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Zahnradpumpe hoher Drehzahl Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe
hoher Drehzahl mit zwei oder mehreren Förderrädern im Außeneingriff, insbesondere
zur Förderung von flüssigen Medien in Flugtriebwerken.
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Bei Zahnradpumpen fällt bekanntlich der volumetrische Wirkungsgrad
nach Überschreiten einer für jede Pumpe charakteristischen Drehzahl mehr oder weniger
stark ab. Die Ursache dieser Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrades liegt in
der Verminderung der Füllung der Zahnradpumpen, hervorgerufen durch zunehmende hydraulische
Verluste in den Saugleitungen der Pumpen. Bei Einsatz solcher Zahnradpumpen in Flugtriebwerke
mit Flughöhen über 8 km vermindert sich der volumetrische Wirkungsgrad noch weiter,
da die geschwindigkeitserzeugende Druckdifferenz zwischen Pumpensaugkammer und Atmosphäre
mit zunehmender Höhe kleiner wird. Es können sich dabei Werte ergeben, welche die
Widerstandsbeiwerte der Saugleitung überschreiten und den Stromfaden der Saugleitung
abreißen lassen. Ebenso sinkt der volumetrische Wirkungsgrad bei zu niedrigem Fülldruck
ab.
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Die größten Saugleitungswiderstände entstehen bei einer- Zahnradpumpe
am Flüssigkeitseintritt in die Radkammer bzw. beim Eintritt der Flüssigkeit in die
Zahnlücken der Pumpenräder als Folge der Einwirkung der Zentrifugalkraft auf die
Flüssigkeitsteilchen.
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Es ist bereits bekannt, Zahnradpumpen eine einstufige Kreiselpumpe
vorzuschalten, um die Förderflüssigkeit schon unter einem bestimmten Druck den Zahnrädern
zuzuleiten. Bei einer bekannten Zahnradpumpe mit zwei Rädern im Außeneingriff ist
der Kreiselpumpenläufer auf der verlängerten Welle des einen Zahnrades befestigt.
Dabei hat aber die Kreiselpumpe eine eigene spiralförmige Druckkammer, von der aus
die Förderflüssigkeit über einen Kanal der Saugseite an den Förderzahnrädern zugeleitet
wird.
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Bei einer bekannten Zahnradpumpe mit zwei Rädern im Inneneingriff
ist das angetriebene innenverzahnte Außenrad mit dem Kreiselpumprad baulich zu einem
Rotor vereinigt, der aus einer Scheibe besteht, die auf einer Seite mit der Beschaufelung
für die Kreiselpumpe versehen ist und auf der anderen Seite die Innenverzahnung
in Form von einzelnen axial abstehenden Zahnstäben trägt. Auch hier hat der Kreiselpumpenteil
seine eigene spiralförmige Druckkammer, von der das Fördermedium über einen Kanal,
der diesmal nur die Form eines Wanddurchbruchs hat, dem saugseitigen Bereich des
Außenrads der Zahnradpumpe in der daneben liegenden Kammer zugeleitet wird. Die
rotierende Scheibe dient mit als Trennwand für die beiden Pumpenkammern. In den
beiden oben erwähnten Fällen handelt es sich prinzipiell., jeweils um.zwei verschiedene
Pumpen bzw. Pumpenstufen" wobei an das Gehäuse der Zahnrädpumpe noch. das Gehäuse
der Kreiselpumpe . angefügt -ist. Beidemal wird den Förderzahnrädern selbst die
Flüssigkeit von der Umfangseite her zugeleitet. Für den Zahnradpumpenteil bleibt
dabei der Nachteil bestehen, daß durch die dem Pumpenzulaufdruck entgegenwirkende
Fliehkraft das Medium in der Zahnlücke weiterhin ungünstig beeinflußt wird.
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Es ist auch eine Zahnradpumpe mit zwei Rädern im Außeneingriff bekannt,
die speziell für die . Förderung von Flüssigkeiten in Flugmotoren gedacht ist und
bei der die Zahnräder zugleich als Schleuderräder ausgebildet sind, indem auf einer
Seite der Räder die Zahnlücken bis fast zur Radnabe durch in die Tiefe abnehmende
Nuten verlängert sind. Das Fördermedium wird dabei von der entsprechenden Stirnseite
der Zahnräder her über diese Nuten den Zahnlücken zugeführt, so daß es durch Unterstützung
der Zentrifugalwirkung in die Zahnlücken eindringt. Es verbleibt dabei jedoch der
Nachteil, daß der Eintrittsquerschnitt der zur Drehachse verlängerten Zahnlücken
den volumetrischen Wirkungsgrad bei zunehmendem Fördervolumen begrenzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die geschilderten negativen
Einflüsse auf den volumetrischen Wirkungsgrad von Zahnradpumpen hoher Drehzahl mit
zwei oder mehr Förderrädern herabzusetzen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß das Fördermedium der Pumpe an einer Stirnseite derselben zuströmt und daß an
dieser Eintrittsseite an jedem der Förderräder unmittelbar ein einen kleineren Durchmesser
als der Fußkreis
des zugehörigen Förderzahnrades aufweisendes Schleuderrad
drehfest angeordnet und vorgeschaltet ist, welches von einem ringstückförmigen,
zur Förderkammer des Zahnrades offenen, als Schleuderraddruckkammer dienenden Gehäusehohlraum
umgeben ist, der eine das Fördermedium in die Zahnlücken der Förderzahnräder umlenkende
Form aufweist und in einem bestimmten Winkelabstand, von vorzugsweise etwa 90°,
vor der Zahnradeingriffstelle endet, wobei in diesem erwähnten Winkelbereich keine
Verbindung zwischen der Beschaufelung des Schleuderrades und den Zahnlücken des
Förderrades mehr besteht.
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Dadurch werden vorteilhaft die negativen Einflüsse auf den volumetrischen
Wirkungsgrad herabgesetzt, da ein störender Einfluß der Fliehkraft auf die in den
Zahnlücken befindlichen Flüssigkeitsteilchen durch die Wirkung des erfindungsgemäßen
Schleuderrades vermindet wird.
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Zweckmäßigerweise sind die Schleuderräder mit den Förderzahnrädern
durch Mitnahmeelemente, z. B. Befestigungsschrauben, verbunden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß durch die Druckseite
der Zahnradpumpe mit den Zahnlücken der Förderzahnräder verbindende Kanäle über
ein Überdruckventil die überschüssige Fördermenge direkt an die Zahnräder zurückgeführt
wird. Dadurch wird erreicht, daß die Schleuderräder von der Beaufschlagung der bereits
vorverdichteten Fördermenge entlastet wird, da diese Fördermenge direkt in die Zahnlücken
der Förderräder gelangt. Die nicht verbrauchte, durch diese Kanäle der Saugseite
der Förderzahnräder zugeführte Fördermenge verringert also die frisch anzusaugende
Menge.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an, einem Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt. Es zeigt A b b. 1 eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe im
Schnitt nach der Linie A -A in der A b b. 2, A b b. 2 die Zahnradpumpe in
einem Schnitt nach Linie B-B in der A b b.1.
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Die Zahnradpumpe besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 mit einem
Gehäusedeckel 2 und zwei Förderzahnrädern 3, 4. Die Förderzahnräder 3, 4 sind jeweils
mit einer Förderzahnradwelle 5 bzw. 6
im Gehäuse 1 gelagert. Das Fördermedium
der Pumpe strömt stirnseitig derselben zu. An der Eintrittsseite ist an jedem der
Förderzahnräder 3, 4 unmittelbar ein einen kleineren Durchmesser als der
Fußkreis des zugehörigen Förderzahnrades aufweisendes Schleuderrad 7, 8 drehfest
angeordnet und vorgeschaltet. Jedes Schleuderrad 7, 8 ist von einem ringstückförmigen,
zur Förderkammer des Zahnrades offenen, als Schleuderraddruckkammer 9, 10 dienenden
Gehäusehohlraum umgeben. Jede Schleuderraddruckkammer 9, 10 weist eine das Fördermedium
in die Zahnlücken 14, 15 der Förderzahnräder 3, 4 umlenkende Form
auf und endet in einem Winkelabstand von etwa 90° in Drehrichtung vor der Zahnradeingriffsstelle.
In diesem Winkelbereich besteht keine Verbindung mehr zwischen der Beschaufelung
des Schleuderrades 7 oder 8 und den Zahnlücken des Förderzahnrades 3 oder
4. Die Schleuderräder 7, 8
sind mit den Förderrädern 3, 4 durch Befestigungsschrauben
11, 12 verbunden. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ausführung ist folgende.
Das Fördermedium tritt durch die Flüssigkeitszuleitung (Saugleitung) 13 in die Schleuderraddruckkammern
9, 10 ein. Mittels der Schleuderräder 7, 8 wird das Fördermedium infolge der eine
Umlenkung des Fördermediums bewirkenden Form der Kammerwände von 9, 10 im Füllungsbereich
der Schleuderräder 7, 8 in die Zahnlücken 14, 15 der Förderzahnräder gepreßt.
Die im Eingriff befindlichen Förderzahnräder 3, 4
fördern das Medium über
die Pumpendruckleitung 16 weiter.
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Wie schon erwähnt, ist es möglich, nicht dargestellte Kanäle, die
die Druckseite der Zahnradpumpe mit den Zahnlücken 14, 15 der Förderzahnräder
3, 4 verbinden, vorzusehen. Durch diese Kanäle und über ein nicht gezeigtes Überdruckventil
wird die nicht benötigte, überschüssige Fördermenge zu den Zahnrädern zurückgeführt.
Die Schleuderräder 7, 8 sind dadurch von der Beaufschlagung der bereits vorverdichteten
Fördermenge entlastet.
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Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe
kann auch sinngemäß für Zahnradpumpen mit mehreren Förderrädern im Außeneingriff
Verwendung finden.