EP0602357B1 - Zahnradpumpe - Google Patents
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Classifications
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
- F04C15/0034—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps for other than the working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
- F04C15/0038—Shaft sealings specially adapted for rotary-piston machines or pumps
Definitions
- the present invention relates to a gear pump according to the preamble of claim 1. It is known in the case of gear pumps of the type mentioned to seal rotor shafts guided outwards from the housing by means of labyrinth seals.
- the gear pump rotor under consideration is rotatably mounted on one of the housing covers and also on the opposite one, but is carried out to the outside there by a bearing insert.
- a sealing arrangement acts between the gear and the bushing on the mentioned housing cover between the housing and the rotor shaft and prevents the medium from escaping axially against the bushing.
- a gear pump of the type mentioned is known from DE-OS 4 125 128.
- the shaft of one of the gear pump rotors, which runs through to the outside, is axially advancing to the outside and is only slidably supported in the pump housing and then penetrates the side wall of the pump housing.
- a relief zone is provided there.
- a sealing housing is placed on the side wall of the pump housing, in which further sealing devices are arranged for the drive shaft that is led through to the outside.
- a leak zone is provided in the sealing housing, followed by a feed thread first labyrinth seal, then an intermediate zone in the form of an annular groove, another labyrinth seal in the form of a conveying thread, and a collecting space with an outlet.
- An annular groove with a sealing ring is provided in the sealing housing following the collecting space. Furthermore, an annular chamber is formed in the sealing housing, in which a barrier medium is received.
- a flange is also mounted on the sealing housing mounted on the side wall of the housing or the housing cover, axially on the outside, with a further labyrinth seal designed as a sealing thread, which prevents the barrier medium from escaping into the environment.
- the bearing of the shaft as in the pump according to DE-OS 4 125 128, is arranged axially on the inside in a separate bearing section and the seal axially adjoins the bearing section, a clear separation of functions between shaft bearing and sealing function is achieved, so that the bearing shells can be designed without interference from a groove profile and, on the other hand, the seal can only correspond to its inherent functions.
- the labyrinth seal is incorporated according to the invention directly into the wall of the shaft receiving opening on the housing cover.
- the aim is to manufacture the labyrinth sealing shells from a different material, for example from ceramic or special steel, and not from the same material as the housing cover, for example for reasons of wear, then it is proposed according to claim 2, by pressing, welding into the shaft receiving opening on the housing cover or glue to provide a sleeve with the labyrinth seal. Otherwise, a particularly simple solution is achieved in that the labyrinth seal is incorporated directly into the wall of the shaft receiving opening on the housing cover.
- the effect of the labyrinth seal can be adapted to the medium being conveyed.
- a further preferred embodiment variant is distinguished by the wording of claim 5.
- the gear pump which is not shown in its details, has, according to FIG. 1, a central housing part 9, to which a lateral housing part 91 is attached at the end face by means of screw bolts 25.
- the rotors 3, which are designed as meshing gears, run around inside the housing, one of which is driven by the shaft 5.
- the lateral housing part 91 is provided with an opening 27 for the passage of the shaft 5 of the rotor 3, which forms a bearing section with bearing shells 29 for the shaft 5.
- the housing cover 7 is fastened axially on the lateral housing part 91 by means of screw bolts 11, which defines a corresponding bore 31 for the shaft 5 with a sealing section. A bushing 33 is let into the bore 31 for the shaft 5.
- the sleeve 33 made of a material that differs from the material of the housing cover 7, for example ceramic, has on its inside the labyrinth seal 21, as shown in dashed lines, preferably in the form of a threaded shaft seal.
- the bushing 33 is anchored in the bore 31 of the housing cover 7 in a non-detachable manner, for example in a firmly bonded or non-positive manner.
- the bearing section 27, 29 and the sealing section 21, 31 are structurally and functionally separate compared to previously known designs. This enables the use of materials that are optimally matched to the respective function (bearings or seals). A surface seal only has to be ensured between the housing cover 7 and the housing part 91. The problem of such sealing surfaces between the sleeve 33 and the housing cover 7 is eliminated.
- FIG. 2 shows a further preferred and simplified shaft bushing, in which, based on the embodiment according to FIG. 1, the labyrinth seal 21 is worked directly into the housing cover 7 or its bore.
- the housing cover 7 advantageously has a channel system 35 for a cooling medium, which, as shown, is preferably closed with an end plate 35a.
- the effect of the labyrinth seal can thus be optimally adapted to the material being conveyed.
- FIG. 3 shows: In a one-piece end plate 7a, which is anchored to the housing part 9 by means of screw bolts 11a , Both labyrinth seal 21 and the bearing shells 29 of the bearing section are arranged.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Es ist bekannt, bei Zahnradpumpen der genannten Art aus dem Gehäuse nach aussen geführte Rotorwellen mittels Labyrinthdichtungen abzudichten.
- So ist es aus der US-PS 4 336 213 bekannt, die Welle des einen Rotors zu Antriebszwecken nach aussen zu führen. Hierzu wird einer der beiden Lagerdeckel, worunter gemeinhin, in Richtung der Rotorachsen betrachtet, der axiale Gehäuseabschluss verstanden wird, der üblicherweise an der Zentralpartie des Gehäuses festgeschraubt wird, zweiteilig ausgebildet. Die den Deckel axial durchgreifende Welle tritt in ein separates Lager- und Dichtungsteil ein, das sowohl Lagerfunktion wie auch Dichtungsfunktion hat. Die Aufnahmebohrung für die Welle am Lager-/Dichtungsteil weist eine Labyrinthdichtung auf, d.h. eine hydrodynamische Dichtung. Dieser Aufbau ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig:
- a) Das genannte Lager-/Dichtungsteil bzw. seine Aufnahmebohrung für die Welle wirkt einerseits als Lagerschale, anderseits mit der Labyrinthdichtung als Dichtungselement über seinen ganzen Axialabschnitt. Es ist in sehr vielen der gängigen Einsatzarten oder Konstruktionen von Zahnradpumpen äusserst problematisch, die Lagerschalen für die Rotoren mit den für eine Labyrinthdichtung notwendigen Nuten zu versehen, z.B. aus Gründen der damit nachhaltig erhöhten Flächenbeanspruchung der schraubenförmigen Kontaktfläche der Lagerschale.
- b) Offenbar weil die Fertigung der Lager-/Dichtungsfläche mit integrierter Labyrinthdichtung als derart problematisch betrachtet wird, dass hierfür ein separates Teil als Rotationskörper vorgesehen wird, welches einer relativ leichten Bearbeitung zugänglich ist, wird in Kauf genommen, dass sowohl der Lagerdeckel am Zentralgehäuse dichtend zu befestigen ist mit der Notwendigkeit einer entsprechenden Anzahl von Befestigungsankern, und dass zusätzlich das zylindrische Lager-/Dichtungsteil im Lagerdeckel mit weiteren Befestigungsorganen zu montieren ist, und dass zusätzliche Flächen, nämlich zwischen dem Lager-/Dichtungsteil und dem Lagerdeckel, abzudichten sind.
- Aus der US-A 4 293 291 ist es bekannt, eine nach aussen geführte Rotorwelle einer Zahnradpumpe erst mittels eines Rollenlagers zu lagern und axial anschliessend eine Dichtungsanordnung im Gehäusedeckel vorzusehen, welche einen elastischen Gleitring umfasst.
- Gemäss der US-A 3 976 405 ist der eine betrachtete Zahnradpumpenrotor am einen der Gehäusedeckel drehgelagert, ebenso am gegenüberliegenden, dort aber durch einen Lagereinsatz nach aussen durchgeführt. Zwischen Zahnrad und Durchführungslager am erwähnten Gehäusedeckel wirkt eine Dichtungsanordnung zwischen Gehäuse und durchgeführter Rotorwelle und verhindert, dass Fördermedium axial gegen das Durchführungslager austritt.
- Aus der GB-A 2 202 005 ist es bekannt, die Welle eines Zahnradpumpenrotors durch das Pumpengehäuse nach aussen durchzuführen und dabei eine kombinierte Dichtung vorzusehen. Sie umfasst eine Labyrinthdichtung, eingearbeitet in einen ringförmigen Einsatz im Gehäuse, welcher einer elastischen Lippendichtung folgt. Es folgt, axial anschliessend, eine komplizierte Dichtungsanordnung in einem Gehäuse, welches im Bereich der Wellendurchführung am Deckel des Gehäuses festgeschraubt ist.
- Aus der DE-OS 4 125 128 ist schliesslich eine Zahnradpumpe eingangs genannter Art bekannt. Die nach aussen durchgeführte Welle eines der Zahnradpumpenrotoren ist, axial nach aussen fortschreitend, erst im Pumpengehäuse gleitgelagert und durchdringt anschliessend die Seitenwand des Pumpengehäuses. Daran ist eine Entlastungszone vorgesehen. Auf die Seitenwand des Pumpengehäuses ist ein Dichtgehäuse aufgesetzt, in dem weitere Dichteinrichtungen für die nach aussen durchgeführte Antriebswelle angeordnet sind. Im Dichtgehäuse ist eine Leckzone vorgesehen, anschliessend eine als Fördergewinde ausgebildete erste Labyrinthdichtung, dann eine als Ringnut ausgebildete Zwischenzone, eine weitere als Fördergewinde ausgebildete Labyrinthdichtung sowie ein Sammelraum mit einem Ablass. Im Anschluss an den Sammelraum ist im Dichtgehäuse eine Ringnut vorgesehen mit einem Dichtring. Weiter ist im Dichtgehäuse eine Ringkammer ausgebildet, in welcher ein Sperrmedium aufgenommen wird. Auf dem auf der Seitenwand des Gehäuses bzw. dem Gehäusedeckel aufmontierten Dichtgehäuse ist weiter, axial aussen, ein Flansch montiert, mit einer als Dichtgewinde ausgebildeten weiteren Labyrinthdichtung, die den Austritt des Sperrmediums in die Umgebung verhindert.
- Bei dieser Zahnradpumpe sind Gleitlagerbereiche und axial nach aussen anschliessende Dichtungen funktionell klar getrennt. Nachteilig daran ist aber das Dichtgehäuse und der anschliessende Flansch, womit im eingangs erwähnten Sinne bearbeitungsintensive Dichtflächen zwischen Seitenwand bzw. Gehäusedeckel und Dichtgehäuse einerseits und zwischen Dichtgehäuse und Flansch anderereits vorzusehen sind.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an einer Pumpe letztgenannter Art, den erwähnten Nachteil zu beheben.
- Dies wird durch deren Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erreicht.
- Dadurch, dass das Lager der Welle, wie bei der Pumpe gemäss der DE-OS 4 125 128, in einem separaten Lagerabschnitt axial innen angeordnet ist und die Dichtung axial an den Lagerabschnitt anschliesst, wird eine klare Funktionstrennung von Wellenlagerung und Dichtungsfunktion erreicht, so dass die Lagerschalen ohne Beeinträchtigung durch ein Nutprofil ausgelegt werden können und andererseits die Dichtung ausschliesslich ihren inhärenten Funktionen entsprechen kann.
- Entgegen der gängigen Annahme, dass eine Labyrinthdichtung aufgrund ihrer diffizilen Formgestaltung an einem eigens dafür vorgesehenen Teil vorzusehen sei, womit aber die obgenannten Probleme bezüglich Montageaufwand und Dichtungsflächen in Kauf genommen werden, ist die Labyrinthdichtung erfindungsgemäss direkt in die Wandung der Wellenaufnahmeöffnung am Gehäusedeckel eingearbeitet.
- Wird dabei angestrebt, beispielsweise aus Gründen des Verschleisses, die Labyrinthdichtungsschalen aus einem anderen Material, beispielsweise aus Keramik oder Sonderstahl, zu fertigen und nicht aus demselben Material wie den Gehäusedeckel, so wird gemäss Anspruch 2 vorgeschlagen, in die Wellenaufnahmeöffnung am Gehäusedeckel durch Verpressen, Verschweissen oder Verkleben eine Büchse mit der Labyrinthdichtung vorzusehen. Anderenfalls wird nach dem Anspruch 3 eine besonders einfache Lösung dadurch erreicht, dass die Labyrinthdichtung direkt in die Wandung der Wellenaufnahmeöffnung am Gehäusedeckel eingearbeitet ist.
- Durch Ausbildung der Zahnradpumpe nach Anspruch 4 kann weiter die Wirkung der Labyrinthdichtung dem jeweils geförderten Medium angepasst werden.
- Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 5 aus. Durch Ausbildung des Gehäuseabschlusses als eine Platte, worin sowohl Labyrinthdichtung wie auch Lagerabschnitt untergebracht sind, wird nämlich die Anzahl abzudichtender Flächen weiter reduziert und die Flexibilität z.B. bezüglich Revisionen weiter erhöht.
- Die Erfindung ist anschliessend anhand von in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 schematisch einen Längsteilschnitt einer ersten Ausführungsform mit der Zahnradpumpe im Bereich der Wellendurchführung;
- Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Wellendurchführung in einer der Figur 1 entsprechenden Darstellung, und
- Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Wellendurchführung in einer den Figuren 1 bzw. 2 entsprechenden Darstellung.
- Die Zahnradpumpe, die in ihren Einzelheiten nicht gezeigt ist, weist gemäss Fig. 1 ein zentrales Gehäuseteil 9 auf, an das stirnseitig ein laterales Gehäuseteil 91 mittels Schraubenbolzen 25 angesetzt ist. Innerhalb des Gehäuses laufen die als kämmende Zahnräder ausgebildeten Rotoren 3 um, von denen einer mittels der Welle 5 angetrieben ist. Das laterale Gehäuseteil 91 ist mit einer Öffnung 27 für die Durchführung der Welle 5 des Rotors 3 versehen, die einen Lagerabschnitt mit Lagerschalen 29 für die Welle 5 bildet. Axial auf dem lateralen Gehäuseteil 91 ist der Gehäusedeckel 7 mittels Schraubenbolzen 11 befestigt, welcher eine entsprechende Bohrung 31 für die Welle 5 mit einem Dichtungsabschnitt definiert. In die Bohrung 31 für die Welle 5 ist eine Büchse 33 eingelassen. Die Büchse 33 aus einem vom Material des Gehäusedeckels 7 abweichenden Werkstoff, beispielsweise aus Keramik, weist an ihrer Innenseite die Labyrinthdichtung 21 auf, wie gestrichelt dargestellt vorzugsweise ausgebildet als Gewindewellendichtung. Die Büchse 33 ist in der Bohrung 31 des Gehäusedeckels 7 unlösbar verankert, z.B. stoffschlüssig oder kraftschlüssig festgelegt.
- Durch die erfindungsgemässe Wellendurchführung sind, verglichen mit vorbekannten Ausführungen, der Lagerabschnitt 27,29 und der Dichtungsabschnitt 21,31 konstruktiv und funktionell getrennt. Dies ermöglicht den Einsatz von optimal auf die jeweilige Funktion (Lagern oder Dichten) abgestimmten Werkstoffen. Eine Flächendichtung muss nur zwischen dem Gehäusedeckel 7 und dem Gehäuseteil 91 sichergestellt sein. Das Problem derartiger Dichtungsflächen zwischen Büchse 33 und Gehäusedeckel 7 entfällt.
- In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte und vereinfachte Wellendurchführung dargestellt, bei welcher, ausgehend von der Ausführungsform nach Fig. 1, die Labyrinthdichtung 21 direkt in den Gehäusedeckel 7 bzw. dessen Bohrung eingearbeitet ist.
- Wie in Fig. 1 und 2 bei 35 dargestellt, weist der Gehäusedeckel 7 vorteilhafterweise ein Kanalsystem 35 für ein Kühlmedium auf, das vorzugsweise, wie dargestellt, mit einer Abschlussplatte 35a verschlossen ist.
- Damit kann die Wirkung der Labyrinthdichtung optimal an das jeweilige geförderte Material angepasst werden.
- Bei einer weiteren Vereinfachung nach Fig. 3, bei der auch die Fläche zwischen Gehäusedeckel 7 und Gehäuseteil 91 nach den Figuren 1,2 entfällt, ist in Fig. 3 dargestellt: In einer einteiligen Abschlussplatte 7a, die mittels Schraubenbolzen 11a am Gehäuseteil 9 verankert ist, sind sowohl Labyrinthdichtung 21 wie auch die Lagerschalen 29 des Lagerabschnittes angeordnet.
Claims (6)
- Zahnradpumpe mit einem Gehäuse und einem stirnseitigen Gehäuseabschluss, bei der mindestens eine der Rotorwellen durch den Gehäuseabschluss mit einem Lager und einer Labyrinthdichtung nach aussen geführt ist, wobei das Lager (29) der Welle (5) mit einem separaten Lagerabschnitt (27,29) des Gehäuseabschlusses (7,91) axial innen angeordnet ist und die Labyrinthdichtung (21) axial nach aussen an den Lagerabschnitt anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Gehäuseabschluss aus einem mit dem Gehäuse (9) mittels Schraufbolzen (25) verschrauften Gehäuseteil (91) mit dem Lagerabschnitt (29) und einem mit diesem verbundenen Gehäusedeckel (7) mit der Labyrinthdichtung (21) besteht.
- Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Bohrung (31) des Gehäusedeckels (7) eine Büchse eingelassen, wie eingeschweisst, eingeklebt oder eingepresst ist, und die Labyrinthdichtung (21) an deren Innenseite eingearbeitet ist.
- Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (21) in eine Bohrung im Gehäusedeckel (7) direkt eingearbeitet ist.
- Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäusedeckel (7) ein Kanalsystem für ein Kühlmedium vorgesehen ist, vorzugsweise in Form nach aussen offener Nuten (35) mit Abschlussplatte (35a).
- Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Lagerabschnitt (29) wie auch Labyrinthdichtung (21) in einer Gehäuseabschlussplatte (40) angeordnet sind.
- Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (21) als Gewinde-Dichtung ausgebildet ist.
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ET | Fr: translation filed | ||
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Owner name: MAAG PUMP SYSTEMS TEXTRON AG |
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