DE1809156A1 - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

PATENTANWALT 2000 HAMBURG 1

Mönckebergstraße

(am Fathausmarkt)

HYDRAULIC TOT SPECIALTIES COMPAHT ^{Tehha ί0411} 33 8}°⁸⁵ Waukesha. Wisconsin V, St. A, Anwaltsaktes 2086 Zahnradpumpe

Sie Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Hochdruckzahnradpumpe mit zwei auf parallelen Achsen angeordneten miteinander kämmenden und in ihrer Pumpen- " kammer umlaufenden Zahnrädern, Sie an ihren Stirnflächen an axial verschiebbaren dichtend geführten Legerflanschen anliegen_t von denen mindestens einer von einer unter Pumpenauslaßdruck stehenden Druckkammer beaufschlagt wird.

Bei diesen Pumpen war es bisher UbIiOh₉ eines der Lagerflanschpaare im Boden der Pumpenkammer anzuordnen, während das andere Lagerflanschpaar in einem Deckel untergebracht wurde, der die Puufpenkammer an der Vorderseite des Genau- * ses verschließt« Zu dieser Maßnahme griff man, obwohl sehr genaue und große Kosten verursachende Bohrungen sowohl im Pumpengehäuse als auch im Deckel angebracht werden mußten, um die genaue Ausrichtung der Zahnräder und der Lager sicherzustellen« Bei druckkompensierten Pumpen konnte sich meist der Deckel geringfügig unter dem Druckwechsel der Pumpe verschieben, so daß es au einem Verklemmen der Lagerflansche kommen konnte und die gewünschte Abdichtung an den Stirnseiten der Zahnräder beeinträchtigt

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wurde. Um solche Verschiebungen dee Deokele und der daran befindlichen Lager au verhindern! wurde ea nötig, den Deckel mit dem Pumpengehäuse zu vernieten· Veretändlicherweise werden auch hierdurch die Herstellungskosten vergrößert.

Ziel der Erfindung ist die Überwindung vorerwähnter Schwierigkeiten und die Schaffung einer mit dem Förderdruck abgedichteten Zahnradpumpe der vorgenannten Art, bei der ungleiche Lagerbeanspn&chungen im wesentlichen verhindert werden bei gleichzeitiger Verminderung der Herstellungskosten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Pumpenauslaß über Druokausgleiehskanäle mit Stellen der Pumpenkammer verbunden ist, die im Bereich des Pumpeneinlasses neben den Zahnfüßen der Zahnräder liegen»

Die ungleichen Lagerbeanspruchungen resultierten bisher daraus« daß In den auelaßseltigen Zahnlücken ein hoher Druck und diametral gegenüberliegend in den einlaßseitigen Zahnlücken praktisch kein Druck vorhanden ist. So erzeugt der Strömungsmitteldruck einen starken radialen Schub an den Zahnrädern und Lagern, der die Lebensdauer wesentlich verkürzt. Der Druckunterschied führt auch dazu, daß die Lager ihre Relativlage ändern, so daß auch ein schneller Verschleiß entsteht.

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, daß das Pumpengehäuse an der vom Antrieb abgelegenen Seite nit einem Deckel verschlossen ist, der die Habenteile der Lagerflanschen mit großem Spiel aufnimmt und einen der Kühlung dienenden Druckmittelsammelbehälter bildet. So braucht der Deckel nur den axialen Schub aufnehmen, der aus der Druckabdichtung resultiert. Da alle radial wirkenden Lastkräfte am Lager zum Pumpengehäuse übertragen werden, sind keine genau ausgebildeten " Bohrungen im Deckel mehr nötig und es braucht auch der Deckel nicht mehr vernietet eu werden.

Ein noch weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, daß die Lagerf!ansehen auf ihrem Umfang mit parallel laufenden Rinnen versehen sind. Die Umfangsrlnnen der LagerflanBchen vermindern die Kontaktfläche mit den Wänden der Pumpenkammer und tragen dazu bei, die Kraft zu vermindern, mit der die Lagerflanschen *

gegen die Zahnradseiten gedrückt werden müssen_o Aus einer solchen Ausbildung folgt auch noch der weitere Vorteil, daß die Rinnen Fremdstoffe auffangen können, die in hydraulischen Systemen vorkommen und die freie Beweglichkeit der Lager stören«

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen* Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mittels dee

Pumpendruckes abgedichteten,Zahnradpumpe der Erfindung gemäß der Schnittlinie 1-1 der Fig» 2,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Funkenkammer gemäß der Schnittlinie 2-2 der Flg«1, wobei die Zahnräder in strichpunktierten Linien angedeutet sind, um die Dichtflächen der hinteren Lagerflanschen besser erkennen zu können,

Flg» 3 eine teilweise geschnittene vergrößerte Teilansicht eines der beweglichen hinteren Lager_ε

Figo 4- einen der Fig»2 ähnlichen Querschnitt, der die Dichtflächen an den forderen Lagern bei einer abgewandelten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Pumpe erkennen IaSt₉ und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines der vorderen Lager der Fig. 4- in vergrößertem Maßstäbe.

Das in den Zeichnungen generell mit dem Besugszeiehen 5 ▼ersehene Gehäuse besteht aus drei Seilen, einem gegossenen

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Hittelteil 6, einem Deckel 7» der mit Sehraubboleen 8 vorn am Hittelteil 6 befestigt ist, und einen ringförmigen Deckel 9» welcher hinten am Hittelteil 6 mit drei Sebraubbolzen 10 befestigt ist, von denen in Fig. 1 einer erkennbar ist.

In dem Gehäuse 5 sind eine Antriebewelle 11 und eine mitlaufende Welle 12 mit Abstand parallel zueinander gelagert, Die Torderenden der Wellen ragen in Ausnehmungen 13 an der Innenseite des !Deckels 7 hinein. Bas hintere Ende der Antriebswelle 11 ragt aus dem Deckel 9 haraus und kann mit einem Motor angetrieben werden. Die zweit« Welle 12 kann, wie dargestellt» vollständig innerhalb des Gehäuses untergebracht sein.

Beide Wellen tragen drehtest verbundene Zahnräder 1$,

deren Zähne 16 zwischen dem Einlaß 17 und dem Auslas 18 der Pumpe ineinandergreifen, wie es die FIg₀ 2 erkennen läßt» Die Zahnräder 15 befinden sich in einer Pumpenkammer ( 20, die durch die beiden aneinandergrenzenden zylindrischen

Kammerteile 19 einen Querschnitt hat, der einer 8 ähnelt. Die Sammerteile 19 werden von parallelen einander schnei·»

denden Bohrungen gebildet, die an der Torderseite des

Ctehäueemltteltelies 6 offen sind» Die Pumpenkammer 20 wird vom Deckel 7 verschlossen und

1st so tief ausgebildet,daß sie für jede Welle Ringflansohen

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21 und 22 der vorderen und hinterem Lager 23 und 24 nehmen kann» Di® aneinandergrensenden ?laneohteile der Lager sind su ?l&sh&tellen 31 abgearbeitet» BIe verbleibenden Seile der Xegerflansehen greifen mit engem Bits l&ogevereohieblictli in die KasBserteile 19 ein« Bei Ifeiok« sufuhr vom Pumpenmislaö 18 zu Drucickaromsrn 25 swisohen dem Boden der Puaapeateaasmern 20 und den hintere» Lagjorflanechen 22 können sieh die hinteren Lager 24 axial naeta vorn bewegen·

Die Lagerflansehest 21. „22 der Salmriiar 13 ^ftfcsii einander gegenüberliegende plane Dicht fläche«, äi© eioh eenkreelit Achse erstreslmB und fest an den planen Zahnräder %wj? Anlege lzswmäm_s wtim dl© hinteren 24 mit dem Pu&penaiaelaSSruels: der Kamern 2f> imter gesetzt werden. Die ftr die Abdiolit^Bg veramtwortlieh© BruoKkraft wird über dl@ ^£thnrää®r imi die vorderen gerflanschen 21 sum Deckel 7 übertrugen» an den sich vorderen Stirnflächen des? LagerflaB^ohen 21 anlegen»

Der Boden der 13xuelussamBTn 25 ist wrstagewelse etwa kegeletumpffSriffiig ausgebildet imd tritt imch hinten unter einem Winkel von etwa B® gegenüber der Qtterehene der Pixmpenlager jsurtiok· Diese Abeehrägmig verMndert ein 9eeteetsen der hinteren Lagerflan@®h€sn an den vmi eehaff^ einen ausreiohenden

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Nabenteile 26 der hinteren Lagerflansohen 22 erstrecken eich Ton der Pumpenkaoeer 20 nach hinten und werden in Bohrungen 27 des Gehöuaeteilea 6 Bit Federn 28 beaufschlagt, die die hinteren Lager nach vorn drücken, um für den Anlauf eine ausreichende Dichtung zwischen den Zahnrädern und ihren lagern eiobereuetellen. Eine der Federn 28 stütist sieh an eines ringförmigen Widerlager 29 der Antrlebswellenbohrting und die andere feder 28 an _g der Rückwand des (tohfiueeteilea 6 afc»

ähnliche Nabenteile 30 an den vorderen lagern ragen von den Flanschen 21 nach vorn über die Innenfl&ohe in die Ausnehmungen 13 des Deckels 7 hinein, wo sie mit erheblichem Spiel aufgenommen werden. Der Deckel 7 hat somit keinen Einfluß auf die Ausrichtung der lager« sondern dient nur als Widerlager fttr die Zahnräder und deren Lager but Aufnahme des axialen Lagersohubes, der sich aus der Belastung der hinteren Lager ergibt· I

Die Belastung der beiden hinteren Lager erfolgt über eine Lagerbohrungen 32» die die Druckkammer 25 mit dem Pumpenauelaß 18 verbinden. Die Torderenden der Bohrungen 32 münden in den Dichtflächen der hinteren Lager in einem Bereich, der von den zahnen der Zahnräder am Auslas Überstrichen wird. Die Dichtflächen sind vorzugsweise bei 33 etwas abgearbeitet, so daß das unter Auslaßdruck

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stehende Druckmittel frei in die Bohrungen 32 eintreten kann, ohne durch die Zahnradsähne behindert eu werden·

Gemäß der Erfindung eind ungleiche Belastungen der Lager durch das Druckmittel in den Zahnlücken, welches an der Auelaßseite unter hohem und an der Einlaßaeit© unter einem geringen Druck steht, wesentlich vermindert, so daß die Lager eine große Lebensdauer erhalten. Zu diesem Zweok wird das unter hohem Druck stehende Druckmittel von der AuslaSeeite der Zahnräder über einen Kanal ssu den gegenüberliegenden Zahnradstirneeiten in der Nähe des FumpeneinlaseeB surüekgeleitet, damit es dort in die Zahnlücken eintreten kann, wenn die Zahnräder umlaufen₀

Fig. 1 bis 3 erläutern beispielsweise diesen Druckmittelausgleich· Die hinteren Lager 24 sind mit Bohrungen 35 versehen, die axial die Lagerflansohen 22 an Stellen durchsetzen, die radial außerhalb der Lagerachsen liegen und soweit von diesen entfernt sind, daß sie von den

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Zahnfüßen der benachbarten Zahnräder überstrichen werden» Die Bohrungen 35 liegen in Drehrichtung der entsprechenden Zahnräder etwa 30° hinter den Horieontalebenen durch die Lageraohsen. Die Bohrungen 35 stehen in Verbindung mit der Druckkammer 25, so daß der dort vorhandene hohe Auslaßdruck innerhalb des Zahnradteilkreises in die Zahnlücken eintreten kann. So werden die Zahnlücken von ihren radial am weitesten innen liegenden Teilen aus aufgefüllt.

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Die Bohrungen 55 haben vorzugsweise einen etwas kleineren Durchmesser als die Bohrungen 52, die vom Auslaß but Druckkammer 25 führen· Hierdurch wird verhindert, daß es in der Druckkammer 25 hei Kavitationen «u einer Druckverminderung und sum Fortfall des Dichtdruckee kommt·

Die Dichtflächen der hinteren Iegerflansehe Bind vorzugsweise mit einer Rinne oder einer keilförmigen Ausnehmung 56 versehen, die von der Bohrung 55 his in die Horizontal- " ebene der Lagerachse reloht und sich im wesentlichen parallel zu. einer Vertikalebene durch die Zahnradaohsen erstreckt. Die Rinne 56 ist an der Übergangsstelle but Bohrung 55 am tiefsten und vermindert sich in Breite und Siefe sum inneren Ende.

Es ist wichtig, daß das spltse Ende der Rinne 56 so nahe wie möglich beim Pumpeneinlaß 17 liegt, wobei aber auf alle.Fälle sichergestellt werden muß, daß bei jeder Zahnradstellung noch eine Abdichtung gegenüber dem Einlaß erfolgt. Die Basis einer jeden Zahnlücke kommt anfänglich nur mit dem spitzen Ende der Rinne 56 in Register· Der Verbindungsquersehnitt Ewischen der Zahnlücke und der Bohrung 35 vergrößert sich dann stetig, wenn das Zahnrad umläuft«

Mit der vorstehend erläuteren Anordnung kann man auf einfachem und billigem Wege den elnlaßeeitigen Zahnlücken vom

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PumpenauslaB unter hohem Brück stehendes Druckmittel ssufUhren, eo daß die Iteuekuntersehiede verkleinert werden» die sonst zu übermäßigen Lagerbelastungen führen·

Einen weiteren wirkungsvollen Weg sur Erreichung desselben Zieles hei nur geringfügig größeren Kosten erläutern die Pig. 4 und 5. Hler sind die vorderen Leger 23 alt Kanälen ▼ersehen, über die das unter hohem Druck stehende Druckmittel den einlaßeeitigen Zahnlücken Bugeftthrt wird· In diesem Falle besteht die Kanalverbindung aus RandabsehrsV gungen 38 der vorderen Lager 23 neben der Dichtfläche und aus Rinnen 39,die in der Dichtfläche von der Randabsohrägung nach innen führen· Die AbschrBgungen 33 erstrecken eich von den auslaßseitigen Tlaohstellen 31 der Lager um die Lagerflansohen entgegen der Zahnraddrehriohtung herum bis au einem Punkt, der etwa 215° von der Mitte des Zahneingriffe entfernt ist. ist diesem Punkt sind die äußeren Enden der Rinnen 39 angeschlossen. Die Rinnen 39 erstrecken sieh parallel su^ahnradaehsenebene und enden an einem Punkt, der in der Horlsontalebenc der benachbarten Zahnredachse liegt.

Auf diese Weise kann das unter hohem Druok stehende Druckmittel Über die Absohrägungen 38 und die Rinnen 39 die einlafiseitigen Zahnlücken erreichen· Dieses Druckmittel fließt anfänglich in die am weitesten Innen, liegenden Teile der

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ZahnlUcken. Auch hier wird die Verbindung zwischen den Rinnen 59 und den Zahnlücken nach und nach vergrößert, wenn sich die Zahnlücken Über die Rinnen 39 hinwegbewegen.

Falls erwünscht, können diese Absohrögungen und Rinnen an den hinteren oder auch an den vorderen und hinteren Legern vorgesehen werden»

O-Ringe 40 im Boden der Druckkammern 25 der hinteren Lager ™ umfassen die mit vermindertem Durchmesser ausgebildeten Habentelle dieser Lager, um ein Absickern des unter hohem Druck stehenden Strömungemittels aus den Kammern ssu verhindern. Zusätzlich ist ein einziger mit großem Durchmesser ausgebildeter O-Ring 41 in einer Rinne an der Innenseite des Deckels 17 untergebracht, um einen Druokmittelverlust nach außen durch den Dichtungespalt zwischen Deckel 7 und Itampengeh&usetell 6 zu verhindern.

Da die Antriebswellendlohtung 42 in dem ringförmigen Deokel 9 ruht, ist sie leicht zugänglich, nachdem man die drei Schrauben 10 gelöst hat. Normalerweise 1st die Wellendichtung im Purapongehäuse untergebracht, so daß man bisher die Pumpe vollständig auaeinanderbauen mußte,wenn eine Dichtung ku erneuern war.

Die Plansche 22 dor flruclcbelasteteti Lager haben mehrere mit

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axialem Abstand angeordnete Anfängerinnen 4?« Diese Rinnen rennindern die Berührungsflächen wischen den Pianochen und der Wand dee Fumpengehäuaee und den Kraftbedarf für das Andrücken der hinteren Lager gegen die benachbarten Stirnflächen der Zahnräder« Ferner können sie Schmute- und TveoAstoffe aufnehmen, die eich unvermeidbar in jedem Hydrauliksystem ansammeln, ohne die freie Beweglichkeit der druokbelaeteten hinteren lager zu beeinträchtigen.

Sie Ausnehmungen 13 an der Innenseite des Deckels 17 bilden Sammelräume, die eine erhebliehe ölmenge speichern können, um übermäßige Lagerwärme abzuleiten. Da diese Ausnehmungen 13 über ein geringes Spiel In den Lagerbohrungen auch mit dem Einlaß und dem Auslaß der Pumpe in Verbindung stehen, ergibt sloh stete ein gewisser Strömungsmittelumlauf, der eine Kühlung bewirkt· SIn Teil des unter hohem !Druck stehenden Druckmittels entweicht verstfindlioherweise nach hinten über das Spiel des axial versohlebllohen hinteren Lagere 24 der Antriebswelle 11 in die Kammer der Feder 28, wo es einen Kanal 45 erreicht, der sur Feuerkammer des hinteren Lagers der mitlaufenden Welle 12 führt. Von hier kann das Druckmittel nach vorn über eine Axialbohrung 45* der Welle 12 sur Ausnehmung des Deckels gelangen· Kanäle 46 neben den nachstellen 31 der ▼orderen Lager ermöglichen einen Rückfluß des Druckmittels von den Ausnehmungen 13 sum Pumpeneinlaß 17«

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Aus der vorstehenden Besehreibung und den beigefügten
Zeichnungen erkennt der Fachmann, daß die Erfindung eine neue druckkozapensierte Zahnradpumpe offenbart, die einfach und billig in der Herstellung ist, ein verbessertes Betriebeverhalten zeigt und auch eine größere Lebensdauer hat.

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Claims (7)

- 14 Patentansprüche

1. Zahnradpumpe mit zwei auf parallelen Achsen angeordneten miteinander kämmenden und in einer Pumpenkammer umlaufenden Zahnrädern, die an ihren Stirnflächen an axial verschiebbaren dichtend geführten Lagerflansehen anliegen, von denen mindestens einer von einer unter Pumpenaualaßdruck stehenden Druckkammer beaufschlagt wird» dadurch gekennzeichnet, daß der PumpenauslaB (18) über Druokausglelehskanäle (25,35,36) mit Stellen der Pumpenkammer (20) verbunden ist, die in der Habe des Pumpeneinlasses (17) neben den Zahnfüßen der Zahnräder (15) liegen.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1_y dadurch gekennzeichnet, daß die Druokausgleiohskan&le (35,36) innerhalb des Teilkreises der Zahnräder in der Pumpenkammerstirnwand münden«

3« Zahnradpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichskanäle (35,36) in solcher Entfernung vom Pumpeneinlaß (17) münden, daß jederzeit mindestens einer der Über die Kanalmündungen hinweglaufenden Zähne eine direkte Verbindung zum PumpenelnlaS (17) verhindert«

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4. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 feie 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lagerflansch (22) anpressende, mit dem Auelaß (18) verbundene Druckkammer (25) einen Teil der DruckausgleiehskanSle bildet und mit einer den Lagerflansch (22) durchsetzenden Bohrung (35) in Verbindung steht.

5· Zahnradpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die DruckauBgleichskanäle (35) in eine Rinne (36) an der Innenseite des Lagerflansches (22) ausmünden, deren Querschnitt sich in Richtung auf den Fumpeneinlaß (17) vermindert?

6. Zahnradpumpe nach Anspruoh 1 bis 5, dadurch gekenn-3βlehnet, daß die Druckausgleichstanale von Randaboohrägungen (38) an der Außenseite des Lagerflansohee (21) gebildet werden, die eich vom Pumpenauslaß (18) entgegengesetet star Zahnraddrehrichtung bis zu einem vom Zahneingriffepunkt etwa 215° entf ernten Funkt erstrecken und in Rinnen (39) ausmünden, die sich etwa parallel zur Achsebene der Zahnräder (15) erstrecken _o

7. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fumpengehäuse (6) an der vom Antrieb (11) abgelegenen Seite mit einem Deckel (7) verschlossen 1st, der die Warenteile (30) der Lagerflanschen (21) mit großem Spiel aufnimmt unä einen der Kühlung dienenden Druckmltteleammo!behälter (13) Mldet«

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β. Zahnradpumpe naoh Anspruch 1 bie 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflanschen (21,22) auf ihrem Umfang mit parallel laufenden Rinnen (43) versehen sind*

9ο Zahnradpumpe nach Anspruch 1 bis 8_f dadurch gekennzeichnet, daß der die Antriebswelle (H) umgebende Gehäusedeckel (9) eine Achsdiohtung (42) enthält und leicht lösbar mit den übrigen Gehäuaeteilen (6) verbunden ist.

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