-
Zahnradpumpe oder -mdtor Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe
oder einen Zahnradmotor mit Zwei im Eingriff stehenden Zahnrädern, deren Wellen
auf@jeder Seite jeweils in Lagerbohrungen von an den Zahnradseitenflächen anliegenden
Lagerkörpern, insbesondere Lagerbuchsen, angeordnet sind, von denen mindestens die
auf einer Seite der Zahnräder liegenden axial beweglich sind und durch Druckbeaufschlagung
dichtend. gegen die Zahnradseitenflächen gedrückt werden, indem auf der den Zahnrädern
abgewandten Seite ,der Lagerkörper mehrere von einer Dichtung begrenzte Partialfelder
unterschiedlichen Drucks gebildet sind, die durch Ausnehmungen mit den Zahnkar;uriern
in Verbindung stehen.
Aus der britischen Patentschrift 769 763 ist
eine Zahnradpumpe benannt, bei der die beiden Wellen der Zahnräder in Buchsen gelagert
sind. Die auf der Antriebsseite liegenden Buchsen sind axial verschiebbar und werden
unter Druckeinwirkung so gen die Zahnradseitenflächen gepreßt, daß sie in dichtende
Berührung mit diesen kommen. Dazu sind zwischen der den Zahnrädern abgewandten Seite
der Buchsen und dein Deckel des Gehäuses in einer Ebene eine größere Anzahl Partic.ifelder
angeordnet, die durch eine im wesentlichen achtförmige, ui;; die Außenkontur der
Buchsen herumgelegte Dichtung begrenzt werden. Die Partialfelder von meist ovaler
Form sind als Ausnehmungen in den achtförmigen Dichtungen um die Wellen der Zahnräder
gereiht angeordnet. In den Partialfeldern befindet sich unter Druck stehendes Druckmittel,
das über die Flansche der Buchsen durchsetzende Bohrungen zu den Partialfeldern
gelangt. An der Hochdruckseite, d. h. direkt .über der Eingriffstelle der Zahnräder,
befindet sich ein Hochdruckfeld. Der Druck in den Partialfeldern nimmt zur Niederdruckseite
hin entsprechend dem Druckabfall in den Zahnkammern ab, d. h. an der Niederdruckseite
liegt ein Niederdruckfeld.
-
Das hat den Nachteil, daß die Partialfelder ausschließlich dem axialen
Kraftausgleich dienen können, da jedes Partialfeld jeweils nur mit einer Zahnkammer
in Verbindung steht. Der DrucKau:-bau In den Zahnkammern bleibt hierbei völlig unbeeinflußt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zahnradmaschine zu schaffen, die sich durch einen
weitgehend geräuscharmen Lauf auszeichnet, bei. der die axiale Abdichtung der Zahnkammern
den jeweiligen Betriebszuständen der Zahnradmaschine entsprechend erfolgt, und die
trotzdem sehr einfach im Aufbau ist.
-
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Ausnehmungen
als von der Hochdruckseite ausgehender,' nicht bis zur Niederdruck-Seite verlaufender,
sich über die gesamte Länge der Lagerkörper
| erstreckender Spalt ausgebildet sind, und daß sich die Partialfelder |
| radial über den Spalt hinaus erstrecken.> |
Das hat Gien Vorteil, daß sich über den Spalt in den den umlaufencierl
7ahnkacnrnern der Druck in einem sehr großen Z7ahnraddrehwinkel-Bereich allmählich
aufbaut, wodurch die Betriebsgeräusche der Maschine wesentlich herabgesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die aus den Axia:ldruckfeldern resultierenden axialen
Überschußkräfte durch den Spalt in Verbindung mit axialen Längsnuten an den Lagerkörpern
in sehr engen-und dem Betriebszustand der Maschine angepaßten Grenzen gehalten werden
können. Dadurch wird eine erhöhte Reibung zwischen Lagerkörpern und Zahnradseitenflächen
durch zu große Anpreßkraft vermieden. Diese ist aber so bemessen, daß die Dichtwirkung
trotzdem, gut ist.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
-
Diese zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe gemäß
der Erfindung; Fig. 2 eine Ansicht des vom Zahnradpumpengehäuse abgenommenen A bschlußdeckels
mit darin angeordneten Dichtungen; einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.
1; Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt nach-der Linie IV-IV der Fig. 2; Fig. 5 einen
Profildiehtring im nichteingebauten Zustand; Fig. 6 eine andere Ausführungsform
der Zahnradpumpe nach Fig. 3.
-
Die in der Zeichnung dargestellte Zahnradpumpe hat ein Gehäuse 1 mit
einem aus zwei durchgehenden, sich teilweise überschneidenden Bohrungen 2', 2" gebildeten
Innenraum 2. Auf der einen Seite des Gehäuses 1 ist ein Abschlußdeckel 3 fest und
dicht, auf der anderen Seite ein Stirndeckel 4 in gleicher Weise angeschraubt. Im
Stirn-
| :;eckel '+ ist eine Bohrung 5 angeordnet, durch die eine Antriebs- |
| welle ü geführt ist; in der Bohrung 5 befindet sich eine Wellen- |
| dichtung 'l, die der Abdichtung der Antriebswelle 6 dient. |
| I1,:; Innenraum 2 sind zwei miteinander im Eingriff stehende"Zahn- |
| räder 8,9 angeordnet, deren Wellen 6g10 in Buchsen 11, 12,
13 und |
| 14 gelagert sind. Die Buchsen 11 bis 14 haben zylindrische
Form, |
| deren Außendurchmesser etwas, beispielsweise 0,2mm kleiner
ist |
| als der Durchmesser der Bohrungen 2' und 2". Der Außendurchmesser |
| der Buchsen entspricht dem Kopfkreisdurchmesser der Zahnräder
8,9. |
| Jede Buchse hat an ihrem Außenumfang eine einseitige, sich
über ihre |
| gesamte Länge erstreckende Abflachung 15, wo die Überschneidung-- |
| linien der Bohrungen 2' und 2" zusammentreffen. Die Buchsen
11 bis 1't |
| sind axial verschiebbar und liegen mit je einer Seite gegen
die Zain- |
| radseitenflächen. Die Länge der Buchsen 11 bis 14 ist so bestimmt, |
| da,ß sie zusammen mit der Zahnradbreite die LZihge des Gehäuseinnen- |
| raumes 2 bis auf ein geringes Axialspiel ausfüllen. |
| Zwischen den den Zahnrädern abgewandten Stirnseiten der Buchsen
' |
| und zusammen mit einem Teil der Stirnseite. des Gehäuses 1
einerlei |
| und dem Abschlußdeckel 3 bzw. dem Stirndeckel 4 andererseits
bef finde-", |
| sich jeweils ein sehr schmaler Spaltraum 16, 17, der durch
einen |
| @@ofildichtring 18 in einer Nut 19 des Abschluß deckels 3 und
des tirr.- |
| --=eckels 4 nach außen abgedichtet ist. |
| Uer Profildichtring 18 hat rechteckigen Querschnitt und im |
| achteingebauten Zustand Kreisringform (Fig. 5). An seinem |
| i:slendurchmesser sind mehrere, voneinander getrennte, recht- |
| ecknutförmige Ausnehmungen 20 angeordnet, die parallel zur
Ring- |
| achse verlaufen. Die Dichtflächen 21, 22 des Profildichtrings, |
| z . |
| di.e in/.,einer Achse senkrechten Ebenen liegen, werden also
nicht |
| unterbrochen. |
Der Profildichtring 18 wird mit einem Überstehmaß 23, d. h: die
Höhe des Profildichtrings ist größer als die Tiefe der Nut 19, in die Nut 19 eingelegt.
Das Überstehmaß 23 ist größer als es normalerweise zur Erzeugung einer gewissen,
die sichere Abdichtung garantierenden Vorspannung des Dichtrings nötig wäre. Das
durch das Überstehmaß 23 bedingte Mehrvolumen des Profildichtrings wird beim Zusammenbau
der Gehäuseteile in die Ausnehmungen 20 des Profildichtrings 18 verdrängt, so daß
die Nut 19 mindestens abschnittsweise ganz ausgefüllt ist.
-
Die in den Spalträumen 16, 17 entstehenden und von den Profildichtringen
18 umgrenzten Felder sind durch je eine ebenfalls in einer Nut des Abschlußdeekels
3 und des Stirndeckels 4 eingelegte Dichtung 25 in kleinere Partialfelder 27 bis
32 aufgeteilt.
-
Die Dichtung 25; ist aus zwei miteinander verbundenen Kreisabschnitten,
von ,.'denen jeder einen. Zapfen der Wellen 6, 10 mit Abstand zu ungefähr zwei Dritteln
umgreift, so zusammengesetzt, daß sich etwa die Form einer "Drei" ergibt. An den
Außenteilen der Kreisabschnitte sind je drei sternförmig nach außen laufende Finger
26 angeordnet, die die Partialfeder 28, 29 und 31, 32 abgrenzen. nie Finger 26 sind
so lang, daß sie über den Rand der Buchsen 11 bis 111 hinausgreifen, und daß dennoch
ein geringer Abstand bis zu dein sie außen umschließenden Profildichtring 18 verbleibt.
Die Dichtung 25 hat rechteckigen Querschnitt; ihre am Boden der Nut 24 'liegenden
Kanten sind mit Radien versehen, die beiden anderen Kanten sind scharfkantig ausgebildet.
Der Dichtung 25 ist einseitig.ein sich über ihre ganze Höhe erstreckender Streifen
33 aus geeignetem Kunststoff, insbesondere aus PA, beigegeben, der an der senkrechten,
dem Partialfeld 30 zugewandten Wandung der Nut 24 liegt. Der Streifen 33 umgreift
die beiden an den Endender Kreisabschnitte angeordneten Finger 26 ganz und die die
Partialfelder 28,.29 bzw. 31, 32 gegeneinander abgrenzenden Finger noch zur Hälfte
und endet dabei jeweils an der Spitze der mittleren Finger. Er stützt die aus weicherem
Material bestehende Dichtung 25.
Jedes der Partialfelder 28, 29
und 31, 32 ist durch Kanäle 34, die als achsparallele Nuten in der Außenkontur der
Buchsen 11 bis 14 angeordnet sind, mit den darunterliegenden Stellen an den den
Zahnrädern 8,9 zugewandten Stirnseiten der Buchsen verbunden. Das -Partialfeld
27 ist über einen Kanal 36 direkt mit der Hochdruckseite, das Partialfeld 30 über
einen Kanal 35 mit dem Niederdruckzulauf der Pumpe verbunden.
-
rin weiteres Ausführungsbeispiel der Zahnradpumpe ist in Fig. 6 gezeigt.
Die Buchsen 11 und 12 sind vollzylindrich ausgebildet. Sie sind durch eine nicht
dargestellte-Stiftverbindung gegen Verdrehen gesichert. In jeder der Buchsen 13
und 14 ist eine Ausnehmung 15' angeordnet, in die die Buchse 11 bzw. 12 genau eingepaßt
ist. Beim Betrieb der Pumpe legen sich die Buchsen 11 bis 14 unter der Einwirkung
des Förderdrucks gegen die Wandung des Innenraums 2 des Gehäuses 1 auf der Niederdruckseite.
Dadurch entstehen keilf;>rmige Spalte 37 zwischen der Außenkontur der Buchsen 11
bis 14 und der Wandung des Innenraums 2, die sich zur Niederdruckzulaufseite der
Pu;ipe hin verjüngen, die aber vor der Niederdruckseite enden.
-
Um diese keilförmigen Spalte 3j wird nun das Druckmittel in kleinen
Mengen zu den umlaufenden Zahnkammern sowie_zu den Partialfeldern 28, 29
und 31, 32 geleitet. Die die Kanäle 34 bildenden Nuten in der Außenkontur der Buchsen
dienen zusätzlich der Beaufschlagung der Partialfelder. Diese stehen nun
unter einem von den Betriebsbediiigungen der Pumpe abhängigen Teildruck, das Partialfeld
30 unter Niederdruck, die Partialfelder 29,' 31 unter einem geringeren, die Partialfelder
28,32 unter einem höheren Zwischendruck und das Partialfeld 2( endlich unter Hochdruck.
Die in den Partialfeldern wirkende Kraft ist stets etwas größer als die vom Druckmitte
1. her= rü:.rende Kraft auf der den Zahnradseitenflächen zugewandten Seite der,
Buchsen 11 bis 14. Diese Kraft bringt die Buchsen in dichtende Berührung mit den
Zahnradseitenflächen.
In den Partialt'eldern 27, 28, 29 und 30 und
entsprechend 2'(, 32, ")i und i0 herrscht jeweils ein vom Druck des benachbarten
PartialiCeldes verschiedener Druck. Ein Hinausquetsehen der Dichtungen 25 aus ihren
Nuten 24 in die Spalträume 16, 17, was unter der Einwirkung des auf einer Seite
herrschenden höheren Flüssigkeitsdrucks geschehen könnte, wird durch die beigegebenen
Streifen 33 aus Kunststoff' verhindert.
-
Die Form der Profildichtringe 18 verhindert ein Strömen des Drückmittels
an den Profildichtringen entlang, etwa in den Nuten 19 zum rit Niederdruck beaufschlagten
Partialfeld 30, da die Nuten jeweils teilweise vollkommen ausgefüllt sind und somit
keine Strömungskanäle bilden, was bei den üblichen Dichtungsringen, wenn sie nicht
in genau tolerierten Nuten liegen, meist der Fall ist.
-
Kommt im Betrieb der Pumpe eine mit Druckmittel gefüllte Zahnkammer
von der Zulaufseite her - das Druckmittel steht also noch unter Niederdruck - in
den Bereich des ersten Partialfeldes.31 oder 29, so wird das Druckmittel im Partialfeld,
das unter einem etwas höheren Druck steht, einen Druckausgleich erfahren. Zugleich.
wird der Druck in. der Zahnkammer etwas-ansteigen. Da über den sich stetig vergrößernden
Spalt 37 andauernd eine Verbindung zwischen den Zahnkammern, den Partialfeldern
und letztlich mit der Hochdruckseite besteht, wird ein stetiger, sich ständig verstärkender
Drucelauf bau in den Zahnkammern bei ihrem.Umlauf erreicht. Diese "Vorsteuerung"
der Zahnkammer bewirkt eine.wesentliehe Minderung der Betriebsgeräusche der'Pumpe,
wobei zugleich ein'sehr hoher volumetrischer Wirkungsgrad der Pumpe erreicht wird.
-
Die beschriebene Ausbildung der Druckfelder kann natürlich auch nur
in einem Deckel des Gehäuses der Maschine,-oder falls das Gehmuse topffönriig ausgebildet
ist, auch zwischen Buchsen und Gehäuseboden angeordnet werden. Die Form der-Buchsen
oder Lagerkörper hat selbstverstctndlich keinen Einfluß auf die Anwendung der erfindungsgemäßen
Lehre. .
Der Spalt zwischen den Buchsen und der Gehäuseinnenwand
braucht nicht unbedingt keilförmig zu sein; er kann auch in der Gehäuse-Innenwand
angeordnet sein.. Außerdem können Erhebungen an den Buchsen, den Lagerkörpern,o.auch
an der Gehäuseinnenwand angeordnet sein, die den Fluß des Druckmittels im Spalt
nicht unterbrechen, die aber die Buchsen öder Lagerkörper im Gehäuse justieren.
-
Der r^rofildichtring 18 kann auch in einer in der Stirnseite des Gehäuses
ausgebildeten Nut liegen, also nicht unbedingt im Deckel. Bei genau tolerierten
Dichtungen und genau tolerierten Nuten ist es nicht notwendig, daß der Dichtring
Verdrängungstaschen aufweist; diese sind jedoch sehr zweckmäßig, wenn infolge@billiger
Fertigung von vorn herein ein größeres Überstehmaß vorgesehen ist. Das Überstehmaß
bewirkt zudem eine gewisse Vorspannung des Dichtringes und ist für eine einwandfreie
Abdichtung erforderlich, da der Ring sein Volumen durch Quellen oder Temperatur
vergrößern oder verkleinern kann.