DE2024339C2

DE2024339C2 - Zahnradverdrängermaschine für Flüssigkeiten, insbesondere Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE2024339C2
Application number: DE19702024339
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 7107 Neckarsulm Eisenmann; Hermann 7501 Freiolsheim Härle
Original assignee: FUERSTLICH HOHENZOLLERNSCHE HUETTENVERWALTUNG LAUCHERTHAL 7480 SIGMARINGEN DE
Current assignee: FUERSTLICH HOHENZOLLERNSCHE HUETTENVERWALTUNG LAUCHERTHAL 7480 SIGMARINGEN DE
Priority date: 1969-10-27
Filing date: 1970-05-19
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE2024339A1

Description

Die F.rfindung betrifft cmc /ahnradverdrängermaschme für flüssigkeiten, insbesondere Zahnradpumpe, mit einem mit einer Welle verbundenen außenver/ahn- len Ril/el mul einem /11 diesem cx/enirisch im Gehäuse gelagerten mindestens /uei /ahne mehr aufweisenden innenvcr/.ihnk-n /ahnring. dessen /ahne Kreisbogen stücke als Zahnflanken aufweisen, die sich unter Bildung "eines spitzen Zahnkopfcs schneiden, wobei der Bereich ;? zwischen den Verzahnungen, in dem sich keine Zähne berühren, so weit von den stirnscitig angeordneten Ein- und Auslaßöffnungcn entfernt ist, daß er durch die Eingriffsstellen mindestens eines sich berührenden Zahnpaprcs nach der Einlaß- und vor der Auslaßöffnung abgedichtet isi,

Ein sichelförmiges Füllstück zwischen den Verzahnungen der beiden Zahnräder in dem dem tiefsten Zahneingriff gegenüberliegenden Bereich, wie es bei Zahnradverdrängermaschinen mit einem Zahnring oder Außenzahnrad, das drei und mehr Zähne mehr aufweist als das Ritzel, meist üblich ist, ist bei der vorerwähnten Ausbildung einer Verdrängermaschine nicht vorgesehen.

Maschinen dieser genannten Art sind z. B. aus der US-PS 25 47 392 bekannt. Diese Patentschrift zeigt in allen Figuren mit Ausnahme der Fig. 8, 11 und 18 Zahnformen, die wegen der geometrischen Ungleichförmigkeit der Förderung zu einer starken Pulsation des Förderstromes führen. Lediglich die in den Fig. 8,11 und 18 gezeigten Zahnformen sind so. daß bei ihnen die »geometrische« Pulsation ausreichend niedrig bleibt. Auch in bezug auf diese ist jedoch eine konkrete Angabe über das Verhältnis von Zahnhöhe zu Zahnteilung nicht zu entnehmen.

Bei den Fig. 1 und 8 dieser Patentschrift ist auch eine symmetrische Ausbildung der Ein- und Auslaßöffnungen vorgesehen, so daß die Pumpe reversierbar ist.

Gemäß Spalte 14, Zeilen 28 ff. dieser Patentschrift soll der Bereich, in dem die Verzahnungen der beiden Zahnräder außer Eingriff sind, durch das Zahnspiel in Verbindung mit der Auslaßöffnung, bei Pumpen also der Drucköffnung, stel· in. Das führt dazu, daß in diesem sichelförmigen Raum der Förderdruck herrscht. Dementsprechend wirkt der Hochdruck auf das Ritzel über ca. 270° des Umfangs, was zu sehr großen, von der Ritzelwelle aufzunehmenden Lagerkräften führt.

Nachdem die Abdichtung zw-schen dem Saug- und dem Druckteil im Bereich des sichelförmigen Raumes nur an einer Stelle erfolgt, wird auch die Pulsation der Maschine noch weiter erhöht. Auch ist naturgemäß der Leckverlust sehr groß, da ar. dieser einen Stelle die volle Druckdifferenz herrscht. Diese bekannte Maschine eignet sich also nur für sehr geringe Ansprüche in bezug auf die Förderhöhe, den Wirkungsgrad und die Pulsation, wie sie heute nicht einmal mehr für die Schmierpumpen von Verbrennungsmotoren ausreichen. Hinzu kommt der Zwang, die Welle und die Lagerung des Ritzels für die Aufnahme hoher Kräfte auszulegen.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Zahnradverdrängermaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein besserer volumetrucher Wirkungsgrad, geringere Leckstrompulsation und geringere Belastung der Ritzelwelle erreicht wird.

Zur Losung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Hohe der Zähne des Zahnnnges etwa gleich der halben /ahnteilung der Verzahnung isi imd daß die dem /ahnberührungsfreien Raum der Verzahnungen zugewandten Ränder der Ein- und Auslaßöffnung so angeordnet sind, daß bezüglich der Einlaßöffnung diese gerade noch mit der sie soeben verlassenden zwischen den Beruhrungsstellen von zwei aufeinanderfolgenden miteinander in Eingriff befindlichen /.ahnpaaren gebildeten Verdrängerzelle in Verbindung steht, wenn die /ahne des voreilenden der beiden Zahnpaare außer fingriff kommen, während sich dies -bezüglich der Auslaßöffnung entsprechend Umgekehrt

Dadurch wird erreicht, daß jeweils eine Verdränger-· zelle zwischen zwei Zähnen des Zahnrings und zwei davon beiuhrteri Zähnen des Ritzels sich bei ihrerri Transport in den zahnberührungsfreien Raum hmeirv bereits öffnet, wenn sie noch eine geringfügige Überdeckung mit der Ein-- Und/oder Aüslaßöffnung hat.

Die Verzahnungen können dann so gestallet werden, daß die beiden Zahnräder ohne Spiel in diesem Bereich praktisch aneinander anliegend miteinander kämmen. Damit ist es auch möglich, daß der sichelförmige zahnberührungsfreie Raum zwischen den Verzahnungen mit Förder- bzw. Arbeitsflüssigkeit unter einem zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck der Maschine liegenden Zwischtndruck gefüllt ist, wodurch eine weitere radial auf das Innenrad wirkende Kraft entsteht, welche in etwa durch den Mittelpunkt des Innenrades geht und auf die Stelle des tiefsten Zahneingriffs der Zahnräder gerichtet ist. Durch die Anordnung der entsprechenden Kanten der Ein- und Auslaßöffnungen nach der Erfindung kann man es erreichen, daß diese Kraft gerade die in der Richtung vom Eingriffspunkt der Zahnräder zum Mittelpunkt des Ritzels liegende Komponente der vom Druckraumbereich auf das Ritzel wirkenden Kraft ausgleicht Damit läßt sich die vom Bereich des Druckraumes auf das Innenrad ausgeübte Kraft um etwa 30 bis 40% reduzieren. Ein weiterer Vorteil der erfi.idungsgemäßen Ausbildung liegt darin, daß auch die von inner auf dis Hohlrad wirkenden Flüssigkeitskräfte verringert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Zahnradverdrängers ergibt es sich, daß der Gehäusehohlraum, in welchem die Zahnräder umlaufen, einschließlich der Ein- und Auslaßöffnungen in bezug auf die Ebene durch die Drehachsen der beiden Zahnräder bestimmten Ebene, der Exzentrizitätsebene, symmetrisch ausgebildet ist. Die Maschine wird dadurch auch in der Drehrichtung reversierbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die beiden einander abgewandten Zahnflanken benachbarter Zähne des Zahnringes einer gemeinsamen Kreiszylinderfläche angehören.

Der Radius der kreiszylindrischen Zahnflankenstücke des Zahnrings sollte zweckmäßigerweise etwa 75 bis 90%. vorzugsweise etwa 80 bis 85% des Radius des Zahnkopfkreises betragen. Außerdem sollte dann die Breite der Zahnlücken am Fuß der Zähne des Zahnrings etwa gleich 40 bis 60% der Zahnfußbreite betragen.

Diese Bemessungsangaben sind nicht zwingend, haben sich jedoch als wesentlich für eine vorteilhafte Ausführung der Pumpe gemäß Erfindung erwiesen.

Ferner wird zur vorteilhaften wei'?ren Ausbildung der Erfindung noch vorgesch agen. daß eine die Ein- und Auslaßötfnung enthaltende Stirnwand des die Zahnräder aufnehmenden Gehäusehohlraums /ur genauen Einstellung verdrehbar ist. Durch diese Verdrehbarkeit, um ein geringes Winkelmaß natürlich, laßt sich der Zwischendruck regeln, indem die geringe Überdeckung zwischen der jeweiligen Verdrängerzelle am Rande der Einlaß- und der Auslaßöffnung und dieser Öffnung an der Niederdruckseit«. oder der Hochdruckseite größer oder an beiden Seiten gleich groß gemacht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser sind aber nur die beiden Zahnräder, das Ritzel und der Zahnring, sowie die Fin- und Auslaßöffnungen einer Zahnradvcrdrangermaschine gezeigt, die als Zahnradpumpe gedacht ist.

Die Achse eines Zahnrings 51, um die sich dieser dreht, erscheint als Punkt 50. Der Punkt 52 entspricht der Drehachse eines drehbaren Ritzels 53. Der Zähnring Weist elf Zähne 54, das Ritzel 53 neun Zähne 55 auf, Die Ein^ und Auslaßöffnungen 56 und 57 sind symmetrisch zu der durch die beider! Drehachsen 52 und 50 bestimmten Symmetrie- und Exzentnzitätsebene in einer Stirnwand des die beiden Zahnräder aufnehmenden Raumes angeordnet. Die oberen, nach der Zeichnung senkrechten Begrenzungskanten 56£> und 57Zj der Ein- und Auslaßöffnungen sollten sich so nah, wie es die Bedingung der einwandfreien Dichtung zuläßt, an die Eingriffsstelle der beiden Zahnräder erstrecken.

Die im Querschnitt kreisbogenförmigen Flanken der Zähne 54 des Zahnrings 51 haben alle den gleichen Radius r, wobei jeweils die einander abgekehrten Flanken zweier benachbarter Zähne auf einem gemeinsamen Kreiszylinder mit jenem Radius r liegen. In der Zeichnung sind ferner die Höhe h der Zähne, die Zahnfußbreite B und die Fußbreite der Zahnlücken b sowie die Zahnteilung t am Zahnring eingetragen. Die Höhe der Zähne 54 des Zahnrings 51 ist etwa gleich der halben Zahnteilung /. Der Radius r beträgt etwa 80 bis 85% des Radius des Zahnkopfkreises dieses Zahnringes, die Breite der Zahnlücken am Fuß der Zähne 54 des Zahnringes 51 _twa 40 bis 60% der Zahnfußbreite. Die die Ein- und Auslaßöffnung 56, 57 enthaltende Stirnwand des die Zahnräder 51, 53 aufnehmenden Gehäusehohlraumes ist zur geriuen Einstellung verdrehbar.

Nachfolgend wird der weitgehende Ausgleich des vom Druckraum auf das Ritzel 53 ausgeübten Radialdruckes erläutert. Wenn die beiden Zahnräder als Pumpenräder in der durch den Pfeil angedeuteten

^!0 Richtung umlaufen, ist die Öffnung 56 die Ansaugöffnung und die Öffnung 57 die Auslaßöffnung, durch welche die aus den zwischen den Verzahnungen der Zahnräder gebildeten Verdrängerzellen verdrängte Förderflüssigkeit ausgedrückt wird. Dann wirkt der

» volle Förderdruck auf eirem Umfangsbereich des Innenrades, welcher etwa dem Winkel entspricht, über welchen sich die Öffnung 57 erstreckt, wobei noch ein Winkelbereich für die in der Zeichnung rechte, schraffiert gezeichnete Verdrängerzelle hinzugezählt werden muß. die schon mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht und vom nachlaufenden Zahnpaar der Zahnräder bereits vom zahnberührungsfreien Raum ganz abgeschlossen ist. Die resultierende Kraft R greift etwa in der Mitte des Ritzels an. Nach der Zeichnung

öffnet sich die gerade die Überdeckung mit der Kante 56a der Einlaßöffnung 56 verlassende linke, schraffiert gezeichnete Verdrängerzelle zwischen den Zähnen 54,7 und 546 einerseits und den Zähnen 55a und 556 andererseits kurz bevor die Überdeckung endet Sinngemäß überschreitet auch die rechte schraffierte Verdränger/elle die Kante 57a der Auslaßöffnung kurzzeitig, bevor die diese Zelle rückwärtig begrenzen den Zähne von Ritzel und Zahnring miteinander in dichtei.dtn Eingriff kommen. Dadurch stellt sich ein Mitteldruck im zahneingrifflosen. in der Zeichnung im unteren Teil befindlichen Raum ein. welcher /wischen dem Ansaugdruck und dem Förderdruck der Pumpe liegt. Dadurch enisteht eine ebenfalls im Mittelpunkt des Ritzels angieifende Kraft M. Durch richtige Dimensionierung der Überströmmöglichkeiten beim Übergang vom Saugraum in den zahneingriffslosen Mitleidruckraum und beim Übergang von diesem Mitteldruckraum in den Druckraürri kann man erreichen, daß die Kraft M in etwa die Größe der in der ⁶^ Zeichnung in der Syp-»metrieebene verlaufenden Komponente der Kraft R annimmt, wie es als Theorie in der Zeichnung gezeigt ist. Dann bleibt als resultierende Kraft lediglich die Von den Lasern des Ritzels 53

aufzunehmende Lagerkraft L übrig. Diese beträgt nur noch etwa zwei Drittel des Werles der Kraft R.

Durch den vorstehend dargelegten Druckausgleich wird nicht nur die Lagerung des Ritzels 53, sondern auch die des Zahnringes 51 entlastet. Auf den Zahnring wirkt nämlich eine der Kraft R in Richtung und Größe entgegengesetzte Kraft einerseits und auch eine der Kraft Mm Richtung und Größe entgegengesetzte Kraft anderersfitSi Auch hier erfolgt eine teilweise kompensation dieser beiden Kräfte;

Hierzu 1 Blatf Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnradverdrängermaschine für Flüssigkeiten, insbesondere Zahnradpumpe, mit einem mit einer Weile verbundenen außenverzal.nten Ritzel und einem zu diesem exzentrisch im Gehäuse gelagerten, mindestens zwei Zähne mehr aufweisenden, innenverzahnten Zahnring, dessen Zähne Kreisbogenstücke als Zahnflanken aufweisen, die sich unter Bildung eines spitzen Zahnkopfes schneiden, wobei der Bereich zwischen den Verzahnungen, in dem sich keine Zähne berühren, so weit von den stirnseitig angeordneten Ein- und Auslaßöffnungen entfernt ist. daß er durch die Eingriffsstellen mindestens eines sich berührenden Zahnpaares nach der Einlaß- und vor der Auslaßöffnung abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Zähne (54) des Zahnringes (51) etwa gleich der halben Zahnteilung fr,) der Verzahnung ist und daß die dem zahnberübi jngsfreien Raum der Verzahnungen zugewandten Ränder (55a, 57a) der Ein- und Auslaßöffnung (56 bzw. 57) so angeordnet sind, daß bezüglich der Einlaßöffnung (56) diese gerade noch mit der sie soeben verlassenden zwischen den Berührungsstellen von zwei aufeinander folgenden. miteinander in Eingriff befindlichen Zahnpaaren (55a, 54a—556, 54b\ gebildeten Verdrängerzelle in Verbindung steht, wenn die Zähne des voreilenden der beiden Zahnpaare {54b, 55b) außer Eingriff kommen, während sich dies bezüglich der Auslaßöffnung (57) en ■^c prechend umgekehrt verhält.

2 Maschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. oa3 die beiden einander abgewandten Zahnflanken benachbarter Zähne (54) des Zahnringes (51) einer gemeinsamen Kreiszylinderfläche J5 angehören.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der kreiszylindrischen Zahnflankenstücke des Zahnringes (51) etwa 75 bis 90%. vorzugsweise 80 bis 85% des Radius des Zahnkopfkreises dieses Zahnringes beträgt.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis j. dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zahnlükken am Fuß der Zähne (54) des Zahnringes (51) etwa 40 bis 60% der Zahnfußbreite beträgt.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß eine die Ein- und Auslaßöffnung (56, 57) enthaltende Stirnwand des die Zahnräder (51, 53) aufnehmenden Gehäusehohlraumes /ur genauen Einstellung verdrehbar ist.