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Regelbare Zahnradpumpe Die Erfindung betrifft eine regelbare Zahnradpumpe
mit eineu. innenverzahnten Zahnring und einem damit kämmenden, sowie paraeachsig
dazu versetzten außenverzahnten Innenrad, bei welcher die Stelle des tiefsten Zahneingriffes
zwischen, zwei Zahnrädern gegenüber der Ein- und Außlaßöffnung für das Fördermedium
verstellbar ist.
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Es ist eine Konstruktion dieser Art bekannt (deutsche Patentschrift
481682), bei der die Ein-und Auslaßöfnung fest im Gehäuse angeordnet ist, der Zahnring
zeit der Antriebswelle; umläuft und das Innenrad auf einem Exzenter sitzt, der zusammen
mit einer sichelförmigen zwischen einem 'Peil des Umfangs von. Innenrad und Zahnring
angeordneten Scheidewand auf einem Kreisbogen verstellt werden kann. Bei. anderen
bekannten Konstruktionen (deutsche Patentschrift 904 985, USX-Patentschrift
2 898 862) sind die Mittelpunkte von Zahnring und Innenrad unveränderlich, während
die Ein- und Auslaßöffnungen relativ hierzu verstellbar sind. Diese Pumpen haben
zwar eine, relativ einfachen Aufbau. Jede Verstellung aus dein. Punkt optimaler
Förderleistung führt aber zu einer Verschlechterung der Füllung, da die nicht zu
fördernde und daher ledig lieh in der Pumpe umzuwälzende Flüssigkeit einen langen
Weg, nämlich etwa den vollen, Umlauf, in der Pumpe zurücklegen, muß. Dieser Nachteil
ist besonders schwerwiegend, wenn. die Pumpe mit einer großen Geschwindigkeit arbeitet.
Hinzu kommt die Gefahr einer Kavitation, vor allem daß. die zwischen den Zähnen
gebildeten Kammern sich während des Umlaufs vergrößern und verkleinern. Außerdem
ist der Regelbereich . auf einen Drehwinkel von 90° beschränkt, was für die Genauigkeit
der Regeleinstellung in manchen Fällen nicht ausreicht.
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Es ist ferner eine Konstruktion (französische Patentschrift 1171379)
bekannt, bei der in einem gemeinsamen Gehäuse zwei Pumpen untergebracht sind, die
durch ein Gehäuseteil mit den gemeinsamen Ein- und Auslaßöffnungen voneinander getrennt
sind. Hierbei sitzen die Innenräder auf einer gemeinsamen Antriebswelle, während
die Zahnringe in Halterungen exzentrisch gelagert sind, die gemeinsam, aber in entgegengesetzter
Richtung verstellbar sind.. Dies führt zu einem komplizierten Aufbau der Gesamtkonstruktion
mit einer erhöhten, Anzahl von Dicht-6.ächen.
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Bei einer weiteren bekannten Ausführung (USA.-Patentschrift 2 490115)
sind wiederum zwei Pumpen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und durch ein
feststehendes Bauteil, das Verbindungskanäle aufweist, voneinander getrennt. Die
beiden ImnQuräder sind mit der Antriebswelle verbunden. Der Zahnring der einen Pumpe
ist in einer gehäusefesten Lagerung exzentrisch gehalten, während der ZAhnring der
anderen Pumpe in einer verstellbaren Halterung exzentrisch gelagert ist. Bei dieser
Konstruktion. ist es möglich, die jeweils. nicht benötigte Fördermenge über die
zweite Pumpe zur Saugseite zwückfeßen zu lassen, wobei dieses Zahnradpaar als Motor
wirkt, so daß keine Leistung verlorengeht. Allerdings. ist auch dieser Aufbau sehr
kompliziert und teuer. Insbesondere benötigt man eifre große Zahl von Dichtflächen.
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Es sind auch nichtregelbare Zahnradpumpen bekannt (USA.-Patentschrift
2,830 542), bei denen das Innenrad aus zwei eng nebeneinanderliegenden Scheiben
besteht, von denen lediglich eine mit der Antriebswelle verbunden ist und die andere
mitgenommen wird, Dies soll einen: Ausgleich bei Zahntoleranzen ermöglichen und
ein leichteres Umschalten bei umkehrbaren Zahnradpumpen ermöglichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine regelbare Zahnradpumpe
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die einen sehr einfachen Aufbau hat, trotzdem
aber über einen großen Regelbereich keine Funktionseinbuße durch Verschlechterung
der Füllung oder durch Kavitation erleidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Zahnring
in an sich bekannter Weise zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Innenräder
kämmen und daß der Mittelpunkt des ersten Innenrades auf einem Kreisbogen verstellbar
ist.
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Bei dieser Konstruktion ist ein regelbarer 'Feil der Pumpe im gleichen
Gehäuse angeordnet, ohne daß die Zahl der Dichtflächen wesentlich erhöht zu werden
braucht. Auch die Zahl der Bauteile ist, gemessen an. den bekannten Pumpen mit zwei
Pumpeneinheiten,
sehr gering.. Wenn die beiden Innenräder die gleiche
Lage haben, arbeiten sie wie eine bekannte Zahnradpumpe mit nur einem Innenrad im
Zahnring. Wenn jedoch das zweite Innenrad aus dieser Gleichlaufstellung verschoben
wird, ergeben die zwischen ihm und dem Zahnring gebildeten Kammern Kurzschlulipfade
für die unmittelbar angrenzenden Kamnaexn_ zwischen dem angetriebenen Innenrad und
dem Zahnring, so daß der gesamte oder ein erheblicher, - Teil der nicht geförderten
Flüssigkeit auf einem sehr kurzen Weg der Pumpe umgewälzt wird. Infolge dieser Kurzschlußverbindungen
ist auch die Gefahr einer Kavitation weitgehend-vermindert. DerDrehwinkel bei der
Regelung kann bis zu 180° betragen.
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Die erfindungsgemäße- Konstruktion hat den weiteren Vorteil, daß man
sie weitgehend aus Bauteilen einer Zahnradpumpe mit konstanter Kapazität aufbauen
kann. Man braucht lediglich die Innenräder zu unterteilen und- den. e!nen Deckel
mit einer Verstellvorrichtung auszustatten.
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Insbesondere ist .es _ zweckmäßig, daß das erste Innenzahnrad drehfest
mit der Antriebswelle verbunden ist und das zweite Innenzahnrad frei drehbar auf
einem verstellbaren Exzerifer sitzt. Es genügt, wenn lediglich eines der Innenräder
angetrieben wird, da das andere Rad über .die Verzahnung in der Drehbewegung mitgenommen
wird: Regelbare Zahnradpumpen sind insbesondere für Hydraulikanlagen geeignet. Wegen
der dort auftretenden hohen Drücke - sind aber alle Lager und Kontaktstellen erhöhten--
Belastungen ausgesetzt. In diesem Zusammenhang: ist- es vorteilhaft, wenn die Antriebswelle
für Innenrad durch das zweite Innenrad greift un&zu beiden -Seiten des Innenrades
gelagert ist. Dies kann sehr leicht dadurch geschehen, daß die Verstellvorrichtung
für das zweite Innenrad eine Hohlwelle aufweist und die Antriebswelle durch die
Hohlwelle gefühit sowie jenseits der Verstellvorrichtung gelagert ' ist. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, das zusätzliche Lager in der Verstellvorrichtung vorzusehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zur Änderung des Regelbereichs
die beiden Innenräder durch Innenräder anderer Breite ersetzbar, wobei jedoch die
Summe der Breiten beider Innenräder gleichbleibt. Bei einem Breitenverhältnis von
1 : 1 läßt sich die Fördermenge zwischen 0 und 100% regeln. Bei einem Breitenverhältnis
von 3:1 ergibt sich ein Regelbereich von 50 bis 100 0/0. Die Gesamtkapazität kann
.durch eine Änderung der Breite des Zahnringes variiert werden.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch
eine bekannte nicht regelbare Zahnradpumpe mit Innenrad und Zahnring, F i g. 2 einen
Querschnitt durch die Zahnradpumpe nach F i g. 1 längs der Linie A-A, F i g. 3 einen
Längsschnitt durch die Zahnradpumpe gemäß der Erfindung, F i g. 4 einen Querschnitt
durch die Zahnradpumpe nach F i g. 3 längs der Linie B-B und F i g. 5 schematisch
die Stellung der beiden Innenräder in einem beliebigen Regelzustand.
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Sämtliche Zeichnungsdarstellungen sind insofern vereinfacht, als alle
nicht zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile (Lagerbuchsen, Packdosen,
Zu- und Ableitungen) weggelassen worden sind.
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In F i g. 1 und 2 ist eine bekannte, nichtregelbare Zahnradpumpe dargestellt.
Diese besteht aus einem Innenrad 1, das von der Welle 2 angetrieben wird, einem
im Gehäusering 3 frei drehbaren Zahnring 4 und zwei Stirnplatten 5 und 6, wobei
alles durch Schrauben 7 zusammengehalten .ist. In der Stirnplatte 5 sind die gestrichelt
angedeuteten, jeweils über den Teil eines Kreises verlaufenden nutenförmigen Ein-
und Auslaßöffnungen 8 und 9 vorgesehen, die mit der Saugleitung 10 bzw. der Druckleitung
11 in Verbindung stehen. Die Verzahnung -ist in dem Ausführungsbeispiel so gewählt,
daß das Innenrad einen Zahn weniger besitzt als der Zahnring . und die Zähne des
Innenrades in jeder Drehstellung mindestens eine Berührungsstelle mit dem Zahnring
besitzen. Auf diese Weise entstehen zwischen Innenrad und Zahnring abgeschlossene
Kammern 12, die sich bei einer Drehung der Welle 2 in Uhrzeigerrichtung von der
Saugseite zur Druckseite zunächst vergrößern und dann wieder verkleinern. Die Einlaßöffnung
8 und die Auslaßöffnung 9 sind so weit längs der Bahn der Kammern 12 geführt, daß
diese Kammern während ihrer Vorgrößerung.mit Flüssigkeit gefüllt und während ihrer
Verkleinerung wieder entleert werden können.
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In den F i g. 3 und 4 ist der Erfindüngsgegenstand veranschaulicht,
wobei gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 1 und 2 erhalten. Man ersieht
daraus, daß das Innenrad 1 in der Breite gegenüber dem Zahnring 4 verkürzt ist und
in dem. -dadurch frei gewordenen Platz ein zweites Innenrad 13 Platz gefunden hat.
Dieses sitzt auf einem Exzenter 14, der mit Hilfe einer durch die Stirnplatte
6 greifenden Welle 15 drehbar ist. Zu diesem Zweck ist .auf die Welle ein Zahnrad
16 aufgesetzt, das mit Hilfe der Zahnstange 17 gedreht werden kann. Diese Zahnstange
wird von dem Druckzylinder 18 gesteuert, der beispielsweise vom Druck p in der Förderleitung
abhängig sein kann.
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Das zweite Innenrad 13 besitzt die gleiche Form wie das erste Innenrad
1. Es bildet daher mit dem Zahnring 4 auch Kammern 19, die bei umlaufenden Zahnrädern
in Drehrichtung wandern. Obwohl das zweite Innenrad 13 nur lose auf dem Exzenter
14 sitzt, dreht es sich gleichsinnig mit dem ersten Innenzahnrad 1, da es ja über
den Zahnring hiermit gekuppelt ist.
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Der Exzenter 14 ist so gelagert, daß seine Mittellinie M2 mit der
Mittellinie M1 der Antriebswelle 2 zusammenfallen kann. Dann sind die beiden Innenräder
1 und 13 genau miteinander ausgerichtet, und die Pumpe arbeitet wie
die bekannte Pumpe der F i g. 1 und z. Beim Verdrehen des Exzenters bewegt sich
der Mittelpunkt M2 des zweiten Innenrades 13 auf einem Kreisbogen und kann im Extremfall
die in den F i g. 3 und 4 veranschaulichte Stellung einnehmen. Man sieht deutlich,
daß dann die Kammern 19 nicht Flüssigkeit von der Saug- zur Druckseite fördern,
sondern umgekehrt Flüssigkeit von der Druckseite zur Saugseite zurücktransportieren.
Dies geschieht unter Leistungsabgabe an die Antriebswelle 2.
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In F i g. 5 ist schematisch eine beliebige Zwischenstellung des Exzenters
14 dargestellt, wobei die Stellung des ersten Innenrades gestrichelt und die
des
zweiten Innenrades ausgezogen gezeichnet ist. Die Mittelpunkte M2 und M1 haben sich
gegenüber der Stellung der F i g. 4 etwas genähert. Durch einen Vergleich mit der
Lage der Einlaßöffnung 8 und Auslaßöffnung 9 der F i g. 2 und 4 erkennt man, daß
sich die Kammern 19 nicht mehr vollständig mit Flüssigkeit füllen können, wenn sie
die Druckseite D verlassen, und dementsprechend auch weniger Flüssigkeit zur Saugseite
S zurückführen, so daß also die Fördermenge der Pumpe größer ist als im Fall der
F i g. 3 und 4. Umgekehrt schadet es auch nichts, daß die Kammer 19 am Ende der
Saugnut noch etwas mit Flüssigkeit gefüllt ist und sich dann weiter verkleinert,
weil dort ja eine Verbindung zur etwas phasenverschoben arbeitenden Kammer 12 des
Innenrades 1 besteht, über die sich die Kammer 19 bei weiterer Verkleinerung zurück
in die Saugnut entleeren kann.
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Bei den dargestellten Breitenverhältnissen des Innenrades 1 zum Innenrad
13 von 2: 1 läßt sich eine kontinuierliche Regelung der Fördermenge zwischen 33
und 100'% der Gesamtfördermenge erreichen. Will man einen anderen Regelbereich,
braucht man lediglich die beiden Innenräder 1 und 3 auszutauschen und durch ein
Zahnradpaar mit anderen Breitenverhältnissen zu ersetzen.
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Wenn in der Pumpe stärkere Drücke auftreten, wie es bei Pumpen für
hydraulische Antriebe oder Steuerungen der Fall ist, kann man die Antriebswelle
2 auch noch jenseits des ersten Innenzahnrades 1 lagern, indem man beispielsweise
die Exzenterdrehwelle 15 als Hohlwelle ausführt und den in der Zeichnung
nicht dargestellten rechten Wellenstummel des Innenrades 1 jenseits des Exzenters
lagert.