DE1653919A1

DE1653919A1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE1653919A1
Application number: DE19671653919
Authority: DE
Inventors: Paul Truninger
Original assignee: Truninger AG
Current assignee: Truninger AG
Priority date: 1967-08-25
Filing date: 1967-08-25
Publication date: 1973-08-16

Description

(Patent-Anmeldung T 32 996 Ic/59e)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit in einem innenverzahnten Außenrad kämmenden, außenverzahnten Ritzel, welche Räder exzentrisch zueinander gelagert sind, wobei im eingriffsfreien Abschnitt zwischen den beiden Zahnrädern ein halbmondförmiges Trennelement angeordnet ist lind das Außenrad eine in sich geschlossene rötationsförmige Lagerflache aufweist.

Nach, der schweizerischen Patentschrift Hr. 206 sind innenverzahnte Zahnradpumpen bekannt, bei denen das Zahnrad mit einer Evolventenverzahnung versehen ist. Die Zahnform kann so gewählt werden, daß sich die Zahnflanken auf dem Kopfkreis schneiden, so daß der Zahn nur längs einer Geraden druckdicht an der gekrümmten Innenfläche des Halbmondes anliegt. Zur Verbesserung der Dichtungswirküng

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und zur Verminderung des Verschleißes können die Zahnköpfe . mit einer nach dem Kopfkreis gekrümmten Fläche versehen seih, mit welcher sie druckdicht an der gekrümmten HaIbmondinnenflache anliegen. - . .',-

Nebst einer Evolventenverzahnung kamen auch ZykloidenverZähnungen zur Anwendung. Diese Zahnformen nehmen jedoch keine Rücksicht auf die spezifischen Anforderungen, die durch die Flüssigkeitsförderung an sie gestellt werden.

Aus Gründen der Materialausnutzung werden bei Pumpenzahnrädern kleine Zähne zahlen verwendet, was bei der Evolventenverzahnung ungünstige Zahnformen ergibt, die durch Profilverschiebungen nur in beschränkten Grenzen verbesserbar sind.

Bei der Verwendung von Evolventen-Wormverzahnungen, einschließlich solchen mit einer Profilverschiebung, in Zahnradpumpen, ergibt sich zwischen dem Kopf des einen und dem Fuß des anderen Zahnrades ein relativ großer Hohlraum, in welchem das Fördermedium, z. B, Öl, genannt "Quetschöl" eingeschlossen und seitlich herausgepreßt wird. Dieses Quetschöl kann durch sogenannte Quetschölnuten weggeführt werden. Trotz dieser Maßnahme bleiben die nachstehenden Nachteile erhalten.

Die theoretisch maximal mögliche Fördermenge wird nicht erreicht. Der Wirkungsgrad wird durch die zusätzlichen Verluste gesenkt. Die auftretenden Druckstöße bedingen eine größere Belastung der Lager und erzeugen einen uner-< ^ wünschten Lara. Die durch die kleine Zähne zahl bedingte starke Zahnflaiikenkrümmung erzeugt hohe Herz'sehe Flächenpressungen und senkt dadurch die Lebensdauer der Zahnräder.

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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird eine Zahnform nach, der US-Patentschrift 3 164- 099 vorgeschlagen, die jedoch die Nachteile hat, daß infolge kleiner Überdeckung eine Schrägverzahnung notwendig ist, welche unerwünschte Axialkomponenten erzeugt. Da für hohe Drücke infolge der Wellenbiegungen relativ geringe Zahnbreiten erforderlich sind, ist eine Schrägung, welche gleich der iDeilung ist, sehr groß und damit auch die Axialkomponente.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung

einer Zahnradpumpe, welche die erwähnten Nachteile und ins- m besondere die Ursache "des Auftretens von Quetschöl beseitigt und nicht nur dessen Wirkung und welclie bezüglich Herstellung einfach und durch besondere Wahl der Zahnprofile sehr ruhig läuft und daher eine lange Lebensdauer, sowie eine große Betriebssicherheit aufweist.

Erfindungsgemäß wird der Zweck dadurch erreicht, daß die Flanken des erzeugenden Profiles Creradenstüeke sind und die Innenfläche des Trennelementes die gleiche Krümmung aufweist wie der Köpfkreis der Bitzelzahnung und daß der Zahngrund des Innenzahnradprofils ein Geradenstück ist, das Ganze derart, daß der in der Eingriffsphase auftretende Quetschraum den in Eingriff stehenden Zähnen minimal ist und seine Größe % in Abhängigkeit des Drehwinkels des Baumes während der Eingriffsphase sich im Bereich zwischen Saugraum und Druckraum minimal ändert, um einen ruhigen Lauf der Pumpe zu erwirken·

In einer bevorzugten Aueführungsform können die Zahnkopf br ei ten des erzeugenden und des erzeugten Bades auf dam jeweiligen Kopfdurchmesser gemessen nicht kleiner al« 0,1 · Modul und nicht großer als 0,8 . Modul sein.

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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird anschließend an Hand zweier Figuren erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Ansicht; in die Pumpe mit abgehobenem 'Deckel;

Fig* 2 einen' Ausschnitt aus den Zahnrädern im Bereiche 4^er Eingriffsphase.

In einem.ringförmigen Gehäuseteil 1 ist eine Welle 2 und in einer exzentrischen Ausnehmung ein Kranz 3 mit einer Innenverzahnung 9 drehbar gelagert. Auf der Welle 2 sitzt drehfest aufgekeilt ein Zahnrad 4, das mit dem Kranz kämmt. Der sichelförmige Zwischenraum zwischen dem Kranz 3 und dem Zahnrad 4 ist durch einen Halbmond 5 ausgefüllt, gegen dessen gekrümmte Flächen 11 und 13 die Zähne 9 bzw. 15 des Kranzes 3 "und des Zahnrades 4 in bestimmten Drehlagen druckdicht anliegen. Der Halbmond 5 bildet einen Bestandteil des ringförmigen Organes 1.

Wie in Fig. 2ersichtlich, erzeugen die aus Geradenstücken bestehenden Zahnflankenprofile 8 der Zähne 15 die Gegenprofile 10 der Zähne 9· Diese Gegenprofile ergeben sich als Hüllkurven der Berührungspunkte des geraden Erzeugungsprofils. Die Krümmung des Zahnflankenprofils des Kranzes 3 wird entsprechend, der Neigung der Flanken 8 gering. Damit werden hohe Herz'sehe Flächenpressungen vermieden. Die Kopflinie der Zähne 15 weist die Krümmung des Kopfkreises 12 des Ritzels 4 auf und das Profil des Zahngrundes 14 der Innenverzahnung 9 ist durch ein Geradenstück begrenzt. Während der Phase des Eingriffes, welche in einer Lage in Fig. 2 festgehalten ist, liegen die kämmenden Zähne 9 und 15 der beiden

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Bäder 3 und 4 längs zweier Berührungslinien aneinander, dargestellt durch zwei Punkte 16 und 18 in Fig. 2. Die Linien legen mit den entsprechenden Teilen der Zahnung einen Quetschraum' 22 fest, dessen Größe sich während der Eingriffsphase "bei vorgegebenen Zahnprofilen nach mathematisch exakten Regeln ändert. Die Wahl der Zahnkopfbreiten 26 und 28 der Zähne 15 bzw. 9 erfolgt so, daß sie nicht kleiner als 0,1 · Modul (m = t /ZT ) und nicht größer als 0,8 Modul werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß der,Quetschraum nicht nur an sich klein wird, sondern sich über die Eingriffsphase möglichst wenig ändert. Denn diese Raum- bzw. Volumenänderung dV in Abhängigkeit des Drehwinkels d/\, d. h. die Größe dV / d/ ist für den Lärmpegel der Pumpe weitgehendst maßgebend. Versuche haben gezeigt, daß die beschriebene Zahnung bezüglich Druckstößen, Kavitation und Wirtschaftlichkeit in der Herstellung und im Betrieb optimale Verhältnisse schafft und dV / d/ im Bereiche von nur 0,7 % des Fördervolumens pro Zahnteilung liegt, d. h. rund 10mal kleiner ist als die Werte an bisher bekannten Ausführungen mit Evolventenverzahnung. Dabei gelten diese Vergleichsverhältnisse für. Pumpen mit gleichen Fuß- und Kopfkreisdurchmessern der Zahnräderpaare. Aber auch Werte von dV / d/ bis ca. 2 % ergeben noch diesbezügliche Vorteile. Es sind aber auch Werte von dV / d/^ 0,5 % erreichbar. ■

Durch die Ausbildung eines in sich geschlossenen .Zahnkranzes 3 dient dessen in sich geschlossene zylindrische Außenfläche 30 als tragende Lagerfläche im Gehäuseteil 1, wodurch die Pumpe für hohe Drucke verwendet werden kann, ohne daß die Zahnung Formänderungen erfährt.

Um das Quetschöl wegzuführen, werden vielfach sogenannte Quetschöl-Nuten vorgesehen. Je eine solche Nute ist

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mit dem Saug- und dem Druckraum verbunden. Diese dürfen aber nicht so nahe zusammen kommen, daß sie eine Direktverbindung über den Quetschölraum der Verzahnung zwischen den beiden genannten Räumen bilden. Die minimale Distanz muß daher etwa größer als eine Zahnteilung sein. Anstelle von öl können natürlich auch andere Medien gefördert werden. ,

Die Elemente 1, 3 und 4- können eine Stufe einer mehrstufigen Pumpe bilden. Bei einem Drehsinn in Riehtung des Pfeiles A bilden die gestrichelt gezeichneten Bereiche 6 bzw· 7 die Ansaug- bzw. Druckzonen.

Beim beschriebenen Eingriff herrscht während eines Teiles der Eingriffsphase praktisch Spielfreiheit, wobei der freie Raum zwischen dem Kopf und dem Fuß vollständig ineinandergreifender, einander gegenüberliegender Zähne für Quetschöl vernachlässigbar klein ist. In der bevorzugten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weisen die Zähne 9 bfcw. 15 eine nach ihrer Kopfkreisperipherie gekrümmte Fläche auf, welche an den Flächen 13 bzw. 11 des Halbmondes 5 druckdicht anliegen.

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Claims

Patentansprüche

1. Zahnradpumpe mit in einem innenverzahTiten Außenrad kämmendem, außenverzahntem Bitζel, welche Bäder exzentrisch zueinander gelagert ,sind, wobei im eingriffsfreien Abschnitt zwischen den beiden Zahnrädern ein halbmondförmiges Trennelement angeordnet ist "und das Aiißenrad eine in sich geschlossene rotationsförmige Lagerfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hanken (8) des erzeugenden Profils (15) Geradenstücke sind und die Innenfläche (11) des Trennelementes (5) die gleiche Erüm- |(| mung aufweist wie der Eopfkreis (12) der Hit gel zahnung

(15) und daß der Zahngrund (14-) des Innenzahnradprofils (9) ein Geradenstück'"ist, das Ganze derart, daß der in der Eingriffsphase auftretende Quetschraum (22) zwischen den im Eingriff stehenden Zähnen (9» 15) minimal ist und seine Größe (V) in Abhängigkeit des Drehwinkels ( ? ) des Raumes während der Eingriffsphase im Bereich zwischen dem Saugraum (6) und dem Druckraum (7) sich minimal ändern (dV/df" 0), um einen ruhigen lauf der Pumpe zu erwirken.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zahnkopf breiten (26, 28) des erzeugenden (15) und ^ des erzeugten (9) Sades auf dem jeweiligen Köpf durchmesser ' gemessen nicht kleiner als 0,1 . Modul und nicht größer als 0,8 . Modul sind.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Quetschraumes (22) über eine Zahnteilung (t) in der Eingriffsphase 2 VoL⁰W des Fördervolumens pro Zahnteilung (t) nicht übersteigt und z. B* 0,5 - 1 Vol. % beträgt.

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