DE8033530U1 - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. R. LEMCKE

DR.-ING. H. J. BROMMER

AMALIENSTRASSE 28

KARLSRUHE 1

Hartwig Paulsen, Karlstraße 26, 7500 Karlsruhe 1

Zahnradpumpe

Die Neuerung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere für niederviskose Flüssigkeiten und hohe Förderdrücke, bestehend aus einem im Pumpengehäuse drehbar gelagerten äußeren Zahnrad und einem darin exzentrisch gelagerten inneren Zahnrad, das einerseits mit dem Außenzahnrad kämmt und auf der gegenüberliegenden Seite durch ein Kreissegment von ihm getrennt ist, wobei an den beiden dazwischenliegenden Bereichen eine Zu- bzw. Abführleitung mündet.

Zahnradpumpen mit den oben genannten technischen Merkmalen sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Sie sind jedoch zur Förderung niederviskoser Flüssigkeiten und für hohe Förderdrücke nur bedingt geeignet. Denn bei derartigen Betriebsbedingungen führt das unvermeidliche Spiel zwischen den Zahnrädern und dem Pumpengehäuse zu erheblichen Spaltströmungen, insbesondere zu einer Rückströmung der Förderflüssigkeit von der Abführleitung zur Zuführleitung. Dies wird noch dadurch erleichtert, daß man zwecks Erzielung eines guten Pumpenwirkungsgrades bestrebt ist, die Zu- und die Abführleitung der Pumpe nahe benachbart anzuordnen, damit ein möglichst großer Umfangsbereich der Verzahnung als aktiver Förderbereich zur Verfügung steht.

Sollen derartige Zahnradpumpen für niederviskose Flüssigkeiten und hohe Förderdrücke verwendet werden, muß ein anderes Gußgehäuse verwendet werden, bei dem die Zu- und Abführleitungen weiter voneinander entfernt sind und die Rückströmung der Förderflüssigkeit erschwert wird. Diese Maßnahme ist jedoch sehr kostenaufwendig. Auch ist dadurch der Wirkungsgrad der Pumpe irreversibel verschlechtert.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Neuerung darin, eine Zahnradpumpe der beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie wahlweise auch für niedorviskose Flüssigkeiten und hohe Förderdrücke geeignet ist, ohne daß hierzu Änderungen am Gußmodell für das Pumpengehäuse notwendig sind. Insbesondere soll die Mög-

lichkeit gegeben sein, die bekannten Zannradpumpen noch nachträglich für niederviskose Förderflüssigkeiten umzurüsten.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß das äußere Zahnrad in einer im Pumpengehäuse ortsfest angeordneten Buchse läuft, die sich über die gesamte Axiallänge der Verzahnung und der sich ggf. axial anschließenden Zu- und Abführleitung erstreckt und beidseits axial übersteht und daß sie im Mündungsbereich der Zu- bzw. Abführleitung je eine Durchtrittsöffnung für die Förderflüssigkeit aufweist und die Durchtrittsöffnungen einen geringeren Querschnitt und eine größere Distanz in Umfangsrichtung aufweisen als die Mündungen der Zu- und Abführleitungen.

Durch diese Maßnahmen werden die Zu- und AblaufÖffnungen am äußeren Zahnrad weiter voneinander distanziert, als dies im Gußgehäuse der Fall ist. Dadurch ergibt sich eine größere Spaltlänge zwischen den Zu- und Ablauföffnungen und der bei niederviskosen Flüssigkeiten und hohen Förderdrücken übliche Rückfluß wird drastisch verringert. Zum Einbau der Buchse ist es lediglich notwendig, die Aufnahmebohrung des herkömmlichen Pumpengehäuses um einige Millimeter weiter auszudrehen bzw. auszubohren, um der Buchse den erforderlichen Einbauraum in radialer Richtung zur Verfügung zu stellen. Die Größe und die Position der Durchtrittsöffnungen in der Buchse zur Zu- bzw. zur Abführleitung können optimal an die vorgegebenen Betriebsbedingungen angepaßt werden. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, Pumpen für niederviskose Flüssigkeiten, bei denen relativ kleine, weit von-

einander entfernte Durchtrittsöffnungen angebracht sind, nachträglich für hochviskose Flüssigkeiten oder für geringe Förderdrücke umzurüsten, indem eine Buchse eingesetzt wird, deren Durchtrittsoffnungen hinsichtlich ihrer Größe und Position an die Mündungen der Zu- und Abführleitungen im Gußgehäuse angepaßt sind.

Die neuerungsgemäße Zahnradpumpe läßt sich somit in Abhängigkeit von den vorgegebenen Betriebsbedingungen stets auf den optimalen Pumpen-Wirkungsgrad abstimmen.

Schließlich bietet die Buchse noch den Vorteil, daß sie in einem anderen Werkstoff als das Gußgehäuse ausgeführt werden kann, nämlich als Spezialbronze mit Notlaufeigenschaften. Durch ihre besseren Lagereigenschaften kann sie in höherem Maße zur Mitlagerung des äußeren Zahnrades herangezogen werden, wodurch die Lager entlastet werden und eine längere Lebensdauer erhalten.

Zweckmäßigerweise ist die Buchse als einfaches, axial austauschbares Steckelement ausgebildet, so daß sie nach Abnahme des TTlanschdeckels aus dem Pumpengehäuse herausgezogen und durch eine entsprechend andere Buchse ersetzt werden kann.

Bei den meisten Bauformen der eingangs beschriebenen Zahnradpiimpe ist das äußere Zahnrad als Kronenrad ausgebildet. Dabei ist es bekannt, daß sich das Kronenrad mit seiner rückwärtigen Stirnfläche unter Zwischenlage einer drehfest gelagerten Ausgleichsscheibe am Pumpengehäuse abstützt und die Ausgleichsscheibe beidseits mit koaxialer

Ringnuten versehen ist, die durch eine Axialbohrung miteinander verbunden sind und von der Pumpflüssigkeit beaufschlagt sind. Diese Ausgleichsscheibe dient zur Abstützung des Kronenrades gegen die von der Förderflüssigkeit ausgeübte axiale Sprengkraft. Besonders zweckmäßig ist es dabei, die dem Kronenrad zugewandte Ringnut über eine nach außen laufende Radialnut der Ausgleichsscheibe und eine Axialnut im Pumpengehäuse an die Abführleitung der Pumpe anzuschließen, wobei die Ringnut mit ihren beiden radial benachbarten Ringflächen eine hydraulische Stützfläche aufweist, die der wirksamen Sprengfläehe des Kronenrades entspricht. Dadurch ist sichergestellt, daß der Verschleiß zwischen dem rotierenden Kronenrad und der stillstehenden Ausgleichsscheibe minimiert und ihre Lebensdauer verlängert wird.

Zusätzlich kann innerhalb der dem Kronenrad zugewandten Ringnut eine weitere Ringnut angeordnet sein, die die unvermeidliche Leckströmung über eine nach innen lau- | fende Radialnut den Lagern der Kronenradwelle zuführt.

In Weiterbildung des Neuerungsgedankens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die dem Pumpengehäuse zugewandte Ringnut der Ausgleichsscheibe eine hydraulische Stützfläche aufweist, welche die auf der gegenüberliegenden Seite der Ausgleichsscheibe um 10 % übersteigt. Dadurch ist ein optimaler Spiel- und Kräfteausgleich zwischen den beweglichen Teilen der Pumpe sichergestellt. Die genannte Ringnut kann in an sich bekannter Weise über einen inneren und einen äußeren O-Ring gegenüber dem Pumpengehäuse abgedichtet werden.

Schließlich ist es günstig, daß die Ausgleichsscheibe von der Buchste umgeben ist. Denn dadurch erhält man eine bleibende, definierte hintere Anschlagfläche für die axial einzusteckende Buchse.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung; dabei zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt der neuerungsgemäßen Zahnradpumpe;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Buchse;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausgleichsscheibe;

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.

In einem Pumpengehäuse 1 ist über Nadellager 2 und 3 eine Welle 4 gelagert, die an ihrem freien Ende antreibbar ist. An ihrem anderen Ende trägt sie das äußere Zahnrad 5 in Form eines verzahnten Zylinders. Das Zahnrad läuft in einer zylindrischen Buchse 6, die in einer koaxialen Ausdrehung des Pumpengehäuses angeordnet ist. Innerhalb des äußeren Zahnrades 5, jedoch exzentrisch zu ihm gelagert, sitzt ein inneres Zahnrad 7, das in seinem oberen Bereich mit dem äußeren Zahnrad 5 kämmt. Das innere Zahnrad 7 ist auf einer Achse 8 gelagert, die ihrerseits an einem mit dem Pumpengehäuse verschraubten Flanschdeckel 9 befestigt ist.

Fig. 2 verdeutlicht die exzentrische Zuordnung des äußeren und des inneren Zahnrades 5 bzw. 7. Sie zeigt außerdem, daß in dem durch die Exzentrizität gebildeten Spalt ein Kreissegment 9a angeordnet ist, das einstückig mit dem Flanschdeckel 9 verbunden ist. Dadurch werden oberhalb und unterhalb des Kreissegmentes 9a geschlossene Kammern gebildet, in denen das Fördermedium je nach Drehrichtung der Zahnräder 5 und 7 von der einen zur anderen Seite des Pumpeninnenraumes befördert wird.

Die zu beiden Seiten des Pumpeninnenraumes mündenden Zu- bzw. Abführleitungen sind mit 10 bzw. 11 bezeichnet. Ir Offnungsquerschnitt ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Anordnung und die Größe der Mündungen der Zu- bzw. Abführleitung im Gußgehäuse 1 ist in bekannter Weise so gewählt, daß sie sich über einen großen Umfangsbereich des äußeren Zahnrades 5 erstrecken, damit sich die Pumpe durch einen hohen Liefergrad auszeichnet. Neuerungsgemäß sitzt jedoch das äußere Zahnrad 5 nicht unmittelbar im Gußgehäuse 1, sondern in der zylindrischen Buchse 6. Die Buchse 6 ist als axial einsteckbares, leicht austauschbares Steckelement ausgebildet und drehfest im Gußgehäuse geführt. Es weist an seinen gegenüberliegenden Seiten Durchtrittsöffnungen 12 und 13 zu den Zu- bzw. Abführleitungen 10 bzw. 11 auf. Die Winkellage und die Größe dieser Durchtrittsöffnungen ist so bemessen, daß Spaltströmungen, die aufgrund des Druckgefälles zwischen den Pumpenanschlüssen von der Druckseite zur Saugseite zurückströmen, einen wesentlich längeren Spalt entlang der Hülse 6 zurücklegen müssen, als wenn das äußere Zahnrad 5 unmittelbar im Guß-

gehäuse laufen würde, wo der Abstand zwischen Saug- und Druckseite wesentlich geringer ist.

Die Buchse 6 ermöglicht es somit, Zahnradpumpen mit dem herkömmlichen Gußgehäuse, das auf einen hohen Liefergrad ausgerichtet ist, reversibel so umzurüsten, daß sie auch für niederviskose Flüssigkeiten und hohe Förderdrücke geeignet sind.

Fig. 3 zeigt die Buchse 6 in Einzeldarstellung. Man erkennt dabei die in ihrer Breite auf die Axialerstreckung der Verzahnung abgestimmte Durchtrittsöffnung 12. Um eine möglichst verlustarme Durchströmung zu ermöglichen, sind beide Durchtrittsöffnungen an der Außenseite der Buchse 6 durch eine Ausfräsung nach oben erweitert.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zwischen der rückwärtigen Stirnfläche des äußeren Zahnrades 5 un dem Pumpengehäuse 1 angeordnete Ausgleichsscheibe 14. Sie weist auf ihrer in Fig. 4 dargestellten, dem Zahnrad 5 zugewandten Seite zwei Ringnuten 15 und 16 auf, wobei die äußere Ringnut 15 mit den beiden ihr benachbarten Ringflächen 14a und 14b zur Erzeugung einer hydraulischen Stützkraft dienen, die das äußere Zahnrad 5 gegen den in der Verzahnung herrschenden Sprengdruck des Fördermittels axial abstützt. Hierzu weist die Ringnut 15 eine radial verlaufende Nut 15a auf, die in eine zeichnerisch nicht näher dargestellte Axialnut in der Buchse 6 mündet und von dort mit der unter dem Förderdruck stehenden Flüssigkeit versorgt wird.

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Ferner weist die Ausgleichsscheibe 14 in der Ringnut 15
eine Bohrung 17 zu der in Fig. 5 erkennbaren rückwärtigen
Ringnut 18 auf. Die hydraulisch wirksame Fläche dieser H Ringnut 18 ist so bemessen, daß sie die aus der Ring- ' nut 15 und den beiden angrenzenden Ringflächen 14a und
14b gebildete Stützfläche auf der gegenüberliegenden
Seite der Ausgleichsscheibe um 10 % übersteigt. Dadurch
wird das äußere Zahnrad 5 mit etwa 10 % der Sprengkraft
auf das innere Zahnrad 7 geschoben und gleicht damit das
durch die Sprengkraft entstehende axiale Spiel zwischen « den beiden Zahnrädern sowie zwischen der Ausgleichsscheibe 14 und dem äußeren Zahnrad 5 als auch zwischen
dem inneren Zahnrad 7 und dem Flanschdeckel 9 aus. Eben- '* so kompensiert die Ausgleichsscheibe einen auftretenden
axialen Verschleiß.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Ausgleichsscheibe 14 innerhalb | der Buchse 6 angeordnet und in ihrem Zentrum auf der f Welle 4 geführt. Zu ihrer Verdrehsicherung ist sie über |

einen Stift 19 mit dem Purnpengehäuse verstiftet. |

Zusammenfassend besteht der Vorteil der Neuerung darin, £

daß durch einfaches Einsetzen einer Buchse mit entspre- f

chend angeordneten Durchtrittsöffnungen die Pumpe optimal f.

an die Druck- und Viskositätsverhältnisse der Förderflüs- g

sigkeit angepaßt werden kann, ohne dabei die Gußkonstruk- f

tion des Gehäuses ändern zu müssen. Die innerhalb der |

Buchse angeordnete Ausgleichsscheibe führt zur axialen t

Entlastung des äußeren Pumpenzahnrades und seiner Lager ||

und erhöht somit die Lebensdauer der Pumpe. Weiterhin I werden durch die 10-^ige axiale Andrückung des äußeren

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Zahnrades zum inneren Zahnrad hin die sonst auftretenden axialen Spalte minimiert und damit auch bei sehr niederviskosen Flüssigkeiten die Leckverluste reduziert und entsprechend hohe Drücke ermöglicht.

Claims (8)

Schutzansprüche

1. Zahnradpumpe, insbesondere für niederviskose Flüssigkeiten und hohe Förderdrücke, bestehend aus einem im Pumpengehäuse drehbar gelagerten äußeren Zahnrad und einem darin exzentrisch gelagerten inneren Zahnrad, das einerseits mit dem Außenzahnrad kämmt und auf der gegenüberliegenden Seite durch ein Kreissegment von ihm getrennt ist, wobei an den beiden dazwischenliegenden Bereichen eine Zu- bzw. Abführleitung mündet, dadurch gekennzeichnet,

daß das äußere Zahnrad (5) in einer im Pumpengehäuse (1) ortsfest angeordneten Buchse (6) läuft, die sich über die gesamte Axiallänge der Verzahnung und der sich ggf. anschließenden Zu- und Abführleitung (10, 11) erstreckt und beidseits axial übersteht und daß sie im Mündungsbereich der Zu- bzw. Abführleitung (10, 11) je eine Durchtrittsöffnung (12, 13) für die Förderflüssigkeit aufweist und die Durchtrittsöffnungen (12, 13) einen geringeren Querschnitt und eine größere Distanz in Umfangsrichtung aufweisen als die Mündungen der Zu- und Abführleitungen (10 bzw. 11).

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) als austauschbares Steckelement ausgebildet ist.

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3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (6) aus einem Lagermetall besteht.

4. Zahnradpumpe, wobei das äußere Zahnrad als Kronenrad ausgebildet ist, das sich mit seiner rückwärtigen Stirnfläche unter Zwischenlage einer drehfest gelagerten Ausgleichsscheibe am Pumpengehäuse abstützt und die Ausgleichsscheibe beidseits mit koaxialen Ringnuten versehen ist, die durch eine Axialbohrung miteinander verbunden und von der Pumpflüssigkeit beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dre dem Kronenrad (5) zugewandte Ringnut (15) über eine nach außen laufende Radialnut (15a) der Ausgleichsscheibe (14) und über eine Axialnut in der Buchse (6) an die Druckseite der Pumpe angeschlossen ist und mit ihren beiden radial benachbarten Ringflächen (14a, 14b) eine hydraulische Stützfläche bildet, die der wirksamen Sprengfläche des Kronenrades (5) entspricht.

5. Zahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der dem Kronenrad (5) zugewandten Ringnut (15) eine weitere Ringnut (16) angeordnet ist, die die Leckströmung über eine nach innen laufende Radialnut (16a) den Lagern der Kronradwelle (4) zuführt.

6. Zahnradpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Pumpengehäuse (1) zugewandte Ringnut (18) eine hydraulische Stützfläche aufweist, welche die auf der gegenüberliegenden Seite der Ausgleichsscheibe (14) um 10 % übersteigt.

7. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Pumpengehäuse (1) zugewandte Ringnut (18) über einen inneren und einen äußeren O-Ring gegenüber dem Pumpengehäuse (1) abgedichtet ist.

8. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsscheibe (14) von der Buchse (6) umgeben ist.