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Pump unit, consisting of two two-wheel gear pumps, the delivery rate of which is infinitely variable

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F04C14/22 Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members
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CH367051A

Switzerland

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German
Inventor
Wiggermann Georg

Worldwide applications
1956 DE 1957 CH

Application CH5363157A events

Description
translated from German

  

      Pumpaggregat,    bestehend aus zwei zweirädrigen Zahnradpumpen,  deren Fördermenge     stufenlos    regelbar ist    Die     Erfindung        betrifft    ein     Pumpaggregat,    beste  hend aus zwei     zweirädrigen        Zahnnradpumpen,    deren  Fördermenge stufenlos regelbar ist. Bei den bekann  ten zweirädrigen Zahnradpumpen, deren Förder  menge z.

   B. durch Verändern :des Achsenabstandes  der Zahnräder und damit der     Eingriffstiefe    stufenlos  regelbar ist, beschränkt sich die Regelung auf     einen     Bereich, der sich etwa von der halben bis     zur        vollen     Fördermenge erstreckt. Ausserdem ist es hier     nicht     möglich, die     Förderrichtung    umzukehren.  



  Um den Regelbereich bis zu der     Förderleistung     Null ausdehnen zu können und die Förderrichtung  umkehrbar zu machen, sind regelbare Zahnradpum  pen mit mindestens drei     Zahnrädern        vorgeschlagen     worden, bei welchen der Achsenabstand zweier Räder  unverändert bleibt, während der Achsenabstand des  dritten Rades von einem der anderen beiden Räder  verstellbar ist. Mit derartigen Pumpen lassen sich     alle     praktisch vorkommenden Regelaufgaben     bezüglich     Förderrichtung und Fördermenge durchführen.

   Sie  weisen jedoch im     Verhältnis        zu    ihrer     Förderleistung     grosse Abmessungen auf, was sich insbesondere dann  nachteilig auswirkt, wenn, wie es meistens der     Fall    ist,  eine solche Pumpe als Einbauteil verwendet     werden     soll.  



  Bei anderen bekannten     Lösungsvorschlägen    wird  die von der Zahnradpumpe geförderte     Mediummenge     durch steuerbare Drosseleinrichtungen verändert.  Dabei ist es jedoch     nachteilig,    dass die Drosselung des  geförderten     Mediumstroms        eine    der Volumenände  rung proportionale Umwandlung der     Förderleistung     in Wärme zur Folge hat.

   Zum     Ausgleich    des dadurch  entstehenden Druckabfalls     sind    hier entsprechend  grosse Pumpen mit hohem Leistungsaufwand erforder  lich, so dass derartige Aggregate nicht nur einen  schlechten Förderwirkungsgrad ergeben, sondern auch    wegen     ihres        Umfanges    und     Gewichtes,    besonders als       Einbauaggregat,    in den meisten     Fällen        ungeeignet          sind.    Die     Erfindung        bezweckt    nun,     ein        Aggregat     schaffen zu     können,

      bei welchem die     erwähnten    Nach  teile vermieden sind und welches bei     verhältnismässig     günstigen äusseren Abmessungen eine hohe     Maximal-          förderung        in    beiden Richtungen ergibt, die bis auf       Null    regelbar ist.

   Zu diesem     Zweck    schlägt die Er  findung vor, bei einem     Pumpaggregat,    das aus zwei  zweirädrigen     Zahnradpumpen    besteht, deren Förder  menge     stufenlos    regelbar ist, die     Zahnradpumpen     antriebsseitig     miteinander    zu     kuppeln    und an eine  gemeinsame Zu- und eine gemeinsame Ablaufleitung  für das     Fördermedium    anzuschliessen und     in    die An  schlussleitungen der     einen    Zahnradpumpe     eine        Um-          schalteinrichtung,    z.

   B. einen     Kolbensteuerschiebere,     die eine     Fünfkanalsteuerung        bildet,    zu     schalten,    welche  es gestattet, beide Zahnradpumpen     gleichzeitig    in glei  cher Richtung oder     einander        entgegengesetzt    fördern  zu lassen.  



  Durch diese Anordnung ist -es     nunmehr        möglich,     ein nur in     einer        Richtung        förderndes    Aggregat zu       schaffen,    bei dem die     Verstelleinrichtungen    der bei  den     Zahnradpumpen,    von denen die     eine    stets positiv  arbeitet,     einschliesslich    der     Umschalteinrichtung    mit  tels geeigneter     Steuereinrichtungen    so     betätigbar    sind,

    dass zur Erzielung der     Nullförderung    die Förderung  beider     Einheiten    (Pumpen) gleich gross, aber     in        ent-          gegengesetzter    Richtung erfolgt und sich daher auf  hebt.

   Um eine Förderung zu erreichen und die För  dermenge zu steigern, werden beide     Einheiten    zu  nächst so     verstellt,    dass die     Förderung    der negativ  arbeitenden Einheit bis zum Minimum ab- und die  der positiv arbeitenden Einheit bis     zum    Maximum       zunimmt.    Darauf wird über die     Umschalteinrichtung     die eine Einheit auf     positive    Förderrichtung umge-      schaltet und     gleichzeitig    die     immer    positiv     fördernde     Einheit etwa auf kleinste Fördermenge umgestellt,

    worauf von da ab beide     Pumpenverstelleinrichtungen     wieder in     beliebiger    Folge oder     .gleichzeitig    bis zur  maximalen Fördermenge beider Pumpen verstellt  werden.  



  Um nun das Aggregat so zu gestalten, dass     eine     Regelung der Förderung von Null bis zum Maximum  in beiden     Förderrichtungen    möglich ist, wird vorge  schlagen, in die     Anschlussleitungen    der beiden Zahn  radpumpen je eine Umschalteinrichtung zu schalten.  In vorteilhafter Weise sind dabei die Zahnradpumpen  mit solchen mechanischen     Verstelleinrichtungen    ver  sehen, dass diese zusammen mit den genannten Um  schalteinrichtungen durch Steuereinrichtungen in  gleichlaufender oder     einander    entgegengesetzter Rich  tung betätigt werden können.

   Diese Einrichtung wirkt  in der Weise, dass bei     Nullförderung    beide Einheiten  (Pumpen)     gleich    viel, aber einander entgegengesetzt,  von Null bis     zu    einer gewissen effektiven Förder  menge entgegengesetzt, aber verschieden stark för  dern, und von da an bis zur maximalen effektiven  Gesamtfördermenge beide Einheiten     .gemeinsam    in  der gewünschten Förderrichtung stufenlos     einstellbar     sind.  



  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der  Erfindung dargestellt.  



       Fig.    1 zeigt die Gesamtanordnung.  



       Fig.    2 zeigt einen     Axialschnitt        durch    eine zwei  rädrige     regelbare        Zahnrad-Verdrängungsmaschine.          Fig.    3 zeigt einen Querschnitt durch die Maschine  nach     Fig.    2.  



  Die beiden zweirädrigen Zahnradpumpen A und  B, deren Fördermenge     stufenlos    regelbar ist, werden  gemeinsam von der Antriebswelle 3 angetrieben. Die  Leitungen 27 bzw. 2<B>7</B> für das Fördermedium sind  über die, je eine     Fünfkanalsteuerung        bildenden        Um-          schalteinrichtungen    28 bzw. 28' mit .der Saug- und  der Druckleitung 29 und 30 verbunden.

   Die Verstell  hebel 8 und 8' dienen der     Fördermengenregelung    der  Pumpen<I>A</I> und<I>B,</I> wobei die Regelung bei jeder  Pumpe an sich auf einen Bereich     beschränkt    ist, der  sich     etwa    von der halben bis zur     maximalen    Förder  menge erstreckt.  



  Mittels der Umschalteinrichtungen 28 und 28'  lassen     sich    nun die einzelnen Pumpen<I>A</I> und<I>B</I> so mit  den ihnen gemeinsamen Leitungen 29 und 30 in Ver  bindung bringen, dass bei     gleichgeschalteten        Förder-          richtungen    beider Pumpen eine Regelung im Bereiche  zwischen halber und     grösster        Gesamtfördermenge    er  möglicht     ist,    und zwar in beiden Förderrichtungen.  Diesem Zustand     hinsichtlich    der einen     Förderrichtung     entspricht die in der Zeichnung dargestellte Schalt  stellung der     Einrichtungen    28 und 28'.  



  Soll nun von halber     Grösstgesamtfördermenge    bis  zur Nullförderung in jeder     Förderrichtung    geregelt  werden, so werden die Schalteinrichtungen 28, 28' so  eingestellt bzw. betätigt, dass sich die Wirkungen der  beiden Pumpen<I>A</I> und<I>B</I> mehr oder weniger bzw. bei       Nullförderung        ganz        aufheben.       In Fällen, wo die Förderung in einer Richtung  genügt, kann eine der Umschalteinrichtungen weg  fallen.  



  In     Fig.2    und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für       eine    Zahnradpumpe gezeigt, welche den Pumpen A  und Bim Schema nach     Fig.    1 entspricht. Die Zahn  räder     ZI    und Z, sind im Gehäuse mit Deckel 2 ge  lagert. Während aber das mit einer Antriebswelle 3  versehene Zahnrad     Z1    unmittelbar im Gehäuse ge  lagert ist, ist ein Lagerzapfen 4 des Zahnrades     Z#,    ex  zentrisch in einem     Verstellkörper    5 angeordnet, wel  cher in einer zylindrischen     Ausnehmung    des Gehäuses  1 und des Deckels 2 gelagert ist und zu seiner Steue  rung einen Drehzapfen 6 besitzt, der den Deckel 2  durchdringt.

   Auf seinem freistehenden Ende     trägt    er  beispielsweise einen durch einen Bolzen 7 gegen Ver  drehung gesicherten und nur strichpunktiert angedeu  teten     Stellhebel    B. Das Zahnrad Z., wird von dem       Verstellkörper    5 an seinen Stirnflächen und teilweise  auch vom Steg 5' des letzteren an seinem Umfang mit  engem Laufspiel umschlossen und der     Verstellkörper     legt sich seinerseits derart und mit so engem Laufspiel  gegen die Wandung des Gehäuses 1 bzw. des Deckels  2 an, dass ein     Rückfluss    des geförderten und unter  Druck stehenden Mediums von der Druckseite zur  Saugseite bei allen vorkommenden Stellungen des  Körpers 5 verhindert ist.

   Ein Hohlraum 9 des Ge  häuses liegt mit sein, -r Wandung dem Zahnrad     Z1    am  grösseren Teil seines Umfanges eng an, ist aber im  Bereich des Zahnrades     Z2    so viel radial erweitert,  dass das auf dem zur Drehachse des     Verstellkörpers    5  exzentrisch angeordneten Lagerzapfen 4 gelagerte  Zahnrad Z, die bei einer Drehung des Drehzapfens 6  und damit des Körpers 5 eintretende Verschiebung  quer zur Achse ohne weiteres ausführen kann.  



  Die Zu- und Abführung des zu fördernden Me  diums     erfolgt    durch     zw;    i Bohrungen 10 und     10a,     welche beiderseits des Zahneingriffes in den Hohl  raum 9 des Gehäuses 1 münden.  



  Die Wirkungsweise ist folgende: Wird z. B. das  Zahnrad     Z1    (siehe     Fig.    3) in Pfeilrichtung angetrieben,  so treibt dieses seinerseits das Zahnrad     Z2    in ent  gegengesetzter     Drehrichtung    an. Dabei füllen sich die  Zahnzwischenräume dieser Zahnräder mit dem     bei     Bohrung 10 in Pfeilrichtung eintretenden flüssigen  Medium und nehmen es nach der linken Seite des  Hohlraumes 9 mit (Druckseite). Von dort strömt es  in Pfeilrichtung durch Bohrung 10a weiter.

   Gleich  zeitig sperren die im     Eingriff    stehenden     Zähne    zu  nächst den Rücklauf des Mediums nach der rechten  Seite des Hohlraumes 9     (Saugseite)    bis auf eine rest  liche Menge, welche durch den im Eingriffsbereich  der Verzahnung bestehenden     unvermeidlichen        to#.en     Raum zwischen Zahn und Zahnlücke bestimmt wird.

    Die Regelung der Fördermenge der Zahnradpumpe  beruht nun darauf, dass dem genannte, auf die Förde  rung negativ wirkende tote Raum verändert wird,  indem durch -die Drehung des     Verstellkörpers    5 und  damit des Lagerzapfens 4 der Achsenabstand a zwi  schen den     Zahnrädern        Z1    und Z,     verändert    wird.

        Dabei ist     durch    nicht gezeichnete Anschläge der Dreh  bereich des     Exzenterkörpers    5 auf den in     Fig.    2 ange  deuteten     Verstellbereich    des Hebels     begrenzt.        Beim     Beispiel nach     Fig.    2 und 3 ist die Exzentrizität e so  vorgesehen, dass, wenn die Drehachsen der Zahnräder       Z1    und Z,, und des Körpers 5 in Stirnansicht (ver  gleiche     Fig.    3) auf     einer    Geraden liegen,

   die Zahn  räder in beinahe     spielfreiem    Eingriff     stehen.    Hierbei  steht der Stellhebel 8 in der     Endstellung        links    und  dank der     kleinsten        Toträume    im Zahneingriff ent  spricht diese Regelstellung der     Fördermenge     Wird dagegen der Stellhebel 8 in     die        in        Fig.    2 eben  falls angedeutete     Endstellung    rechts     geschwenkt,    so  bekommen die Zahnräder     Z1,

          Z2    durch die Wirkung  der exzentrischen Lagerung des Zapfens 4 ,den     kine-          matIsch        grösstzul'ässigen        Achsenabstand        (Überdek-          kungsgrad    der Verzahnung etwa = 1), und dement  sprechend ergeben sich die grössten     Toträume        im     Zahneingriff.

   Der     dadurch    gegebene grosse Rückstrom  des Mediums von der Druckseite zur     Saugseite    ergibt  in dieser Stellung .die     kleinstmögliche    positive Förder  menge     V",i".    Der Regelbereich     erstreckt    sich also zwi  schen den Fördermengen und     V",;"    und kann  durch Drehung am     Stellhebel    8 stufenlos     durchgeregelt     werden.



      Pump unit consisting of two two-wheel gear pumps, the flow rate of which is continuously adjustable. The invention relates to a pump unit, consisting of two two-wheel gear pumps, the flow rate of which is continuously variable. In the well-known two-wheel gear pumps whose delivery amount z.

   B. by changing: the center distance of the gears and thus the depth of engagement is continuously adjustable, the control is limited to a range that extends from about half to the full delivery rate. In addition, it is not possible here to reverse the conveying direction.



  In order to be able to extend the control range up to the delivery rate zero and to make the delivery direction reversible, controllable Zahnradpum pen with at least three gears have been proposed, in which the center distance of two wheels remains unchanged, while the center distance of the third wheel from one of the other two wheels is adjustable. With pumps of this type, all practically occurring control tasks with regard to the direction of flow and flow rate can be performed.

   However, they have large dimensions in relation to their delivery rate, which is particularly disadvantageous when, as is usually the case, such a pump is to be used as a built-in part.



  In other known proposed solutions, the amount of medium delivered by the gear pump is changed by controllable throttle devices. In this case, however, it is disadvantageous that the throttling of the conveyed medium flow results in a conversion of the conveying capacity into heat proportional to the change in volume.

   To compensate for the resulting pressure drop, correspondingly large pumps with high power outlay are required here, so that such units not only result in poor pumping efficiency, but are also unsuitable in most cases because of their size and weight, especially as a built-in unit. The invention now aims to be able to create an assembly

      in which the mentioned disadvantages are avoided and which, with relatively favorable external dimensions, results in a high maximum conveyance in both directions which can be regulated down to zero.

   For this purpose, the invention proposes to couple the gear pumps with each other on the drive side with a pump unit consisting of two two-wheel gear pumps, the delivery rate of which is infinitely variable, and to connect them to a common inlet and a common outlet line for the conveyed medium and into the At the connection lines of one gear pump a switching device, z.

   B. to switch a piston control valve, which forms a five-channel control, which allows both gear pumps to be promoted simultaneously in the same direction or in opposite directions.



  With this arrangement, it is now possible to create a unit that only delivers in one direction, in which the adjusting devices of the gear pumps, one of which always works positively, including the switching device, can be operated by means of suitable control devices,

    that, in order to achieve zero pumping, the pumping of both units (pumps) is the same, but takes place in the opposite direction and is therefore canceled out.

   In order to achieve a promotion and to increase the delivery amount, both units are initially adjusted so that the promotion of the negative working unit decreases to the minimum and that of the positive working unit increases to the maximum. Then one unit is switched to the positive conveying direction via the switching device and at the same time the unit, which is always positively conveying, is switched to the smallest conveying quantity.

    whereupon from then on both pump adjustment devices can be adjusted again in any sequence or at the same time up to the maximum delivery rate of both pumps.



  In order to design the unit so that it is possible to regulate the delivery from zero to the maximum in both delivery directions, it is proposed to switch a switching device in each of the connecting lines of the two gear pumps. In an advantageous manner, the gear pumps are provided with such mechanical adjustment devices that they can be operated together with the aforementioned switching devices by control devices in the same direction or in opposite directions.

   This device works in such a way that, with zero delivery, both units (pumps) deliver the same amount, but in opposite directions, from zero to a certain effective delivery rate in opposite directions, but at different levels, and from then on both units up to the maximum effective total delivery rate .are infinitely variable together in the desired conveying direction.



  An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.



       Fig. 1 shows the overall arrangement.



       Fig. 2 shows an axial section through a two-wheeled controllable gear displacement machine. FIG. 3 shows a cross section through the machine according to FIG. 2.



  The two two-wheel gear pumps A and B, the delivery rate of which is infinitely variable, are driven jointly by the drive shaft 3. The lines 27 and 2 7 for the conveying medium are connected to the suction and pressure lines 29 and 30 via the switching devices 28 and 28 'each forming a five-channel control.

   The adjustment levers 8 and 8 'are used to regulate the delivery rate of the pumps <I> A </I> and <I> B, </I> whereby the regulation for each pump is limited to a range that is approximately half that extends up to the maximum delivery amount.



  By means of the switching devices 28 and 28 ', the individual pumps <I> A </I> and <I> B </I> can now be brought into connection with the lines 29 and 30 common to them in such a way that when conveying directions are synchronized Both pumps a regulation in the range between half and the largest total delivery rate is possible, in both delivery directions. The switching position of the devices 28 and 28 'shown in the drawing corresponds to this state with regard to one conveying direction.



  If half the maximum total delivery rate is now to be regulated to zero delivery in each delivery direction, the switching devices 28, 28 'are set or actuated so that the effects of the two pumps <I> A </I> and <I> B </ I> more or less or completely cancel in the case of zero funding. In cases where the delivery in one direction is sufficient, one of the switching devices can be omitted.



  In FIGS. 2 and 3, an exemplary embodiment for a gear pump is shown which corresponds to pumps A and B in the diagram according to FIG. The gears ZI and Z are stored in the housing with cover 2 ge. But while the provided with a drive shaft 3 gear Z1 is superimposed directly in the housing ge, a journal 4 of the gear Z #, is arranged ex centric in an adjusting body 5, wel cher is stored in a cylindrical recess of the housing 1 and the cover 2 and to its Steue tion has a pivot 6 which penetrates the cover 2.

   On its free end it carries, for example, a secured by a bolt 7 against rotation and only dash-dotted line lever B. The gear Z., is of the adjusting body 5 on its end faces and partly also from the web 5 'of the latter on its circumference tight running clearance and the adjusting body in turn rests against the wall of the housing 1 or the cover 2 with such a tight running clearance that a backflow of the conveyed and pressurized medium from the pressure side to the suction side in all positions of the body 5 is prevented.

   A cavity 9 of the housing rests closely on the larger part of the circumference of the toothed wheel Z1 with its wall, but is so much radially expanded in the area of the toothed wheel Z2 that the bearing pin 4, which is eccentrically arranged to the axis of rotation of the adjustment body 5, is supported Gear Z, which can easily perform displacement transversely to the axis when the pivot 6 and thus the body 5 rotate.



  The supply and discharge of the medium to be promoted is carried out by zw; i bores 10 and 10a, which open into the hollow space 9 of the housing 1 on both sides of the tooth engagement.



  The mode of action is as follows: If z. B. the gear Z1 (see Fig. 3) driven in the direction of the arrow, this in turn drives the gear Z2 in the opposite direction of rotation. The spaces between the teeth of these gears are filled with the liquid medium entering the bore 10 in the direction of the arrow and take it with them to the left side of the cavity 9 (pressure side). From there it flows on in the direction of the arrow through hole 10a.

   At the same time, the engaged teeth first block the return of the medium to the right side of the cavity 9 (suction side) except for a residual amount, which is determined by the unavoidable space between the tooth and the tooth gap in the meshing area of the toothing becomes.

    The control of the delivery rate of the gear pump is now based on the fact that the dead space mentioned, which has a negative effect on the delivery, is changed by changing the axis distance a between the gears Z1 and Z by rotating the adjustment body 5 and thus of the journal 4 becomes.

        The rotation area of the eccentric body 5 is limited to the adjustment range of the lever indicated in FIG. 2 by stops not shown. In the example according to FIGS. 2 and 3, the eccentricity e is provided so that, when the axes of rotation of the gears Z1 and Z ,, and of the body 5 in the front view (compare Fig. 3) lie on a straight line,

   the gears are in almost play-free engagement. Here, the adjusting lever 8 is in the end position on the left and thanks to the smallest dead spaces in the tooth engagement, this control position corresponds to the delivery rate.

          Z2 due to the effect of the eccentric mounting of the journal 4, the kinematically largest permissible axis distance (degree of overlap of the toothing approximately = 1), and accordingly the largest dead spaces result in the tooth meshing.

   The resulting large return flow of the medium from the pressure side to the suction side results in this position .the smallest possible positive delivery rate V ", i". The control range thus extends between the flow rates and V ",;" and can be continuously adjusted by turning the adjusting lever 8.

 

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translated from German

PATENTANSPRUCH Pumpaggregat, bestehend aus zwei zweirädrigen Zahnradpumpen, deren Fördermenge stufenlos regel bar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnrad pumpen antriebsseitig miteinander gekuppelt und an eine gemeinsame Zu- und eine gemeinsame Ablauf- leitung für das Fördermedium angeschlossen sind, und dass in die Anschlussleitungen (27) der einen Zahn radpumpe : PATENT CLAIM Pump unit, consisting of two two-wheel gear pumps, the delivery rate of which is infinitely variable, characterized in that the gear pumps are coupled to one another on the drive side and are connected to a common inlet and a common outlet line for the pumping medium, and that the connection lines ( 27) of one gear pump: eine Umschalteinrichtung (28), die eine Fünfkanalsteue.rung bilden, geschaltet ist, welche es gestattet, beide Pumpen gleichzeitig in -gleicher Rich tung oder einander entgegengesetzt fördern zu lassen. UNTERANSPRÜCHE 1. Aggregat nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass in die Anschlussleitungen (27, 27') beider Zahnradpumpen je eine Umschalteinrichtung (28 bzw. 28') geschaltet ist. 2. a switching device (28), which form a five-channel control system, is connected, which allows both pumps to be conveyed simultaneously in the same direction or in opposite directions. SUBClaims 1. Unit according to patent claim, characterized in that a switching device (28 or 28 ') is connected in each of the connecting lines (27, 27') of both gear pumps. 2. Aggregat nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Zahnradpumpen mit mechani schen Versteilleinrichtungen versehen sind und dass die Umschalteinrichtungen (28, 28') und Verstelleinrich tungen (5, 6, 7, 8) beider Zahnradpumpen durch Steuereinrichtungen in gleichlaufender oder einander entgegengesetzter Richtung betätigt werden können. Unit according to claim, characterized in that the gear pumps are provided with mechanical adjusting devices and that the switching devices (28, 28 ') and adjusting devices (5, 6, 7, 8) of both gear pumps are operated by control devices in the same direction or in opposite directions can be.