DE1006722B - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

• Zahnradpumpe Die Forderungen an die Leistungsfähigkeit hydraulischer Pumpen sind in dauerndem Steigen begriffen. Während bisher die Kolbenpumpen bevorzugt für hohen Druck verwendet worden sind, haben Bestrebungen aus neuerer Zeit dazu geführt, daß auch die Zahnradpumpen einer gewissen Qualitätssteigerung durch Anwendung besonderer konstruktiver Mittel unterzogen werden können.
• Eine entscheidende Schwierigkeit bei den Zahnradpumpen war die axiale Abdichtung der Zahnräder in den Laufkammern, deren Stirnflächen nach bekanntem Verfahren neuerdings nicht mehr in fest eingestellter Distanz mit unveränderlicher Passung gegen die Räder zur dichtenden Anlage kommen, sondern proportional zu dem in den Radkammern herrschenden Öldruck gegen die Räder angepreßt werden. Hierzu werden die Lagerbuchsen der Zahnradwellen, deren Stirnflächen gegen die Räder anliegen, so dimensioniert, daß sie den gleichen Außendurchmesser wie die Zahnräder haben und schließend in die entsprechend breiter gehaltenen zylindrischen Aussparungen des die Zahnräder umhüllenden Körpers passen. Diese dergestalt ausgebildeten Lagerbuchsen können, den axialen Kräften folgend, sich gegen die Räder anlehnen und deren Laufkammern axial abdichten.
• Fertigungsmäßige Forderungen und die Aufnahme der aus den Zahnradkammern wirkenden Öldruckkräfte führten zu einer Reihe verschiedener Lösungen, bei denen die Lagerbuchsen zum Teil für jede Welle gesondert, zum Teil für zwei nebeneinanderliegende Wellen jeweils einer Seite gemeinsam ausgebildet wurden. Alle bekanntgewordenen Lösungen beschränken sich darauf, die axial wirkenden Kräfte in günstiger Weise aufzunehmen, wobei insbesondere auch darauf Rücksicht genommen wurde, daß die am Umfang jedes Rades in den Radkammern sich ungleichmäßig verteilenden Öldrücke durch entsprechend wirkende hydraulische Gegenkräfte aufgenommen werden, so daß die Lagerbuchsen ohne Neigung zum Kippen zur dichtenden Anlage kommen.
• Die beschriebenen Mittel machen es möglich, die axialen Kräfte durch Gegenkräfte so zum Ausgleich zu bringen, daß die Stirnflächen in einen losen, aber dichtenden Kontakt mit den Zahnrädern gelangen. Treten jedoch Unreinigkeiten im Öl auf oder entstehen durch Erwärmung oder andere Ursachen Veränderungen der axialen Längen, so können die Lagerbuchsen erst dann aus der Ruhelage entfernt werden, wenn die nach Veränderung der Beharrungslage strebenden Kräfte auf ein Maß anwachsen, das die Reibungskräfte der Lagerbuchsen im Gehäuse überschreitet. Diese Reibungswiderstände sind erheblich und bedingen, daß der Ausgleich mit zusätzlichen Kräften belastet ist. Erfindungsgemäß wird nun die Lagerbuchse nicht nur in der axialen Richtung vom Öldruck, sondern auch noch durch den gleichen oder einen proportionalen Öldruck von ihren Auflagedrücken entlastet, so daß die Lagerbuchse in einer vollkommenen Weise hydraulisch aufschwimmen kann. Die Aufnahme dieser in radialer Richtung von den Radlagern her wirkenden Kräfte erfolgt in gleicher Weise, wie es von der axialen Entlastung her bekannt ist, durch Druckfelder, die eine genauere Begrenzung durch Rundschnurringe und ähnliches erfahren können.
• Durch das Aufschwimmen der Lagerbuchsen wird das Zahnrad im abdichtenden Sinn gegen die zylindrische Dichtfläche des umgebenden Gehäuses bewegt. Erfindungsgemäß werden nun im gleichen Sinn die Zahnradwellen innerhalb ihrer Lager unter Aufhebung des dort vorhandenen Spieles durch hydraulische Kräfte, die in einem Druckfeld zur Auswirkung kommen, zum Aufschwimmen gebracht. Diese Spielverschiebung der Zahnradwellen in ihren Lagern führt zu einer Verschiebung der Zahnräder, die in denn gleichen Sinn abdichtend wirkt wie die Verschiebung der Lagerbuchse im Gehäuse, so daß das Zahnrad an seinem zylindrischen Umfang gut im Gehäuse abdichten kann. Die Druckfelder, die wegen der rotierenden Welle nicht durch besondere Dichtelemente abgegrenzt werden können, erhalten erfindungsgemäß Ausnehmungen in den Buchsen, die ein Kraftfeld entsprechender Größe bestimmen.
• Weiterhin werden erfindungsgemäß die Lagerbuchsen der beiden Zahnradwellen in an sich bekannter Weise in einem Stück so zusammengefaßt, daß dieses die Sicherung deren Achsabstandes übernehmende Bauelement die Längs- und Querkräfte, die gegen die von der Pumpe herkommenden Kräfte wirken, aufnehmen kann. Erfindungsgemäß lassen sich diese in einer resultierenden Kraft zusammengefaßten Längs-und Querkräfte gegen eine entsprechend ausgebildete Übertragungsstelle auf den Lagerkörper bringen.
• Ein weiterer erfinderischer Gedanke verwendet die Lagerdrücke der Pumpenachsen zur Erzeugung von Momenten derart, daß durch sie die außermittig liegende axiale Entlastung so in die Mitte gebracht werden kann, daß die für sie notwendigen Druckfelder zentral liegen.
• Im Gegensatz zu den nur einen Wellenzapfen tragenden zylindrischen Buchsen, die an einer Stelle mit einer Anflachung die Nachbarbuchse berühren, ist die Herstellung der einstückigen Buchse fabrikatorisch sehr schwierig. Die hohen Genauigkeiten, die an die Fabrikation bei der Herstellung solcher Zahnradpumpen gestellt werden und die sich schon darin ausdrücken, daß die Spielaufhebung innerhalb der einzelnen Lager von ausschlaggebender Bedeutung ist, bilden eine Erschwernis bei der Herstellung solcher Lagerbuchsen. Diese werden nun in normaler Weise durch Drehprozesse hergestellt und im Bereich der Anflachungen erfindungsgemäß mit Verzahnungen oder Nuten versehen, mit denen sie ineinandergreifen können und an welchen sie unter Verwendung von Metallbindemitteln zu einem einzigen Stück verbunden werden. Die hohen Haftkräfte der modernen thermoplastischen Bindemittel können erfindungsgemäß noch durch Formschluß unterstützt werden, indem senkrccht zu den Verzahnungen liegend Bohrungen angebracht werden, in denen der Thermoplast sich verankern kann.
• Es stellt dar Abb. 1 eine teilweise aufgeschnittene Pumpe, Abb. 2 die Pumpenzahnräder mit gegenüber Abb. 1 abgewandelten Lagerkörpern, Abb. 3 zusammengesetzte Lagerkörper, Abb. 4 wiederum Zahnräder mit in besonderer Weise ausgebildeten Lagerkörpern.
• Es sind 1 ein Deckel der Pumpe, 2 der Pumpenkörper, 3, 3' und 3" Lagerungen der Zahnradwellen, 4, 4' und 4" ebenfalls Lagerungen der Zahnradwellen. Auf diesen sind rahmenförmig angeordnete Entlastungsnuten 5 angebracht, in deren Druckfelder die Kräfte 6 entstehen. 7 ist ein Rundschnurring, der ein Druckfeld abgrenzt, das die Kraft 8 erzeugt, die ihrerseits den Kräften 6 entgegenwirkt. 9, 10 und 11 sind Verbindungsleitungen, die das Drucköl in die von 5 und 7 abgegrenzten Felder bringen. 12 ist die Resultierende aller Axialkräfte A1, A2, A3, usw., die sich in einzelnen Kammern zwischen den Zahnrädern bilden. Die Kräfte 8 und 12 haben eine Resultierende 13, die auf einer senkrecht zu, ihr stehenden Fläche 14 des Körpers 4' sich abstützt. 15 und 16 stellen zwei Ersatzkräfte für 8 und 12 dar, die mit den Hebelarmen 17 und 18 auf den Körper 4" derart wirken, daß dieser momentenfrei bleibt. Ein Rundschnurring 19 grenzt ähnlich wie der Ring 7 ein um ihn herum liegendes Druckfeld ab, das auf den Körper 4" mit dem Arbeitsdruck der Pumpe wirkt und in seiner Größe die Kraft 16 ausmacht. 20 sind Trapeznuten, die Bohrungen 21 kreuzen und durch Ausfüllen mit einem Thermoplast die beiden Lagerhälften 3" zusammenhalten können. An Stelle des Thermoplasts kann auch ein Metallklebemittel Verwendung finden, bei dem die Bohrungen 21 in Fortfall kommen können. Wirkungsweise Beim Drehen der Pumpenwelle in Pfeilrichtung wird das Bekannterweise von den Zahnkammern transportierte Öl von der Saugseite zur Druckseite der Pumpe gebracht. Die Abdichtung der Kammern zwischen den einzelnen Zähnen erfolgt durch die Bohrungen in dem Gehäuse 2, in dem die Zahnräder mit ihren Lagerkörpern 3 und 4 gelagert sind, und in axialer Richtung durch die Körper 3 und 4. Die Körper 3 und 4 verhindern, daß die Zahnräder mit ihrem radialen Durchmesser die Gehäusewand berühren. Die freie axiale Beweglichkeit der Lagerkörper, von denen der Lagerkörper 3 sich gegen die Stirnscheiben der Pumpe 1 anlegt, ermöglicht ein gutes axiales Abdichten, wobei der Lagerkörper 4 unter dem Einfluß einer Kraft 12 gegen die Zahnräder angeschoben wird. Die großen Öldrücke führen auch zu einer hohen Belastung der Zahnradwellenlagerungen, die durch Anbringung von ringförmig sich schließenden Nuten 5 unter den Einfluß von Druckfeldern gesetzt werden, die die Kräfte 6 mit Hilfe des Öldruckes aufzunehmen imstande sind. Die Resultierende der Kräfte 6 wird ihrerseits durch ein Druckfeld, das durch einen Rundschnurring 7 abgegrenzt ist, aufgenommen, in dem eine Gegenkraft 8, ebenfalls durch den Öldruck hervorgebracht, zur Wirkung kommt. Auf diese Weise wird der Lagerkörper 4 in die Lage versetzt, sich ohne Überwindung von Reibungskräften axial hin- und herbewegen zu können. Die axiale Anpressung durch die Kraft 12 ist in dem Beispiel Abb. 1 nicht gezeigt und könnte z. B. über ein kolbenähnliches Bauelement vorgenommen werden.
• Abb. 2 zeigt den grundsätzlich gleichen Aufbau der Innenteile der Zahnradpumpe. Es sind jedoch die Körper 3 und 4 durch anders geartete Körper 3' und 4' ersetzt, die ihrerseits ein fabrikatorisch einfacher herzustellendes Gehäuse möglich machen. Die Kräfte 8 und 12 der Abb. 1 sind in diesem Beispiel durch die Resultierende 13 zusammengefaßt, die über eine Fläche 14 in derselben Weise wie die beiden Kräfte 8 bzw. 12 auf den Körper 4' einwirkt. Die Kraft 13 kann erzeugt werden durch ein Druckfeld, das vom Öldruck gespeist wird und in den Abbildungen nicht gezeigt ist.
• Abb. 3 gibt ein konstruktives Detail der Lagerkörper wieder, bei denen die Herstellung der Lagerkörper 3' aus zwei einzelnen, abgeflachten zylindrischen Körpern 3" vorgenommen worden ist. Die Verbindung der beiden Körper kann beispielsweise durch Thermoplast geschehen, der in kreuzweise zueinander angeordnete Nuten 20 und Bohrungen 21 eingespritzt wird und die beiden Teile ineinander verankert. In ähnlicher Weise lassen sich die beiden Körper 3" auch durch Metallklebemittel verbinden, so daß die fertigen Körper sich funktionell nicht von dem Lagerkörper 3' der Abb. 2 unterscheiden.
• Abb. 4 zeigt wieder die Innenteile einer Pumpe, bei denen der Lagerkörper 4" in einer besonderen Weise so ausgebildet ist, daß die exzentrische Kraft 12 aus Abb. 1 durch eine zentrische Kraft 16 ersetzt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Lagerstützkraft 8, die die beiden Kräfte 6 aufnehmen muß, durch eine Kraft 15 ersetzt, die mit dem Hebelarm 17 den Lagerkörper unter Erzeugung eines Momentes abstützt. In entsprechender Weise wird die Kraft 16 als Ersatz für die Kraft 12 -r_entrisch auf den Körper 4" zur Wirkung gebracht, so daß das durch den Abstand 18 entstehende Moment gleich dem von der Kraft 15 herrührenden Moment in Bezug auf den Körper 4" ist.
• Während die Kraft 15 auf einem Wulst des Lagerkörpers 4" zur Wirkung kommt, wird die Kraft 16 durch einen Ringraum der größten Umgrenzung des Körpers 4" und einen zentrisch angeordneten Rundschnurring 19, der unmittelbar über die beiden Lagerstellen weggeführt ist, erzeugt, wobei der Ringraum unter dem Einfluß des Pumpenöldruckes steht. Wird der Lagerkörper 4, 4' oder 4" in der in Abb. 1, 2 und 4 dargestellten Weise zur Abstützung gebracht, so legt er sich, ohne daß Kippmomente sich störend auswirken, plan gegen die Zahnräder an. Die reibungsfreie Halterung des Körpers, wie sie Abb. 1 und 2 insbesondere darstellen, verbürgt gleichzeitig, daß die axiale Abgrenzung der Pumpenräder bei Längenänderungen ohne Reibungsbehinderung mitgehen kann.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zahnradpumpe mit axial beweglichen, in Abhängigkeit vom Förderdruck belasteten Buchsen, die als Lager für die Zahnradwellen dienen und deren Stirnflächen den Pumpenraum begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß radial wirkende, vom Förderdruck beaufschlagte Druckfelder in den Bohrungen und an der Außenseite der Buchsen vorgesehen sind.
2. 2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder durch Ausnehmungen in den Buchsen gebildet werden, in denen ein vom Fördermittel abhängiger Druck wirksam ist.
3. 3. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Lage des Druckfeldes (5) in jeder Bohrung der Buchsen so bestimmt ist, daß die in dem Druckfeld (5) unter dem Einfluß des Pumpendruckes entstehenden Kräfte die Zahnräder entgegen den im Bereich des Druckraumes wirkenden Kräften zum Aufschwimmen bringen.
4. 4. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Lage des an der Außenseite der Buchse vorgesehenen radialen Druckfeldes so bestimmt ist, daß dessen Kraft (8) den resultierenden Kräften (6) der Druckfelder (5) an den Bohrungen der Buchsen entgegengesetzt gerichtet gleich ist.
5. 5. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von in axialer Richtung wirksamen Druckkräften (12) und durch die Druckfelder in den Bohrungen in radialer Richtung wirksamen Druckkräften an der Buchse ein vom Förderdruck abhängiges, in Richtung der Resultante beider Druckkräfte wirkendes Druckfeld vorgesehen ist.
6. 6. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zentral angreifenden axialen Ausgleichskraft zum Momentenausgleich die resultierende Radialkraft axial versetzt ist.
7. 7. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung und Abdichtung der Druckfelder an sich bekannte Rundschnurringe (7, 19) vorgesehen sind. B.
8. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen aus zwei abgeflachten Zylindern bestehen, die im Bereich der Abflachungen mit Verzahnungen oder Nuten versehen sind, durch Kleben, Löten oder durch Thermoplast miteinander verbunden sind.
9. 9. Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast in senkrecht zu den Verzahnungen angebrachten Bohrungen der Buchsen verankert ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 681513, 694 814; schweizerische Patentschrift Nr. 285 571; deutsche Patentschrift Nr. 426 666; USA.-Patentschrift Nr. 2 641 192.