DE1528980C - Automatisch umkehrbare Zahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatisch umkehrbare Zahnradpumpe mit einem innenverzahnten Außenläufer, einem mit diesem kämmenden außenverzahnten Innenläufer, einem um einen vorgegebenen Winkel schwenkbaren Innenzahnradträger, auf dem der Innenläufer exzentrisch zum Außenläufer drehbar gelagert ist, und einem Einlaß sowie einem Auslaß, die fest angeordnet und von der Drehrichtung unabhängig sind.

Bei einer bekannten Zahnradpumpe dieser Bauart (deutsche Patentschrift I 145 930) ist der Innenzahnradträger, der einen exzentrischen Zapfen zur Lagerung des Innenzahnrades aufweist, mit einer Ausnehmung für tlu'ii Innenläiifer versehen und in dem· als nach einer Seite offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildetem Außenläufer derart gelagert, daß er auf seiner Außenumfangsfläche und an einer Stirnfläche vom Außenläufer unter Gleitberührung umschlossen ist. Durch die Gleitberührung zwischen dem Innenzahnradträger und dem Außenläufer kann der Innenzahnradträger bei einer Drehrichtungsumkehr der Zahnradpumpe vom Außenläufer mitgenommen werden, so daß der Innenzahnradträger zwischen zwei um

ίο 180° gegeneinander verdrehte Stellungen »umschaltbar« ist. Die beiden Endstellungen werden durch zwei in einem Gehäusedeckel gebildete Anschlagflächen begrenzt, mit denen ein am Exzenterzapfen des Innenzahnradträgers angebrachter Anschlagstift in Eingriff rückbar ist. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß im Betrieb zwischen dem umlaufenden Außenläufer und dem stillstehenden Innenzahnradträger eine erhebliche Reibung auftritt, die eine Wirkungsgradverschlechterung und eine vorzeitige Abnutzung zur Folge hat.

Es ist bereits eine andere Lösung einer automatisch umkehrbaren Zahnradpumpe bekannt (USA.-Patentschrift 2 490 391), bei der im Gegensatz zu der be-. schriebenen Zahnradpumpe überhaupt kein zwischen zwei Winkelstellungen .verdrehbarer Zwischenzahnradträger vorgesehen isi? bei der vielmehr zur Ermöglichung der Richtungsumkehr Einlaß und Auslaß in Abhängigkeit von der Drehrichtung versetzt werden. Da jedoch in diesem Fall Einlaß und Auslaß in der

^o einen Drehrichtung eine andere Lage als in der anderen Drehrichtung einnehmen, wirft die Zu- und Abführung des Strömungsmittels besondere Schwierigkeiten auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Zahnradpumpe der eingangs angegebenen Art eine Reibung zwischen Außenläufer und Innenzahnradträger zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Innenzahnradträger in einem drehfest angeordneten Lagerkörper schwenkbar gelagert ist und daß der Einlaß und Auslaß in dem Lagerkörper gebildet sind.

Bei der eingangs erwähnten Zahnradpumpe erfolgt das Umschalten des Innenzahnradträgers durch Reibschluß zwischen dem Außenläufer und dem Innenzahnradträger. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es zum Umschalten des Innenzahnradträgers eines solchen'Reibschlusses nicht bedarf. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß bei einer Drehrichtungsumkehr nicht nur die beiden Zahnräder in derentgegengesetzten Drehrichtung umlaufen, sondern daß hierbei auch die exzentrisch angeordnete Achse des'Innenläufers und des am Innenzahnradträgers angebrachten Exzenterzapfens um die Zahnradachse zu wandern beginnt. Dies rührt daher, daß bei einem Druckaufbau im Auslaß ein Druck in den Zwischenräumen zwischen den Zähnen des Innenläufers und des Außenläufers entsteht, der die Tendenz hat, beide Läufer als gemeinsame Einheit umlaufen zu lassen. Es ist somit möglich, den Innenzahnradträger in einem drehfest angeordneten Lagerkörper anzuordnen, so daß der Innenzahnradträger bei normalem Betrieb der Pumpe lediglich über seinen Exzenterzapfen mit den Laufrädern in Gleitberührung steht.

Da der Innenzahnradträger nicht mehr im Außenläufer gelagert ist, können Außenläufer und Innenläufer unmittelbar an einer Stirnwand der antreibenden Welle angeordnet werden, während der Innenzahnradträger und der Lagerkörper auf der der Antriebs-

seite abgewandten Seite vorgesehen werden und somit den einen stirnseitigen Abschluß der Zahnradpumpe bilden. Dies stellt eine konstruktive Vereinfachung gegenüber der bekannten Anordnung dar.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der mit axialem Spiel gelagerte Lagerkörper durch Vorspannmittei in Richtung auf den Außenläufer vorgespannt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Lagerkörper und hierdurch auch der Innenzahnradträger immer mit der gleichen Kraft an die Stirnflächen des Innen- und Außenläufers angedrückt werden, und zwar unabhängig von Fertigungstoleranzen oder im Betrieb auftretenden Wärmeausdehnungen. Ein Festfressen der Pumpenteile bzw. ein Druckverlust durch Leckströmungen ist somit ausgeschlossen.

An Hand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe nach der Linie I-I der F i g. 2,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Zahnradpumpe nach der Linie II-II der F i g. 1 zur Darstellung der Lage der Pumpenteile bei einer Drehung im Uhrzeigersinn,

F i g. 3' einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt zur Darstellung der Lage der Pumpenteile bei einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn,

F i g. 4 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnrädpumpe, ' ^:

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4. ' ■'

Die Zeichnungen zeigen eine automatisch umkehrbare Zahnradpumpe nach der Erfindung, die als Ölpumpe in einem Kompressor verwendet wird.

Bei der in. den F i g. 1 bis 3 gezeigten Äusführungsform ist die Zahnradpumpe 2 in einem Hohlraum 3 eines Kompfessorlagerkopfes 4 angeordnet. Der Lagerkopf 4 trägt in Lagern 6 die Kompressorkurbelwelle 7. Um cjas von der Pumpe 2 geförderte Öl an die verschiedenen beweglichen Teile des, Kompressors, z. B. die Lager 6, heranzuführen, ist die Kurbelwelle 7 mit einem Schmiermittelzuführungskanal 9 versehen, der mit der Förderseite der Pumpe 2 in Verbindung steht. Ein Seitenkanal 10 in der Kurbelwelle 7 führt Öl von dem Zuführungskanal 9 zu den Lagern 6. An dem Lagerkopf4 ist gegenüber dem Hohlraum3 z.B. durch Bolzen 15 eine Kappe 14 befestigt, die aus einer äußeren Abdeckung 17 und einer schwimmend gelagerten Lagereinheit 18 besteht. Eine zwischen der Lagereinheit 18 und der äußeren Abdeckung 17 angeordnete Feder 19 spannt die Lagereinheit 18 in axialer Richtung vor. Eine Öffnung 20 in der äußeren Abdeckung 17 steht mit einer Quelle des zu pumpenden Strömungsmittels, z. B. der Kompressorölwanne, in Verbindung.

Die Lagereinheit 18 besteht aus einer Grundplatte 23, einer Anschlagplatte 24 sowie einem Lagerkörper 25, die aneinander befestigt sind und eine Baueinheit bilden. Der Lagerkörper 25 weist einen Abschnitt 26 geringeren Durchmessers auf, der in dem Hohlraum 3 gleitend geführt ist. Die Außenabmessung des Abschnitts 26 ist etwas geringer als die Abmessung des Hohlraums 3.

Die Lagereinheit 18 ist mit einem bogenförmigen Einlaß 28 versehen, der durch sie hindurchführt. Gegenüber dem Einlaß 28 befindet sich im Lagerkörper 25 ein bogenförmiger Auslaß 29.

In einer Bohrung 30 des Lagerkörpers 25 ist ein Innenzahnradträger 32 drehbar gelagert. Dje Bohrung 30 verläuft koaxial zu dem Abschnitt 26 des Lagerkörpers 25. Eine Öffnung 34 in der Anschlagplatte 24 verbindet die Bohrung 30 mit dem Auslaß 29 in dem Lagerkörper 25. Der Radius desjenigen Abschnitts der Öffnung 34, der koaxial zur Bohrung 30 des Lagerkörpers 25 verläuft, ist etwas kleiner als der Radius der Bohrung 30, um eine bogenförmige Anschlagfläche 31 zu bilden. Die Anschlagflache 31 arbeitet mit der Stirnfläche 33 des Innenzähnradträgers 32 zusammen und begrenzt die Axialbewegung des Innenzähnradträgers relativ zur Lagereinheit 18.

Die Stirnfläche 33 des Innenzähnradträgers 32 besitzt eine Ausnehmung 38. Ein Arischlagstift 35, der an der Stirnfläche der Grundplatte 23 befestigt ist, begrenzt mit den an den Enden der Ausnehmung 38 gebildeten Anschlagflächen die Drehbewegung des Innenzähnradträgers 32 auf etwa 180°.

Von dem Innenzahnradträger 32 steht ein zylindrischer Drehzapfen 40 ab. Die Achse dieses Prehzapfens 40 liegt parallel zu und mit Abstand von der Achse des Inpenzalinradträgers 32. In dem Innenzahnradträger 32 ist ein Strömungskanal 41 gebildet, der die seitliche Öffnung 34 in der Anschlagplatte 24

mit dem Kurbelwellen-Zufüjiruagskanal 9 verbindet.

In dem Hohlraum 3 ist im Bereiche der Kurbelwelle 7 ein innenverzahnter Außenläufer 43 drehbar angeordnet. Die Außenabmessung des Außenläufers ,43 ist geringer als die Abmessung des Hohlraums 3.

Tber "Außenläufer 43 ist z. B durch einen Treibstift 44 zum Antrieb an der Kurbelwelle 7 befestigt. Auf dem Drehzapfen 40 ist ein außenverzahriter Innenläufer 45 lose angeordnet, der einen Zahn weniger hat als der Außenläufer 43. Die exzentrische Beziehung, die durch die parallelen, jedoch nicht konzentrischen Drehachseii der Zahnräder 43, 45 hergestellt wird,, ist derart, daß ein voller Zahneingriff zwischen den Zahnrädern 43, 45 nur an einem einzigen Punkt stattfindet.

Die F i g. 2 zeigt die Kurbelwelle 7 beim Umlauf im Uhrzeigersinn entsprechend dem Pfeil; hierbei treibt sie die miteinander kämmenden Außen- und Innenläufer 43, 45 im Uhrzeigersinn an. Der Zahndruck zwischen den Zahnrädern 43, 45 neigt dazu, den Innenzahnradträger 32 im Uhrzeigersinn gegen den Stift 35 zu bewegen! Durch die Anschlagverbindung zwischen dem Anschlagstift 35 und einer Seite der Ausnehmung 38 wird der Innenzahnradträger 32 entgegen einer Bewegung im Uhrzeigersinn festgehalten. Das zwischen den Zähnen der umlaufenden Zahnräder 43, 45 gegenüber dem Einlaß 28 angesaugte Schmiermittel strömt durch den Auslaß 29 aus, und das abgegebene Strömungsmittel bewegt sich durch die Verbindungskanäle 34, 41 in den Zuführungskanal 9 hinein.

Bei einer Drehrichtungsumkehr der Kurbelwelle 7 und der miteinander kämmenden Zahnräder 43, 45 (von der in F i g. 2 gezeigten Uhrzeigerrichtung in die durch den Pfeil der F i g. 3 dargestellte Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn) bewegt der Zahndruck zwisehen den miteinander kämmenden Zahnrädern 43 bzw. 45 den Innenzahnradträger entgegen dem Uhrzeigersinn durch einen Bogen von annähernd 180°, wodurch die entgegengesetzte Seite der Ausnehmung 38 mit dem Anschlagstift 35 in Anlage gelangt. Die Betriebsweise der Pumpe 2 wird durch die Umkehr der Kurbelwellendrehrichtung nicht beeinflußt, da auch in diesem Fall das Schmiermittel vom Einlaß 28 angesaugt und aus dem Auslaß 29 abgegeben wird.

Bei der in den F i g. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform stehen mit dem zylindrischen Hohlraum 52 in dem Lagerkopf 53 ein Einlaßkanal 50 bzw. ein Auslaßkanal 51 in Verbindung. Dabei steht der Einlaßkanal mit einer Quelle des zu pumpenden Strömungsmittels in Verbindung, z. B. der Schmiermittelwanne eines Kompressors, während der Auslaßkanal 51 mit Kanälen zur Verteilung des gepumpten Strömungsmittels, z. B. den Kompressorschmiermittelkanälen, in Verbindung steht.

Die Kompressorkurbelwelle 55 ist in dem Hohlraum 52 des Lagerkopfes 53 drehbar angeordnet. Der innenverzahnte Außenläufer 57 ist im Bereich der Kurbelwelle 55 drehbar in dem Hohlraum 52 angeordnet. Die Außenabmessung des Außenläufers 57 ist etwas geringer als die Abmessung des Hohlraums 52. Der außenverzahnte Innenläufer 58, der einen Zahn weniger als der Außenläufer 57 aufweist, ist um eine Achse drehbar, die gegenüber der Achse des Außenläufers 57 versetzt ist. Die Zahnräder 57, 58 haben nur in einem Punkt einen vollen Zahneingriff. Der Außenläufer 57 ist z. B. durch einen Antriebsstift

59 mit der Kurbelwelle 55 verbunden. Zu .der Kappe

60 gehört eine Abdeckung 64, die an dem Lagerkopf 53 gegenüber dem Hohlraum 52 befestigt ist, sowie ein schwimmender Lagerkörper 65, der in dem Hohlraum 52 angeordnet ist. Zwischen der Abdeckung 64 und dem Lagerkopf 53 sind Dichtungen 61 vorgesehen. Der Lagerkörper 65, dessen Außenabmessung etwas geringer ist als die Abmessung des Hohlraums 52, wird z. B. durch den Stift 66 entgegen einer Drehbewegung festgehalten. Die in der Kammer 69 zwischen der Abdeckung 64 und dem Lagerkörper 65 angeordnete Feder 67 greift an dem Lagerkörper 65 in axialer Richtung an.

Der Lagerkörper 65 besitzt gegenüber dem Einlaß- und Auslaßkanal 50 bzw. 51 Ausnehmungen 70 und 72. Der bogenförmige Einlaß 74 bzw. Auslaß 75 in dem Lagerkörper 65 verbindet die Ausnehmungen 70 bzw. 72 mit den kämmenden Pumpenrädern 57,58.

In der Bohrung 78 des Lagerkörpers 65 ist ein zylindrischer Innenzahnradträger 76 drehbar angeordnet. Ein Anschlag oder Widerlager, z. B. der Schnappring 79 auf dem Lagerkörper 65, begrenzt die Axialbewegung des Innenzahnradträgers 76 relativ zu dem Lagerkörper 65. Der Anschlagstift 80 auf dem Lagerkörper 65 arbeitet mit der halbkreisförmigen Ausnehmung 82 in dem Innenzahnradträger 76 zusammen, um die Drehbewegung des Innenzahnradträgers 76 auf annähernd 180° zu begrenzen.

Der Innenzahnradträger 76 weist einen zylindrischen Drehzapfen 84 auf, dessen Achse parallel zu und mit Abstand von der Achse des Trägers 76 verläuft. Der Drehzapfen 84 des Innenzahnradträgers 76 trägt das Zahnrad 58, das mit dem Außenläufer 57 kämmt. Die exzentrische Beziehung zwischen dem parallelen, jedoch nicht konzentrischen Achsen der

ίο Zahnräder 57, 58 ist derart, daß ein voller Zahneingriff zwischen den Zahnrädern 57, 58 nur an einem Punkt erzielt wird.

Der Kanal 77 in dem Lagerkörper 65 verbindet die Ausnehmung 72 mit der Kammer 69. Durch den Kanal 77 wird Strömungsmittel mit verhältsnismäßig hohem Druck, das von der Pumpe gefördert wird, in die Kammer 69 eingeführt, um dem auf den schwimmenden Lagerkörper 65 ausgeübten Axialschub entgegenzuwirken und gemeinsam mit der Feder 67 den Lagerkörper 65 sowie den darauf gelagerten Innenläufer 58 in Betriebsstellung zu halten.

Bei Umlauf der Kurbelwelle 55 im Uhrzeigersinn (entsprechend dem mit ausgezogener Linie dargestellten Pfeil der F i g. 5) drehen sich die miteinander-kämmenden Zahnräder 57, 58. im Uhrzeigersinn. Der Zahndruck zwischen den Zahnrädern 57, 58 drückt den Innenzahnradträger 76 im Uhrzeigersinn gegen den Anschlagstift 80, und dieser Anschlagstift 80 verhindert eine weitere Bewegung des Innenzahnradträ-

-30 gers im Uhrzeigersinn. Das Schmiermittel, das aus dem Einlaß 74 zwischen die umlaufenden Zahnräder 57, 58 angesaugt wird, wird durch den Auslaß 75 in den Auslaßkanal 51 abgegeben.

Bei Umlauf der Kurbelwelle 55 und der Zahnräder 57, 58 entgegen dem Uhrzeigersinn (gemäß der Darstellung durch den in punktierten Linien gezeigten Pfeil der F i g. 5) schwenkt der Innenzahnradträger 76 über einem Bogen von etwa 180° entgegen dem Uhrzeigersinn gegen den Anschlagstift 80. Die Achse des Innenläufers 58 bewegt sich in gleicher Weise durch einen Bogen von etwa 180°, wodurch der Ort des vollständigen Zahneingriffs zwischen den Zahnrädern 57, 58 zu einem Punkt verschoben wird, der diametral gegenüber dem in F i g. 5 gezeigten Punkt des vollen Zahneingriffs liegt. Durch Umlauf der Zahnräder 57, 58 entgegen dem Uhrzeigersinn wird Schmiermittel ebenfalls aus dem Einlaß 74 angesaugt und durch den Auslaß 75 an den Auslaßkanal 51 abgegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Automatisch umkehrbare Zahnradpumpe mit einem innenverzahnten Außenläufer, einem mit diesem kämmenden außenverzahnten Innenläufer, einem um einen vorgegebenen Winkel schwenkbaren Innenzahnradträger, auf dem der Innenläufer exzentrisch zum Außenläufer drehbar gelagert ist, und einem Einlaß sowie einem Auslaß, die fest angeordnet und von der Drehrichtung unabhängig sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzahnradträger (32; 76) in einem drehfest angeordneten Lagerkörper (25; 65) schwenkbar gelagert ist und daß der Einlaß (28; 74) und Auslaß (29; 75) in dem Lagerkörper gebildet sind.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit axialem Spiel gelagerte Lagerkörper (25; 65) durch Vorspannmittel (19; 67) in Richtung auf den Außenläufer (43; 57) vorgespannt ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des Lagerkörpers (65) mit dem Förderdruck der Zahnradpumpe beaufschlagt ist, um den Lagerkörper in Richtung auf den Außenläufer (57) vorzuspannen (F ig. 4,5).

4. Zahnradpumpe nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß an der druckbeaufschlagten Seite des Lagerkörpers (65) eine Druckkammer gebildet ist, die durch einen im Lagerkörper vorgesehenen Durchlaß (77) mit dem Auslaß verbunden ist.

5. Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (65) oder ein damit verbundenes Bauteil (23) einen Anschlagskörper (35; 80) aufweist, der gemeinsam mit an dem Innenzahnradträger (32; 76) gebildeten Anschlagsflächen die Drehbewegung des Innenzahnradträgers begrenzt.

6. Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenzahnradträger (32) ein Strömungskanal (41) gebildet ist, der durch den Auslaß (29) mit der Druckseite der Zahnradpumpe verbunden ist (Fig. 1).