-
Hochdruck-Zahnradpumpe.
-
Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Zahnradpumpe mit axialer und
radialer Druckkompensierung, die ein angetriebenes Ritzel, ein mit diesem kämmendes,
innenverzahntes, zum größten Teil hydrostatisch entlastetes Hohlrad und ein drehbar
gelagertes Füllstück zwischen den beiden Zahnnidern aufweist, wobei einerseits zum
axialen Druckausgleich eine
eingespannte, unter der Wirkung eines
im Gehäusedeckel angeordneten axialen Kompensationsdruckfeldes stehende, relativ
dünne Blechplatte vorgesehen ist, und andererseits das radial wirkende Kompensationsdruckfeld
am Umfang des Hohlrades oder am Umfang des das Hohlrad umgebenden Lagerringes mittels
zweier Dichtleisten, die sich mindestens über die gesamte Breite der Zahnräder erstrecken,
begrenzt wird, nach Patent . . . . . . . . . (Patentanmeldung P 20 35 575.3).
-
Während sich der Gegenstand der Hauptanmeldung nur auf kleinere Pumpen
bezog, wird im Rahmen vorliegender ßrfindung angestrebt, die gemachten Erkenntnisse
auch auf röhre Pumpen anzuwenden, da sie auch bei diesen von Vorteil sind. Außerdem
wird eine einfachere, preiswertere und dabei sicherere Innenzahnradpumpe angestrebt,
die nicht nur einen hohen Betriebsdruck und eine höhere Temperatur zuläßt, sondern
auch einen großen Wirkungsgrad und eine hohe Lebensdauer hat0 Um diese Aufgaben
zu lösen, wird die Gehäusebohrung im Gehauseteil der tumpe geringfügig oval ausgedreht
oder geräumt und zwar in der Form, daß das Innenmaß der Gehäusebohrung über den
Mittelpunkt des Hohlrades und den ittelpunkt der Ritzelwelle gemessen, dem Außendurchmesser
des Hohlrades entspricht und im übrigen bereich größer ist als der Außendurchmesser
des Hohlrades. In weiterer Ausgestaltung
des Gegenstandes der Erfindung
werden die Dichtleisten als Gleitschuhe ausgebildet; damit sie eine größere Auflagefläche
auf dem Hohlrad haben als die Führung im Gehäuseteil lang ist, wobei der Raum zwischen
den Gleitschuhen mit dem Druckraum verbunden ist.
-
Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen, in denen ein
Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Pumpe dargestellt ist, näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt die Pumpe im Schnitt längs der Linie I - I in Fig. 4,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Pumpe gemäß Fig. 1, Fig. 3 den Ausschnitt
gemäß Fig. 2 in Pfeilrichtung III gesehen, Fi. 4 einen Schnitt längs der Linie II
- II in Fig. 1, Fig. 5 und Fi. 6 vergrößerte Ausschnitte aus der Pumpe nach Fig.
4. und Fig. 7 einen Axials-chnitt durch eine weitere Pumpe.
-
Bei der dargestellten Innenzahnradpumpe ist das Ilohlrad nur als strich-punktierte
Linie angedeutet. Auf die Darstellung
des Füllstückes und des Ritzels
wurde verzichtet, um die Ausbildung der Seitenplatte zu erkennen.
-
Die Gehäusebohrung 42 im Gehäuseteil 43 ist geringfügig oval ausgebildet,
so daß das Hohlrad an den Punkten 44 und 45 gegen eine Verschiebung in Pfeilrichtung
46 gesichert ist.
-
Damit kann das Hohlrad mit einem definierten Achsabstand und mit definiertem
Flankenspiel zum Ritzel laufen, wobei das Hohlrad den Durchbiegungs-Ausgleich der
Ritzelwelle und den Verschleißausgleich am Füllstück in der Pfeilrichtung 47 mitmachen
kann0 Selbstverständlich werden durch diese Bewegungsmöglichkeit auch die Toleranzen
an der Ritzelwelle, dem Füllstück und dem Hohlrad ausgeglichen0 Die ovale Bohrung
42 im Gehäuse 43 kann auf einfache Art, z.B. dadurch hergestellt werden, daß diese
Bohrung 42 einmal exzentrisch zum hohlrad-I!Iittelpunkt um den Abstand a 1 mit dem
Radius R und dann nochmals mit dem Abstand a 2 und dem gleichen Radius R ausgedreht
wird. bine weitere einfachere Art der Herstellung ist durch das Räumen gegeben.
Das Räumen hat in diesem Fall noch den Vorteil, dalS die Aufnahmetaschen 48 für
die Gleitschuhe 49 in einem arbeitsgang mitgemacht werden ]:önnen, Ein weiterer
Erfindungsgedanke besteht darin, daß die düIme Seitenplatte 41 als Stanzteil ausgebildet
wird, bei dem
sämtliche Steuerkanten durch einfache Stanzschnitte
hergestellt werden können. Gerade bei kompensierten Verdrängermaschinen ist es notwendig,
die Druckräume eindeutig zu begrenzen, so daß nicht durch die unterschiedlichen
Betriebsbedingungen eine Änderung der vom Druck beaufschlagten Blåchen eintritt,
Bei der erfindungsgemäßen Seitenplatte 41 verhindern die beiden Durchbrüche 50,
daß der Druck in den Zahnradlücken bereits in d-iesem Bereich ansteigt, da diese
die Zahnradlücken mit der Saugseite der Pumpe verbinden.
-
Die beiden Durchbrüche 51 verbinden die Zahnradlücken an dieser Stelle
eindeutig mit dem Druckraum innerhalb des Axialdruckfeldes 52, das gestrichelt dargestellt
ist.
-
Damit der Druck in den Zahnradlücken nicht schlagartig ansteigt, wenn
sich die Zahnradlücken von den Durchbrüchen 50 zu den Durchbrüchen 51 bewegen, sind
im Zwischenbereich 2 weitere kleine Düsenbohrungen 53 angeordnet, die den Druck
über etwas weniger als eine Zahnteilung kontinuierlich ansteigen lassen.
-
Bei Zahnradpumpen besteht immer die Gefahr, daß im Bereich des Zanneingriffes
auf der Druckseite ein gewisses Restvolumen zwischen den Zähnen eingeschlossen wird,
das durch die Bewegung der Zähne verdichtet und über sehr enge Spalte in den Druckraum
oder auch Saugraum gequetscht wird. Bei üblichen Zahnradpumpen werden um dies zu
vermeiden, sogenannte Quetschöl-i;ntlastungsnuten oder aschen in die eitenplatten
gefrast.
Diese Fräsoperation ist sehr teuer, insbesondere auch deshalb, weil die Genauigkeitsanforderung
hoch ist. bei der erfindungsgemäßen Seitenplatte 41 kann diese 4uetschölentlastungsnut
auf einfache Art und Diese und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden (siehe hos.54).
-
Das in den Durchbruch 54 geförderte (51 kann dann durch die Bohrung
55 wieder in den Druckraum der Pumpe zurückfließen, ohne daß dadurch ein erhöhter
Energieaufwand notwendig ist.
-
In der Fig. 1 ist ein weiterer Erfindungsgedanke dargestellt, der
die Schmierung des Ritzelwellenlagers betrifft. lLydraulik-Zahnradpumpen werden
normalerweise durch das Jördermedium der Pumpe geschmiert. Die erfindungsgemäße
Pumpe soll insbesondere für Ausrüstung von mobilen Geräten dienen.
-
Diese Fahrzeuge werden sowohl in heißen als auch in kalten Klimazonen
eingesetzt. Daraus ergibt sich, daß in kalten Zonen mit einer Starttemperatur von
weniger als minus 30° C und in heißen Zonen mit einer Betriebstemperatur von etwa
plus 1000 C gerechnet werden muß. Aus diesen Gründen mußte eine Möglichkeit der
Schmierölversorgung des Ititzelwellenlagers gefunden werden, die garantiert, daß
bei jeder Viskosität eines Hydrauliköles innerhalb des angegebenen Temperaturbereiches
mehr öl durch die Schmiernut geführt wird, als vom Lager gebraucht wird. Diese Forderung
wird erfüllt durch die kombination einer schraubenförmigen Nut 56 im Lager, die
in der asche 57 mündet, welche durch Ausstanzen
der Seitenplatte
41 gebildet wird0 Diese Tasche 57 liegt in dem Bereich, in dem die Zähne der beiden
Zahnräder, aus dem die zugehörigen Lücken herausgehen und in welchem demzufolge
ein Vakuum entsteht. Bei sehr hoher Viskosität, wie sie beim Starten der Hydraulikanlage
in kalten Zonen vorliegt, ist der Saugeffekt durch die Bchmiernut nicht sehr groß,
weil die Pumpe ohnehin unter praktisch absolutem Vakuum arbeitet, Dafür ist jedoch
der Mitschleppeffekt bei hoher Viskosität sehr ausgeprägt, womit die Versorgung
des Lagers mit Schmieröl auch bei diesen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.
Bei niedriger Viskosität ist jedoch der Mitschleppeffekt in der schraubenförmigen
Nut 56 nicht ausreichend0 Dafür ist das Ansaugen des Schmieröles über die Tasche
57 völlig ausreichend.
-
Wie bereits erwihnt, sind die Flügel oder Leisten der Pumpe des ilauptpatents
als Gleitschuhe 49 ausgebildet. Diese Gleitschuhe sind in den Fig. 2 und 3 vergrößert
dargestellt, dabei werden j jeweils zwei Gleitschuhpaare durch eine gestanzte Bohrung
58 vom ,aialfeld gespeist, Das Drucköl geht hierbei über den Durchbruch 58 bzw.
55 über die Bohrungen 58 in den Raum zwischen den Gleitschuhen 49 und zwischen dem
Hohlrad-Außendurchmesser 40 und der Gehäuseausdrehung 42 mit dem Radius R. Von dort
kann das Drucköl durch die Verbindungsnut 59 in die Entlastungstasche 60 und über
die Bohrungen 61 in
den Raum 62 zwischen den Gleitschuhen 49 und
dem Gehäusemittelteil 43 fließen. Die Gleitschuhe 49 werden dadurch am Hohlrad angedrückt.
Da beim Leerlauf, also Betriebsdruck Null diese hydrostatische Kraft resultierend
aus der Überkompensation nicht wirksam ist, sind zwischen den Gleitschuhen 49 und
dem Gehäusemittelteil 43 die Blattfedern 63 angeordnet, die die Gleitschuhe auch
in diesem Betriebs zustand an das iiohlrad, dieses an das Füllstück und das Füllstück
am Kopfkreis der ritzelwelle andrückt Dadurch, daß der Raum zwischen den Gleitschuhen
unter Druck steht, wird jeder Gleitschuh an die Fläche 64 gedrückt und dichtet dort
spielfrei und metallisch ab. Ein Gummidichtteil ist deshalb bei dieser Ausführungsart
nicht notwendig. Dies hat den Vorteil, daß man auf die Temperaturfestigkeit des
Dichtteiles nicht angewiesen ist0 Die Fig. 1 zeigt, daS jeweils 2 Gleitschuhpaare
ein Feld der Länge L darstellen. Der Zwischenraum 65 zwischen den beiden mittleren
Gleitschuhen wird mit der Saugseite der Pumpe über die ilut G6 den Ringkanal 67
und die Begrenzungsinuten 68 verbunden. Normalerweise würde man mit den beiden äußeren
Gleitschulen auskommen und könnte die beiden mittleren Gleitschuhe entfallen lassen.
Dann würde die Ausbildung des Kompensationsfeldes demjeni gen des Haurtpatents entsprechen,
was jedoch den Nachteil hat, daß das Hohlrad einer sehr noben Biege-
Wechselspa-nnung
unterworfen ist. Dies erWi,ibt sich dadurch, daß das äußere Kompensationsfeld, also
die Fläche zwischen den Flügel in seiner Flächengröße nur geringfügig größer sein
soll, als das Feld auf der Innenseite des Hohlrades0 Da äedoch der Hohlradaußendurchmesser
natürlicherweise erheblich größer ist, als der Hohlradinnendurchmesser, müßte der
von den Flügeln eingeschlossene :winkel kleiner werden als der Umfangswinkel, der
vom Druck beaufschlagten Innenfläche des Hohlrades, Aufgrund dieser Tatsache ergibt
sich ein Biegemoment das versucht, das Hohlrad im Bereich des Druckraumes gerade
zu biegen. Durch Abstimmung des Abstandes zwischen den beiden mittleren Gleitschuhen
kann das Biegemoment so weit reduziert werden, daß es vernachlässigt werden kann.
-
In der Fig. 4 sind auch die Fixierstifte 83 dargestellt, auf deren
Darstellung in der Fig. 1 verzichtet wurde. Aus dieser Figur ergibt sich, daß die
Seitenplatte 41 zwischen den Gehäuseteilen 84 und 43 nicht eingespannt ist, sondern
mit geringfügigem axialen Spiel in der Ausdrehung 69 des Gehäuseteiles 84 gegen
Drehung fixiert oder axial verschiebbar angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß
bei unterschiedlicher Temperatur der Ritzelwelle des Füllstückes, des Hohlrades
und des Gehäusemittelteiles wie sie beim Kaltstart auftritt, das aufgrund der höheren
Temperatur dickste Teil der Seitenplatte 41 in Achsrichtung der Welle wegdrücken
kann, womit ein Festlaufen
(fressen) geen-über der Seitenplatte
oder dem Gehäuseteil 70 vermieden wird0 Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen außerdem einen
weiteren Brfindungsgedanken, der sich mit der genauen Fixierung der beiden Deckelteile
84 und 70 zu dem Gehäusemittelteil 43 befaßt. Bei Pumpen, mit Lagerung der Welle
71, in zwei verschiedenen Gehäuseteilen ergibt sich immer wieder das problem, daß
die beiden Deckelteile 84 und 70 einer genauen Fixierung zueinander bedürfen.
-
Üblicherweise wird diese Fixierung über Zylinderstifte oder Kegelstifte
gemacht, für die Bohrungen in den Gehauseteilen hergestellt werden müssen, an die
sehr hohe Anforderungen in der Genauigkeit bezüglich Durchmesser und Lagetoleranz
gestellt werden müssen. Ein weiterer bekannter 9eg wird üblicherweise-beschritten,
bei dem man die Gehäuseteile in einer Vorrichtung zusammenspannt, miteinander bohrt,
die Zeile von Spinnen reinigt und beim endgültigen nusammenbau der Pumpe miteinander
verstiftet. Da dieses gemeinsame bohren der eile in der Montage gemacht werden muß,
besteht die Gefahr, daß die späne bei der anschließenden Fertigmontage wieder i
die Pumpe kommen können. außerdem hat das gemeinsame Bohren den Nachteil, daß beim
Austausch eines der Gehauseteile die Bohrungen nicht mehr übereinstimmen und damit
auch die beiden
anderen zeile entweder angebohrt oder weggeworfen
werden müssen0 Bei der Pumpe entsprechend Fig. 4, 5 und 6 werden diese nachteile
vermieden. Das Mittelteil 43 erhält auf beiden Planflächen je 2 Zentrierbohrungen
72, die etwas konisch ausgebildet sind und in einer Lage nicht sehr genau stimmen
müssen. Die beiden Deckelteile 84 und 70 werden ebenfalls mit je 2 zylindrischen
Bohrungen versehen, die grob gebohrt sein können. Bei der Montage werden die Teile
43, 84 und 70 zusammen in einer Vorrichtung gespannt, wobei diese nach der Ritzelwellenbohrung
und der Bohrung für den Füllstück -stift 74 (siehe Fig. 1) ausgerichtet werden.
Die Bolzen 83 werden in der Form wie sie Fig. 5 darstellt, in die Bohrungen 73 eingeführt
und durch eine Presse mit einem Stempel, in die in der Xig. 6 gezeigten Form geformt.
Die Bolzen 83 werden aus einem leicht-kaltverformbaren Material hergestellt0 beim
Austausch eines der drei Teile 84, 43 oder 70 braucht nur noch der verformte Stift
83 ausgepresst und weggeworfen werden. Die teueren Gehäuseteile können nach wie
vor verwendet werden Bei der Plattenbauweise der Pumpe, wie sie in den Fig. 1 bis
6 dargestellt ist, müssen die radialen kräfte innerhalb der Pumpe durch reibschluß
zwischen den Gehäuseteilen 84, 43 und 70 aufgenommen werden, d.h. die Schrauben
75 (siehe lsig. 1)
müssen so stark vorgespannt werden, daß diese
Vorspannung eine so große Reibung zwischen den Gehäuseteilen verursacht, daß auch
bei höchstem Druck keine Verschiebung auftritt.
-
Dies erfordert bei Pumpen, die bei hohen und stark wechselnden Drücken
eingesetzt werden, eine Vielzahl von Schrauben 75o Dieses Problem wird bei Ausbildung
der Gehäuseteile entsprechend Fig. 7 umgangen. Hier hat das Gehäusemittelteil 76
einen Außenbund, der in einer ausnehmung der Deckelteile 77 und 78 eingreift. Dabei
brauchen die Schrauben 79 nur noch die axiale Belastung durch das ompensationsfeld
80 aufzunehmen0 In diesem Falle ist es aber notwendig, daß beiderseits eine Seitenplatte
81 bzw. 82 angeordnet wird, da die vertiefte Planfläche nur mit hohem Aufwand in
der Qualität hergestellt werden kann, wie sie für eine Lauffläche und zur Dichtung
benötigt wird.