DE2016271C3 - AuBeneingriffszahnradmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Außeneingriffszahnradmaschine (Pumpe oder Motor), deren Zahnräder in längsverschiebbaren, an die Zahnradseilenflächen anlegbare Lagerbuchsen gelagert sind, von denen mindestens zwei auf einer Seite der Zahnräder mit ihrer den Zahnrädern abgewandten Seitenfläche an einer Druckkammer für die Andrückkraft angrenzen und mit schrägen Nuten in der Außenumfangsfläche jeder Lagerbuchse versehen sind, die zahnradseitig im Bereich einer Zahnlücke und druckkammerseitig, aufeinander zu laufend, in der Druckkammer münden.

Es ist bekannt, daß druckbelastete Zahnradpumpen im allgemeinen einen Satz im wesentlichen stationärer Buchsen und einen Satz axial beweglicher, durch Druck zu belastender Buchsen einschließen. Ein Teil des Ausgangsdruckes der Pumpe wird auf die hinteren oder Antriebsflächen der axial beweglichen Buchsen übertragen, um diese in Dichtungseingriff mit den zugeordneten Seitenflächen der Pumpenzahnräder zu drücken, was die gegenüberliegenden Seiten der Zahnräder in Dichtungseingriff mit den stationären oder statischen Buchsen bringt Da die durch Druck zu belastenden Buchsen beweglich sein müssen, muß zwischen den äufieren Umfangsflächen der Buchsen und den angrenzenden Flächen oder Bohrungen des Pumpengehäuses, in dem die Buchsen aufgenommen werden, ein Mindestmaß an Spiel vorhanden sein.

Die DT-AS i 293 022 zeigt Lagerbuchsen, die zur Kühlung und Schmierung der Zahnradzapfen auf ihrer Innenseite mit einer schraubenförmigen Schmiernut versehen sind, deren beide Enden mit der Niederdruckseite der Maschine in Verbindung stehen, wobei Förder- bzw. Betriebsflüssigkeit der Maschine zur Schmierung der Lager verwendet wird.

Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, seitlich an die Zahnräder anliegende Druckplatten mit schrägen Nuten in der AuSenumfangsfläche zu versehen, um eine abgeschlossene Zahnlücke höheren Drucks mit einem Drackfeld auf der dan Zahnrad gegenüberliegenden Seite der Druckplatte zu verbinden.

!n dem weitaus größten Teil der von den Zahnradpumpen geförderten Flüssigkeiten sind Verunreinigungeo wie Schmutz, Metall Oxyde u. dgl. vorhanden. Diese Verunreinigungen stellen ein besonderes Problem beim Pumpen von flüssigen Flugzeugbrennstoffen dar. Die Verunreinigungen verursachen nicht nur einen vorzeitigen Verschleiß der Zahnrad- und Lagerflächen und der Zahnradzapfen; sie bilden außerdem ein schwerwiegendes Problem in bezug auf die wichtige axiale Beweglichkeit der durch Druck zu belastenden Buchsen.

In den genannten bekannten Beispielen wird die axiale Beweglichkeit der durch Druck zu belastenden Buchsen im wesentlichen nur durch das Spiel zwischen der Buchsenaußenfläche und dem Pumpengehäuse gewährleis'et

Außeneingriffszahnradmaschinen (Pumpen oder Motoren) werden in ihrer Leistung stark beeinträchtigt, wenn die axial beweglichen Buchsen sich nicht mit Sicherheit durch unter Druck stehende Flüssigkeit in den Druckbelastungskammern axial verschieben lassen, um eine Dicfctwirkung zwischen den Buchsenseitenflächen und den zugehörigen Zahnradflächen aufrechtzuerhalten. Die Bewegungsfreiheit der durch Druck zu belastenden Buchsen in axialer Richtung muß daher aufrechte-halten werden, um eine befriedigende Ausgangsleistung sicherzustellea

Die Ausschaltung des Problems des Festsetzens der axial beweglichen Buchsen in den Gehäusebohrungen kann jedoch nicht einfach durch die Erhöhung der Toleranz oder des Spiels zwischen der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchsen und den Gehäusebohrungen erreicht werden; denn solche Anordnung würde einen Leckweg von ausreichender Größe zwischen der Förderseite der Pumpe und dem Eingangsdruck hersteilen und einen nicht tragbaren Leistungsverlust der Pumpe verursachen. Aus diesem Grund haben sich Versuche zur Ausschaltung des Problems des Festsetzens der durch Druck zu belastenden Buchsen durch eine Erweiterung des Umfangsspielraumes als erfolglos erwiesen.

Es sind Versuche gemacht worden, O-Ringdichtungen oder andere Dichtungsformen zu verwenden, um den Eintritt von Verunreinigungen zwischen den äußeren Umfangsflächen der Buchsen und den Gehäusebohrungen zu verhindern. Diese Vorkehrungen haben sich als äußerst kompliziert und unzuverlässig erwiesen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Außeneingriffszahnradmaschine (Pumpe oder Motor) der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche eine Bewegungsfreiheit dieser Buchsen in axialer Richtung auch unter äußerst ungünstigen Verunreinigungsbedingungen gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst daß Nuten nach Art der Gewindegänge einer mehrgängigen Schraube die Außenumfangsfläche der Lagerbuchsen bedecken, wobei sich eine über einem bestimmten Umfangsbereich liegenden Nutengruppe vom Hochdruckraum und von einem Bereich Hochdruck führender Zahnlücken bis zur Druckkammer erstreckt, während die übrigen Nuten von Bereichen niedrigeren Druck führender Zahnlücken ausgehend über entsprechende Nuten entgegengesetzter Steigung der angrenzenden Lagerbuchse an einen entsprechenden Bereich niedrigeren Druck führender Zahnlücken angeschlossen sind.

Durch die Nutenführung über den gesamten Außen-

umfang, mit Ausnahme der Berührungsflächen der Buchsen, kann das gepumpte Medium zwischen die beiden Buchsen und die Lagerflächen cer Bohrungen geleitet werden, so daß für die axiale Bewegung der Buchsen immer ein ausreichender Schmierfilm vorhanden ist Die zur Druckkammer offenen Nuten beider Buchsen, die Medium aus dem Förderdruckbereich der Pumpe führen, gewähren einen genügend starken Andruck der Buchsen in axialer Richtung an die Zahnradseitenflächen, und die Anordnung der Nuten zueinander, die Medium aus dem niederen Druckbereich der Pumpe in den Unifangsbereich beider Buchsen führen, schließt die Möglichkeit eines Verlustes in der Pumpenleistung infolge Strömungsmittelflusses aus dem Förderabschnitt der Pumpe zu den Einlaßdruckzonen aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläuter*. Es zeigt

F i g. i eine schematische Schnittdarsteilung einer erfindungsgemäßen Pumpe,

Fig.2 eine Ansicht eines Teils der Pumpe nach F i g. 1, im Schnitt entlang der Linie 2-2,

F i g. 3 eine Seitenansicht eines Teils der Pumpe nach Fig. 1.

F i g. 4 einen vergrößerten Teilschnitt einer der in F i g. 3 gezeigten Buchsen entlang der Linie 4-4.

Die Außeneingriffszahnradmaschine (Pumpe oder Motor) ist allgemein mit 11 bezeichnet und weist einen Hauptkörperabschnitt 13 und einen VerschluBkörper 15 auf. Diese Abschnitte sind zur Bildung eines durch die Oberflächen 19 und 20 begrenzten Pumpenhohlraumes aneinander befestigt; diese Oberflächen bilden zwei parallele Bohrungen oder Pumpenzahnradkammern. In dem Abschnitt 13. der mit den Pumpenzahnradkammern in Verbindung steht, sind geeignete Einlaß- und Auslaßöffnungen vorgesehen.

In dem Pumpenhohlraum sind innerhalb der durch die Oberflächen 19 und 20 begrenzten Pumpenzahnradkammern zwei miteinander kämmende Zahnräder 31 und 33 angeordnet. Diese Zahnräder besitzen parallele Seitenflächen 34, die sich lotrecht zur Drehachse der Zahnräder erstrecken.

Diese Zahnräder besitzen außerdem einstückig angeformte hohle Zapfen 35 und 37, die sich von den Zahnradseitenflächen 34 axial nach außen erstrecken und die Zahnräde* innerhalb der Pumpe drehbar lagern. Ein Zahnrad 31 besitzt eine innerhalb des Zapfens gebildete Innenverzahnung zur Aufnahme einer Antriebswelle 39. Die Antriebswelle erstreckt sich nach außen von dem Pumpengehäuse durch den Verschlußkörper 15 hindurch, zur Verbindung mit einer äußeren Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt). Zwischen der Antriebswelle 39 und dem Verschlußkörper 15 ist eine Dichtung 41 vorgesehen, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zu gewährleisten. Die Drehung der Antriebswelle bewirkt eine Drehung der miteinander kämmenden Zahnräder und demzufolge ein Pumpen des Strömungsmittels zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen.

Die Pumpenzahnräder 31 und 33 werden durch die Lagerbuchsen 43 und 45 zum Betrieb in der Pumpe 11 gelagert; diese Lagerbuchsen sind auf gegenüberliegenden Seiten jedes Pumpenzahnrads angeordnet und umgeben die Zapfen 35 und 37.

Die Lagerbuchsen 43 und 45, die jeweils einem der Zahnräde/ 31 und 33 zugeordnet sind, sind im wesentlichen identisch miteinander. Daher ist die Beschreibung eines Buchsenansatzes auf den anderen ebenso anwendbar.

In F i g. 1 sind die den Zapfen 35 zugeordneten

Lagerbüchsen 43 im wesentlichen stationär und besitzen Außenumfangsflächen 47, die in enger Anlage in die von den Oberflächen 19 und 20 begrenzte Pumpenzahnradkammer hineinpassen. Jede Buchse weist eine Abflachung 48 auf, die in Flächenberührung mit der zugeordneten Abflachung der anderen Buchse liegt

Die Buchsen 43 besitzen Zapfenlagerflächen 49, die die Zapfen 35 der Pumpenzahnräder drehbar lagern. Außerdem besitzt jede Buchse eine im wesentlichen planare Dichtungsfläche 53 in Berührung mit der zugeordneten Seitenfläche 34 der Pumpenzahnräder.

Die Lagerbuchsen 45 sind axial bewegliche, durch Druck belastbare Lagerbuchsen. Diese Buchsen besitzen Außenumfangsflächen 73, die so bemessen sind, daß sie ein geringes Spiel zwischen den Umfangsflächen der Buchsen und den Oberflächen 19 und 20 des Pumpenhohlraumes ermöglichen. Auf diese Weise können sich die Lagerbuchsen axial frei in den begrenzenden Bohrungen bewegen. Jede Buchse umfaßt eine Abflachung 88, die in den F i g. 2 und 3 als in Flächenberührung mit der Abflachung der benachbarten Buchse liegend dargestellt ist

Die Buchsen 45 schließen ferner Zapfenlagerflächen 74 ein die die Zahnräderzapfen 37 drehbar aufnehmen. Außerdem weisen die axial beweglichen, durch Druck zu belastenden Buchsen im wesentlichen planare Dichtungsflächen 87 auf, wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, die in Dichtungsberührung mit den zugehörigen Pumpenradseitenflächen 34 liegen.

Die axial beweglichen, durch Druck zu belastenden Buchsen 45 weisen hintere oder Antriebsflächen 89 auf, die mit dem Hauptgehäusekörper 13 zusammen Druckbelastungskammern 90 bilden, weiche mit im wesentlichen unter Auslaßdruck stehender gepumpter Flüssigkeit in Verbindung stehen. Das unter Druck stehende gepumpte Strömungsmittel wird zu den Druckbelastungskammern hingelenkt, um die axial beweglichen Buchsen 45 axial in Richtung auf die Zahnräder 31 und 33 zu drücken. Die Zahnräder werden wiederum axial in Richtung auf die im wesentlichen stationären Buchsen 43 gedrückt. Auf diese Weise werden die planaren Dichtungsflächen 87 der axial beweglichen Buchsen und die planaren Dichtungsflächen 53 der stationären Buchsen in eine Dichtbeziehung mit den Zahnradseitenflächen gedrückt Auf diese Weise wird durch die Buchsenseitenflächen eine leistungsfähige, eingeschlossene Pumpenkammer begrenzt wodurch der Leckfluß zwischen den Seitenflächen der Buchsen und Zahnräder auf ein Minimum herabgesetzt und eine maximale Pumpenleistung aufrechterhalten wird.

Wie am besten aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich, sind die Außenumfangsflächen 73 der axial beweglichen, durch Druck zu belastenden Buchsen 45 mit einer Reihe von Riffelungen oder Nuten 91 versehen, die sich spiralförmig um die Umfangsflächen herumerstrecken. Das Spiralmuster auf der einen Buchse erstreckt sich im Uhrzeigersinne, und das Spiralmuster auf der anderen Buchse erstreckt sich gegenuhrzeigersinnig, so daß ein Pfeilmuster entsprechend der Darstellung in F i g. 3 •intsteht

Nach F i g. 2 sind die Nuten 91 an den Buchsendichtungsflächen 87 offen und stehen daher mit dem in der Pumpenkammer unter Druck stehenden Strömungsmittel in Verbindung. Dieses Strömungsmittel kann zur Verteilung zwischen den Außenumfangsflächen der beweglichen Buchsen und den den Hohlraum begrenzenden Oberflächen 19 und 20 frei in die spiralförmigen Nuten eintreten.

Die Steigung der spiralförmigen Nuten 91 mit Bezug auf die Achse ist derart, daß sich die Nuten an den Hochdruckzonen der Pumpenbuchsendichtungsflächen 87 öffnen, sich um die Außenumfangsflächen herum und in die Druckbelastungskammern 90 hineinerstrekken. Auf diese Weise sind beide Enden der Nuten im wesentlichen dem Förderdruck ausgesetzt.

Die Riffelungen oder Nuten 91 öffnen sich an den planaren Dichtungsflächen 87 zu mittleren oder geringen Drücken, die an den Dichtungsflächen herrschen, erstrecken sich um den Umfang der Buchsen herum und endigen an den Abflachungen 88. An dem Punkt stehen sie mit den in der anderen der beweglichen Buchsen gebildeten entsprechenden Nuten 91 in Verbindung. Auf Grund des vorgesehenen spiralförmigen Abstands stehen die Nuten, die sich zu Zonen mittleren oder niedrigen Drucks (s. F i g. 2) an der Dichturgsfläche 87 einer der Buchsen 45 hin öffnen, in Verbindung mit Nuten, die zu Zonen ähnlichen Drucks an der Dichtungsfläche 87 der anderen beweglichen Buchse hin of- »0 fen sind.

Die Nuten 91, die zu den Zonen hohen Drucks an den Dichtungsflächen 87 offen sind, stehen mit der Druckbelastungskammer in Verbindung. Die Nuten 91, die zu dem mittleren oder niedrigen Druck an den Dichtungsflächen 87 hin offen sind, stehen mit Nuten in Verbindung, die zu ähnlichen Druckzonen an der Dichtungsfläche des anderen Lagers führen. Somit findet durch die Nuten 91 im wesentlichen kein Durchfluß statt, und demzufolge entsteht auch kein Verlust an volumetrischer Wirksamkeit.

Wie in der Technik hinreichend bekannt ist, sind die in einer Zahnradpumpe auftretenden Innendrücke pulsierend. Demzufolge werden längs den Nuten 91 kurzzeitige Druckunterschiede festgestellt, die zu einem pulsierenden Fluß oder einem Fluß mit wechselnden Richtungen in den Nuten führen. Dieses schließt die Möglichkeit einer Festsetzung von Verunreinigungsteilchen innerhalb der lichten Räume zwischen den Oberflächen 19 und 20 und den Buchsenumfangsflächen 73 aus. Diese Anordnung stellt sicher, daß die Lagerbuchsen auch unter äußerster Strömungsmittelverschmutzung frei beweglich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Außeneingriffszahnradmaschine (Pumpe oder Motor), deren Zahnräder in längsverschiebbaren, an s die Zahnradseitenflächen anlegbare Lagerbuchsen gelagert sind, von denen mindestens zwei auf einer Seite der Zahnräder mit ihrer den Zahnrädern abgewandten Seitenfläche an einer Druckkammer für die Andrückkraft angrenzen und mit schrägen Nu- ίο ten in der Außenumfangsfläche jeder Lagerbuchse versehea sind, die zahnradseitig im Bereich einer Zahnlücke und druckkammerseitig, aufeinander zu laufend, in der Druckkammer münden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Naten(91) nach An der Gewindegäüge einer mehrgängigen Schraube die Außenumfangsfläche (73) der Lagerbuchsen (45) bedecken, wobei sich eine über einem bestimmten Umfangsbereich liegende Nutengruppe vom Hochdruckraum und von einem Bereich Hochdruck führender Zahnlücken bis zur Druckkammer (90) erstreckt, während die übrigen Nuten (91) von Bereiche ι niedrigeren Druck führender Zahnlücken ausgehend über entsprechende Nuten (91) entgegengesetzter Steigung der angrenzenden Lager- »5 buchse (45) an einen entsprechenden Bereich niedrigeren Druck führender Zahnlücken angeschlossen sind.