DE3045192C2 - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Es sind Zahnradpumpen bekannt, deren Punipenräder -aus Metall bestehen. Bei derartigen Zahnradpumpen sind die Pumpleistung und insbesondere der maximale Förderdruck stark abhängig von der Maßgenauigkeit der Pumpenräder sowie der benachbarten, mit diesen zusammenwirkenden Gehäusebereiche. Dies führt zu erheblichem Aufwand bei der Herstellung dieser Teile. Außerdem ergibt sich ein hohes Laufgerausch bei Berührung der metallenen Zahnflanken.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind auch Zahnradpumpen mit Zahnrädern aus einem geeigneten Kunststoff bekanntgeworden. Derartige Pumpenräder aus Kunststoff weisen jedoch geringen Verschleißwiderstand auf, so daß bereits alleine durch natürlichen Verschleiß ein früher Ausfall der Pumpe bzw. ein relativ rasches Absinken des mit der Pumpe erreichbaren Förderdruckes erfolgen. Insbesondere bei höheren Temperaturen, etwa über 100⁰C, nimmt der Verschleiß schnell zu, und ergeben sich darüber hinaus Probleme mit Bezug auf die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Pumpenrad und Pumpengehäuse, das in der Regel als metallenes Gußgehäuse ausgeführt ist.

Bei einer gattungsgemäßen, aus der US-PS 29 66 860 bekannten Zahnradpumpe besteht das eine Pumpenrad aus Metall und das andere, mit ihm kämmende Pumpenrad aus einem Kunststoff. Hierdurch wird eine Zahnradpumpe geschaffen, die gegenüber einer Pumpe mit Pumpenrädern aus Metall ein erheblich vermindertes Laufgeräusch aufweist, gegenüber Pumpen mit Pumpenrädern aus Kunststoff jedoch einen erheblich erhöhten Verschleißwiderstand besitzt und bei Verschleiß schnell und einfach durch Austausch des Pumpenrades aus Kunststoff repariert werden kann.

Probleme ergeben sich jedoch immer noch bei Förderung von Flüssigkeiten mit relativ hohen Temperaturen bis beispielsweise 130⁰C. Da das Pumpengehäuse aus Metall bestehen soll, ergibt sich eine gute Werkstoffkompatibilität mit dem Pumpenrad aus Metall, führen jedoch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoff und Metall dazu, daß das Pumpenrad aus Kunststoff im Falle enger Toleranzen bei hohen Temperaturen festfrißt oder wenn die Pumpe auf eine Arbeit bei diesen Temperaturen ausgelegt ist, bei niederen Temperaturen einen großen Verlustspalt aufweist, so daß die Pumpleistung absinkt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff b5 des Anspruchs zu schaffen, welche über einen weiten Temperaturbereich mit geringem Verlustspalt und dennoch ohne Gefahr eines Festfressens arbeitet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs.

Dadurch wird erreicht, daß der radiale Ausdehnungskoeffizient des Kunststoffes an den Ausdehnungskoeffizienten des metallenen Pumpengehäuses besser angepaßt ist, wie dies im Bereich des treibenden Pumpenrades aus Metall oder einem ähnlichen Werkstoff ohne besondere Zusatzmaßnahmen der Fall ist oder problemlos erreicht werden kann. Dadurch werden unterschiedliche Wärmeausdehnungen in radialer Richtung zwischen dem Pumpenrad aus Kunststoff und dem Pumpengehäuse sowie dem treibenden Pumpenrad aus hartem Werkstoff nivelliert oder gänzlich ausgeschaltet und dadurch der bei auftretenden Temperaturschwankungen problematische Bereich am Umfang des Pumpenrades aus Kunststoff weitgehend oder gänzlich beseitigt

Eine solche Ausbildung des getriebenen Pumpenrades aus Kunststoff mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der axialen und radialen Richtung läßt sich dadurch erzielen, daß das Pumpenrad unter Einhaltung entsprechender Parameter extrudiert oder stranggepreßt wird, was durch entsprechende Druckbeaufschlagung in der plastischen Phase zu dem gewünschten Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten in Abhängigkeit von der betrachteten Richtung führt. Während die so erreichte Krhöhung des radialen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine entsprechende Anpassung an den Ausdehnungskoeffizienten von Metall oder ähnlichen Werkstoffen ergibt, läßt sich durch die damit einhergehende Verminderung des axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten der zusätzliche Vorteil erreichen, daß axiale Anschläge zur Positionierung des getriebenen Pumpenrades auf seinem Lagerzapfen mit engen Toleranzen an den Flanken des getriebenen Pumpenrades anliegen können, ohne daß ein Klemmen zu befürchten ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer zeichnerisch dargestellten Ausführungsform näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe.

Die in der Zeichnung veranschaulichte Zahnradpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 in Form eines metallenen Gußgehäuses auf, welches einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 für die zu pumpende Flüssigkeit besitzt. Die Auslässe 2 und 3 fluchten im wesentlichen miteinander und liegen in Höhe des Eingriffsbereiches eines treibenden Pumpenrades 4 aus Stahl und eines angetriebenen Pumpenrades 5 aus Polytetrafluorethylen, welches frei auf einem Lagerzapfen 6 drehbar ist. Die Zahnspitzen der Pumpenräder 4 and 5 laufen über den überwiegenden Teil der Radumfänge mit engem Spalt an einer Innenwandfläche 7 des Pumpengehäuses 1, so daß benachbarte Zähne der Pumpenräder 4 und 5 die zu pumpende Flüssigkeit in den Zahnlücken einschließen können. Die zu pumpende Flüssigkeit gelangt also über den Einlaß 2 zur Austrittsseite des Eingriffsbereiches der miteinander kämmenden und gemäß den eingezeichneten Pfeilen drehenden Pumpenräder 4 und 5, wo die Zähne des jeweiligen Gegenrades aus den Zahnlücken austreten und diese daher als Aufnahmetaschen für Flüssigkeit zur Verfügung stehen. Die Flüssigkeit wird dann in den Zahnlücken entlang der Innenwände 7 des Pumpengehäuses 1 über eine annähernd volle Umdrehung der Pumpenräder 4 und 5 mitgeführt und an der Eintrittsseite des Eingriffsberei-

ches beider Pumpenräder 4 und 5 durch den Eingriff der Zähne des jeweiligen Gegenrades wieder aus den Zahnlücken verdrängt sowie durch den Auslaß 3 herausgedrückt

Das metallene Pumpenrad 4 ist auf seiner Antriebsweile 8 aufgekeilt und wird so von einem nicht näher dargestellten Antrieb aus gedreht, wobei die Übertragung des Drehmomentes auf den Verzahnungsbereich des Pumpenrades 4 mit Rücksicht auf die Festigkeit des metallenen Werkstoffes keine Probleme bereitet Das Pumpenrad S aus Polytetrafluorethylen dreht durch den Eingriff mit dem Pumpenrad 4 aus Metall auf dem Lagerzapfen 6 mit, wobei lediglich geringe Kräfte auftreten, die geringen Verschleiß ergeben. Axiale oder radiale Spannkräfte brauchen auf das Pumpenrad 5 is nicht ausgeübt zu werden.

Das Pumpenrad 5 aus Polytetrafluorethylen mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 20 und 30%, vorzugsweise bei 35%, wird als Strangpreßteil hergestellt, wozu zunächst eine Stange mit einem der Zahnung entsprechenden Umfang extrudiert wird, von der dann die einzelnen Pumpenräder 5 abgelängt werden. Auf diese Weise sind Pumpenräder 5 sehr billig herzustellen und können problemlos für Reparaturen bereitgehalten werden, die bei der Zahnradpumpe lediglich im Bereich des vom Werkstoff her erheblich schwächeren Pumpenrades 5 auftreten können. Im Falle einer erforderlichen Reparatur braucht dieses nach Öffnung des Pumpengehäuses 1 lediglich vom Lagerzapfen 6 abgezogen und durch ein neues Pumpenrad 5 ersetzt zu werden. Durch Strangpressung des Pumpenrades 5 ergibt sich weiterhin der Vorteil einer Orientierung gewisser Eigenschaften in radialer und axialer Richtung, wobei der Wärmeausdehungskoeffizient in radialer Richtung höher ist als derjenige in axialer Richtung. Dadurch wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des Pumpenrades 5 aus dem erläuterten Kunststoffmaterial in radialer Richtung demjenigen des Pumpengehäuses 1 aus Metall angepaßt so daß auch bei wechselnden Temperaturen zwischen etwa 20" C und 130° C ein Spalt gewünschter Größe zwischen den Zahnspitzen und der Innenwand 7 des Pumpengehäuses 1 verbleibt und Weder ein Festklemmen bei hohen Temperaturen noch eine übermäßige Leckströmung bei niedrigen Temperaturen auftreten.

Weiterhin kann auf einer einzigen Antriebswelle 8 auch eine Mehrzahl von Sätzen metallener Pumpenräder 4 mit damit in Eingriff stehenden Pumpenrädern 5 aus Kunststoff nebeneinander angeordnet werden, wie dies etwa zu dem Zweck bekannt ist, durch entsprechend umfangsversetzte Anordnung der Zahnung derartiger benachbarter Pumpenräder 4 und 5 die Förderstrompulsation zu verringern und die Gesamtförderleistung der Pumpe zu erhöhen.

Der Kunststoff für das Pumpenrad 5 ist bevorzugt mit einem Füllmaterial wie Kohlenstoff, MoS₂, Glasfaser, Edelstahl, Bronze oder dgl. versehen. Derartige Füllmaterialien dienen zur selektiven Beeinflussung bestimmter interessierender Eigenschaften des Kunststoffes und haben im Rahmen der vorliegenden Erfindung den besonderen Zweck, ein langsames Fließen des Kunststoffes unter Druck zu vermeiden, was zu einer allmählichen Verformung des Pumpenrades 5 aus Polytetrafluorethylen oder einem anderen geeigneten Kunststoff führen könnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zahnradpumpe mit einem Pumpengehäuse aus Metall und mit wenigstens zwei Pumpenrädern, von denen eines treibt und aus einem harten Werkstoff wie insbesondere Metall besteht, und wenigstens ein weiteres angetrieben ist und aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (5) aus Kunststoff einen gegenüber seinem axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten größeren radialen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt