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Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit Pulsationskompensation gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Zahnrad- oder auch Trochoidpumpen erzeugen durch ihre pulsierende Förderung Geräusche, die je nach Anwendung der Pumpe als störend empfunden werden. Bekannt sind Pulsationsdämpfer innerhalb eines Hydrauliksystems. Diese Lösung des Geräuschproblems führt jedoch zu einer Verlustleistung des Hydrauliksystems bezogen auf die Pumpleistung und einem zusätzlichen Aufwand bedingt durch ein weiteres Bauteil innerhalb des Hydrauliksystems.
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Bei einer Pumpe, die für eine konstante Förderleistung ausgelegt ist, kann man die Zähnezahl und die Betriebsdrehzahl erhöhen, so dass der Pulsationseffekt nicht mehr als störend empfunden wird. Diese Auslegung ist jedoch nicht bei jeder Anwendung einer Pumpe möglich.
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Die
DE 10 2005 053 921 A1 beschreibt eine Lösung, bei der zwei Pumpen mit einer Phasenverschiebung der Saug- und Druckphasen betrieben werden. Die beiden Pumpen weisen eine gemeinsame Antriebswelle in einem gemeinsamen Gehäuse auf. Die Einzelpumpen sind durch eine Wandung innerhalb des Gehäuses getrennt. Radial außerhalb der Arbeitsräume der beiden Pumpen verläuft ein axialer saugseitiger Zuflusskanal und ein axialer druckseitiger Abflusskanal. Über einen radialen Anschluss sind die saugseitigen Arbeitsräume mit dem Zuflusskanal verbunden. Radiale Anschlüsse der druckseitigen Arbeitsräume sorgen für eine Verbindung mit dem gemeinsamen Abflusskanal. Die radialen Anschlüsse sind in der Wandung zwischen den beiden Pumpen ausgeführt.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser Pumpenkonstruktion besteht in dem komplizierten Kanalverlauf, für den zudem ein beträchtlicher Bauraum notwendig ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme bei einer Pumpe zu minimieren.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem die Trennwand mindestens einen axialen Verbindungsquerschnitt zur Verbindung der Saugräume und mindestens einen axialen Verbindungsquerschnitt zur Verbindung der Druckräume aufweist.
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Die innerhalb der Trennwand axial verlaufenden Verbindungquerschnitte vereinfachen wesentlich die konstruktive Ausgestaltung des Kanalsystems innerhalb des Gehäuses. Des Weiteren weist damit die Verbindung zwischen den funktionsgleichen Räumen die kleinstmögliche Länge auf. Folglich wirken sich Viskosität und Massenträgheit des Arbeitsmediums innerhalb des Verbindungsquerschnitts praktisch nicht mehr aus.
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Bevorzugt ist der Verbindungsquerschnitt als Langloch ausgeführt. Mit der rotatorischen Bewegung des Förderelements soll stets ein ausreichender Querschnitt zur Verfügung stehen.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist der Verbindungsquerschnitt in Kompressionsrichtung des Förderelements eine abnehmende radiale Breite auf. Damit wird eine weitere potenzielle Geräuschquelle ausgeschaltet.
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Im Hinblick auf eine geringe radiale Ausdehnung und eine einfache Herstellbarkeit ist die Trennwand als Planscheibe ausgeführt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trennwand einen Druckausgleichskanal aufweist, der zwei Deckseiten der Trennwand hydraulisch miteinander verbindet. Aufgrund dieser einfachen Maßnahme kann die Wandstärke der Trennwand sehr geringgehalten werden.
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Bevorzugt weist die Trennwand eine Durchgangsöffnung für die Antriebswelle der Förderelemente auf, wobei die Durchgangsöffnung den Druckausgleichskanal bildet. Es muss also keine zusätzliche Öffnung für den Druckausgleichskanal eingerichtet werden.
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Zur Vereinfachung der Gehäusegeometrie ist die Trennwand in Umfangsrichtung unabhängig von einer Spannverbindung zwischen zwei Gehäuseteilen des Gehäuses ortsfest gelagert. Zudem kann der Durchmesser der Trennwand kompakt gehalten werden.
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Dafür weist die Trennwand eine Profilierung auf, die mit einem Gegenprofil des Gehäuses eine Formschlussverbindung bildet.
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Es ist vorgesehen, dass das Gehäuse mindestens einen Lagerring für ein von dem Förderelement rotatorisch angetriebenes ringförmiges Kammerelement aufweist. Folglich kann die Innengeometrie des Gehäuses einfacher ausfallen.
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Zur Vermeidung einer internen Leckage zwischen den beiden Pumpen weit die Trennwand beidseitig Dichtflächen zu den Lagerringen auf.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Längsschnitt der Pumpe
- 2 - 4 Querschnitte zum Längsschnitt nach 1
- 5 weiterer Längsschnitt der Pumpe nach 1
- 6 Querschnitt zur Pumpe nach 5
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Die 1 zeigt eine Pumpe 1 in einem Längsschnitt. Zur Pulsationskompensation des Förderstroms von hydraulischem Druckmedium umfasst die Pumpe 1 in einem gemeinsamen Gehäuse 3 mindestens zwei Einzelpumpen 5; 7. Das Gehäuse 3 weist zwei Gehäuseschalen 9;11 auf, die jeweils eine Einzelpumpe 5; 7 aufnehmen.
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Die Pumpe 1 ist beispielhaft als Innenzahnradpumpe ausgeführt, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese konkrete Bauform beschränkt. Auf einer gemeinsamen sich drehenden Antriebswelle 13 sind in diesem Fall zwei Förderelemente angeordnet. Als Förderelemente dienen Zahnräder 15; 17, von denen mindestens ein Zahnrad 17 und die Antriebswelle 13 als separat hergestellte Bauteile vorliegen. Jeweils ein Förderelement bzw. Zahnrad 15; 17 wirkt mit einem der Saugräume 19; 21 und einem der Druckräume 23; 25 zusammen (4). Die Saug- 19; 21 und die Druckräume 23; 25 werden, wie die 2 und 4 zeigen, jeweils von einem der Zahnräder 15; 17 und einem mit dem Zahnrad 15; 17 in Eingriff befindlichen Hohlrad 27; 29 als Kammerelement gebildet. Die Antriebswelle 13 und damit die Zahnräder 15; 17 sind exzentrisch zu den Hohlrädern 27; 29 gelagert, so dass eine Drehbewegung der Zahnräder 15; 17 zu einer Komprimierung der Zahneingriffsräume auf einem Umfangsbereich der Hohlräder 27; 29, die sich dabei mitdrehen, führen. Jeweils eine Sichelanordnung 31; 33 zwischen dem Saug- 19; 21 und dem Druckraum 23; 25 verhindert einen hydraulischen Kurzschluss zwischen diesen beiden Funktionsräumen. In der Drehbewegung gleitet das Zahnrad 15; 17 entlang der Innenkontur der Sichelanordnung 31;33.
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Der Saugraum 19 ist direkt an einen Zuflusskanal 35 angeschlossen, der beide Einzelpumpen 5; 7 mit Druckmedium versorgt. Der Druckraum 23 der Einzelpumpe 5 ist auch an einen Abflusskanal 37 angeschlossen. (1; 5; 6) Die benachbarten Saugräume 19; 21 und die benachbarten Druckräume 23; 25 der Einzelpumpen 5; 7 sind mittels einer Trennwand 39 innerhalb des Gehäuses 3 räumlich getrennt. Die Trennwand 39 weist jedoch mindestens einen axialen Verbindungsquerschnitt 41 zur Verbindung der Saugräume 19; 21 und mindestens einen axialen Verbindungsquerschnitt 43 zur Verbindung der Druckräume 23; 25 auf. (3; 5) Somit sind die beiden Einzelpumpen 5; 7 hydraulisch parallelgeschaltet.
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Die beiden Einzelpumpen 5; 7 sind nicht nur hinsichtlich ihrer Förderleistung identisch, sondern auch in der Ausgestaltung der Zahnräder 15; 17 und der Hohlräder 27; 29. Es besteht jedoch ein Winkelversatz 45 der beiden Zahnräder 15; 17 und damit der Hohlräder 27; 29 zueinander. In den 2 und 4 ist der gesamte Winkelversatz 45 durch die Teilwinkel 45A und 45B bezogen auf eine Hauptachse der Pumpe dargestellt. Im Vergleich der beiden 2 und 4 wird deutlich, dass die beiden Hohlräder 27; 29 einen Winkelversatz 45 zueinander aufweisen. Der Winkelversatz 45 ist so bemessen, dass eine Zahnlücke des einen Hohlrades 27 mit einem Zahn des anderen Hohlrades 29 in axialer Überdeckung steht. Dabei ist es nicht unbedingt sinnvoll, die geometrisch absolut exakte Überdeckung anzustreben. In Abhängig des bevorzugten Drehzahlbereichs oder anderer Pumpen- oder Belastungsparameter kann ein geringfügig davon abweichender Winkelversatz optimaler sein.
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Wie insbesondere die 3 zeigt, ist der Verbindungsquerschnitt 41; 43 bevorzugt als bogenförmiges Langloch ausgeführt. Zusätzlich kann der Verbindungsquerschnitt 41; 43 in Kompressionsrichtung des Förderelements eine abnehmende radiale Breite aufweisen. Bei einer Pumpe mit zwei Betriebsrichtungen ergibt sich dann der in der 3 dargestellte Konturenverlauf bei den Verbindungsquerschnitten.
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Aus der Zusammenschau der 1, 3 und 5 ergibt sich, dass die Trennwand 39 als Planscheibe ausgeführt ist. Die Trennwand 39 kann deshalb als ein einfaches Stanzteil ausgeführt sein. Des Weiteren zeigen diese Figuren, dass die Trennwand 39 einen Druckausgleichskanal 47 aufweist, der zwei Deckseiten 49; 51 der Trennwand hydraulisch miteinander verbindet. (5) Zwischen den beiden Einzelpumpen 5; 7 können sich keine Drucknester bilden, die die axiale Trennwand 39 verformen und sich damit reibungserhöhend innerhalb der Pumpe 1 auswirken. Die Trennwand 39 weist eine Durchgangsöffnung 53 für die Antriebswelle 13 der Förderelemente bzw. Zahnräder auf (3), wobei die Durchgangsöffnung 53 den Druckausgleichskanal 47 bildet. Trotz der Verwendung der Trennwand 39 wächst die axiale Länge der Pumpe 1 nicht wesentlich. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 53 ist zumindest geringfügig kleiner als der Fußkreisdurchmesser der Zahnräder 15; 17.
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Die 3 zeigt des Weiteren, dass die Trennwand 39 in Umfangsrichtung unabhängig von einer Spannverbindung zwischen den beiden Gehäuseschalen 9; 11 des Gehäuses 3 ortsfest gelagert ist. In der 3 sind vier Durchgangsöffnungen 55 für Spannmittel, z. B. Spannschrauben erkennbar. Die Trennwand 39 ist im Durchmesser deutlich kleiner als ein Teilkreisdurchmesser, auf dem sich die vier Durchgangsöffnungen 55 befinden.
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Für die Verdrehsicherung der Trennwand 39 innerhalb des Gehäuses weist die Trennwand eine Profilierung 57 in Form eines radialen Vorsprungs auf, die mit einem Gegenprofil 59 des Gehäuses eine Formschlussverbindung bildet. Als Gegenprofil 59 dient in diesem Ausführungsbeispiel eine einfache Nut.
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Die Hohlräder drehen sich nicht direkt auf einer Lauffläche des Gehäuses 3. Das Gehäuse 3 weist mindestens einen Lagerring 61; 63 für das von dem Zahnrad rotatorisch angetriebene ringförmige Kammerelement bzw. Hohlrad 27; 29 auf. Der Lagerring 61; 63 kann ganz auf die Funktion der Lagerung des jeweiligen Hohlrads optimiert werden, ist jedoch z. B. über eine Presspassung in der jeweiligen Gehäuseschale fixiert. Die Trennwand 39 liegt dabei mit ihren beidseitig Dichtflächen 71; 73 an den Lagerringen an. Sie ist damit nicht direkt zwischen den Gehäuseschalen 9; 11, sondern axial zwischen den Lagerringen 61; 63 verspannt.
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Bei der Montage wird die Antriebswelle 13, die einstückig mit dem Zahnrad 15 ausgeführt ist, mit der Trennwand 39 bestückt. Danach wird das Zahnrad 17 verdrehfest, z. B. mittels einer Passfederverbindung, auf der Antriebswelle 13 fixiert. Abschließend wird ein Lager 65 für die Führung der Antriebswelle 13 innerhalb der Gehäuseschale 11 montiert. Über das andere Ende der Antriebswelle wird ein zweites Lager 67 aufgefädelt.
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Diese Baueinheit wird in die Gehäuseschale 9 eingeführt, die bereits den Lagerring 63 und das Hohlrad 17 sowie die Sichelanordnung 33 aufweist. Bei Bedarf muss die Trennwand 39 in Umfangsrichtung ausgerichtet werden, damit die Formschlussverbindung mit dem Gehäuse 3 hergestellt werden kann. Danach wird die andere Gehäuseschale 11 auf die Antriebswelle 13 aufgeschoben und mit der anderen Gehäuseschale 9 verschraubt. Zwischen den beiden Gehäuseschalen 9; 11 kann eine Dichtung 69 angeordnet sein. Der für die Pulsationskompensation erforderliche Winkelversatz der Zahnräder 15; 17 ergibt sich aus der Anordnung der Passfederverbindung zu dem Zahnrad 17. Über die Formschlussverbindung der Trennwand 39 mit der Gehäuseschale 11 ist auch die Trennwand 39 in Umfangsrichtung bestimmungsgemäß ausgerichtet.
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Beim Betrieb der Pumpe ergibt sich durch das zeitlich versetzte Fördermaximum der Einzelpumpen 5; 7 eine Pulsationsdämpfung, die zu einem kontinuierlichen Förderström der gesamten Pumpe 1 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpe
- 3
- Gehäuse
- 5
- Einzelpumpe
- 7
- Einzelpumpe
- 9
- Gehäuseschale
- 11
- Gehäuseschale
- 13
- Antriebswelle
- 15
- Zahnrad
- 17
- Zahnrad
- 19
- Saugraum
- 21
- Saugraum
- 23
- Druckraum
- 25
- Druckraum
- 27
- Hohlrad
- 29
- Hohlrad
- 31
- Sichelanordnung
- 33
- Sichelanordnung
- 35
- Zuflusskanal
- 37
- Abflusskanal
- 39
- Trennwand
- 41
- Verbindungsquerschnitt
- 43
- Verbindungsquerschnitt
- 45
- Winkelversatz
- 47
- Druckausgleichskanal
- 49
- Deckseiten
- 51
- Deckseiten
- 53
- Durchgangsöffnung
- 55
- Durchgangsöffnung
- 57
- Profilierung
- 59
- Gegenprofil
- 61
- Lagerring
- 63
- Lagerring
- 65
- Lager
- 67
- zweites Lager
- 69
- Dichtung
- 71
- Dichtfläche
- 73
- Dichtfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005053921 A1 [0004]
