DE2714705C3 - Zahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Zahnradpumpen sind in einer Vielzahl von Konstruktionen bekannt und gebräuchlich. Der Förderstrom von solchen Zahnradpumpen ist, bedingt durch die Geometrie der Verzahnung, pulsierend. In der Literatur wird als Kennzahl der Förderstrompulsation der Ungleichförmigkeitsgrad <5 definiert

ή =

Q max — Q min Δ Q

Q mittel

Qo

Diese Förderstrompulsation ist Ursache einer Druckpulsation, die sich z. B. beim Druckabbau über eine Drossel ergibt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Druckpulsation ist der Lärm, der nicht nur in der Pumpe und Drossel, sondern im ganzen Hydraulikkreis erzeugt wird. Weitere Nachteile sind durch Druckpulsationen bedingte Schwingungen in Anlageteilen, Eigenschwingungen von Ölsäulen, sowie die Wechselbelastung von Dichtungen.

Der Ungleichförmigkeitsgrad von Zahnradpumpen läßt sich nicht beliebig verkleinern. Durch Wahl günstiger Verzahnungsparameter kann insbesondere bei Innenzahnradpumpen der Ungleichförmigkeitsgrad bis unter 2% gesenkt werden. Einer weiteren Reduktion sind aber enge Grenzen gesetzt, weil auch wirtschaftliche Aspekte, wie z. B. die spezifische Leistung, berücksichtigt werden müssen.

Während die geometrisch bedingten Forderstrompulsationen von Zahnradpumpen unabhängig vom Ausgangsdruck sind, sind die infolge der Förderstrompulsation über einer Drossel erzeugten Druckpulsationen (in einem eigenschwingungsfreien starren System) proportional zum statischen Druck. Es gilt dafür die Formel p_w = 2 PJ). Zum Beispiel ist bei einem statischen Druck von 100 bar und ö = 2%, die Druckpulsation p_w = 4 bar. Dies hat bereits einen erheblichen Geräuschpegel zur Folge.

Die Forderstrompulsationen, die von der Zahngeometrie abhängen, und die hierdurch hervorgerufenen Druckpulsationen sind nicht zu verwechseln mit Druckstößen, die sich durch Kompression und Expansion von in den Zahnzwischenräumen eingeschlossenen Fördermittelvolumina ergeben. Zur Minderung dieser pumpeninternen Druckstöße sind eine Anzahl von Maßnahmen bekanntgeworden, deren zusätzliche Anwendung bei der erfindungsgemäßen Pumpe freigestellt ist. die iedoch auf die FörderstromDulsationen keinen

Einfluß nehmen.

Es ist auch eine Zahnradpumpe der eingangs genannten Art bekannt (DE-ÜS 24 12 279), die insbesondere zur Verwendung in einem Flugzeug-Brenn-Stoffsystem geeignet ist und durch besondere Ausschnit te in den Seitenwänden und den nichtarbeitenden Zahnflanken Kavitationserscheinungen im Bereich dieser nichtarbeitenden Zahnflanken vermeiden soll. Durch diese Ausschnitte entsteht auch zeitweise ein ίο Rückstrompfad, dessen Querschnitt insbesondere zu Beginn des Eingriffs maximal ist, zur Zeit der maximalen Förderleistung unterbrochen ist und dann zum Ende des Eingriffs zu wieder ein Maximum erreicht Durch die bekannten nur der Kavitationsverhinderung dienenden Maßnahmen werden die Forderstrompulsationen noch erhöht

Demgegenüber Itegt der Erfindung die Aufgabe zagrunde, die Forderstrompulsationen bei einer Zahnradpumpe der eingangs beschriebenen Art zu verringern, womit zugleich die Druckpulsationen in der Druck- und in der Saugleitung verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst. Der Rückstrompfad hat nämlich einen inneren Leckstrom zur Folge, wobei die angegebene, von der Drehphase abhängige Querschnittsänderung damit gleichbedeutend ist, daß die hierdurch entstehenden Leckstrompulsationen im Grundsätzlichen eine ähnliche Kurvenform aufweisen wie die Forderstrompulsationen, die somit zumindest teilweise kompensiert werden können. Leckstrompulsationen verursachen Druckpulsationen über der durch den Rückstrompfad gebildeten Drossel, wobei diese Druckpulsationen als Funktion vom statischen Druck zunehmen. Wird also der Querschnitt des Rückstrompfads so bemessen, daß die Leckstrompulsationen bei einem wählbaren Druck, z. B. b.ei Nenndruck, die gleiche Amplitude aufweisen wie die geometrisch bedingten Forderstrompulsationen, so werden bei diesem statischen Druck die resultierenden Forderstrompulsationen am Pumpenausgang und auch am Eingang Null, desgleichen verschwinden die Druckpulsationen.

Beim Ansteigen des Drucks über den gewählten Druck, bei dem die volle Kompensation der Forderstrompulsationen eintritt, nehmen die Förderstrompulsationen und damit auch die Druckpulsationen wieder zu. Es ist jedoch eine bedeutende Verminderung der Pulsationen über den gesamten D.-uckbereich, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß, zu erwarten. Die Forderstrompulsationen werden also durch die überlagerten Leckstrompulsationen teilweise oder ganz kompensiert oder auch überkompensiert.

Sofern es sich um eine Zahnradpumpe mit Überdekkung handelt, liegen in der Phase mit zwei hintereinander angeordneten Dichtlinien auch die jeweiligen Rückstrompfade in Serie. Es ist hierbei anheimgestellt, durch weitere nutartige Pfade od. dgl. auch die internen Druckstöße, die je nach Zahnform und Überdeckung durch eventuelle eingeschlossene Volumina erzeugt werden könnten, zu vermeiden.

Die Form der jeweiligen nichtarbeitenden Zahnflanken spielt für die Funktion der Kompensation der Forderstrompulsationen keine Rolle.

Die geometrische Forderstrompulsationen sind sinusförmig gemäß folgender für die Evolventenverzahnung gehender Formel

.2
>■' - j C(IS²

wobei ψ\ der Drehwinkel ist Der Förderstrom erreicht sein Maximum im Pol, wo der Dreh winkel φι = 0 ist, d.h. der Flanken-Eingriffspunkt befindet sich auf der Verbindungslinie der Drehzentren beider Zahnräder. Der kleinste Wert tritt bei Beginn resp. Ende des Eingriffs eines Zahnflankenpaares auf. Der kompensierende Leckstrom erreicht daher seinen größten Wert im Pol (ψ\ = 0) und ist 0 zu Beginn und am Ende des Zahneingriffes. (Zur einfachen Darstellung ist eine Überdeckung = 0 angenommen worden).

Die Erfiiidung ist nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Verzahnung eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g. 2 ein Detail von F i g. 1 in perspektivischer Darstellung,

F i g. 3 die Innenseite des Mittelteils einer Seitenplatte des Gehäuses eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, besteht die erfindungsgemäße Zahnradpumpe aus einem treibenden Zahnrad 1, von dem ein Zahn 3 gezeigt ist, einem angetriebenen Zahnrad 2 und einem nicht gezeigten Gehäuse, welches beide Zahnräder umschließt. Das treibende Zahnrad 1, das sich im Betrieb in der Richtung eines Pfeils A dreht, weist in der Fallinie der treibenden oder Arbeitsflankc 4 des Zahns 3 einen Rückstrompfad in Form einer Rille 5 auf, die die durch die Berührlinie der beiden Arbeitsflanken gebildete Dichtlinie überbrückt und im Betrieb einen kleinen Rückfluß oder Leckstrom zuläßt Der Querschnitt der Rille 5 ist am Pol am größten, während er sich nach beiden Seiten verringert und begrenzt ist durch den Beginn bzw. das Ende des Eingriffs des Arbeitsflankenpaars. Die Eingriffslinie ist mit 7 bezeichnet.

Anstatt, wie dargestellt, an der Arbeitsflanke nur eines Zahnrads eine Rille anzubringen, kann man auch die sich in Eingriff befindlichen Arbeitsflanken beider Zahnräder 1, 2 mit solchen Rillen versehen. Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform körnen die Rillen auch seitlich als Kantenbruch der Zahnflanken, und zwar einseitig oder beidseitig an einem oder beiden Zahnrädern ausgeführt sein.

Durch geeignete Dimensionierung des in Abhängigkeit von der Drehphase φ> der Zehnräder am Ort der Dichtlinie variablen Querschnitts der Rillen hat man es in der Hand, den Rückstrom der Förderstrompulsation in Amplitude und Kurvenform weitgehend anzupassen. Er ist begrenzt durch den örtlichen Rillenquerschnitt an der jeweiligen Dichilinie, die die Saug- von der Druckseite trennt.

Rei dem in F i g. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist in eine der beiden Seitenplatten 6 entlang der Eingriffslinie 7 der Verzahnung ein Rückstrompfad in Form einer Vertiefung 8 angebracht Auch in diesem Fall kann die Dimensionierung des Querschnitts der Vertiefung in weiten Grenzen variiert und den Förderstrompulsationen angepaßt werden. Dabei wird wiederum die Dichtlinie, die die Saugseile 9 von der Druckseite JO trennt, durch das im Durchflußquerschnitt variierenden Rückstrompfad umgangen.

Es versteht sich, daß als Folge des zusätzlich zum übrigen Leckstrom vorhandenen pulsierenden Leckoder Rückstroms der volumetrische Wirkungsgrad sinkt Ohne nennenswerte Einbuße dieses Wirkungsgrades können daher die genannten Maßnahmen nur an solchen Verzahnungen angewandt werden, welche einen geringen Ungleichförmigkeitsgrad aufweisen. Dies trifft vor allem auf optimierte Innenverzahnungen zu. Der Wirkungsgrad verschlechtert sich hier um weniger als 1%, d.h. um einen geringfügigen Betrag, welcher praktisch nicht mehr ins Gewicht fällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zahnradpumpe mit zwei zwischen zwei Seitenwänden eingeschlossenen, miteinander kämmenden, nur in einer Richtung arbeitenden Zahnrädern, deren jeweilige treibende und getriebene Arbeitsflanken eine Berührungslinie haben, die beim Eingriff die- Dichtlinie bildet, und mit einem in Abhängigkeit von der Drehphase die Dichtlinie überbrückenden Rückstrompfad, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstrompfad (5, 8) in mindestens einer der Seitenwände (6) oder in mindestens einer der Arbeitsflanken (4) angeordnet ist und im Querschnitt am Beginn des Eingriffs von Null ausgehend etwa entsprechend der Förder- strompulsation über ein Maximum verläuft und am Ende des Eingriffs wieder tu Null wird.