DE2901179C2 - Hydraulikpumpe - Google Patents
HydraulikpumpeInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
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Description
40
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikpumpe mit einem Paar außen verzahnter Zahnräder, die insbesondere
für eine Verwendung in Treibstoffsystemen von Flugzeugen geeignet ist.
Bei solchen Pumpen besteht die Gefahr einer Kavitationserosion an den Flanken der Zahnräder, die sich
durch periodische Verringerung des Drucks des Strömungsmediums in dem zwischen den miteinander in
Kontakt stehenden Zähnen der beiden Zahnräder vorhandenen Zwischenzahnvolumen ergibt.
Es ist durch die DE-OS 24 12 279 bekannt, diesem Nachteil dadurch zu begegnen, daß bei solchen Pumpen,
bei denen die Pumpen-Zahnräder in einer Kammer eines Gehäuses angeordnet sind, das einen Einlaß und
einen Auslaß hat, die in die Kammer auf einander gegenüberliegenden Seiten derjenigen Zone münden, in
der die Zahnräder kämmen, die Lagerblöcke, die die Zahnräder tragen und die an den Seitenflächen der
Zahnräder anliegen, auf der Zahnräderseite im Eingriffsbereich der Zahnräder freigeschnittene Zonen haben,
die mit dem Auslaß bzw. mit dem Einlaß in Verbindung stehen und außerdem die nicht arbeitende Flanke
jedes Zahnes bis zu den Endflächen des Zahnrades reichende Ausnehmungen und zwischen ihnen ein ausnehmungsfreies
Feld hat, das sich vom Fuß bis zum Kopf des Zahnes erstreckt, derart, daß das durch die Kontaktstellen,
an denen zwei Zähne der beiden Zahnräder einander berühren, und die zwischen ihnen liegenden, nicht
arbeitenden Fianken dieser Zähne begrenzte gesamte Zwischenzahnvolumen aus auf den beiden Seiten des
geringsten Spiels zwischen diesen Zahnflanken liegenden Teilvolumina besteht, von denen nach Durchlaufen
dieses Spiels durch den Wälzpunkt das eine Teilvolumen größer und das andere Teilvolumen kleiner wird
und das gesamte Zwischenzahnvolumen mit dem Einlaß beim Durchlaufen des Spiels durch den Wälzpunkt verbunden
ist
Es hat sich jedoch ergeben, daß eine solche Anordnung eine Kavitationserosion der Zähne der Zahnräder
nicht verhindert, weil dadurch nicht verhindert wird, daß durch das Strömungsmedium, das von der Saugöffnung
her in die Zwischenzahnvolumina gelangt, vorhandene Kavitationshohlräume gegen die Zähne der Zahnräder
gedrückt werden, deren anschließender Kollaps eine Erosion an den Fianken der Zähne bewirkt
Aufgabe der Erfindung ist, eine Zahnradpumpe der vorerwähnten Art zu schaffen, bei der eine Kavitationserosion der Fianken der Zahnräderzähne im Zwischenzahnvolumen
praktisch ganz beseitigt wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausnehmungen so angeordnet sind, daß
das Zwischenzahnvolumen mit dem Einlaß zunächst nur über dasjenige Teilvolumen in Verbindung gelangt, das
nach Durchlaufen des Spiels durch den Wälzpunkt abnimmt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. In den Zeichnungen ist
F i g. 1 ein Schnitt durch eine Zahnradpumpe,
F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1,
F i g. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 1,
F i g. 4 ein vergrößertes Schaubild eines Zahns eines Zahnrads, das einen Teil der Pumpe bildet,
F i g. 1 ein Schnitt durch eine Zahnradpumpe,
F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1,
F i g. 3 ein Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 1,
F i g. 4 ein vergrößertes Schaubild eines Zahns eines Zahnrads, das einen Teil der Pumpe bildet,
F i g. 5 eine Endansicht eines Teils eines Zahnrads der Pumpe,
F i g. 6 eine Darstellung der Größen, auf die sich in der Beschreibung bezogen wird,
Fig.7 eine vergrößerte Ansicht, die einem Teil der
F i g. 3 entspricht und eine relative Position der kämmenden Zahnräder zeigt und
F i g. 8 und 9 Ansichten, die F i g. 7 entsprechen und andere relative Kämmpositionen der Zahnräder zeigen.
Die Pumpe weist ein Gehäuse 10 auf, das mit zwei identischen parallelen Bohrungen versehen ist, deren
Achsen in einem Abstand voneinander liegen, der geringer als der Durchmesser der Bohrungen ist, so daß eine
Kammer 11 innerhalb des Gehäuses 10 gebildet wird. Innerhalb dieser Bohrungen sitzen zwei Paare Lagerblöcke
12,13, 14,15, von denen jeder eine teilzylindrische Fläche und eine flache Fläche hat, die sich gegen
eine flache Fläche im anderen Block des Paars legt Die Blöcke 12,13,14,15 lagern Zapfen 16 an zwei Zahnrädern
17, 18 identischer Teilkreisdurchmesser, die zwischen den Lagerblöcken sitzen und miteinander kämmen.
Das Zahnrad 17 ist mit einer kerbverzahnten Antriebswelle 19 verbunden, und das Zahnrad 18 wird vom
Zahnrad 17 angetrieben. Das Gehäuse 10 hat einen Einlaß 20 und einen Auslaß 21, die mit der Kammer 11 auf
gegenüberliegenden Seiten der Kämmzone der Zahnräder 17,18 in Verbindung stehen. Die Lagerblöcke 12,13,
14,15 legen sich dichtend gegen die Endseiteri der Zahnräder
17,18.
jeder Zahn 22 jedes Zahnrads 17,18 hat, wie in F i g. 4
jeder Zahn 22 jedes Zahnrads 17,18 hat, wie in F i g. 4
29 Ol
und 5 gezeigt ist, eine Arbeitsflanke 23 und eine nicht
arbeitende Flanke 24. Die nicht arbeitenden Flanken 24 aller Zähne beider Zahnräder sind mit Ausnehmungen
25,26 versehen, die aus den nicht arbeitenden Flanken
an den Endseiten der Zahnräder herausgefräst sind, um eine nicht freigeschnittene Erhebung 27 zu belassen, die
sich vom Fuß bis zum Kopf der nicht arbeitenden Fläche zwischen einer der Ausnehmungsgruppen 25, 26
und der anderen Ausnehmungsgruppe erstreckt Die Winkelabmessungen der Ausnehmungen 25,26 und deren
Position relative zur Zahnform sind im einzelnen in F ig. 5 dargestellt.
Gemäß der Darstellung in F i g. 6 sind die Zahnräder
17, 18 Evolventenzahnräder mit einem Zahneingriffswinkel von 30°. Der Grundkreis BC des Zahnrads 17
und die Teilkreise PC beider Zahnräder sind angegeben, ebenso die Eingriffslinie CL zwischen den Zahnrädern.
Das Zahnrad wird nach rechts angetrieben und treibt das Zahnrad 18 nach links. In der dargestellten Position
liegt das Flankenspiel 28 zwischen den nicht arbeitenden Flanken 24 der Zahnräder am Wälzpunkt PP, d. h.
auf dem Punkt, in dem sich die Teilkreise PC berühren und durch den die Eingriffslinie CL geht. Die Grundteilung
5P ist angegeben, und dabei handelt es sich um die Distanz zwischen einem vorderen Kämmpunkt 29 eines
Zahns des treibenden Zahnrads 17 und einem hinteren Kämmpunkt 30 am nächstfolgenden Zahn des treibenden
Zahnrads 17. Zwischen den Punkten 29, 30 ist ein Zwischenzahnvolumen gebildet, das aus zwei Volumina
Vl, V2 zu beiden Seiten des Flankenspiels 28 zuspmmengesetzt
ist In der relativen Position der Zahnräder, die in Fig. 6 gezeigt ist, sind die Volumina Vl und V2
gleich, und die Gesamtgröße des Zwischenzahnvolumens nimmt ihr Minimum ein. Es versteht sich, daß
F i g. 6 nur eine schematische Darstellung ist, um eine Definition der Ausdrücke zu liefern, die anschließend
benutzt werden. Die Zähne sind in F i g. 6 ohne ihre Ausnehmungen 25,26 gezeigt, es versteht sich aber, daß
in der Praxis die Volumina Vl und V2 jeweils die zusätzlichen
Volumina enthalten, die von zwei Ausnehmungen 25 und zwei Ausnehmungen 26 gebildet sind.
Die Größe des Zwischenzahnvolurrens wird damit vergrößert, und die Änderung dieser Größe mit dem
Drehen der Zahnräder macht damit einen geringeren Prozentsatz des Ganzen aus. Druckänderungen innerhalb
des Zwischenzahnvolumens werden damit verringert Ferner ermöglichen die Ausnehmungen 25, 26 ein
Fließen von Treibstoff zwischen den Volumina V1 und V 2, ohne durch die Verengung gehen zu müssen, die
durch das Flankenspiel 28 gebildet ist. Der Fluß zwisehen den Volumina Vl und V 2 erfolgt damit mit relativ
geringer Geschwindigkeit und bewirkt keine Druckänderung, die zu Kavationen führen kann.
Gemäß der Darstellung in Fig. 3 haben die Enden
der Lagerblöcke 12,13,14,15 an den Zahnrädern nicht
ebene Flächen, die eine Verbindung der Flüssigkeit im Einlaß 20 und im Auslaß 21 mit den Räumen zwischen
den Zahnen der Zahnräder bis zur Kämmzone der Zahnräder hin ermöglichen. Wie dargestellt, hat jeder
Lagerblotk zwei freigeschnittene Zonen 31,32 oder 33,
34, die mit den betreffenden öffnungen 20, 21 verbunden sind. Die freigeschnittenen Zonen sind durch Brükkenpartien
35, 36 getrennt, die ein direktes Fließen durch die freigeschnittenen Zonen vom Auslaß 21 zurück
zum Einlaß 20 verhindern.
In Fig.7, 8 und 9 ist die Beziehung zwischen den
freigeschnittenen Zonen an Gen Lagerblöcken und den Ausnehmungen in den Zähnen der Zahnräder gezeigt,
die eine Verbindung der Zwischenzahnvolumina mit dem Ein- und Auslaß gestatten. In diesen Zeichnungen
sind die Lagerblöcke in gestricheltem Umriß gezeigt so daß die relativen Positionen der freigeschnittenen Zonen
31,32,33,34 und der Brückenpartien 35,36 relativ
zum Fiankenspielbereich leichter unterschieden werden können.
Fig.7 zeigt die relativen Positionen der Zahnräder
unmittelbar bei Beginn der Verbindung des Volumens V2, das die Ausnehmung 23 an einem Zahn und die
Ausnehmung 26 an einem anschließenden Zahn einschließt mit dem Einlaß 20 über die freigeschnittene
Zone 34. In dieser Position befindet sich der vordere Kontaktpunkt 29 zwischen dem treibenden und dem
getriebenen Zahnrad in einem Abstand X vom Wälzpunkt pp. Der Abstand X beträgt zwischen 0,4 BP und
0,5 BP. Vorzugsweise beträgt der Wert von X 0,45 BP. Mit anderen Worten, das Zwischenzahnvolumen steht
mit dem Einlaß 20 über die freigeschnittene Zone 34 in Verbindung, ehe sich die Größe des Zwischenzahnvoiumens
zu vergrößern begonnen hat. In diesem Stadium besteht also keine Tendenz, das Treibstoff aus dem Einlaß
20 in das Zwischenzahnvolumen gesaugt wird. Ferner stehen beide Volumina Vl und V2 mit dem Hochdruck
im Auslaß 21 über die freigeschnittenen Zonen 31, 33 in Verbindung. In der in Fig.7 gezeigten Position
neigt also Treibstoff dazu, aus dem Zwischenzahnvolumen zum Einlaß 20 hin ausgetrieben zu werden, und
Bläschen, die möglicherweise bei Kavitation entstehen, werden von den Zähnen der Zahnräder weggetrieben.
Fig.8 zeigt die relativen Positionen der Zahnräder
und der Brückenpartien 35, 36, wenn der vordere Kämmpunkt 29 in einen größeren Abstand X vom Teilkreispunkt
PP gewandert ist. Der in Fig.8 gezeigte Zustand entspricht allgemein demjenigen, der in Fig.6
gezeigt ist, wobei die Größe X ζ wischen 0,45 BP und 0,55 BP liegt, unter der Maßgabe, daß der Wert von X.
der in F i g. 8 gezeigt ist, größer als der ist, der in F i g. 7 gezeigt ist. In einer bevorzugten Anordnung beträgt X,
wie es F i g. 8 zeigt, 0,5 BP. In diesem Zustand liegt das Flankenspiel 28 auf dem Wälzpunkt PP, und das Zwischenzahnvolumen
hat gerade mit der Verbindung zu den freigeschnittenen Zonen 31, 33 aufgehört und ist
folglich von dem Auslaß 21 geirennt. Das Zwischenzahnvolumen steht mit dem Einlaß 20 über die freigeschnittene Zone 34 in Verbindung, aber weil sich dieses
Volumen auf seinem Minimumwert befindet, besteht keine Tendenz, daß Treibstoff in das Zwischenzahnvolumen
zu diesem Zeitpunkt einströmt.
In den in F i g. 9 gezeigten relativen Positionen ist der vordere Kontaktpunkt 29 noch weiter bis zu einer Distanz
X von zwischen 0,5 BP und 0,6 BP vom Wälzpunkt gewandert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt die Strecke X 0,55 BP. In dieser Position steht das Zwischenzahnvolumen zunächst mit der freigeschnittenen
Zone 32 in Verbindung. Obgleich das Zwischenzahnvolumen als Ganzes größer wird, \erkleinert
sich das Volumen V 2, und das Volumen Vl vergrößert sich, und zwar mit größerer Geschwindigkeit. Es besteht
deshalb keine Tendenz, das Kavitationsbläschen, die anfänglich ausgetrieben werden, gemäß den in F i g. 7 und
8 dargestellten Zuständen, zum Volumen V2 zurückkehren. Es hat sich herausgestellt, daß im wesentlichen
alle Kavitationsbläschen aus dem Zwischenzahnvolumen während der in F i g. 7 und 8 gezeigten Stadien
herausgetrieben werden, und diese Bläschen werden von den Zahnflanken entfernt gehalten, bis ein Kollaps
der Bläschen erfolgt ist.
29 Ol
Der Druckabfall im Volumen V2 mit dessen Verbindung mit der freigeschnittenen Zone 34 geht sehr
schnell vonstatten, weil vor dieser Verbindung eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem Treibstoff im
Zwischenzahnvolumen und dem im Einlaß besteht. Dieser schnelle Druckabfall kann unter bestimmten Umständen
bewirken, daß der Druck im Zwischenzahnvolumen »überschießt« und unter denjenigen im Einlaß
abfällt. Das wird jedoch durch die Tatsache verhindert, daß sich das Volumen V2 weiter verkleinert, und wenn
das Volumen Vt mit der freigeschnittenen Zone 32 in
Verbindung steht, wie das in F i g. 9 gezeigt ist, in der Strom vom Volumen Vi zum Volumen V2 sehr gering
oder überhaupt nicht vorhanden.
Ferner verhindert die Verbindung des Zwischenzahnvolumens mit dem Einlaß vor Erreichen des Minimalwerts
dieses Volumens, d. h. dem Zeitpunkt, zu dem der Druck im Zwischenzahnvolumen mit maximaler Geschwindigkeit
anwächst, das Erreichen eines unannehmbar hohen Druckes.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Claims (1)
- 29 OlPatentanspruch:Hydraulikpumpe mit einem Paar außen verzahnter Zahnräder in einer Kammer eines Gehäuses, das einen Einlaß and einen Auslaß hat, die in die Kammer auf einander gegenüber liegenden Seiten der Zone münden, in der die Zahnräder kämmen, wobei die Lagerblöcke, die die Zahnräder anliegen, auf der Zahnräderseite im Eingriffsbereich der Zahnräder freigeschnittene Zonen haben, die mit dem Auslaß bzw. mit dem Einlaß in Verbindung stehen und wobei die nicht arbeitende Flanke jedes Zahnes bis zu den Endflächen des Zahnrades reichende Ausnehmungen und zwischen ihnen ein ausnehmungsfreies Feld hat, das sich vom Fuß bis zum Kopf des Zahns erstreckt, derart, daß das durch die Kontaktstellen, an denen zwei Zähne der beiden Zahnräder einander berühren, und die zwischen ihnen liegenden, nicht arbeitenden Flanken dieser Zähne begrenzte gesamte Zwischenzahnvolumen aus auf den beiden Seiten des geringsten Spiels zwischen diesen Zahnfianken liegenden Teilvolumina besteht, von denen nach Durchlaufen dieses Spiels durch den Wälzpunkt das eine Teilvolumen größer und das andere Teilvolumen kleiner wird, das gesamte Zwischenzahnvolumen mit dem Einlaß spätestens beim Durchlaufen des Spiels durch den Wälzpunkt verbunden ist, und das sich verkleinernde Teilvolumen nach Durchlaufen des Spiels durch den Wälzpunkt mit dem Einlaß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (25,26) der Zähne (22) und die freigeschnittenen Zonen (32, 34) der Lagerblöcke (12, 13, 14, 15) so angeordnet sind, daß das gesamte Zwischenzahnvolumen (Vi und V 2) mit dem Einlaß (20) zunächst nur über dasjenige Teilvolumen (VT) verbunden ist, welches abnimmt, nachdem das Spiel (28) den Wälzpunkt (PP) durchlaufen hat.
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