DE3225790A1 - Pumpe oder motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe oder einen Motor mit einem Gehäuse, in dem mindestens ein Rotor drehbar angeordnet ist und das einen Einlaß- pnd einen Auslaßkanal aufweist. Bei bestimmten Arten von Pumpen und Motoren, insbesondere Zahnradpumpen und -motoren, wurde festgestellt, daß während des Betriebes eine Pulsation der Flüssigkeitsströmung auftritt. Bei Zahnradpumpen oder -motoren beispielsweise ist die Größe derartiger Pulsationen abhängig von den Formen der Zähne, der Zahl der Zähne und der Lage der Berührungsstellen zwischen den Flanken von in Eingriff befindlichen Zähnen. Bei graphischer Darstellung des Förderstromes für jede Umdrehung zeigt sich, daß diese Kennlinie ein Anzahl von Spitzen und eine Anzahl von Mulden aufweist, die zu einer derartigen Pulsation der Strömung führen, daß eine Geräuschentwicklung erfolgt, die solche Pumpen und Motoren für manche Anwendungszwecke unbrauchbar macht.

In dem Bemühen zur Verringerung des Geräusches, beispielsweise in Zahnradpumpen und -motoren, wurden Zahnräder mit einer verhältnismäßig großen Anzahl von Zähnen verwendet. Außerdem wurden zur weiteren Geräuschverringerung Zahnradpumpen und -motoren hergestellt, die zwei Sätze von Zahnradpaaren aufweisen, von denen der Eingriff der Zähne des einen Zahnradpaares um eine halbe Zahnteilung gegenüber dem Eingriff der Zähne des zweiten Zahnradpaares versetzt ist, mit dem Ergebnis, daß glattere Arbeitskennlinien erreicht wurden. Trotzdem ist die Geräuschentwicklung für manche Anwendungsfälle zu groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe bzw. einen Motor der angegebenen Art, und insbesondere eine Zahnradpumpe oder einen Zahnradmotor zu schaffen, die bzw. der sich durch eine geringe Geräuschentwicklung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Jede momentane Strömung von Flüssigkeit aus der Kammer in mindestens einen der Kanäle hat die Wirkung, daß eine sonst in der Arbeitskennlinie vorhandene Mulde zumindest weitgehend beseitigt wird, und jede momentane Flüssigkeitsströmung zurück in diese Kammer hat die Wirkung, daß eine sonst vorhandene Spitze in der Arbeitskennlinie zumindest weitgehend verringert wird. Dadurch wird die Pulsation der Strömung durch die Pumpe oder den Motor und entsprechend die Geräuschentwicklung reduziert.

Handelt es sich um eine Zahnradpumpe oder einen Zahnradmotor, so sind mindestens zwei miteinander kämmende Zahnräder vorgesehen. Hierbei hat vorzugsweise der Nocken eine der Anzahl der Zähne jedes Zahnrad entsprechende Anzahl von Vorsprüngen, so daß jedes Eintauchen des Verdränger-Korpers in die Kammer mit einer Mulde in der Arbeitskennlinie zusammenfällt und jedes Austauchen des Hub.kolbens aus cer Kammer mit einer Spitze in der Arbeitskennlinie zusammenfal It. ·

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen vornehmlich darin, daß aufgrund der verringerten Pulsation der Strömung durch die Pumpe oder den Motor diese bzw. dieser mit einem wesentlich niedrigeren Geräuschpegel arbeitet, was außerdem zur Folge hat, daß der Verschleiß verringert und die Lebensdauer entsprechend erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Zahnradpumpe, und Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie II-II in Fig.

Die dargestellte Zahnradpumpe 11 weist ein Mittelgehäuse 12 mit zwei sich überschneidenden Bohrungen 13,14 auf, die in üblicher Weise zwei Rotoren in Form von miteinander kämmenden Zahnrädern 15 und 16 aufnehmen. Die

Wellen 17,18 bzw. 19,20 sind drehbar in Lagern 21,22,23 und 24 mit D-förmigem Querschnitt gelagert. Die Abflachungen der einander gegenüberliegenden Lager liegen bei 25 bzw. 26 aneinander an, und jedes Lager ist mit einer Lagerbuchse 27 aus verschleißarmem Material versehen.

Die Welle 17, welche die Antriebswelle der Pumpe bildet, erstreckt sich durch einen Abschlußdeckel 28, der an die linke Seitenfläche des Mittelgehäuses 12 angeflanscht ist, nach außen.

Ein Nebengehäuse 29 mit einem Hohlraum 30 mit kreisförmigem Querschnitt ist an die rechte Stirnfläche des Mittelgehäuses 12 angesetzt und von einer Deckplatte 31 abgedeckt. Das Mittelgehäuse 12, der Abschlußdeckel 28, das Nebengehäuse 29 und die Deckplatte 31 werden durch eine Mehrzahl von Zugankern 32 und Muttern 33 zusammengehalten. Ein Bauteil 34, das an seinem in Fig. 1 rechten Endabschnitt einen achteckigen Nocken bildet, ist mittels eines Bolzens 35 koaxial an der Welle 18 angebracht. Der Nocken 34 erstreckt sich in den Hohlraum 30, und sein achteckiger Endabschnitt wirkt mit vier Verdrängerkörpern in Form von Hubkolben 36 zusammen, die radial verschiebbar in entsprechenden Bohrungen 37 in einem ringförmigen Einsatz 38 angeordnet sind, der undrehbar im Hohlraum 30 koaxial zu der Welle 18 und zum Nocken 34 vorgesehen ist.

Die Bohrungen 37 und somit auch die Hubkolben 36 sind gleichmäßig über den Umfang des Einsatzes 38 verteilt. Die Endabschnitte der Hubkolben 36, 'Welche den achteckigen Endabschnitt des Nockens 34 berühren, haben einen halbkreisförmigen Querschnitt (s. Fig. 2), und die äußeren Endabschnitte dieser Hubkolben 36 sind jeweils mit einer Nut 39, ebenfalls mit halbkreisförmigem Querschnitt, versehen. Ein endloser Federring 40 umgibt den Einsatz 38 und sitzt in den Nuten 39, um die, Hubkolben 36 in Anlage an der Nok-

kenfläche des Nockens 34 zu halten.

Der ringförmige Abschnitt des Hohlraumes 30, der den Einsatz 38 umgibt, bildet eine Kammer 41, die mittels eines nicht gezeigten Kanals im Pumpengehäuse mit dem ebenfalls nicht dargestellten Auslaß- oder Förderkanal der Pumpe in

Verbindung ist. !

Der ringförmige Spalt 42 zwischen dem Nocken 34 und dem Einsatz 38 steht in Verbindung mit einem Niederdruckbereich der Pumpe, der wiederum in Verbindung mit dem ^: Ί0 ebenfalls nicht dargestellten Einlaßkanal der Pumpe steht. j

Druckausgleichsmittel bekannter Art sind in der Pumpe vorgesehen und in Fig. 1 allgemein mit 43 und 44 bezeichnet.

In diesem Ausführungsbeispiel hat jedes Zahnrad acht Zähne.

Zum Betrieb der Zahnradpumpe 11 wird die Welle 17 beispielsweise mit einem Elektromotor angetrieben, und Flüssigkeit wird durch den Einlaßkanal angesaugt und durch das Zusammenwirken der umlaufenden und miteinander kämmenden Zahnrader 15 und 16 unter Druck gesetzt. Flüssigkeit unter Hochdruck wird durch den Förderkanal der Pumpe einem Verbraucher zugeführt. Während des Betriebes halten die Druckausgleichsmittel 43 und 44 die Lager 21,22,23 und 24 j in dichtendem Kontakt mit den Stirnflächen der Zahnräder, ' wobei die Lager so hydraulisch ausgeglichen sind, daß ein , übermäßiger Verschleiß vermieden ist.

Da während des Betriebes der Pumpe der Nocken 34 · von der Welle 18 des Zahnrades 15 angetrieben wird, werden j die vier Hubkolben 36 in ihren Bohrungen 37 hin- und her- ; bewegt. Da der Nocken 34 acht Vorsprünge aufweist, wird jeder Hubkolben 36 bei jeder Umdrehung der Welle 18 und des Zahnrades 18 acht Mal in seiner Bohrung hin- und her- ! bewegt. Alle Hubkolben 36 bewegen sich gleichzeitig gegen J

die Kraft der Ringfeder 40 nach außen und tauchen in die Ringkammer 41 des Hohlraumes 30 ein und werden dann durch die Ringfeder 40 wieder in die in den Zeichnungen dargestellte Stellung zurückgeführt, in der ihre radial äußeren Stirnflächen mit der Außenfläche des Einsatzes 38 fluchten. Durch das gleichzeitige Bewegen radial nach außen bewirken diese Hubkolben 36 zusammen eine derartige momentane Verkleinerung des effektiven Volumens der Ringkammer 41, daß eine momentane Flüssigkeitsströmung aus dieser Kammer 41 in den Förderkanal der Pumpe stattfindet, wodurch die Gesamtströmung erhöht wird. Eine derartige Strömung in dieser Richtung findet acht Mal für jede Umdrehung der Zahnräder statt.

Bei der gleichzeitigen Einwärtsbewegung der Hubkol-Den 36 in die Stellung, in der ihre radial äußeren Stirnflächen mit der Außenfläche des Einsatzes 38 fluchten, wird eine derartige momentane Vergrößerung des effektiven Volumens der Ringkammer 31 bewirkt, daß eine momentane Flüssigkeitsströmung aus dem Förderkanal der Pumpe in die Kammer 41 stattfindet, wodurch die Gesamtströmung verringert wird. Diese momentane Strömung in diese Richtung findet •ebenfalls acht Mal während jeder Umdrehung der Zahnräder statt.

Bei einer konventionellen Zahnradpumpe ohne Nocken 34 und ohne Hubkolben 36 hat der Förderstrom, wenn er graphisch in Abhängigkeit von der Zahnradumdrehung aufgetragen wird, Pulsationen, die die Folge von einer Anzahl von Strömungsspitzen und Strömungsmulden in der sich ergebenden Arbeitskurve sind. Diese Spitzen und Mulden rühren von dem aufeinanderfolgenden in Eingriff- und außer Eingriff· kommen der miteinander zusammenwirkenden Zähne der Zahnräder her, und mit acht Zähnen an jedem Zahnrad lassen sich in der Graphik für jede Umdrehung der Zahnräder eine Serie von acht Mulden erkennen.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß dieser PuI-sationseffekt, der durch solche Spitzen und Mulden erzeugt wird, ein geräuschvolles Arbeiten der Pumpe zur Folge hat.

Wie jedoch vorstehend erklärt wurde, wird mit Hilfe des Nockens 34 und der Hubkolben 36 die in den Förderkanal der Pumpe gelangende Flüssigkeitsströmung momentan erhöht und momentan verringert, und zwar im Ausführungsbeispiel jeweils acht Mal während jeder Umdrehung der Zahnräder. Der Nocken 34 ist so ausgebildet, daß diese momentanen Vergrößerungen in den acht Stellungen während jeder Umdrehung auftreten, an denen sonst die erwähnten Mulden vorhanden wären und daß die momentanen Verringerungen in den acht Stellungen während jeder Umdrehung auftreten, an denen sonst die genannten Spitzen vorhanden wären. Da diese momentanen Vergrößerungen und Verringerungen der Strömung innerhalb der Pumpe in den Förderkanal die Wirkung haben, daß sie zumindest in einem beträchtlichen Maß das Auftreten derartiger Spitzen und Mulden verhindern, ist der Pulsationseffekt in den Förderstrom der Pumpe erheblich verringert, was zu einer beträchtlichen Reduzierung des Geräuschpegels der Pumpe im Betrieb führt.

Während des Betriebes der Pumpe bewegen sich die Hubkolben 36 auch radial nach innen in den und radial nach außen aus dem Ringspalt 42, der mit dem Niederdruckkanal der Pumpe in Verbindung steht. Die Einströmcharakteristika, die in gewissem Maße diejenigen auf der Förderseite der Pumpe reflektieren, werden demzufolge in einer Weise ähnlich derjenigen auf der Hochdruckseite modifiziert, was wiederum zur Senkung des Geräuschpegels der Pumpe beiträgt.

Obgleich im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Hubkolben 36 in Verbindung mit dem achteckigen Nocken 34 vorgesehen sind, kann in anderen Ausführungen stattdessen eine andere geeignete Anzahl von derartigen Verdrängerkör-

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pern vorgesehen werden. Die Erfindung ist auch nicht auf eine Zahnradpumpe oder einen Zahnradmotor mit Zahnrädern mit acht Zähnen beschränkt. Vielmehr können Zahnräder mit einer anderen Anzahl von Zähnen vorgesehen werden, vorausgesetzt, daß der Nocken eine entsprechende Anzahl von Vorsprüngen aufweist, so daß die momentanen Flüssigkeitsströmungen in den und aus dem Förderkanal mit den genannten Mulden und Spitzen während des Betriebes der Pumpe übereinstimmen.

Die Erfindung ist auch nicht beschränkt darauf, daß die Hubkolben radial angeordnet sind. Vielmehr ist auch eine axiale Anordnung denkbar, wobei der Nocken entsprechend ausgebildet wird.

Die Erfindung ist auch nicht auf Zahnradpumpen beschränkt, sondern ist mit gleichem Erfolg auch bei Zahnradmotoren anwendbar.

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung mit Vorteil auch bei Pumpen oder Motoren anderer Art, beispielsweise Axialkolbenmaschinen anwendbar ist, bei denen Strömungspulsationsprobleme und sich daraus ergebende Geräuschprobleme im Betrieb auftreten.

L e e r s e i t e

Claims (9)

1. Patentansprüche

   M- Pumpe oder Motor mit einem Gehäuse, in dem mindestens ein Rotor drehbar angeordnet ist und das einen Einlaß- und einen Auslaßkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rotor (15) ein Nocken (34) drehfest verbunden ist, der seinerseits mindestens, einen Verdrängerkörper (36) antreibt, und daß in dem Gehäuse (29) eine Kammer (41) vorgesehen ist, die mit einem der Kanäle in Verbindung steht und in die der Verdrängerkörper (36) bei Drehung des Rotors (15) wiederholt eintaucht und aus der er wiederholt wieder austaucht, um abwechselnd eine momentane Verringerung und Vergrößerung des effektiven Volumens dieser Kammer (41) und damit eine wiederholte momentane Flüssigkeitsströmung aus der und in die Kammer zu erzeugen.
2. 2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   Bankverbindung: Hypobenk Geuting Konto Nr. 3750123448 (BLZ 700 260 01)

   daß als Rotoren mindestens zwei miteinander kämmende Zahnräder (15,16) vorgesehen sind.
3. 3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken(34) eine der Anzahl der Zähne jedes Zahnrades (15,16) entsprechende Anzahl von Vorsprüngen aufweist.
4. 4. Pumpe oder Motor nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (41)von dem ringförmigen Außenbereich eines Hohlraumes (30) mit kreisförmigem Querschnitt in dem Gehäuse (29) gebildet ist.
5. 5. Pumpe oder Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Einsatz (38) undrehbar in dem Hohlraum (30) angeordnet und von der Kammer (41) umgeben ist, daß der Nocken (34) in der zentralen Öffnung des Einsatzes (38) vorgesehen ist, und daß der bzw. jeder Verdrängerkörper (36) radial verschiebbar in einer Bohrung in dem Einsatz (38) angeordnet ist und das innere Ende des bzw. jedes Verdrängerkörpers (36) direkt mit dem Nocken (34) zusammenwirkt.
6. 6. Pumpe oder Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende des oder jedes Verdrängerkörpers (36) einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
7. 7. Pumpe oder Motor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des oder jedes Verdrängerkörpers (36) mit einer Nut (39) mit halbkreisförmigem Querschnitt versehen ist, und daß ein Federring (40) den Einsatz (38) umgibt und in der Nut bzw. in den Nuten (39) im äußeren Ende des bzw. der Verdrängerkörper (36) liegt.
8. 8. Pumpe oder Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (41)

   mit demjenigen Kanal (Einlaßkanal oder Auslaßkanal) in Verbindung steht, in welchem der höhere Druck herrscht.
9. 9. Pumpe oder Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Nocken (34) und dem Einsatz (38) ein im wesentlichen ringförmiger Spalt (42) gebildet ist, der mit demjenigen Kanal (Einlaßkanal oder
   Auslaßkanal) in Verbindung steht, in welchem der niedrigere Druck herrscht.