . 8th a medium from the inlet 9 the end 10 through the gear pump 5 promote it. The gears 7 . 8th are rotatable in the gear pump 5 taken, with the external gear 7 is driven by a profile shaft, not shown. The externally toothed gear 7 drives the internally toothed gear 8th at. Thus a movement of the gears 7 . 8th and thus a conveying of the medium is made possible, a gap is rich in a Be 11 between the internally toothed gear 8th and the pump housing 5 and in the area 12 between the meshing teeth of the gears 7 . 8th observed.

Im Falle der Ausbildung der Zahnräder 7, 8 aus einer Eisenbasis-Legierung und einem Pumpengehäuse 6 aus einer Aluminiumbasis-Legierung wirken die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe in Bezug auf das Spaltmaß gegeneinander. Das Spaltmaß und die Differenz aus den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gehen in die Berechnung des Wirkungsgrades mit der dritten Potenz ein. Zum Beispiel wirkt sich der von der Differenz aus den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten abhängige Radius des Zahnrads 8 negativ auf das Spaltmaß im Bereich 11 zwischen dem innen verzahnten Zahnrad 8 und dem Pumpengehäuse 6 aus. Wird gemäß der Erfindung das Zahnrad 8 beziehungsweise werden die Zahnräder 7, 8 aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt, und besteht das Pumpengehäuse 6 ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff, so entfällt die Differenz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, so dass der Wirkungsgrad lediglich durch das konstante Spaltmaß in der dritten Potenz mitbestimmt wird.In case of training of the gears 7 . 8th made of an iron-based alloy and a pump housing 6 From an aluminum-based alloy, the different coefficients of expansion of the materials in relation to the gap measure against each other. The gap and the difference between the different coefficients of expansion are included in the calculation of the efficiency with the cube. For example, the radius of the gear depends on the difference between the different coefficients of expansion 8th negative for the gap in the area 11 between the internally toothed gear 8th and the pump housing 6 out. Is according to the invention, the gear 8th or are the gears 7 . 8th made of an aluminum material, and consists of the pump housing 6 also made of an aluminum material, so eliminates the difference of the different expansion coefficients, so that the efficiency is mitbestimmt only by the constant gap in the third power.

Das innen verzahnte Zahnrad 8 rotiert um den Mittelpunkt seiner Drehachse M_ZI und das außen verzahnte Zahnrad 7 rotiert um den Mittelpunkt der Drehachse M_ZA. Der Abstand AM der Mittelpunkte der Drehachsen M_ZA und M_ZI ist ebenfalls die 3 eingetragen, wobei der Abstand A_M auch dem Abstand zwischen Mittelpunkt der Drehachse M_ZI und dem Mittelpunkt M_PG der Gehäuseöffnung zur Aufnahme des Zahnrads 8 entspricht. Dehnt sich nun das Pumpengehäuse 6 unter dem Einfluss einer Temperaturerhöhung anders aus als zum Beispiel das innen verzahnte Zahnrad 7, so kommt es zu einer Veränderung des Spaltmaßes im Bereich 11 zwischen innen verzahntem Zahnrad 8 und Pumpengehäuse 6. In dem Fall, in dem das Spaltmaß größer wird, erhöht sich die Leckage zwischen Zahnrad 8 und Pumpengehäuse 6. In dem Fall, in dem sich das Spaltmaß vermindert, vermindert sich der Wirkungsgrad, da sich zum Beispiel die Reibung erhöhtThe internally toothed gear 8th rotates about the center of its axis of rotation M _ZI and the externally toothed gear 7 rotates about the center of the rotation axis M _ZA . The distance AM of the centers of the axes of rotation M _ZA and M _ZI is also the 3 registered, wherein the distance A _M and the distance between the center of the rotation axis M _ZI and the center M _{PG of} the housing opening for receiving the gear 8th equivalent. Now the pump housing expands 6 under the influence of a temperature increase differently than, for example, the internally toothed gear 7 , so there is a change in the gap in the area 11 between internally toothed gear 8th and pump housing 6 , In the case where the clearance becomes larger, the leakage between gears increases 8th and pump housing 6 , In the case where the gap size decreases, the efficiency decreases For example, the friction increases

In der 3 ist ein Diagramm dargestellt, das den Volumenstrom in Litern pro Minute im Verhältnis zur Temperatur in °C für eine innen verzahnte Zahnradpumpe 5 gemäß der 2 mit den ermittelten Wertepaaren wiedergibt. In die ermittelten Wertepaare wurden Geraden eingetragen, um einen Verlauf der Abhängigkeit des Volumenstroms von der Temperatur deutlich darstellen zu können. Untersucht wurde das Zusammenspiel des Volumenstroms in Abhängigkeit von der Temperatur für eine innen verzahnte Zahnradpumpe mit Zahnrädern 7, 8 aus Stahl und Zahnrädern 7, 8 aus einem Aluminiumwerkstoff und einem Pumpengehäuse aus einem Aluminium-Druckguss. Die ermittelten Wertepaare für die Zahnräder aus Stahl wurden als Vierecke und die ermittelten Wertepaare für die eingesetzten Zahnräder aus Aluminium als Dreiecke in das Diagramm eingetragen. Die Gerade 13 gibt somit die Abhängigkeit des Volumenstroms von der Temperatur für Zahnräder 7, 8 aus Aluminium und die Gerade 14 die Abhängigkeit des Volumenstroms von der Temperatur für Zahnräder aus Stahl wieder. Deutlich zu erkennen ist, dass der durch die Zahnradpumpe 5 geförderte Volumenstrom mit zunehmender Temperatur abnimmt. Ist der Volumenstrom in einer Zahnradpumpe 5 bei einer Temperatur von 50°C für beide Werkstoffpaarungen noch nahezu identisch, so divergiert der Volumenstrom in einem Temperaturbereich von 80°C bereits deutlich. Bei 100°C kann mit Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff ein Volumenstrom von ca. 13 I/min gefördert werden, wohingegen mit einer Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus Stahl lediglich noch ein Volumenstrom von ca. 11,5 I/min förderbar ist. Dies entspricht einer Steigerung des förderbaren Volumenstroms mit Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff um deutlich mehr als 10%.In the 3 is a diagram showing the volume flow in liters per minute in relation to the temperature in ° C for an internally toothed gear pump 5 according to the 2 with the determined value pairs. Straight lines were entered into the determined pairs of values in order to be able to clearly show a course of the dependence of the volume flow on the temperature. The interplay of the volume flow as a function of the temperature for an internally toothed gear pump with gears was investigated 7 . 8th made of steel and gears 7 . 8th made of an aluminum material and a pump housing made of die-cast aluminum. The determined pairs of values for the gear wheels made of steel were entered as triangles and the determined pairs of values for the aluminum gears used as triangles in the diagram. Straight 13 thus gives the dependence of the volume flow of the temperature for gears 7 . 8th made of aluminum and the straight line 14 the dependence of the volume flow on the temperature for steel gears again. It can be clearly seen that the through the gear pump 5 delivered volume flow decreases with increasing temperature. Is the volume flow in a gear pump 5 At a temperature of 50 ° C for both material combinations still almost identical, so diverges the volume flow in a temperature range of 80 ° C already significantly. At 100 ° C can be promoted with gears made of an aluminum material, a volume flow of about 13 I / min, whereas with a gear pump with gears made of steel only a volume flow of about 11.5 I / min can be conveyed. This corresponds to an increase of the recoverable volume flow with gears made of an aluminum material by significantly more than 10%.

In der 4 ist eine Zahnradpumpe 15 mit einem Pumpengehäuse 16, zwei außenverzahnten Zahnrädern 17, 18, einem Zulauf 19 und einem Ablauf 20 im Pumpengehäuse 16 dargestellt. Das Zahnrad 17 ist als separates Bauteil ausgebildet und auf einer Welle 21 verdrehfest befestigt. Das Zahnrad 18 ist ebenfalls als separates Bauteil ausgebildet und auf einer Achse 22 drehbar im Pumpengehäuse 16 befestigt. Das Zahnrad 18 weist eine Bohrung 23, die mit einer Profilierung 24, zum Beispiel zur Aufnahme einer profilierten Achse, versehen ist. Der Aufbau derartiger außenverzahnter Zahnradpumpen 15 ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Die Zahnräder 17, 18 sind als separate Bauteile ausgebildet und bestehen aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Aluminiumwerkstoff und sind insbesondere aus einer Aluminium-Legierung gefertigte Sinterbauteile. Ausgeführt sind die Zähne 25 der Zahnräder 17, 18 beispielhaft mit einer Evolventenverzahnung, die Zähne 25 können aber ebenso mit einer Zykloidenverzahnung versehen sein. Zur Funktion der Zahnradpumpe 15 ist ein Spalt 26 zwischen den Zähnen 25 und dem Pumpengehäuse 16 sowie einem notwendigen Spiel 27 im Wälzkreis zwischen den im Eingriff befindlichen Zähnen 25 der Zahnräder 17, 18 notwendig.In the 4 is a gear pump 15 with a pump housing 16 , two externally toothed gears 17 . 18 , a feed 19 and a process 20 in the pump housing 16 shown. The gear 17 is designed as a separate component and on a shaft 21 secured against rotation. The gear 18 is also formed as a separate component and on an axis 22 rotatable in the pump housing 16 attached. The gear 18 has a hole 23 that with a profiling 24 , For example, for receiving a profiled axis, is provided. The construction of such external gear pumps 15 is well known and will not be explained here. The gears 17 . 18 are formed as separate components and consist of a powder metallurgically produced aluminum material and are in particular made of an aluminum alloy sintered components. The teeth are executed 25 the gears 17 . 18 exemplified with an involute, the teeth 25 but can also be provided with a cycloid toothing. To the function of the gear pump 15 is a gap 26 between the teeth 25 and the pump housing 16 as well as a necessary game 27 in the pitch circle between the meshing teeth 25 the gears 17 . 18 necessary.

Die Zahnräder 17, 18 sind in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Sinterbauteile aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt. Das Pumpengehäuse 16 besteht aus einem Aluminium-Druckguss. Die Vorteile des Aufbaus der Zahnradpumpe und der ausgewählten Werkstoffkombinationen wird nachfolgend in den Diagrammen der 5, 6 und 7 dargestellt.The gears 17 . 18 are made in this preferred embodiment as sintered components made of an aluminum material. The pump housing 16 consists of an aluminum die-cast. The advantages of the structure of the gear pump and the selected material combinations is shown in the diagrams of the 5 . 6 and 7 shown.

Die 5 zeigt ein Diagramm in dem der Wirkungsgrad in % auf der Ordinate und der Druck in bar auf der Abszisse eingetragen sind. Die Versuche wurden bei einer konstanten Temperatur von 90°C und einer Zahnradumdrehung von 740 U/min mit einer außenverzahnten Zahnradpumpe 15 durchgeführt. Die waagerechten Vierecke geben dabei die Wertepaare wieder, die mit Zahnrädern 17, 18 aus einem Aluminiumwerkstoff ermittelt wurden und die rautenförmigen Eintragungen stellen Versuchsergebnisse dar, die mit Zahnrädern 17, 18 aus Stahl ermittelt wurden. Die Versuchergebnisse mit dem Aluminiumwerkstoff wurden mit der Gerade 28 und die Versuchergebnisse mit dem Stahlwerkstoff mit der Gerade 29 verbunden. Mit steigendem Druck in der Zahnradpumpe 15 fällt der Wirkungsgrad ab. Unmittelbar zu erkennen ist der erhöhte Wirkungsgrad bei Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff. Liegt der Wirkungsgrad bei 10 bar für Zahnräder aus Aluminiumwerkstoff etwa 10% über dem der Zahnräder aus Stahl, so nimmt die Differenz mit steigendem Druck kontinuierlich zu. Signifikant ist der Unterschied bei einem Druck von 30 bar, wobei der Wirkungsgrad bei der Zahnradpumpe mit Stahlzahnrädern auf nahezu 20% abgesunken ist, wohingegen der Wirkungsgrad der Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff noch bei 60% liegt. Dies entspricht einer Steigerung des Wirkungsgrades um mehr als 150%.The 5 shows a diagram in which the efficiency in% on the ordinate and the pressure in bar are plotted on the abscissa. The experiments were carried out at a constant temperature of 90 ° C and a gear rotation of 740 rpm with an externally toothed gear pump 15 carried out. The horizontal squares reflect the pairs of values, those with gears 17 . 18 were determined from an aluminum material and the diamond-shaped entries represent experimental results with gears 17 . 18 were determined from steel. The test results with the aluminum material were with the straight line 28 and the test results with the steel material with the straight line 29 connected. With increasing pressure in the gear pump 15 the efficiency drops. Immediately apparent is the increased efficiency of gears made of an aluminum material. If the efficiency at 10 bar for gears made of aluminum material is about 10% higher than that of the steel gears, the difference increases continuously with increasing pressure. Significantly, the difference is at a pressure of 30 bar, with the efficiency of the gear pump with steel gears has fallen to nearly 20%, whereas the efficiency of the gear pump with gears made of an aluminum material is still at 60%. This corresponds to an increase in efficiency by more than 150%.

In der 6 ist ein Diagramm dargestellt, in dem in der Ordinate der Wirkungsgrad in und in der Abszisse die Temperatur in °C dargestellt ist. Die in das Diagramm eingetragenen Versuchergebnisse wurden bei einer konstanten Drehzahl von 1000 U/min und einem Druck von 20 bar durchgeführt. Die rautenförmig eingetragenen Versuchsergebnisse zeigen eine Zahnradpumpe 15 mit Stahlzahnrädern und die als waagerechte Vierecke dargestellten Versuchergebnisse zeigen Versuchergebnisse mit Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff. Der Wirkungsgrad der Zahnräder aus einem Aluminiumwerkstoff liegt durchgängig oberhalb des Wirkungskrades der Zahnräder aus einem Stahlwerkstoff. Liegt der Wirkungsgrad bei 30°C noch nahezu identisch bei oberhalb von 80%, so divergiert der Wirkungsgrad mit zunehmender Temperatur deutlich. Die deutlichste Differenz ergibt sich bei Temperaturen von 110°C. Ist bei der Zahnradpumpe mit den Zahnrädern aus einem Stahlwerkstoff der Wirkungsgrad im nahezu die Hälfte abgefallen, so liegt der Wirkungsgrad bei einer Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff noch in einem Bereich von etwa 80%.In the 6 a diagram is shown in which the ordinate in the efficiency in and in the abscissa, the temperature in ° C is shown. The test results entered in the diagram were carried out at a constant speed of 1000 rpm and a pressure of 20 bar. The rhombic registered test results show a gear pump 15 with steel gears and the test results shown as horizontal squares show test results with gears made of an aluminum material. The efficiency of the gears of an aluminum material is consistently above the Wirkungskrades the gears of a steel material. If the efficiency at 30 ° C is almost identical to upper 80%, the efficiency diverges significantly with increasing temperature. The clearest difference is at temperatures of 110 ° C. If in the gear pump with the gears made of a steel material, the efficiency dropped in almost half, the efficiency is in a gear pump with gears made of aluminum material still in a range of about 80%.

Einen konstant höheren Wirkungsgrad für eine Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff zeigt ebenfalls das Diagramm in der 7. In der Ordinate ist der Wirkungsgrad in % und in der Abszisse die Umdrehungen der Zahnräder pro Minute aufgetragen. Die Versuche wurden bei einer konstanten Temperatur von 110°C und einem Druck von 20 bar durchgeführt. Die obere Kurve in der 8 mit den waagerechten Vierecken verdeutlicht den Verlauf des Wirkungsgrades mit steigender Drehzahl. Mit steigender Drehzahl nimmt der Wirkungsgrad zu und liegt letztlich bei einer Drehzahl von 3000 U/min bei ca. 90%. Auch der Wirkungsgrad der Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus einem Stahlwerkstoff nimmt mit steigender Drehzahl zu. Die Versuchergebnisse der Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus einem Stahlwerkstoff wurden mit Rauten in das Diagramm eingetragen. Beachtenswert ist hierbei, dass die Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus einem Stahlwerkstoff bei niedrigen Drehzahlen nahezu nicht einsetzbar ist, da der Wirkungsgrad bei 500 U/min bei nahezu 0% liegt.A constant higher efficiency for a gear pump with gears made of an aluminum material also shows the diagram in the 7 , In the ordinate the efficiency is plotted in% and in the abscissa the revolutions of the gears per minute. The experiments were carried out at a constant temperature of 110 ° C and a pressure of 20 bar. The upper curve in the 8th with the horizontal squares illustrates the course of the efficiency with increasing speed. With increasing speed, the efficiency increases and is ultimately at a speed of 3000 rev / min at about 90%. The efficiency of the gear pump with gears made of a steel material increases with increasing speed. The test results of the gear pump with gears made of a steel material were entered with rhombuses in the diagram. It is noteworthy that the gear pump with gears made of a steel material at low speeds is almost unusable, since the efficiency at 500 rev / min is almost 0%.

Letztlich kann aus den Diagrammen der 6, 7 und 8 deutlich abgelesen werden, dass die Auswahl der Werkstoffkombination von Pumpengehäuse zu Zahnrad einen entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad einer Zahnradpumpe ausübt, was letztlich mit den numerisch ermittelten Werten übereinstimmt.Ultimately, from the diagrams of the 6 . 7 and 8th be clearly read that the selection of the material combination of pump housing to gear wheel has a decisive influence on the efficiency of a gear pump, which ultimately coincides with the numerically determined values.

In den 8 und 9 sind weitere Versuchergebnisse eingetragen, die mit einer Zahnradpumpe mit einem Pumpengehäuse aus einem Aluminium-Druckguss und Zahnrädern aus einem Aluminiumwerkstoff durchgeführt wurden. In den Versuchen wurde der Einfluss der Ausbildung der Verzahnungen auf den Wirkungsgrad analysiert. So wurden Zahnräder mit Evolventenverzahnung und Zahnräder mit Zykloidenverzahnung gegenüber gestellt. Ermittelt wurde der Wirkungsgrad in Bezug auf eine steigende Drehzahl in der 8 und andererseits die Auswirkungen eines steigenden Drucks auf die Verzahnung und dessen Wirkungsgrad, wie in der 9 dargestellt. Die Versuche mit steigender Drehzahl wurden bei einer konstanten Temperatur von 80°C und einem Druck zwischen 3 und 15 bar durchgeführt. Aus der Tabelle in der 8 ist ersichtlich, dass die zykloidische Verzahnung der Zahnradpumpe unabhängig von der Drehzahl oberhalb der Werte liegt, die für eine evolventen verzahnte Zahnradpumpe ermittelt werden konnten. Zykloidische Verzahnungen haben den Vorteil, dass sie einerseits leiser abrollen und andererseits die Hertzsche Pressung zwischen den aneinander anliegenden Zahnrädern geringer ist. Eine geringere maximale Flächenpressung wirkt sich wiederum positiv auf den Verschleiß aus. Zu beachten ist, dass es ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Zahnräder nahezu oder identisch mit dem Wäreausdehnungskoeffizienten des Pumpengehäuses ist, so dass der Einsatz zykloidisch verzahnter Zahnräder möglich ist. Zykloidisch verzahnte Zahnräder sind empfindlich gegen eine Veränderung des Eingriffs, da die Zähne Hinterschnitte aufweisen können, wodurch auch minimale Ausdehnungen des Gehäuses und/oder der Zahnräder und Änderungen im Abstand der Wälzkreise zueinander das Abrollverhalten negativ beeinflussen können. Dieser Nachteil wird mit der Erfindung und der darin vorgeschlagenen Werkstoffkombination überwunden.In the 8th and 9 are entered further test results, which were carried out with a gear pump with a pump housing made of an aluminum die-cast and gears made of an aluminum material. In the experiments, the influence of the formation of the gears on the efficiency was analyzed. For example, involute gears and cycloid gears have been used. The efficiency was determined in relation to an increasing speed in the 8th and on the other hand, the effects of increasing pressure on the teeth and their efficiency, as in the 9 shown. The experiments with increasing speed were carried out at a constant temperature of 80 ° C and a pressure between 3 and 15 bar. From the table in the 8th It can be seen that the cycloidal toothing of the gear pump is independent of the speed above the values that could be determined for an involute geared gear pump. Cycloidal gears have the advantage that on the one hand they roll down more quietly and on the other hand the Hertzian pressure between the adjacent toothed wheels is lower. A lower maximum surface pressure in turn has a positive effect on the wear. It should be noted that it is an advantage of the invention that the coefficient of thermal expansion of the gears is nearly or identical to the coefficient of thermal expansion of the pump housing, so that the use of cycloidal gears is possible. Cycloidal gears are susceptible to change in engagement as the teeth may have undercuts, whereby even minimal expansion of the housing and / or the gears and changes in the pitch of the rolling circles relative to one another may adversely affect the rolling performance. This disadvantage is overcome with the invention and the combination of materials proposed therein.

In der 10 ist in der oberen Abbildung ein Zahn 30 eines Zahnrads 31 und in der unteren Abbildung eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche des Zahns 30 im gekennzeichneten Bereich des Zahnrads 31 wiedergegeben. Das Zahnrad 30 wurde in einem Dauertest bei 3000 U/min, 18 bar und 80°C über einen Zeitraum von vierhundert Stunden getestet. Wie die elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche des Zahns 30 zeigt, weist der Zahn 30 nahezu keine Verschleißerscheinungen auf. Als Werkstoff für das Zahnrad 31 war eine Aluminiumlegierung ausgewählt worden. Die Zähne 30 des Zahnrads 31 sind hierbei zykloidisch ausgebildet und das Zahnrad 31 war für die Versuche in einer außenverzahnten Zahnradpumpe eingebaut. Durch die günstige Werkstoffkombination Pumpengehäuse und Zahnrädern 31 aus einem Aluminium-Basiswerkstoff konnte einerseits ein gutes Eingriffsverhältnis gewährleistet werden und andererseits ein geringer Verschleiß erzielt werden.In the 10 is a tooth in the picture above 30 a gear 31 and in the figure below, an electron micrograph of the surface of the tooth 30 in the marked area of the gear 31 played. The gear 30 was tested in an endurance test at 3000 rpm, 18 bar and 80 ° C over a period of four hundred hours. Like the electron micrograph of the surface of the tooth 30 shows, the tooth points 30 almost no signs of wear. As a material for the gear 31 An aluminum alloy had been selected. The teeth 30 of the gear 31 are here formed cycloid and the gear 31 was installed for the experiments in an externally toothed gear pump. Due to the favorable material combination pump housings and gears 31 From an aluminum base material, on the one hand a good engagement ratio could be ensured and on the other hand, a low wear can be achieved.

In der 11 ist Zahnrad 32 abgebildet, das in einer außenverzahnten Zahnradpumpe einem Verschleißtest unterzogen wurden. Das Zahnrad wurden bei einer Drehzahl von 3000 U/min, bei einem Druck von 15 bar und einer Temperatur von 80°C getestet. Das Zahnrad 32 in der oberen Abbildung ist aus dem selben Aluminiumwerkstoff wie Zahnrad 31 hergestellt und wies nach einem Dauertest von 50 Stunden nahezu keine Verschleißerscheinungen an der Zahnflanke 33 auf. Eine nahezu verschleißfreie Oberfläche der Zahnflanke ist in der elektronenmikroskopischen Aufnahme unterhalb des Zahnrads 32 dargestellt.In the 11 is gear 32 that have been subjected to a wear test in an externally toothed gear pump. The gearwheel was tested at a speed of 3000 rpm, at a pressure of 15 bar and a temperature of 80 ° C. The gear 32 in the picture above is made of the same aluminum material as gear 31 made and showed after a long-term test of 50 hours almost no signs of wear on the tooth flank 33 on. An almost wear-free surface of the tooth flank is in the electron micrograph below the gear 32 shown.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 29516780 U1 [0004, 0013] - DE 29516780 U1 [0004, 0013]
• - EP 0667454 B1 [0005] - EP 0667454 B1 [0005]
• - DE 499675 [0006] - DE 499675 [0006]

Claims (9)

Zahnradpumpe (5, 15) mit einem Pumpengehäuse (6, 16), mindestens einem angetriebenen, außenverzahnten Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) als Rotor, wobei das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) ein pulvermetallurgisch hergestelltes Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) ist, einem Zulauf (9, 19) zur Zuführung eines Mediums und einen Ablauf (10, 20) zum Abführen des Mediums, wobei mittels des Zahnrads (7, 8, 17, 18, 31, 32) das Medium vom Zulauf (9, 19) zum Ablauf (10, 20) durch die Zahnradpumpe (5, 15) hindurch fördert, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) aus einem Aluminium-Werkstoff gebildet istGear pump ( 5 . 15 ) with a pump housing ( 6 . 16 ), at least one driven externally toothed gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) as a rotor, wherein the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) a powder metallurgical gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ), a feed ( 9 . 19 ) for supplying a medium and a process ( 10 . 20 ) for discharging the medium, wherein by means of the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) the medium from the inlet ( 9 . 19 ) the end ( 10 . 20 ) through the gear pump ( 5 . 15 ), characterized in that the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) is formed of an aluminum material Zahnradpumpe (5, 15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) aus einem Werkstoff gebildet ist, der zumindest Kupfer und/oder Magnesium und/oder Silizium und/oder Zink enthält.Gear pump ( 5 . 15 ) according to claim 1, characterized in that the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) is formed of a material containing at least copper and / or magnesium and / or silicon and / or zinc. Zahnradpumpe (5, 15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet ist, der für die Erhöhung der Verschleißfestigkeit feine Partikel, insbesondere Partikel der Form Al₂O₃ und/oder SiC und/oder Si, enthält.Gear pump ( 5 . 15 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) is formed of an aluminum material containing fine particles, in particular particles of the form Al ₂ O ₃ and / or SiC and / or Si, for increasing the wear resistance. Zahnradpumpe (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) eine Evolventen- oder Zykloidenverzahnung (25, 30) aufweist.Gear pump ( 5 . 15 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) an involute or cycloidal toothing ( 25 . 30 ) having. Zahnradpumpe (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) schrägverzahnt ausgebildet ist.Gear pump ( 5 . 15 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) is helically formed. Zahnradpumpe (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zahnräder (7, 8, 17, 18, 31, 32) in der Zahnradpumpe (5, 15) angeordnet sind wobei das erste Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) um eine erste Drehachse und das zweite Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) um eine zweite Drehachse drehbar ist und die Zähne (25, 30) der Zahnräder (7, 8, 17, 18, 31, 32) ineinander eingreifen, so dass eine außenverzahnte Zahnradpumpe (5, 15) gebildet ist.Gear pump ( 5 . 15 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two gears ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) in the gear pump ( 5 . 15 ) are arranged wherein the first gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) about a first axis of rotation and the second gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) is rotatable about a second axis of rotation and the teeth ( 25 . 30 ) of the gears ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) engage each other so that an externally toothed gear pump ( 5 . 15 ) is formed. Zahnradpumpe (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein innenverzahntes und ein außenverzahntes Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) in der Zahnradpumpe (5, 15) angeordnet sind, wobei das außenverzahnte Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) in das innenverzahnte Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) eingreift, so dass eine innenverzahnte Zahnradpumpe (5, 15) gebildet ist.Gear pump ( 5 . 15 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one internally toothed and an externally toothed gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) in the gear pump ( 5 . 15 ), wherein the externally toothed gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) in the internally toothed gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) engages, so that an internally toothed gear pump ( 5 . 15 ) is formed. Zahnradpumpe (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (6, 16) aus einem Aluminium-Werkstoff (1) gebildet ist.Gear pump ( 5 . 15 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pump housing ( 6 . 16 ) of an aluminum material ( 1 ) is formed. Zahnradpumpe (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (6, 16) einen zum Zahnrad (7, 8, 17, 18, 31, 32) identischen oder nahezu identischen Ausdehnungskoeffizienten (α) aufweist.Gear pump ( 5 . 15 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pump housing ( 6 . 16 ) one to the gear ( 7 . 8th . 17 . 18 . 31 . 32 ) has identical or nearly identical coefficients of expansion (α).