DE1728112A1

DE1728112A1 - Zahnradpumpe,insbesondere fuer heisse Medien

Info

Publication number: DE1728112A1
Application number: DE19681728112
Authority: DE
Inventors: Viner Derek Graham; Thompson John Stanley
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1967-09-02
Filing date: 1968-08-27
Publication date: 1972-03-30
Also published as: FR1577181A; SE361343B; GB1236935A; US3545900A; SE343926B; US3660881A

Description

Unser Zeichen: P 1991

Zahnradpumpe insbesondere für heiße Medien

Die Erfindung bezieht sich auf Zahnradpumpen und hat eine verbesserte Zahnradpumpe zum Gegenstand, die für die Förderung τοη Kohlenwasserstoffbrennstoffen bei Temperaturen über 150° C besondere Vorteile bietet.

Die Notwendigkeit der Aufrechterhaltung einer Abdichtung auf jeder Seite der Pumpenzahnräder zwischen den Stirnflächen der Zahnräder und einer flachen Seitenwand verursacht einen wesentlichen Teil der Reibungsverluste in einer Zahnradpumpe, die in dem Berührungsbereich zwischen den Enden der Zahnräder und den Seitenwänden oder den im Pumpengehäuse vorgesehenen beweglichen Seiten- oder Lagerplatten entstehen. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, die Seitenplatten mit reibungsarmem

Material

We/ch

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Material zu belegen» und es wurde aus diesem Grund bereits vorgeschlagen, sehr reibungsarmes Lagermaterial zu verwenden, so beispielsweise die Seitenwände und Seitenplatten aus Lagermaterial, wie z.B. auf Kupfer oder Silber basierenden Legierungen oder aus Silber herzustellen oder ihre Flächen, die mit den Pumpenzahnrädern in Berührung kommen mit diesen Materialien zu belegen. Wenn jedoch eine Pumpe mit Seitenwänden aus solchem Metall oder mit einer solchen Metallbekleidung für die Förderung von flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen und anderen Kohlenwasserstoff medien bei Temperaturen über 150⁰C verwendet wird, hat die Anwesenheit dieser Metalle einen nachteiligen Einfluß auf das zu pumpende Medium, d.h. es bilden sich sehr feine unlösliche Teilchen, die zu einer unerwünschten Wirkung in dem System führen, in dem die Pumpe arbeitet.

Eine Zahnradpumpe mit einem hohlen Gehäuse und einem Satz von Pumpenzahnrädern, deren Zähne sich zwischen den Stirnseiten jedes Zahnrades erstrecken und miteinander kämmen, hat gemäfl der Erfindung im Gehäuse Seitenteile mit Flächen zur Abdichtung gegen die Stirnflächen der Zahnräder, wobei die Seitenteile wenigstens auf den Dichtflächen mit kohlenstoffhaltigem Material bekleidet sind. Dieses Material kann eine Mischung von

Kohlenstoff 2098H/0282 ^

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Kohlenstoff mit fein zerkleinertem Metall von der Art sein, das wie Kohlenstoff auf Kohlenwasserstoffflüssigkeiten bei dem gewünschten Temperaturbereich über 150⁰G keinen nachteiligen Einfluß hat, wie z.B. Antimon. V/ahlweise kann das Material eine Mischung aus Kohlenstoff und Kupfer sein, was sich als brauchbare MaterialZusammenstellung erwiesen hat, obgleich Kupfer oder eine Kupferlegierung allein unbrauchbar ist. Der Kohlenstoff oder die Kohlenstoff- und Metallmischung kann auf einem Metalluntergrund entweder durch warmfeste Kleber, wie z.B. geeignete Epoxyharzkleber oder durch andere warmfeste Verbindungsverfahren, befestigt werden. Der Kohlenstoff oder die Kohlenstoffmischung, die auf dem Stahl durch den Kleber befestigt werden soll, wird für die Zeit des Aushärtens unter Spanndruck gehalten. Das Gehäuse und/oder die Seitenplatte selbst kann im Falle der Erfindung aus einem Material hergestellt werden, das hauptsächlich für die mechanische Festigkeit ausgewählt ist. Ein auf Epoxybasis aufgebauter Kleber, der zum erfindungsgemäßen Zweck bestens geeignet ist, ist das unter der Bezeichnung bekannte Eccobond 104, das in Großbritannien durch Emerson und Cummings vertrieben wird. Dieser Kleber hat nach Aushärtung bei hohen Temperaturen zwischen 150 bis 250 C,je nach den verwendeten Komponenten, bei Temperaturen üDer 150⁰C eine hohe Festigkeit.

Zweckmäßig 20 9 8U/0?8?

Zweckmäßig wird eine gleichartige Kohlenetoffbekleidung auch für die Reibungeverminderung auf der Fläche der Pumpenachslager verwendet, und in diesem Fall wird die Bekleidung zweckmäßig als eine vorgeformte, in der Lagerbohrung durch einen Epoxykleber befestigte Hülse angewandt, die während ihres Einbaues unter Druck gesetzt wird, um sicherzustellen, daß alle Hohlräume zwischen der Lagerbohrung und der Hülse beseitigt werden.

Die Erfindung senließt auch ein Verfahren für die Herstellung eines mit einem kohlenstoffhaltigen Material ausgekleideten Lagers ein. Nach diesem Verfahren wird ein fester Kohlenstoff enthaltender Körper verwendet. Dieser hat einen Durchmesser entsprechend dem Außendurehmesser der gewünschten Auskleidung. Dann wird ein metallischer Lagerkörper mit einem Saokloch, dessen Durchmesser nur geringfügig größer ist, als der Außendurohmesser des Kohlenstoff enthaltenden Körpers, hergestellt. Auf den flachen Boden des Saokloches wird eine geeignete Menge Klebstoff aufgebracht. Dann erfolgt das Aufsetzen des Kohlenstoff enthaltenden Körpers auf die Oberseite dieser Klebstoffmenge und das Belasten dieses Körpers in Längsriohtung während der Erhitzung des Metallkörpers auf die Aushärttemperatur des Klebers, um dem Kleber zu er-

attgliohtn. 2098U/0282

möglichen, eine geschlossene Schicht zwischen dem Kohlenstoff enthaltenden Körper und den Sacklochwänden und dem Boden des Sackloches zu bilden, so daß das Ganze aushärten kann. Ans chi ie ß end läßt man das Grenze abkühlen.

Schließlich erfolgt die mechanische Bearbeitung des zusammengesetzten Körpers, um in der Auskleidung die

axiale Bohrung herzustellen und jegliches Material, das * über die gewünschte Endfläche dee ausgekleideten Lagers vorsteht, zu beseitigen.

Andererseits ist die Erfindung nicht auf alle diese Einzelheiten beschränkt. Es ist beispielsweise auoh möglieh, ein mit Kohlenstoff ausgekleidetes Lager herzustellen, z.B. durch Pressen einer Mischung von Kohlenstoffmaterial und einem geeigneten Bindemittel in innigen Kontakt mit einer Lagerfläche und durch Erhitzen des Grenzen, um eine Aushärtung und/oder Zersetzung des Bindemittels zu bewirken, wodurch die Kohlenstoffteile mit der Metallfläche mechanisch verklaamert werden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar ainds

fig. 1 ein Schnitt durch eine Zahnradpumpe gemäß der Erfindung und

Pig. 2 2098U/0282

Fig. 2 die aufeinanderfolgenden Stufen bei der

Herstellung eines mit Kohlenstoff ausgekleideten Lagers der Art, wie es für die Verwendung in den Lagerplatten des Pumpengehäuses gemäß der Erfindung geeignet ist.

k Gemäß Fig. 1 hat die Zahnradpumpe einen Mittelgehäusekörper 1 mit einer in geeigneter Weise geformten Hittelöffnung 2, die ein Paar miteinander kämmende Pumpenzahnräder 3 und 4 aufnimmt. Sie hat weiterhin auf jeder Seite des Gehäusekörpers 1 ein Lagerplattenpaar 5 und 6 und ein Gehäusestirnplattenpaar 7 und 8. Jedes Zahnrad hat auf beiden Seiten Lagerzapfen 3a bzw. 4a. Einer der Lagerzapfen 3a des Zahnrades 3 ist verlängert, um eine Antriebswelle 3b zu bilden, und der Gehäusekörper 1 ist ferner mit sehem&tisch bei 9 und 10 gezeigten Ein- und Auslaß-

ψ öffnungen versehen. Die Breite des Gehäusekörpers 1 ist in axialer Sichtung größer als die der Pumpenzahnräder 3 und 4, damit Druck belastet« Seitenplatten 11 auf den Aohsen in der Mittelöffnung 2 auf jeder Seite der Zahnräder 3 und 4 angeordnet werden können. Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung ist jede Seitenplatte 11 auf ihrer den Zahnrädern zugewandten Seite mit einem Belag 12 au« kohlenstoffhaltigem Material bedeokt, wobei der Kohlenstoff allein oder in einer Misohung mit einem geeigneten

Metall 2098U/0282

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Metall verwendet wird und die kohlenstoffhaltige Auflage auf der Seitenplatte durch einen Epoxyharzbinder befestigt ist. Die Auflage kann aus einer Reihe von kohlenstoffhaltigen Materialien bestehen, wobei es sich um die für Lagerzwecke bekannten kohlenstoffhaltigen Metallmischungen handeln kann. Die Bindung erfolgt vorzugsweise in der oben ΐ beschriebenen Weise unter der Verwendung des als Eccobond bekannten Materials. Die Lagerzapfen 3a und 4a sind in den Lagerplatten 5 und 6 durch mit kohlenstoffhaltigem Material ausgekleidete Lagerhülsen 13 gelagert. Jede der kohlenstoffhaltigen Auflagen 14 ist so befestigt, daß die Ausbildung irgendwelcher Hohlräume ausgeschlossen ist und eine geschlossene Verbindung zwischen der kohlenstoffhaltigen Auflage 14 und der Hülse 13 entsteht. Verschiedene Einzelheiten dieses Ausführungsbeispieles können abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten ι

wird. So können die Lagerhülsen 13 mit der Lagerplatte 5 oder 6 aus einem Stück bestehen und letztere kann mit der Stirnplatte 7 bzw. 8 aus einem Stück bestehen und letztlich kann eine der Seitenplatten 11 mit der Lagerplatte 5 oder 6 kombiniert sein, um einen gemeinsamen Körper zu bilden. Darüber hinaus sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Konstruktion der Pumpe, in der die Lager in einer der Gehäuaeplatten befestigt sind, begrenzt ist. Die Erfindung ist z.B. auch für Pumpen verwendbar,

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in denen einige der Lager in einer oder beiden der beweglichen Seitenplatten vorgesehen sind.

Während das Auskleiden der Lager mit kohlenstoffhaltigem Material in irgendeiner beliebigen Art ausgeführt werden kann, wird im nachfolgenden ein geeignetes Verfahren zur Herstellung mit kohlenstoffhaltigem Material ausgekleideter Lager, z.B. der Hülsen 13» 14 mit Bezug auf Pig. 2, beschrieben, in der die aufeinanderfolgenden Stufen des Verfahrene durch die Darstellungen I bis V gezeigt sind. In der Stufe I wird ein kohlenstoffhaltiger Körper a mit einem Außendurchmeeeer gleich dem gewünschten Außendurchmesser der Auflage hergestellt, wobei der Körper zweckmäßig einen darin eingebetteten Führungedraht b hat. In der nachfolgenden Stufe II wird ein Stahlkörper c hergestellt, der als ein Rohling für den Metallteil der Lagerhülee 13 bezeichnet werden kann. Seine Länge ist etwas größer als die des kohlenstoffhaltigen Körpers a, und er hat eine obere plane Fläche d_f von der aus ein Saokloch e mit flachem Boden bis zu einer etwas geringeren Tiefe als die Länge des kohlenstoffhaltigen Körpers a niedergebracht ist. Die Tiefe entspricht jedoch wenigstens der gewünschten Länge der fertigen Hülse. In der Stufe III ist ein Tropfen f eines geeigneten Klebers, z.B. das als Eccobond bekannte Material, auf den Boden des Sackloches e mit

flachem 2098U/0282

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flachem Boden aufgebracht und der Körper a koaxial in das Sachlooh e eingebracht worden, wobei rund um den Umfang des Körpers a ein schmaler ringförmiger Spalt g verbleibt. In der Stufe IV wird der Körper a, während er noch genau zentrisch zum Sackloch e gehalten wird, durch eine Belastung in axialer Richtung nach unten gegen den Stahlkörper c gedrückt· Der Stahlkörper c wird dabei auf einer Temperatur von 7O⁰O gehalten. Als Folge davon wird der Kleber f veranlaßt, eich über den Boden des Sackloches e auszubreiten und durch den ringförmigen Spalt g aufzusteigen, wobei er den letzteren vollständig ausfüllt und mit einem Überschuß, wie bei h gezeigt, aus dem Spalt austritt.

Der Kleber wird dann bei ungefähr 20O⁰C ausgehärtet. Nach Abschluß des Auehärteprozesses und der anschließenden Abkühlung wird das Ganze mechanisch bearbeitet. Dabei wird zuerst der Teil des Körpers a und der aus dem Spalt über die Fläche d übergelaufene Kleber beseitigt und die Fläche d in einer genauen planen Form wieder hergestellt. Danach wird in den kohlenstoffhaltigen Körper a eine Mittelbohrung i angebracht, um so den letzteren in eine Auskleidung innerhalb des Sackloches e zu verwandeln. Am Schluß wird das Bodenteil des Stahlkörpers ο beseitigt, um ihn auf die gewünschte Länge der Hüls· zu verringern·

Dieser 2098U/0282

Dieser Prozeß beseitigt sowohl den !angebohrten Teil des Stahlkörpers c, wie auch den Teil, der den Boden des Sackloches e mit der längs des Bodens ausgebreiteten Kleberauflage enthält, und er liefert eine fertige mit kohlenstoffhaltigem Material ausgekleidete Hülse, in der das Sackloch e eine Durchgangebohrung darstellt.

Wie ersichtlich, wird je nach dem verwendeten Material die axiale Zusammenpressung des Körpers a ein bestimmtes Maß einer Durehmesserzunahme des Körpers erzeugen. Da die Aushärtung des Klebers mit der aufgebrachten Druokbelastung erfolgt, können Lager aus vorgespanntem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt werden, die in der Anwendung gute Lagereigenschaften unter Belastung ergeben.

Patentansprüche

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Claims

Pat entansprüche

)j Zahnradpumpe mit einem hohlen Gehäuse, einem Pumpenzahnradsatζ mit Zähnen, die sich zwischen den zwei Stirnflächen jedes Zahnrades erstrecken und miteinander kämmend in dem hohlen Gehäuse drehbar

gelagert sind, gekennzeichnet durch Seitenteile im ^

Gehäuse mit Flächen zur Abdichtung mit den Stirnflächen der Zannräder, wobei die Seitenteile wenigstens auf den Dichtflächen mit kohlenstoffhaltigem Material bekleidet sind.
2) Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Material Kohlenstoff und fein zerkleinertes Metall von einer solchen Sorte enthält, daß das zusammengesetzte kohlenstoffhaltige i Material keine unannehmbare nachteilige Wirkung auf Kohlenwasserstoffmedien bei Temperaturen in der Größenordnung von 200⁰C hat.
3) Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtflächen des Gehäuses auf innerhalb des von dem Gehäuse umschlossenen Baumes angebrachten Platten vorgesehen sind.

JtL

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4) Zahnradpumpe nach einem der yorhergehenden Ansprüohe, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenzahnräder auf Lagerflächen aus kohlenstoffhaltigem Material gelagert sind.
5) Verfahren zur Herstellung einer Zahnradpumpe gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verfahreneschritte, bei welchen zunächst ein fester kohlenstoffhaltiger Körper mit einem Durchmesser entsprechend dem Außendurchmeeser der lagerauskleidung und dann ein Metallagerkörper mit einem Sackloch von geringfügig größerem Durchmesser als der Außendurohmesser des kohlenstoffhaltigen Körpers hergestellt wird, dann auf den Boden des Sacklocheβ eine Menge von wärmehärtendem Kleber, größer als die erforderliche Menge, um den Unterschied im Durchmesser des Körpers und des Sackloches auszufüllen, aufgetragen wird, und danach der kohlenstoffhaltige Körper auf die Oberseite dieses Klebers aufgelegt wird und dann eine in Längsrichtung auf den kohlenstoffhaltigen Körper und den Metallkörper wirkende Belastung während der Aufwärmung des Metallkörpers auf die Auehärttemperatur des Klebers ausgeübt wird, um den Kleber zu veranlassen, eine geschlossene Lage zwischen dem kohlenstoffhaltigen

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Körper und den Wänden und dem Boden des Sackloches zu bilden und anschließend den Kleber mit der noch ausgeübten Belastung auszuhärten und danach abzukühlen, wonach die mechanische Bearbeitung des auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten Körpers erfolgt, um die axiale Bohrung des ausgekleideten Lagers herzustellen und jegliches Material, das über die gewünschten Stirnflächen des ausgekleideten Lagers vorsteht, zu entfernen.
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlenstoffhaltige Körper mit einem durch dessen Mittenaohse hindurchgehenden Draht versehen wird und daß dieser Draht dazu Verwendung findet, den kohlenstoffhaltigen Körper in der Mitte des Sacklocheβ in Stellung zu bringen.
7) Zahnradpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Lager, die nach den Verfahren der Ansprüche 5 oder 6 hergestellt sind.

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