DE2547994A1

DE2547994A1 - Zahnradpumpe oder -motor

Info

Publication number: DE2547994A1
Application number: DE19752547994
Authority: DE
Inventors: Heinz W Dipl Ing Krueger
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1975-10-27
Publication date: 1977-05-05
Also published as: SE428956B; SE7611857L; JPS614999B2; AU506289B2; CH601670A5; AU1895176A; JPS5253505A; FR2329872B3; IT1072604B; FR2329872A1; CA1052180A; GB1557885A; DE2547994C2

Description

BLUMBACH · WESER ■ BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult S München 60 Rac'eücesträße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Fos'.adresse Wiesbaden: Pa'.sntconsult 62 Wiesbaden Sonner^erger Straße 45 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Sperry Rand Corporation
Crooks and Maple Roads
Troy_f Michigan 48o84 /USA

Zahnradpumpe oder -motor

Zusatz zu Patent . ... ... (Patentanmeldung P 16 53 871)

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder -motor mit einem ortsfest im Gehäuse gelagerten Ritzel, einem damit kämmenden innenverzahnten Hohlrad bzw-, Zahnring und einem im Querschnitt sichelförmigen Füllstück zwischen den Verzahnungen der Zahnräder sowie mit stirnseitiger Anordnung von Einlaß und Auslaß für das Förder- oder Arbeitsmedium, wobei das Hohlrad an zwei in zu der durch die Drehachsen der beiden Zahnräder bestimmten Exzentri ζ .itätsebene senkrechter Richtung aneinander gegenüberliegenden Stellen der Wände des Gehäusehohlraums gelagert und dabei zugleich in Richtung der Exzentrizitätsebene verschieblich geführt ist, während zwischen diesen Lagerstellen Zwischenräume zwischen dem Hohlrad und der Hohlraumwand verbleiben, die unter einem wesentlich über dem Niederdruck der Maschine liegenden Druck stehen können, wobei an den Lagerstellen über

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schalenartige Teile Druckfelder quer zur Exzentrizitätsebene auf das Hohlrad einwirken, von denen das eine mit dem Hochdruck bzw. Förderdruck und das andere mit dem Niederdruck der Maschine beaufschlagt ist und bis auf diesen relativ kleinen unter Niederdruck stehenden Bereich die Zwischenräume zwischen Hohlrad und Hohlraumwand der Hochdruckseite der Maschine verbunden sind nach Patent . ... ... (Patentanmeldung P 16 53 871).

Der Vorteil einer derartigen Anordnung von Saug- und Druckraum um die Zahnräder ist einerseits eine erhebliche Verringerung der Lagerkräfte der Zahnradlager und andererseits die selbsttätige Abdichtung der Zahnköpfe an den Gehäuseteilen.

Wenn anderenfalls ein relativ kleiner Druckraum und ein relativ großer Saugraum am Umfang des Zahnkopfes herrscht, erzeugen die resultierenden Öldrücke eine Komponente auf die Zahnräder, die sie auseinanderdrücken wollen, wodurch die Lagerkräfte vergrößert werden, während die andere Komponente der resultierenden Öldrücke die Zahnköpfe von der beabsichtigten Dichtstelle am Gehäuse wegdrücken. Bei einer solchen bekannten innenverzahnten Pumpe muß das Hohlrad durch einen Steuerkolben, der mehrere Kompensationskolben enthält, die mit dem Hochdruck verbunden sind, gegen die aus dem Druckraum wirkende Öldruckkraft verschoben werden, um das Hohlrad

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zur dichten Anlage zu bringen. Man muß also die resultierenden Öldruckkräfte durch noch größere Kompensationskräfte überkompensieren.

Bei der Erfindung nach dem Hauptpatent sind diese Nachteile vermieden worden. Dennoch ist die Dichtfunktion bei einer derartigen Zahnradmaschine noch nicht als optimal anzusehen und stärkere Laufgeräusche machen sich nachteilig bemerkbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Zahnradmaschine der eingangs genannten Art die Dichtfunktion zu erhöhen und die Laufgeräusch auf ein Minimum zu verringern.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das sichelförmige Füllstück dreh- und verschiebbar zwischen Hohlrad und Ritzel angeordnet ist.

Die Erfindung hat erkannt, daß mit längerer Laufzeit keine gute Abdichtung der Ritzelzähne am festen Füllstück gewährleistet ist, da bisher das Ritzel nur sehr begrenzte Beweglichkeit im Lager aufweist. Außerdem unterliegt das Füllstück an seinen Enden großen Biegewechselkräften, herrührend aus den verschiedenen Überdeckungsverhältnissen zwischen Saug- und Druckraum in verschiedenen Zahnstellungen, was die Dichtfunktion der Zahnköpfe beeinträchtigt, laute Geräusche verursacht und zum Bruch der Füllstückenden führen

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kann. Schließlich erzielt man keinen zufriedenstellenden Anlauf des Hohlrades an dem festen Füllstück, da das Hohlrad zwar die gewünschte Verschiebebewegung in Richtung Ritzel und in Richtung Füllstück machen kann, aber das Füllstück selbst unnachgiebig ist. Das Hohlrad kommt praktisch nicht zur Ruhe und Laufgeräusche und Verschleiß sind die Folge.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Gehäuseinnenraum eine glatt zylindrische Wandung aufweist und der Innenradius des Gehäuseinnenraumes wesentlich größer als der Außenradius des Hohlrades ist und daß in dem so gebildeten Ringraum zwischen Hohlrad und Gehäuseraumwand schalenförmige Lagerkörper einander gegenüber angeordnet sind, die das Hohlrad mit je einer zylindrischen Lagerfläche umgreifen und an der Außenseite jeweils mit einer eine Abwälzbewegung zulassenden Kontur an der Gehäuseraumwand anliegen, wie es der Gegenstand der ebenfalls der Anmelderin gehörenden Patentanmeldung P 20 12 149.7 darstellt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die auf den Lagerflächen abgegrenzten Druck- bzw. Saugfelder gegen den zur Verbindungslinie der Mitten von Ritzel und Hohlrad senkrechten Hohlraddurchmesser in Richtung auf den Eingriffspunkt von Ritzel und Hohlrad hin versetzt sind, Maßnahmen, die den Gegenstand einer weiteren Patentanmeldung P 21 00 435 der Anmelderin bilden.

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Bei diesen Maßnahmen ist gemäß der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, daß das drehbare und verschiebbare Füllstück so angeordnet ist, daß es einen kleinen Saugraum und einen größeren Druckraum zwischen und um die beiden Zahnräder ermöglicht.

Zweckmäßig ist dabei die auf das Füllstück wirkende resultierende Kraft so gewählt, daß sie nicht durch den Mittelpunkt des Füllstückbolzens geht, sondern außerhalb in Richtung Hohlrad vorbeiführt.

Dabei ist in vorteilhafter Weise die sich ergebende Abstützkraft des Füllstückes auf das Ritzel so gewählt, daß sie zu einer weiteren Verringerung der Lagerkraft des Ritzels beiträgt .

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels einer Zahnradpumpe oder -motor für eine Drehrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden. In den einzelnen Abbildungen zeigen:

Abb. 1 einen Querschnitt durch die Maschine; Abb. 2 einen Längsschnitt;
Abb. 3 die Lage des Füllstücks im Gehäuse; Abb. 4 die Aufhängung des Füllstücks im Gehäuse; Abb. 5 die im System auf das Ritzel einwirkenden Kräfte einschl. ihrer Zerlegung und

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Abb. 6 die Kraftζerlegung am Füllstück.

Gemäß Abb. 2 besteht dj,e Pumpe aus dem vorderen Lagerdeckel 1, dem Pumpengehäuse 2, einem Lagergehäuse 3 und dem hinteren Abschlußdeckel 4, die nach außen durch die O-Ringe 5, 6 und 7 abgedichtet sind und durch Schrauben 8 zusammengehalten werden.

Ein Ritzel 9 ist mit seinen Lagerzapfen 10 und 11 in Gleitlagern 12 und 13 in den Gehäuseteilen 2 und 3 gelagert. Der Antrieb des Ritzels erfolgt über eine Vielkeilwelle 14, die in ein entsprechendes Vielkeilprofil im Inneren des Ritzels angreift und die über das Kugellager 15 im vorderen Lagerdeckel fixiert ist.

Ein normaler Wellendichtring 16 dichtet die Welle nach außen ab.

Im Inneren des Pumpengehäuses 2 befindet sich ein kreisrunder Hohlraum 17» Abb. 1, in dem sich konzentrisch das Hohlrad 18 befindet. Zwischen Hohlrad 18 und dem Innenraum 17 des Pumpengehäuses 2 befindet sich das schalenförmige Lagerstück 19, das das Hohlrad in einem bestimmten Winkelbereich umfaßt. Zwischen Hohlrad 18 und Ritzel 9 befindet

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sich das Füllstück 20. Mit dem Füllstück fest verbunden ist der Bolzen 21, der mit seinen beiden abgeflachten Enden 22 und 23, Abb. 4, in zwei Nuten 24 und 25 gelagert ist, die in Buchsen 26 und 27 vorgesehen sind, die drehbar in den Gehäuseteilen sitzen. Zwei axiale Druckplatten 28 und 29, Abb. 2, sind seitlich von Ritzel 9 und Hohlrad 18 vorgesehen und dienen, wie in Zahnradpumpen üblich, zur axialen Kompensation der Spalte, die seitlich der Zahnräder, zwischen Saug- und Druckraum, auftreten. Auf die genaue Erklärung der Druckkompensation durch die Seitenplatten wird nicht näher eingegangen, da sie bekannte und selbstverständliche Elemente in jeder Hochdruckzahnradpumpe darstellen und als bekannt vorausgesetzt werden können.

Die Seitenplatten sind gegen Verdrehung gesichert, indem sie durch geeignete Bohrungen sowohl an den Ritzelenden 10 und 11, Abb. 2, als auch an den Bolzen für das Füllstück 26 und 27, Abb. 4, aufgehängt sind. Zwei Nasen 30 und 31 am äußeren Rand der Seitenplatten 28 und 29, Abb. 1, sichern das schalenförmige Lagerstück 19 gegen Verschiebung in Umfangsrichtung. Im Pumpengehäuse 2 befindet sich der Sauganschluß 32, der sich in zwei Kanäle teilt (nicht dargestellt), die zu beiden Seiten der Seitenplatten enden und durch Ausnehmungen in den Seitenplatten in den' eigentlich sehr kleinen

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Saugraum 33 der Pumpe führen, der einerseits durch das Füllstück 20, andererseits durch den Eingriff 34 der Zahnräder in Umfangsrichtung beider Zahnräder begrenzt ist.

Der Druckanschluß 35 ist direkt durch das Pumpengehäuse 2 in den Druckraum der Pumpe geführt, der längs des größeren Teils des Hohlrades 28 Innenraums 37 und Außenraums 36 gebildet ist und in Umfangsrichtung durch das Füllstück 20 und den Eingriffspunkt der Zahnräder 34 begrenzt wird.

Das schalenförmige Lagerteil 19 besitzt zwei Saugfelder 38 und 39, die mit dem Sauganschluß über die Bohrungen 40 und 41 verbunden sind. Das äußere Saugfeld 39 ist flächenmäßig kleiner als das innere Saugfeld 38. Das äußere Saugfeld 39 ist durch eine Dichtung 42 an der Innenwand des Hohlraumes 17 gegen den Hochdruck abgedichtet, während das innere Saugfeld 38 durch die dichtende Anlage der Gleitfläche 43 des schalenförmigen Lagerstückes gegen den Hochdruckraum 36 abgedichtet wird.

Die Wirkungsweise einer in der Form ausgebildeten Pumpe ist wie folgt:

V/ird die Pumpe in der angegebenen Drehrichtung angetrieben, bildet sich zwischen Füllstück 20 und Eingriffspunkt 34

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ein relativ kleiner Saugraum 33 zwischen Hohlrad und Ritzel. Dieser Saugraum wird durch die seitlichen Druckplatten 28 und 29, die dichtend an den Seitenflächen von Ritzel und Hohlrad 18 anliegen, gegenüber dem Innenraum 36 des Pumpengehäuses 2 begrenzt. Ebenfalls zwischen Füllstück 20 und Eingriffspunkt 34, aber dem Saugraum 33 gegenüberliegend, bildet sich der relativ große Druckraum 37, der, da die seitlichen Dichtplatten 28 und 29 in diesem Bereich die Seiten des Zahnrades nicht abdecken, auch den Innenraum 36 des Pumpengehäuses 2 umfaßt. Durch die Bohrungen 40 und 41 sind schließlich auch die beiden Saugfelder 38 und 39 des schalenförmigen LagerStückes 19 mit dem Saugdruck der Ansaugleitung 32 in Verbindung.

Aus dieser grundsätzlichen Verteilung von Saug- und Druckfeldern ergibt sich die in Abb. 5 und 6 dargestellte Kräfteführung und Verteilung.

Auf das Ritzel 9 wirkt die aus dem Druckraum 37 und aus der Mitnahmekraft des Hohlrades resultierende Kraft P1. Auf das Hohlrad wirkt eine resultierende Kraft P2, bestehend aus der hydraulischen Kraft aus dem inneren Hochdruckraum des Hohlrades 37 und der Reaktionskraft der Mitnahmekraft des Ritzels am Hohlrad.

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Ebenfalls auf das Hohlrad wirkt eine Kraft P3, die nur aus der Größe des äußeren Saugfeldes 39 des schalenförmigen Lagerstückes 19 herrührt und die der Kraft P2 entgegenwirkt. Das gegenüber dem äußeren Saugfeld 39 größere Innensaugfeld 38 bewirkt lediglich, daß das schalenförmige Lagerstück 19 mit einer sehr geringen inneren Kraft, die der Differenzfläche zwischen den Saugflächen 38 und 39» multipliziert mit dem Hochdruck, entspricht und nicht nach außen in Erscheinung tritt, mit dem Hohlrad zusammengehalten wird.

Aus P2 und P3 ergibt sich die Gesamtresultierende Kraft P4, die vom Hohlrad ausgeht. Da diese Kraft P4 nur in zwei Auflagekräfte zerlegt werden kann, ergeben sich die Abstützkraft P5 des Hohlrades gegen das Ritzel und die Kraft P6, mit der das Hohlrad zwecks dichtender Anlage an das Füllstück gedrückt wird.

Die Abstützkraft des Hohlrades P5 steht in einem stumpfen Winkel zu der Ritzelkraft P1 und verringert die Lagerkraft des Ritzels auf die aus P1 und P5 sich ergebende Resultierende P7.

Wie aus Abb. 6 hervorgeht, wirken auf das Füllstück 20, außer der äußeren Abstützkraft P6 des Hohlrades, noch die

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hydraulische Kraft P8 aus dem Druckraum 37, die senkrecht auf die Verbindungslinie der dichtenden Zahnköpfe von Hohlrad 18 und Ritzel 9 am Füllstück 20 wirkt. Diese hydraulische Kraft P8 bildet mit der Abstützkraft des Hohlrades P6 auf dem Füllstück die resultierende Kraft P9, als einzige auf das Füllstück von außen wirkende Kraft.

Diese Kraft P9 kann wiederum nur in zwei Auflagekräfte P10 und P11 zerlegt werden, wobei P10 nur senkrecht auf den Flächen der beiden Füllstückbolzenenden 22 und 23 stehen kann und durch den Mittelpunkt des Füllstückbolzens gehen muß und P11 die sich dann ergebende geringe Abstützkraft des Füllstückes auf das Ritzel ist.

Die Kraft P11 bildet mit der Ritzelkraft P7 die endgültige nochmals verringerte Lagerkraft P12 des Ritzels.

Die Lage des Füllstückbolzens 21 wird zweckmäßigerweise so festgelegt, daß die resultierende Kraft auf das Füllstück P9 nicht durch den Mittelpunkt des Füllstückbolzens läuft, sondern außerhalb, also in Richtung Hohlrad, vorbeigeht. Damit wird gewährleistet, daß das gesamte System in allen Arbeitszuständen in sich geschlossen zu Anlage kommt und die Pumpe ruhig und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.

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Leerseite

Claims

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PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 RadecxestraGe 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Patentansprüche

Zahnradpumpe oder -motor mit einem ortsfest im Gehäuse gelagerten Ritzel, einem damit kämmenden innenverzahnten Hohlrad bzw. Zahnring und einem im Querschnitt sichelförmigen Füllstück zwischen den Verzahnungen der Zahnräder sov/ie mit stirnseitiger Anordnung von Einlaß und Auslaß für das Förder- oder Arbeitsmedium, wobei das Hohlrad an zwei in zu der durch die Drehachsen der beiden Zahnräder bestimmten Exzentrizitätsebene senkrechter Richtung aneinander gegenüberliegenden Stellen der Wände des Gehäusehohlraums gelagert und dabei zugleich in Richtung der Exzentrizitatsebene verschieblich geführt ist, während zwischen diesen Lagerstellen Zwischenräume zwischen dem Hohlrad und der Hohlraumwand verbleiben, die unter einem wesentlich über dem Niederdruck der Maschine liegenden Druck stehen können, wobei an den Lagerstellen über schalenartige Teile Druckfelder quer zur Exzentrizitätsebene auf das Hohlrad einwirken, von denen das eine mit dem Hochdruck bzw. Förderdruck und das andere mit dem Niederdruck der Maschine beaufschlagt ist und bis auf diesen relativ kleinen unter Niederdruck stehenden Bereich die Zwischenräume zwischen Hohlrad und

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Hohlraumwand mit der Hochdruckseite der Maschine verbunden sind nach Patent (Patentanmeldung

P 16 53 871),

dadurch gekennzeichnet, daß das sichelförmige Füllstück dreh- und verschiebbar zwischen Hohlrad und Ritzel angeordnet ist.
2. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseinnenraum eine glati/zylindrische Wandung aufweist und der Innenradius des Gehäuseinnenraumes wesentlich größer als der Außenradius des Hohlrades ist und daß in dem so gebildeten Ringraum zwischen Hohlrad und Gehäuseraumwand schalenförmige Lagerkörper einander gegenüber angeordnet sind, die das Hohlrad mit je einer zylindrischen Lagerfläche umgreifen und an der Außenseite jeweils mit einer eine Abwälzbewegung zulassenden Kontur an der Gehäuseraumwand anliegen.
3. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Lagerflächen abgegrenzten Druck- bzw. Saugfelder gegen den zur Verbindungslinie der Mitten von Ritzel und Hohlrad senkrechten Hohlraddurchmesser in Richtung auf den Eingriffspunkt von Ritzel und Hohlrad hin versetzt sind.

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4. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare und verschiebbare Füllstück so angeordnet ist, daß es einen kleinen Saugraum und einen größeren Druckraum zwischen und um die beiden Zahnräder ermöglicht.
5. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Füllstück wirkende resultierende Kraft (P9) nicht durch den Mittelpunkt des Füllstückbolzens geht, sondern außerhalb in Richtung Hohlrad vorbeiführt.
6. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die sich ergebende Abstützkraft des Füllstückes auf das Ritzel zu einer weiteren Verringerung der Lagerkraft des Ritzels beiträgt.

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