DE1728085C2

DE1728085C2 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE1728085C2
Application number: DE1728085A
Authority: DE
Inventors: Robert 7502 Malsch Jung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1968-08-22
Publication date: 1986-12-04
Also published as: DE1728085A1; US3602616A; SE354323B; FR2016211A1; GB1278074A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradpumpe mit beidseitiger Lagerung mindestens einer Zahnradwelle, die durch einseitige radiale Druckbelastung durchgebogen wird, in unmittelbar neben dem Förderraum befindlichen, insbesondere plattenförmigen Gehäuseteilen, wobei infolge Anlage von seitlichen Dichtungskörpern an den Seitenflächen der Zahnräder je eine bestimmbare Axialkraft auf diese Gehäuseteile ausgeübt wird.

Bei Zahnradpumpen sind die Zahnradwellen bzw. die Zahnradwelle einseitig durch den Betriebsdruck belastet Die Folge ist, daß die Wellen, insbesondere die der Hochdruckpumpen, wenn sie nicht wesentlich überdimensioniert werden, sich durchbiegen. Die Lagerzapfen versuchen sich dann zu verkanten und stellen sich schräg zu den Lagern. Dies führt zu einer Kantenbelastung, die beim Gleitlager zu Freßerscheinungen und bei Nadel- oder Rollenlager zu einer ohlichen Überlastung der Wälzkörper und der Außen- und Innenlaufbahn dieser Wälzkörper führen kann. Bei Nadellagern versucht man deshalb, durch längsballig geschliffene Nadeln oder entsprechend geschliffene Wellen, diese Kantenpressung zu vermeiden. Diese Maßnahme ist jedoch keine befriedigende Lösung. Es kann zwar dabei die Kantenpressung vermieden werden, aber die Wellen haben mit den Lagern teilweise nur Punktberührung, so daß ungünstige Hertz'sche Pressungen auftreten können. Ferner tritt bei einer Durchbiegung der Welle der Nachteil auf, daß zwischen den Zahnrädern und den Lagerdeckelwandungen Leckspalte entstehen, wodurch sich ein erheblicher Druck- und damit Leistungsabfall ergibt

Bei einer bekannten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ausgebildeten Innenläuferzahnradpumpe (siehe US-PS 33 15 609) stehen die durch den Druck des Fördermediums belasteten Lagerachsen der Ritzelwelle unter der Wirkung je eines Kompensationskolbens. Da dessen Lagerung nur eine radiale Beweglichkeit gestattet, wirkt sich die erwähnte Kantenpressung beim Durchbiegen der Welle auf die Kompensationskolben aus.

Es sind auch bereits Pumpen bekannt geworden, bei denen die Zahnradwelle bzw. Zahnradwellen in kugelig einstellbaren Lagern so gelagert sind, daß die Lagerbüchsen in beschränktem Maße Kippbewegungen gegenüber den Stirnplatten im Gehäuse, an denen die Zahnräder anliegen, ausführen können (siehe US-PS 21 39 370 u. 29 32 254). Hierdurch sollen hohe spezifische Lagerdrücke an einzelnen Stellen verhindert werden. Abgesehen davon, daß derartige Pumpen spezielle Lager benötigen, können sich diese bei den in

so einer Hochdruckpumpe auftretenden sehr großen Kräften nicht einstellen, weil der Reibschluß diese Einstellung behindert.

Um Wippbewegungen eines Wellenlagers aufzufangen ist es ferner bereits bekannt das Lager in einer ringförmigen Lamellen-Membran flexibel aufzuhängen (siehe CH-PS 3 83 699). Eine derartige Aufhängung läßt sich jedoch bei Zahnradpumpen, abgesehen von der aufwendigen Konstruktion, im Hinblick auf die auftretenden Kräfte nicht verwenden.

Auch die Lagerung der Wellen des Hauptrotors bei einer Rotationskolbenmaschine, gemäß der DE-PS 69161, in außerhalb des Gehäuses angeordneten Lagerböcken gibt keine Anregung in Richtung des erfindungsgemäßen Problems, bei dem es darum geht, die schädlichen Auswirkungen der Wellendurchbiegung innerhalb des Gehäuses der Maschine zu verhindern.

Es darf nicht übersehen werden, daß bei Zahnradpumpen, insbes. Hochdruckzahnradpumpen, besondere

Verhältnisse vorliegen und der erwünschten Elastizität der Wellenlager Grenzen gesetzt sind, da sich bei zu scroßer Elastizität der Wellenlager der Eingriff der Zahnräder ändert, wodurch sowohl die Abdichtung, als auch die Leistung der Pumpe verschlechtert wird. Um dies zu vermeiden, massen die Lager so ausgebildet sein, daß sie der Durchbiegung der Welle noch eine Gegenkraft entgegensetzen können, was bei den bekannten elastischen Lagern nicht oder nur in ganz geringem Maße der Fall ist

Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnte Kantenpressung bei einer Zahnradpumpe der eingangs erwähnten Gattung zu beseitigen und damit hohe spezifische Lagerdrücke an einzelnen Stellen zwischen Welle bzw. Wellen und Lager zu verhindern, um die Lebensdauer aller beweglichen Teile zu erhöhen.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die die Lager tragenden Gehäuseteile durch örtliche Schwächungsstellen so biegeelastisch ausgebildet sind, daß die durch die Axialkräfte hervorgerufene Ausbiegung dieser Gehäuseteile der Durchbiegung der Zahnradwelle (bzw. -wellen) angeglichen ist

Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, daß sich die Lager in ihrer Achsrichtung weitgehend der Achsrichtung der durchgebogenen Welle anpassen, so daß die hohen spezifischen Lagerbelastungen an einzelnen Stellen praktisch nicht mehr vorkommen können und durch eine Linienberührung, die zum Teil auch flächenhaft ist, ersetzt werden. Darüber hinaus bereitet die elastische Ausführung oder Anordnung der Lager keinerlei Schwierigkeiten, da sich die Elastizität durch Querschnittsgestaltung und Auswahl des Materials und/oder Formgebung bequem beeinflussen läßt Es ist daher nicht nur ein technischer, sondern auch ein wirtschaftlicher Vorteil erzielt Außerdem wird — wie beabsichtigt — die Montage oder Demontage in keiner Weise erschwert Gleiches gilt für die Funktionsfähigkeit, d. h. diese bleibt unverändert bzw. sie steigt an, da keine vorzeitigen Verschleißerscheinungen störend wirken.

In der Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auf eine Pumpe mit einem mit der Zahnradwelle verbundenen Ritzel und einem dieses umgebenden und damit kämmenden innenverzahnten Zahnring wird die Anordnung so getroffen, daß die Lager auf der Druckseite der Pumpe über Stege, welche die örtlichen Schwächungsstellen aufweisen, als tragende Teile mit ungefähr ring- oder rahmenförmigen Gehäuseseitenteilen verbunden sind, im übrigen jedoch frei liegen, so daß Lagerböcke gebildet sind, und daß die gegebenenfalls nur geringfügig geschwächten Stege durch entsprechende Bemessung ihrer Querschnitte im Zusammenhang mit einer entsprechenden Werkstoffwahl in ihrer Elastizität auf den größtmöglichen Biegungswinkel («/.) der Wellenlagerung abgestimmt ist. Diese Ausführung ist gußtechnisch einfach zu beherrschen.

Eine andere Ausgestaltung zur Erzielung ausreichender Elastizitätseigenschaften der Lager bei der vorgenannten Innenläuferzahnradpumpe läßt sich nach der Erfindung dadurch erreichen, daß ein Gehäuseseitendeckel bzw. Lagerdeckel ungleicher Wandstärke das eine Lager für die Zahnradwelle enthält, und daß die Deckelwand zwischen dem Lager und dem Randbereich des Deckels auf der Druckseite der Pumpe als starkwandiger Steg und auf der Saugseite dagegen als sehr dünnwandiger Steg ausgebildet ist. Dieser dünne Steg hat den Vorteil, daß er die gewünschten Elastizitätseigenschaften nicht stört, trotzdem aber abstützend auf das Lager wirkt

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können auch bei einer Zahnradpumpe Anwendung finden, bei der in Abwandlung von der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannteil Ausführung die ZahnrudweHe (bzw. Zahnradwellen), die durch einseitige radiale Druckbelastung durchgebogen wird (bzw. werden) beidseitig in Lagerbohrungen von plattenförmigen Lagerdeckeln ungleicher Wandstärke gelagert ist

Um den Lagern dieser Pumpe optimale Elastizitätseigenschaften zu verleihen, so daß sich die Pumpe besonders dort einsetzen läßt wo mit sehr hohen Drücken gearbeitet wird, wird die Anordnung so getroffen, daß jeder Lagerdeckel auf der Druckseite der Zahnräder bis zum Deckelrand relativ dickwandig und starr ausgebildet ist auf der Saugseite jedoch, zwischen dem Lager (den Lagern) und dem äußeren Deckelrandbereich einen dünnen stegartigen Wandteil aufweist und daß von diesem dünnen Wandteil über der (jeder) Lagerbohrung eine etwa halbzylindrische, im Betrieb druckbelastete Lagerschale axial absteht die durch einen Schlitz weitgehend von der anderen starren unbelasteten Lagerhälfte getrennt und dabei so biegeelastisch ausbildbar ist daß ihre Verformung der Durchbiegung der Zahnradwelle (bzw. -wellen) angeglichen ist Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung ferner, daß die Abstützung der Welle (bzw. Wellen) flächenförmig erfolgt

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Lagerung der Ritzelwelle einer Zahnradpumpe zur Verdeutlichung auftretender Kräfte,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Ritzelwellenlagerung nach dem Erfindungsprinzip,

Fig.3 einen Querschnitt entsprechend der Linie III-III in Fig.2 aber in einer gegenüber der Fig.2 abgewandelten Gestaltung,

Fig.4 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Zahnradpumpe,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Zahnradpumpe,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Zahnradpumpe und

Fig.7 einen Querschnitt durch die Pumpe nach F i g. 6 gemäß der Linie VII-VII in F i g. 6.

Die Fig. 1 zeigt eine Ritzelwelle 1, welche in den Deckeln 2,3 gleitgelagert ist. Die übrigen Getriebeteile sind, um die Zeichnung übersichtlich zu gestalten, weggelassen. Der Pfeil 4 deutet die hydraulische Belastung durch den Betriebsdruck an. Die Welle 1 biegt sich unter dieser Belastung durch und erzeugt an den Punkten 5,6 eine Kantenpressung.

Wie sich aus den F i g. 2 und 3 ergibt, stehen die Lager 7,8 mit den Gehäuseseitenteilen 9,10 nur über die Stege 11, 12 in Verbindung und werden von dem axial wirkenden Druckfeld 13, 14 dem Betriebsdruck proportional schräggestellt Der Querschnitt dieser Stege 11, 12 ist so dimensioniert, daß der Schrägungswinkel otw der durchgebogenen Welle bei jedem Betriebsdruck dem Schrägungswinkel a_L der Lagerung entspricht. Dementsprechend ist auch das Material gewählt, damit die Stege 11, 12 die erforderliche Elastizität besitzen. In Fig.3 ist mit 15 die Lagerbohrung bezeichnet, die in dem Lagerbock 16 vorgesehen ist, der vom Axialdruckfeld 13 schräggestellt wird.

Bei dem in der F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der Wand des Seitendeckels 17,

der das Lager 18 trägt, stark unterschiedlich ausgebildet. Der druckseitige Steg 19 ist verhältnismäßig stark und der saugseitige Steg 20 verhältnismäßig dünn. Die Wandstärken der Stege sind so zueinander abgestimmt, daß die Verformung des Deckels 17 auf Grund der axialen Belastung der Schrägstellung der Welle entspricht.

Bei der in der F i g. 5 gezeigten Ausführung ist jeder Lagerdeckel 27,28 auf der Druckseite der Zahnräder bis zum Deckelrand relativ dickwandig und starr ausgebildet, weist auf der Saugseite jedoch, zwischen dem Lager und dem äußeren Deckelrandbereich einen dünnen stegartigen Wandteil 20a, 2Oi auf. Von diesem dünnen Wandteil über der Lagerbohrung 15a, 156 steht eine etwa halbzylindrische, im Betrieb druckbelastete Lagerschale 21, 22 axial ab, die durch einen Schlitz 23, 24 weitgehend von der anderen starren unbelasteten Lagerhälfte getrennt ist. Hierbei ist die durchbiegende Kraft 25, 26 die Lagerbelastung selbst. Auf den Lagerdeckeln 27,28 stützen sich die axialen Druckfelder 29,30 ab.

In den Fig.6 und 7 ist eine Hochdruck-Innenzahnradpumpe mit in den Lagerböcken 7a, 8a angeordneten Nadellagern dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus der Ritzelwelle 31 mit dem innenverzahnten Hohlrad 32, welches Radialbohrungen 33 aufweist, dem Füllstück 34 mit dessen Stützbolzen 35, dem Einsatzteil (Steuerkolben) 36 und den Axialscheiben 37, 38. Durch die

ίο Radialdruckfelder 39 und die Axialdruckfelder 40,41 ist in Verbindung mit den Axialscheiben 37, 38 die Abdichtung des Systems gewährleistet. Die Axialdruckfelder 40,41 stützen sich auf Zwischenscheiben 42,43 ab, die auf den werkstoffelastischen Stegen 44, 45 der seitlichen Gehäuseteile 46,47 aufliegen. Die Abdichtung des Systems bleibt auch bei den Verformungen gewährleistet, da sowohl die radialen als auch die axialen Kompensationsfelder eine dichtende Anlage bewirken.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Zahnradpumpe mit beidsei tiger Lagerung mindestens einer Zahnradwelle, die durch einseitige radiale Druckbelastung durchgebogen wird (bzw. werden), in unmittelbar neben dem Förderraum befindlichen, insbesondere plattenförmigen Gehäuseteilen, wobei infolge Anlage von seitlichen Dichtungskörpern an den Seitenflächen der Zahnräder je eine bestimmbare Axialkraft auf diese Gehäuseteile ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lager (7, 8,18, 21, 22, 7a, 9a) tragenden Gehäuseteile (9,10,17,27,28,46,47) durch örtliche Schwächungsstellen (bei 11,12,20,23, 24,44,45) se biegeelastisch ausgebildet sind, daß die durch die Axialkräfte hervorgerufene Ausbiegung dieser Gehäuseteile der Durchbiegung der Zahnradweile (1,31) angeglichen ist

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, mit einem mit der Zahnradwelle verbundenen Ritzel und einem dieses umgebenden und damit kämmenden innenverzahnten Zahnring, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (7,8) auf der Druckseite der Pumpe über Stege (11,12), welche die örtlichen Schwächungsstellen aufweisen, als tragende Teile mit ungefähr ring- oder rahmenförmigen Gehäuseseitenteilen (9, 10) verbunden sind, im übrigen jedoch frei liegen, so daß Lagerböcke (16) gebildet sind, und daß die gegebenenfalls nur geringfügig geschwächten Stege (11, 12) durch entsprechende Bemessung ihrer Querschnitte im Zusammenhang mit einer entsprechenden Werkstoffwahl in ihrer Elastizität auf den größtmöglichen Biegungswinkel {on) der Wellenlagerung abgestimmt sind.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, mit einem mit der Zahnradwelle verbundenen Ritzel und einem dieses umgebenden und damit kämmenden innenverzahnten Zahnring, der nur zum Teil an seiner Außenumfangsfläche gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseseitendeckel bzw. Lagerdeckel (17) ungleicher Wandstärke das eine Lager (18) für die Zahnradwelle (1) enthält, und daß die Deckelwand zwischen dem Lager und dem Randbereich des Deckels auf der Druckseite der Pumpe als starkwandiger Steg (19) und auf der Saugseite dagegen als sehr dünnwandiger Steg (20) ausgebildet ist

4. Zahnradpumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lagerdeckel (27, 28) auf der Druckseite der Zahnräder bis zum Deckelrand relativ dickwandig und starr ausgebildet ist, auf der Saugseite jedoch, zwischen dem Lager (den Lagern) und dem äußeren Deckelrandbereich einen dünnen stegartigen Wandteil (20a, 20ty aufweist, und daß von diesem dünnen Wandteil über der (jeder) Lagerbohrung (15a, \5b) eine etwa halbzylindrische, im Betrieb druckbelastete Lagerschale (21 bzw. 22) axial absteht, die durch einen Schlitz (23, 24) weitgehend von der anderen starren, unbelasteten Lagerhälfte getrennt und dabei so biegeelastisch ausgebildet ist, daß ihre Verformung der Durchbiegung der Zahnradwelle angeglichen ist.