DE2901179C2

DE2901179C2 - Hydraulikpumpe

Info

Publication number: DE2901179C2
Application number: DE2901179A
Authority: DE
Inventors: Harry Simister Henley-in-Arden West Midlands Bottoms; Ronald Alfred Harborne Birmingham Heath
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1978-01-18
Filing date: 1979-01-13
Publication date: 1985-06-13
Also published as: JPS6024316B2; FR2415215B1; IT1111757B; DE2901179A1; US4233005A; IT7919157A0; JPS54108907A; FR2415215A1

Description

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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. 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

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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.

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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

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Claims

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Patentanspruch:

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.