DE3312868C2 - Hydropumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sicii auf ehie Hydropumpe mit einem Gehäuse und darin befindlichen aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Veivrängerelementen, mit nitrierten Pumpenteilen, mit Führungsteilen, die die Verdrängerelemente axial und radial führen, und mit einer Antriebswelle für das treibende Verdrängerelement sowie einer Lagerung für das getriebene Verdrängerelement

Eine derartige Hydropumpe ist durch die DE-PS 8 15 000 bekanntgeworden.

Die Standzeiten von Hydropumpen dieses Aufbaues — und damit ihre Verwendungsbreite — hängen maßgebend von dem Verschleiß an gegeneinander bewegten Pumpenteilen ab. Eine ausreichende Standzeit war bisher nur bei verhältnismäßig hochviskosen Fördermedien erzielbar, weil nur dann ein ausreichender hydrodynamischer Schmierfilm vorhanden ist. Bei niedrigviskosen Fördermedien dagegen wird erfahrungsgemäß die Schmierfilmdicke so gering, daß die gegeneinander bewegten Pumpenteile in den Mischreibungsbereich kommen und somit einem starken Verschleiß unterworfen sind. Ein besonderer Problembereich ist dabei die Zone zwischen der Stirnseite der Verdrängerelemente und ihrer axialen Führungsteile, gegen die sie bewegt werden; um die Leckagen der Hydropumpe gering zu halten, sind so enge Toleranzen vorgesehen, daß die Flächen im Bereich der Mischreibung aufeinandergleiten.

Obwohl bei der vorstehend bekannten Hydropumpe als Baumaterial nitrierte Stähle zur Erhöhung der Korrosions-, Abrieb- und Verschleißfestigkeit verwendet werden, hat diese Hydropumpe mit Nachteil noch keine ausreichende Verschleißfestigkeit, wie sie insbesondere beim Betrieb mit niedrigviskosen Fördermedien nötig wäre, um eine ausreichende Standzeit zu erlangen. Im bekannten Fall erfolgt zum einen die Erhöhung der Verschleißfestigkeit durch die für die Pumpenteile verwendeten speziellen Werkstoffe nur im Hinblick auf einen abrasiven Verschleiß; zum anderen wird nur eine Methode der Erhöhung der Verschleißfestigkeit (Nitrieren der Oberflächen) angewendet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hydropumpe der eingangs bezeichneten Art — ohne Änderung der Pumpenkonstruktiori — den Verschleiß an gegeneinander bewegten Teilen zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Oberfläche der Verdrängerelemente einschließlich der Oberflächen der Antriebswelle sowie der Lagerzapfen plasmanitriert sind und daß die Führungsteile auf der den Verdrängerelementen zugewandten Fläche mit Keramik beschichtet sind.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von Plasmanitrieren und Keramikbeschichtung für die vom Fördermedium benetzten Pumpenteile, insbesondere bei gegenüberstehenden, sich gegeneinander bewegenden Pumpenteilen, läßt sich überraschend die Verschleißfestigkeit maßgebend erhöhen. Obwohl keramische Werkstoffe einen hohen Reibungskoeffizienten haben und daher als verschleißanfällig zu gelten haben, hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß sich die keramische Beschichtung an dem axialen Führungsteil als besonders abriebfest erwiesen hat Um die Leckagen der Hydropumpe gering zu halten, sind so enge Toleranzen vorgesehen, daß plasraanitrierte und keramikbeschichtete Bauteile im Bereich der Mischreibung aufeinandergleiten. Dennoch ist die Verschleißanfälligkeit erstaunlich und unvorhersehbar gering. Es hat sich gezeigt daß die Verschleißfestigkeit so hoch ist daß auch niedrigviskose Fördermedien bei ausreichend langen Standzeiten der Hydropumpe (10 000 Stunden) verwendbar sind.

Die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Hydropumpe für niedrigviskose Fördermedien ist im besonde-

ren Maße für die ölhydraulik bedeutsam. Es ist nunmehr auf einfache Weise möglich, nicht brennbare Hydraulikflüssigkeiten (Öl-in-Wasser-Emulsionen), die sehr dünnflüssig sind, mit einer einfachen Hydropumpe zu fördern. Erhebliche Vorteile ergeben sich auch bei Hydrauliksystemen, z. B. bei Werkzeugmaschinen, bei denen eine schwerentflammbare Hydroflüssigkeit sowohl zum Schmieren als auch zum Kühlen verwendet werden kann.
Aus der DE-PS 7 59 960 ist eine Zahnrad-Hydropumpe, bei der die mit dem (ätzenden) Fördermedium benetzten Teile aus einem keramischen Werkstoff bestehen, der gegen chemische Angriffe besonders widerstandsfähig ist, bekanntgeworden. Wegen des hohen Reibungskoeffizienten der keramischen Werkstoffe eignet sich die Zahnradpumpe in der üblichen Ausführung nur für Flüssigkeiten, die einen gewissen Schmierfilm bilden können; bei der Förderung niedrigviskoser Flüssigkeiten übernimmt ein außerhalb des Gehäuses liegendes Zahnradgetriebe die Kraftübertragung, wobei die Keramikzahnräder so ausgebildet sein sollen, daß zwischen den zum Eingriff gelangenden Zahnflanken stets ein Spiel vorhanden ist, d. h. sich die Zahnflanken gegenseitig berühren.

Diese Patentschrift lenkt daher von der Verwendung von keramischen Werkstoffen zur Verbesserung der Verschleißanfälligkeit im Hinblick auf die Verwendung von niedrigviskosen Medien geradezu ab.

Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften der Hydropumpe läßt sich erzielen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Dichtringlauffläche der Antriebswelle mit Keramik ummantelt ist. Ohne besondere Härtung des Bereiches unter dem Wellendichtring hat man festgestellt, daß Kunststoff Riefen in die Welle

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einschneidet, im Langzeitbetrieb sogar eine gehärtete Um die seitlichen Anlaufflächen 12 der Lagerbrillen 4,

Welle beschädigt wenn es sich bei dem Wellendichtring der radialer, und axialen Führungsteile, besonders verum einen z. B. mit PTFE-beschichteten Ring handelt, schleißresistent zu machen, sind sie mit einer Keramikwie an sich bekannt Deshalb ist im Bereich der Lippen- schicht 13 belegt die in F i g. 3 mit der dichten Schrägdichtung bzw. auf der Laufoberfläche unter dem WeI- 5 schraffur (im Gegensatz zur Kreuzschraffur) dargestellt lendichtring eine Ummantelung mit Keramik vorgese- ist

hen. Hierdurch sind Beschädigungen auch im Langzeit- Auch die Dichtringlauffläche 10 im Bereich des WeI-

betrieb ausgeschaltet lendichtringes 11 ist bei dieser Ausführungsform mit

Es kann auch sehr vorteilhaft sein, wenn man die La- Keramik ummantelt weshalb die Dichtringlauffläche 10 gerzapfen mit Keramik ummantelt Auch diese Maß- io in F i g. 3 eine ähnliche Schrägschraffur aufweist nähme dient dem Verschleißwiderstand und erhöht die Nicht dargestellt ist in den Figuren die weitere, vorStandzeit der erfindungsgemäßen Hydropumpe. teilhafte Ausführungsform, bei welcher Lagerbuchsen

Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfin- aus einem Schichtwerkstoff in die Öffnungen der Lagerdung ist in den radialen Führungsteilen mindestens eine brillen 4 eingesetzt sind, wobei der Schichtstoff auf einer Lagerbuchse aus einem Schichtwerkstoff, vorzugsweise 15 Stahlkunststoff-Basis besteht. Es hat sich bei der dargeauf Stahlkunststoffbasis, eingesetzt Im Falle der Außen- stellten Ausführungsform nämlich gezeigt daß ohne zahnradpumpe ist die Lagerbuchse also in der Brille wie feststellbaren Abrieb 3000 Betriebsstunden ohne diese eine Art Futter eingesetzt wodurch die Einbettungsfä- Lagerbuchsen gefahren werden konnten. Das war behigkeit z. B. für verschleppte Feststoffpartikel erhöht sonders überraschend, wenn man in F i g. 1 den allgewird, die abrasive Teile darstellen. 20 mein mit 14 bezeichneten Bereich ,Jer eigentlichen

Die Dicke der Nitrierschicht liegt vorzugsweise >m Kraftübertragung betrachtet zumal die Srtmieriiimdik-Bereich zwischen 1/100 mm bis 3/100 mm. Die beson- ke bei niedrigviskosen Fördermedien hier wie auch bei ders verschleiißresistente Keramikschicht ist Vorzugs- anderen Bereichen mit Relativbewegung sehr gering ist weise 1/10 mm bis 3/10 mm dick. Durch den hohen Härtungsgrad infolge der Plasmani-

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmög- 25 trierung konnte der Verschleiß allgemein auf überra-Iichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus sehend geringen Werten gehalten werden, der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh- Die Pfeile 15 in F i g. 1 zeigen bei der durch die gebo-

rungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es genen Pfeile an den Ritzeln 5 und 6 vorgesehenen Drehzeigt richtung die Förderrichtung des niedrigviskosen Me-

F i g. 1 die Schnittdarstellung durch eine Außenzahn- 30 diums.
radpumpe,

F i g. 2 eine andere Schnittansicht derselben Pumpe Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

entlang der Schnittlinie H-II in F i g. 1 und

F i g. 3 eine vergrößerte Teilansicht aus dem linken
Teil der F i g. 2. 35

Die in den Zeichnungen dargestellte Hydropumpe
weist ein Gehäuse 1 mit Dichtungsdeckel 2 und Abschlußdeckel 3 auf.

Unter den Deckeln 2 und 3 befinden sich Lagerbrillen
4 als radiale und axiale Führungsteile. In diesen sind als 40
umlaufende Verdrängerelemente zwei Ritzel, nämlich
das Antriebsritzel 5 und das getriebene Ritzei S über die
Lagerzapfen 7 gelagert angeordnet. Der eine Lagerzapfen 7 des Antriebsritzels 5 ist zum Austritt aus dem
Dichtungsdeckel 2 verlängert und mündet in die An- 45
triebswelle 8, deren Nutenstein 9 als Mitnehmer in den
F i g. 2 und 3 dargestellt ist Der verlängerte Lagerzapfen 7 des Antriebsritzels 5, welcher durch den Dichtdekkel 2 hindurchreicht, weist im Bereich des Deckels 2 die
in Fig.3 besonders dargestellte Dichtringlauffläche 10 50
auf, die sich im Bereich des Wellendichtringes 11 befindet. Dieser Wellen- oder Nutendichtring stellt einen mil
PTFE oder ähnlichem Polymer beschichteten Ring dar.

In F i g. 1 sieht man deutlich, daß im Falle der Außenzahnradpumpe die beiden gegeneinander bewegten 55
Teile die als Verdrängerelemente wirkenden Ritzel 5, 6
sind, die im Betrieb einem besonderen Verschleiß ausgesetzt sind. Um diesen auch dann in wirtschaftlich erträglichen Grenzen zu halten, wenn die Hydropumpe für
niedrigviskose Fördermedien eingesetzt wird, ist die eo
Oberfläche sowohl des Antriebsritzels 5 mit Lagerzapfen 7 und bis zur Antriebswelle 8 hin als auch des getriebenen Ritzels 6 plasmanitriert. In Fig.3 ist diese Nitrierschicht 16 schematisch durch eine Kreuzschraffur
dargestellt. Man kann sich leicht vorstellen, daß die ge- 65
samte Oberfläche der Verdrängerelemente 5 und 6 vollständig plasmanitriert ist, wie auch in Fig.3 schematisch dargestellt ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydropumpe mit einem Gehäuse (1) und darin befindlichen, aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Verdrängerelementen (5,6), mit nitrierten PumpenbauteHen, mit Fuhrungsteilen (4), die die Verdrängerelemente (5, 6) axial und radial führen, und mit einer Antriebswelle (8) für das treibende Verdrängerelement (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (16) der Verdrängerelemente (5,6) einschließlich der Oberflächen der Antriebswelle (8) sowie der Lagerzapfen (7) plasmanitriert sind und daß die Führungsteile (4) auf der den Verdrängerelementen (5, 6) zugewandten Fläche (12) mit Keramik (13) beschichtet sind.

2. Hydropumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringlauffläche (10) der Antriebswelle) mit Keramik ummantelt ist

3. Hydropumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen (7) mit Keramik ummantelt sind.

4. Hydropumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den radialen Führungsteilen (4) mindestens eine Lagerbuchse aus einem Schichtwerkstoff, vorzugsweise auf Stahlkunststoff-Basis, eingesetzt ist