DE102015100350B3

DE102015100350B3 - Zahnradpumpe und Luftbefeuchtungsvorrichtung mit einer derartigen Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE102015100350B3
Application number: DE102015100350.3A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: DE202015100277U1

Abstract

Zahnradpumpe (1), mit einem einen Einlass (3) und einen Auslass (4) aufweisenden Gehäuse (2), in dem ein auf einer Antriebswelle (5) angeordnetes Zahnrad (6) aufgenommen ist, das mit einem auf einer mitlaufenden Welle (7) angeordneten Zahnrad (8) im Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen den beiden Zahnrädern (6, 8) und dem Auslass (4) gebildeten Freiraum eine Strömungsblende (11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, mit einem einen Einlass und einen Auslass aufweisenden Gehäuse, in dem ein auf einer Antriebswelle angeordnetes Zahnrad aufgenommen ist, das mit einem auf einer mitlaufenden Welle angeordneten Zahnrad im Eingriff ist.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 20 2009 011 199 U1 ist es bereits bekannt, eine Zahnradpumpe als Komponente einer Luftbefeuchtungsvorrichtung einzusetzen. Luftbefeuchtungsvorrichtungen dienen dazu, die Luftfeuchtigkeit in Räumen eines Gebäudes zu regeln, insbesondere zu erhöhen, um ein für die sich darin aufhaltenden Personen angenehmes Raumklima zu schaffen. Die Luftbefeuchtung kann entweder direkt oder indirekt erfolgen. Bei der direkten Luftbefeuchtung wird ein Befeuchtungsfluid, im allgemeinen entsalztes und gereinigtes Wasser, unmittelbar in den zu befeuchtenden Raum eingebracht, bei der indirekten Luftbefeuchtung wird dem Raum befeuchtete Luft mit einem Gebläse zugeführt.
Aus der DE 38 16 537 A1 ist eine Zahnradpumpe bekannt, mit einem einen Einlass und einen Auslass aufweisenden Gehäuse, in dem ein auf einer Antriebswelle angeordnetes Zahnrad aufgenommen ist, das mit einem auf einer mitlaufenden Welle angeordneten Zahnrad im Eingriff ist. Im Bereich einer Auslassbohrung ist eine Blende angeordnet, um ein Druckfeld zu bilden.
Aus dem Dokument DE 198 07 683 C1 ist eine Luftbefeuchtungsvorrichtung bekannt, die eine Hochdruckpumpe aufweist, an deren Ausgang eine Mehrzahl von Düsen angeschlossen ist. Diese Luftbefeuchtungsvorrichtung kann zur Klimatisierung eines Raums in einem Gebäude eingesetzt werden.
Derartige Luftbefeuchtungsvorrichtungen weisen wenigstens eine Hochdruckpumpe mit einem Einlass und einem Auslass auf, wobei der Auslass über eine Leitung mit Düsen verbunden ist, um dem Raum direkt oder indirekt Wasser zum Befeuchten zuzuführen. Üblicherweise kommt als Hochdruckpumpe eine Kolbenpumpe zum Einsatz. Allerdings weisen derartige Kolbenpumpen den Nachteil auf, dass sie einem hohen Verschleiß unterliegen und die Luftbefeuchtungsvorrichtung daher besonders wartungsbedürftig ist. Da Kolbenpumpen Öl zur Schmierung benötigen, ist deren Einsatz in bestimmten Umgebungen, z.B. in Räumen, in denen Lebensmittel hergestellt oder verarbeitet werden, nur eingeschränkt möglich. Zudem ist eine genaue Steuerung der Befeuchtung bei geringen Drehzahlen der Kolbenpumpe schwierig.
In dem oben zitierten Gebrauchsmuster wurde bereits vorgeschlagen, anstelle einer Kolbenpumpe eine Zahnradpumpe zum Fördern des Befeuchtungsfluids einzusetzen. Allerdings werden Zahnradpumpen fast ausschließlich zur Förderung von Ölen eingesetzt. Wenn eine herkömmliche Zahnradpumpe zur Förderung von Wasser oder einer wässrigen Flüssigkeit eingesetzt wird, tritt häufig nach sehr kurzer Zeit starker Verschleiß auf, insbesondere an Kontaktflächen zwischen den Lagerbuchsen und den Axialseiten der Zahnräder.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe anzugeben, die für die Förderung von Wasser geeignet ist und sich durch geringen Verschleiß auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Zahnradpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem zwischen den beiden Zahnrädern und dem Auslass gebildeten Freiraum eine Strömungsblende angeordnet ist.
Überraschend wurde festgestellt, dass eine mit einer Strömungsblende versehene Zahnradpumpe in der Lage ist, Wasser mit hohem Druck zu fördern, ohne dass dabei nennenswerter Verschleiß auftritt. Dementsprechend eignet sich die erfindungsgemäße Zahnradpumpe insbesondere zum Fördern von Wasser, beispielsweise als Bestandteil einer Luftbefeuchtungsvorrichtung. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Strömungsblende wird verhindert, dass das geförderte Fluid aus dem Freiraum zwischen den Zahnrädern und dem Auslass weiter in Umfangsrichtung zwischen die Zahnräder gefördert wird. Die Strömungsblende verhindert somit eine Bewegung von Flüssigkeitsteilchen in den Zwischenraum zwischen den Zahnrädern, stattdessen werden die Flüssigkeitsteilchen zum Auslass bewegt, wodurch ein vergleichsweise hoher Druck erzeugt werden kann. In Versuchen wurde festgestellt, dass der durch die erfindungsgemäße Zahnradpumpe beim Fördern erzeugte Druck bis zu 90 bar oder sogar bis zu 120 bar betragen kann. Dementsprechend können die bisher bei Luftbefeuchtungsvorrichtungen zum Einsatz gekommenen Kolbenpumpen durch kostengünstige und wartungsarme Zahnradpumpen ersetzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe wird es bevorzugt, dass die Strömungsblende als Blech ausgebildet und vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Stahllegierung hergestellt ist. Dementsprechend kann die Strömungsblende kostengünstig hergestellt werden. Es ist auch möglich, eine herkömmliche Zahnradpumpe nachträglich mit der als Blech ausgebildeten Strömungsblende zu versehen, um eine herkömmliche Zahnradpumpe für einen Einsatz in einer Luftbefeuchtungsvorrichtung zu modifizieren.
Im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung wird es besonders bevorzugt, dass die Strömungsblende als Stanzteil ausgebildet ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strömungsblende eine rechteckige Grundform aufweist und an zwei voneinander axial beabstandeten Lagerbuchsen befestigt ist, in denen die Antriebswelle und die mitlaufende Welle gelagert sind. Die Lagerbuchsen können zweiteilig ausgebildet sein und eine obere Lagerbuchse und eine untere Lagerbuchse aufweisen, die jeweils zwei Ausnehmungen oder Durchgangsöffnungen für die Antriebswelle und die mitlaufende Welle aufweisen, so dass die Zahnräder in Axialrichtung zwischen den beiden Lagerbuchsen aufgenommen und gelagert sind. Vorzugsweise kann die Strömungsblende in einer Ausnehmung oder Nut einer oder beider Lagerbuchsen angebracht sein. Die Strömungsblende kann beispielsweise in die Ausnehmung oder die Nut geklemmt oder eingepresst sein. Alternativ kann die Strömungsblende auch an der Innenseite des Gehäuses der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe vor dem Auslass platziert sein, so dass die Strömungsblende lediglich einen Teil des Querschnitts des Auslasses abdeckt.
Eine besonders bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe sieht vor, dass die Lagerbuchsen eine keramische Beschichtung aufweisen oder aus Keramik hergestellt sind. Es wurde herausgefunden, dass sich bei aus Keramik hergestellten Lagerbuchsen nahezu kein Verschleiß einstellt, dasselbe gilt für Lagerbuchsen, die eine Beschichtung aus Keramik aufweisen. Insbesondere wenn mit der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe Wasser gefördert wird, kann eine besonders lange Lebensdauer erwartet werden.
Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe kann aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Stahllegierung hergestellt sein. Alternativ kann zumindest ein Teil des Gehäuses eine keramische Beschichtung aufweisen oder das Gehäuse kann aus Keramik hergestellt sein. Insbesondere die Kombination eines aus einem Keramikmaterial hergestellten Gehäuses mit aus dem Keramikmaterial hergestellten Lagerbuchsen stellt eine lange und praktisch wartungsfreie Nutzungsdauer sicher.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Strömungsblende einen mittleren Bereich mit einer verringerten Breite aufweist. Dieser mittlere Bereich befindet sich im eingebauten Zustand vor dem Auslass, so dass das geförderte Fluid an beiden Seiten neben dem mittleren Bereich in den Auslass strömen kann.
Die Zahnräder der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe können ebenfalls eine keramische Beschichtung aufweisen oder aus Keramik hergestellt sein. Die Zahnräder bilden vorzugsweise eine Stirnradverzahnung und können als geradverzahnte Zahnräder oder als schräg verzahnte Zahnräder ausgebildet sein. Alternativ kann die Stirnradverzahnung als Doppelschrägverzahnung mit V-verzahnten Zahnrädern ausgebildet sein.
Die Zahnradpumpe ist für Drehzahlen zwischen 0 und 4.000 U/min ausgelegt, wobei ein Drehzahlbereich zwischen 3.000 und 4.000 U/min besonders bevorzugt wird.
Daneben betrifft die Erfindung eine Luftbefeuchtungsvorrichtung mit einer Zahnradpumpe der beschriebenen Art, deren Einlass mit einer Reinigungseinrichtung für Wasser und deren Auslass über eine Leitung mit Düsen zum Befeuchten von Luft verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe;
2 eine weitere Ansicht der Zahnradpumpe von 1 in einer um 90° gedrehten Schnittebene;
3 eine Strömungsblende der Zahnradpumpe von 1; und
4 eine erfindungsgemäße Luftbefeuchtungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe.
Die in 1 in einer geschnittenen Ansicht gezeigte Zahnradpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem Einlass 3 und einem Auslass 4, die sich an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 2 befinden.
In der zu der Ansicht von 1 um 90° gedrehten, ebenfalls geschnittenen Ansicht von 2 erkennt man, dass in dem Gehäuse 2 ein auf einer Antriebswelle 5 angeordnetes Zahnrad 6 und ein auf einer mitlaufenden Welle 7 angeordnetes Zahnrad 8 aufgenommen sind. Die beiden geradverzahnten Zahnräder 6, 8 sind miteinander im Eingriff und bilden eine Stirnradverzahnung. In 1 zeigen Pfeile die Bewegungsrichtung von Flüssigkeitsteilchen eines angesaugten Fluids 9 an. Nach dem Einströmen in den Einlass 3 teilt sich der Flüssigkeitsstrom, ein Teil der Flüssigkeit strömt zwischen der Außenseite des Zahnrads 6 und der Innenwand des Gehäuses 2 zum Auslass 4, ein anderer Teil strömt zwischen der Außenseite des Zahnrads 8 und der Innenwand des Gehäuses 2 zum Auslass 4.
In 2 erkennt man, dass in einem zwischen den beiden Zahnrädern 6, 8 und dem Auslass 4 gebildeten Freiraum 10 eine Strömungsblende 11 angeordnet ist. In der geschnittenen Ansicht von 2 ist ersichtlich, dass die Antriebswelle 5 und die mitlaufende Welle 7 in zwei voneinander axial beabstandeten Lagerbuchsen 12, 13 drehbar gelagert sind. Die beiden Zahnräder 6, 8 sind somit axial zwischen den Lagerbuchsen 12, 13 aufgenommen. Die Strömungsblende 11, die in 3 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt ist, weist eine rechteckige Grundform sowie einen mittleren Bereich 14 mit einer verringerten Breite auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Strömungsblende 11 als gestanztes Blech ausgebildet. Die Strömungsblende 11 besteht aus einer Aluminiumlegierung. Der mittlere Bereich 14 mit der verringerten Breite bewirkt, dass die die beiden Zahnräder 6, 8 außenseitig passierenden Flüssigkeitsteilchen nicht in einen Bereich zwischen den beiden Zahnrädern und somit in einer Kreisbewegung gefördert werden, die Strömungsblende 11 bewirkt hingegen, dass die Flüssigkeitsteilchen zum Auslass 4 abgelenkt werden und das Gehäuse 2 der Zahnradpumpe 1 unter hohem Druck verlassen. Die Strömungsblende 11 ist jeweils in eine mittige Nut der Lagerbuchsen 12, 13 eingepresst, die parallel zur Axialrichtung verläuft.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Lagerbuchsen 12, 13 sowie das Gehäuse 2 aus Keramik. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine gute Dichtwirkung und einen äußerst geringen Verschleiß aus, wenn die Zahnradpumpe 1 zum Fördern von Wasser benutzt wird. Daneben sind auch die beiden Zahnräder 6, 8 aus Keramik hergestellt.
Die Antriebswelle 5 der Zahnradpumpe 1 ist mit einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt, der mittels eines Frequenzumrichters stufenlos regelbar ist. Die Förderleistung der Zahnradpumpe 1 und der Förderdruck können mittels des Frequenzumrichters stufenlos geregelt werden. Der bevorzugte Drehzahlbereich der Zahnradpumpe 1 liegt zwischen 3.000 und 4.000 U/min.
4 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Luftbefeuchtungseinrichtung 15, in der die Zahnradpumpe 1 eingesetzt wird. Der Einlass 3 ist über eine Leitung 16 mit einer Osmoseanlage 17 verbunden, die Reinstwasser als Permeat liefert. Das gereinigte Wasser gelangt direkt von der Osmoseanlage 17 mit einem Druck zwischen 2 und 4 bar zur Zahnradpumpe 1 und von dort unter hohem Druck durch eine Leitung 18 zu einem ersten Düsenstock 19 und zu einem zweiten Düsenstock 20. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann auch lediglich ein Düsenstock vorgesehen sein. Jeder Düsenstock 19, 20 weist mehrere Stränge mit jeweils mehreren Düsen 21 auf. Den Leitungen, die zu dem ersten Düsenstock 19 und zu dem zweiten Düsenstock 20 führen, ist jeweils ein Ventil 22, 23 zugeordnet. Dadurch kann jeder zu den Düsenstöcken 19, 20 führende Leitungsstrang einzeln abgesperrt werden. Durch die Steuerung der Drehzahl der Zahnradpumpe 1 können das Fördervolumen sowie der in dem gepumpten Fluid erzeugte Druck eingestellt werden. Auf diese Weise kann entweder die in der zugeführten Luft enthaltene Feuchte (Zuluftfeuchte) oder die Feuchte (Raumfeuchte) eines mittels der Luftbefeuchtungseinrichtung 15 klimatisierten Raums oder Gebäudes geregelt werden.

Claims

Zahnradpumpe (1), mit einem einen Einlass (3) und einen Auslass (4) aufweisenden Gehäuse (2), in dem ein auf einer Antriebswelle (5) angeordnetes Zahnrad (6) aufgenommen ist, das mit einem auf einer mitlaufenden Welle (7) angeordneten Zahnrad (8) im Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen den beiden Zahnrädern (6, 8) und dem Auslass (4) gebildeten Freiraum eine Strömungsblende (11) angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsblende (11) als Blech ausgebildet und vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Stahllegierung hergestellt ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsblende (11) als Stanzteil ausgebildet ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsblende (11) eine rechteckige Grundform aufweist und an zwei voneinander axial beabstandeten Lagerbuchsen (12, 13) befestigt ist, in denen die Antriebswelle (5) und die mitlaufende Welle (7) gelagert sind.
Zahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchsen (12, 13) eine keramische Beschichtung aufweisen oder aus Keramik hergestellt sind.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsblende (11) einen mittleren Bereich (14) mit einer verringerten Breite aufweist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Gehäuses (2) eine keramische Beschichtung aufweist oder dass das Gehäuse (2) aus Keramik hergestellt ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (6, 8) eine keramische Beschichtung aufweisen oder aus Keramik hergestellt sind.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (6, 8) als geradverzahnte oder schrägverzahnte Zahnräder oder als V-verzahnte Zahnräder ausgebildet sind.
Luftbefeuchtungsvorrichtung (15), mit einer Zahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, deren Einlass (3) mit einer Reinigungseinrichtung für Wasser und deren Auslass (4) über eine Leitung (18) mit Düsen (21) zum Befeuchten von Luft verbunden ist.