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Zahnradpumpe mit Innenverzahnung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum ERzeugen einer großen
Zahl von identischen, voneinander unabhängigen, kleinvolumigen Flüssigkeitsströmen.
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Zweck dieser Vorrichtung ist z.B., in einer vielstelligen Textilmaschine
dem Faden jeder Bearbeitungsstelle eine genau dosierte Flüssigkeitsmenge zum Kühlen
durch Wasser, zur Avivierung durch eine Avivageflüssigkeit oder dgl. zuzuführen.
Jeder Unterschied zwischen den einzelnen Dosiermengen führt zu Abweichungen der
Fadeneigenschaften und damit zu einer Minderqualität. Eine besondere Schwierigkeit
entsteht dadurch, daß jeder Bearbeitungsstelle lediglich eine sehr geringe Flüssigkeitsmenge
zuzuführen ist. Diese Menge ist auf das durchlaufende Fadengewicht abgestimmt und
kann z.B. weniger als 1% betragen. Es handelt sich jedenfalls um weniger als 50%
des Fadengewichts. Bisher hat man zu dieser Dosierung je eine Pumpe für jede Bearbeitungsstelle
verwandt. Abgesehen von dem technischen Aufwand ist hierbei die Dosierung von der
identischen Beschaffenheit und dem identischen Betrieb der Pumpen abhängig.
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Die andere Möglichkeit besteht in der Erzeugung eines Gesamtflüssigkeitsstroms
durch eine einzige Pumpe, der sodann durch Drosseln auf die einzelnen Bearbeitungsstellen
aufgeteilt wird. Diese Vorrichtung ist sehr ungenau.
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Zahnradpumpen sind in unterschiedlichen Bauarten weit verbreitet.
Es sind auch Bauformen bekannt geworden, mit denen mehrere gleichartige Volumenströme
gleichzeitig erzeugt werden. Eine solche Zahnradpumpe ist beispielsweise
in
der DE-OS 20 16 171 beschrieben. In einer in eine Gehäuseplatte eingearbeiteten
Ringnut ist ein innenverzahnter Ring leicht beweglich eingesetzt. Auf dem Ringnutumfang
verteilt sind in der Gehäuseplatte kreiszylindrische Taschen angeordnet, in denen
im Zahnring kämmende Ritzel ortsfest gelagert sind. Ein Ritzel wird angetrieben
und treibt den Zahnring mit den anderen Ritzeln mit an. Zufuhrleitungen führen zu
den aus dem Kammeingriff austretenden Zähnen, Auslaßleitungen führen von den in
Kammeingriff gehenden Ritzelzähnen weg. Die Funktionsweise stimmt so mit der der
Pumpen mit zwei kämmenden Zahnrädern überein. Zwar werden im beschriebenen Beispiel
drei gleichartige Ströme erzeugt, eine größere Anzahl von Verbrauchern zu versorgen,
ist jedoch mit diesem Pumpentyp nicht möglich. Außerdem wird ein ununterbrochener
Flüssigkeitsstrom zu jedem Verbraucher geliefert.
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Für Zwecke, bei denen eine große Zahl Verbraucher mit meist verhältnismäßig
geringen Flüssigkeitsmengen zu versorgen ist, wurden Zahnradpumpen bisher nicht
bekannt. Zwar gibt es zum Teil sehr genaue Dosierpumpen, bei denen Kolben und Plunger
zur Mengenbestimmung benutzt werden. Sie sind jedoch sehr aufwendig und vor allem
dann störanfällig, wenn die geförderte Flüssigkeit ohne Schmiereingenschaften ist.
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Außerdem ist auch mit diesem Pumpentyp die Versorgung einer größeren
Zahl von Verbrauchern aus einem Aggregat praktisch nicht möglich.
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Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe bereitzustellen,
mit der bei vertretbarem Aufwand eine größere Zahl gleichartiger Verbraucher direkt,
d.h. ohne Zwischenschaltung weiterer Dosiereinrichtungen mit genau dosierten, gleich
großen Flüssigkeitsmengen, versorgt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße
Zahnradpumpe nach Anspruch 1 gelöst.
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In einer vorteilhaften Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe
nach Anspruch 2 kann das Pumpengehäuse als stationär angeordnetes Zahnrad ausgebildet
sein, indem es eine den Pumpeninnenraum begrenzende Innenverzahnung aufweist; ein
dazu koaxial angeordneter Rotor mit kreiszylindrischer Außenfläche ist in den durch
den Kopfkreis der Innenverzahnung umschriebenen Innenraum des Pumpengehäuses eingepaßt;
der Rotor kann mindestens eine kreis zylindrische Tasche zur Aufnahme eines in der
Innenverzahnung kämmenden Ritzels aufweisen. Die von der Innenverzahnung, beispielsweise
von deren Fußkreis ausgehenden, radial nach außen führenden und beispielsweise durch
Rückschlagventile gesicherten Auslaßkanäle benötigen wenig Raum; ihre mögliche Anzahl
wird im wesentlichen durch das Durchmesserverhältnis von Innenverzahnung und Ritzel,
beziehungsweise das Verhältnis der Teilkreise, und den Modul bzw. die Zahnhöhe bestimmt.
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Die konstruktiven Bedingungen, die den Winkelabstand zweier benachbarter
Auslaßkanäle bestimmen, sind durch Anspruch 3 gekennzeichnet.
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Die auf dem Rotorumfang verteilten Ritzel können gemäß Anspruch 4
in den Rotortaschen schwimmend gelagert und durch die mit minimalem Spiel an ihren
Stirnflächen angrenzenden Gehäusedeckel gesichert sein.
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Eine Verdopplung oder sogar eine Vervielfachung der Anzahl der zu
versorgenden Stellen ergibt sich bei einer Fortbildung der Zahnradpumpe nach Anspruch
5, bei der der Pumpenrotor sich aus zwei oder mehr gleichartigen Einzelplatten zusammensetzt.
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Zwar ist es im Prinzip möglich, auf die vorhergehend beschriebene
Weise auch mehrere voneinander unterschiedene Baugruppen zusammenzufassen; dies
bringt jedoch eine Komplizierung mit sich, wenn auch bälle auftreten können, wo
derartiges Vorgehen angeraten sein kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform nach Anspruch 6 sind die Ritzel
nicht in Taschen des Rotors sondern auf Lagerzapfen gelagert.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform läßt sich gemäß Anspruch
7 die Zahl der Auslaßkanäle und damit die Zahl der zu versorgenden Verbraucher auf
einfache Weise verdoppeln.
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Gemäß Anspruch 8 ist eine besonders raumsparende Verdoppelung der
Auslaßkanäle möglich.
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Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe nach den Ansprüchen
9, 10, 13, 16 und 17 gewährleistet vielseitige Einbaumöglichkeiten und auch ihren
nachträglichen Einbau in bereits bestehende Maschinen, insbesondere Textilmaschinen.
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Bei Verwendung von Ritzeln, die auf in einer Lagerplatte verankerten
achsparallelen Lagerzapfen laufen, kann der Rotor ganz entfallen oder doch einen
Außendurchmesser haben, der beträchtlich kleiner sein kann als der Kopfkreisdurchmesser
der Innenverzahnung, wenn die Zahnradpumpe nach den Ansprüchen 11 und 12 ausgestaltet
ist.
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Zur Vervielfachung der Zahl der Auslaßkanäle bei Anwendung der vorbeschriebenen
Ausführungsform ist ebenso eine Aneinanderreihung gleichartiger oder auch sich unterscheidender
Gruppen möglich, wie dieses weiter oben für schwimmend gelagerte Ritzel beschrieben
ist. Außerdem ergibt sich hier
eine andere Möglichkeit der Sicherung
gegen Rückfluß der gepumpten Flüssigkeit.
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Zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Zahnradpumpe nach Anspruch
14 ausgebildet sein. Auch bei dieser Bauform ist es möglich, die Auslaßkanäle radial
austreten zu lassen.
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Sie beginnen dann jedoch nicht bei der Innenverzahnung, sondern gemäß
Anspruch 15 in der der Lagerplatte zugewandten Stirnfläche der die Innenverzahnung
tragenden Gehäuseplatte, von wo aus sie zunächst achsparallel geführt und dann radial
nach außen umgelenkt werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform nach den Ansprüchen
18 und 19 kann die Pumpe derart ausgebildet sein, daß das aus einer oder zwei Gehäuseplatten
bestehende Gehäuse in einem mit dem Flüssigkeitseinlaß in Verbindung stehenden Innenraum
ein stationäres, d.h. selbst nicht rotierendes Zahnrad aufweist. An bzw. in einem
Rotor frei drehbar gelagerte und mit diesem umlaufende Ritzel kämmen mit dem stationären
Zahnrad. Die Verzahnungen des stationären Zahnrads und der Ritzel sind so ausgeführt,
daß die Zahnlücken des stationären Zahnrades bei Eingriff des umlaufenden Zahnrades
(Ritzel) eine abgeschlossene Zelle bilden. Dies kann entweder dadurch geschehen,
daß die Verzahnungen im wesentlichen ohne Spiel ineinandergreifen und während des
Zahneingriffs beide Flanken des eintauchenden Zahns ständig mit den die Zahnlücken
begrenzenden Zahnflanken in Berührung bleiben.
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Eine andere Möglichkeit der Ausbildung der Verzahnung gemäß Anspruch
20 besteht darin, daß ein Überdeckungsgrad von wenigstens 2 gewählt wird. Dadurch
liegen die gleichgerichteten Flanken von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Zähnen
des Außenzahnrades an den entgegengesetzt gerichteten
Flanken von
mindestens zwei aufeinanderfolgenden Zähnen des umlaufenden Ritzels spielfrei an,
so daß die Zahnlücken eine S- oder Z-förmige Zelle bilden.
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Da die Zahnlücken des stationären Zahnrads seitlich durch einen Gehäusedeckel
bzw. durch die angrenzende Stirnfläche des Rotors abgeschlossen sind, bildet jede
Zahnlücke des stationären Zahnrads eine Dosierkammer, der jeweils ein Auslaßkanal
zugeordnet ist. Jeder Auslaßkanal ist mit einem Verbraucher über ein Rückschlagventil
oder eine Schlitzsteuerung als Rückflußsperre in Verbindung.
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Die Anzahl der mit dem Rotor umlaufenden, im stationären Zahnrad kämmenden
Ritzel kann auf ein Ritzel beschränkt sein, sie kann bei entsprechenden Gesamtabmessungen
an sich aber beliebig groß sein; als zweckmäßig hat sich aber erwiesen, möglichst
über zehn, vorzugsweise sechs Ritzel nicht hinauszugehn. Als Mindestanzahl werden
zwei Ritzel bevorzugt. Im allgeimeinen laufen die Ritzel auf Lagerzapfen, die in
der dem Innenraum der Pumpe zugewandten Stirnfläche des Rotors befestigt sind und
achsparallel ausgerichtet in den Pumpeninnenraum hineinragen.
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das stationäre Zahnrad kann nun - nach Anspruch 21 -etwa ein in eine
entsprechende Bohrung in der Gehäuseplatte eingesetzter und gegen Drehen gesicherter
Ring mit Innenverzahnung sein, die Innenverzahnung kann auch in die mit einer entsprechenden
Bohrung versehene Gehäuseplatte eingearbeitet sein. Ebenso kann das stationäre Zahnrad
- nach Anspruch 22 - ein an seinem Außenumfang verzahntes Außenzahnrad sein. Im
letzteren Fall ist in die Gehäuseplatte eine kreiszylindrische Bohrung eingebracht,
deren Durchmesser mindestens dem des die Kopfkreise der Ritzel umschreibenden Kreises
entspricht, vorzugsweise aber größer ist als dieser.
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Die Ritzel können unabhängig von der Art des stationären Zahnrads(in
der weiter oben beschriebenen Weise) nach Anspruch 29 auf Lagerzapfen laufen, sie
können aber auch schwimmend gelagert sein. Zur schwimmenden Lagerung ist gemäß Anspruch
30 am Rotor eine in den Gehäuseinnenraum ragende Rotorscheibe befestigt. Sie ist
bei stationärer Innenverzahnung voll und im Durchmesser kleiner als der Kopfkreis
der Innenverzahnung. Bei stationärer Außenverzahnung hat sie Ringform, wobei der
Innendruchmesser des Ringes größer ist als der Kopfkreis der Außenverzahnung und
der Außendurchmesser ebenfalls größer ist als der des die Kopfkreise der Ritzel
umschreibenden Kreises. In die Rotorscheibe sind kreiszylindrische Ausnehmungen
für die Aufnahme der schwimmend in ihnen gelagerten Ritzel eingearbeitet. Bei stationärer
Innenverzahnung durchbrechen sie die zylindrische Außenfläche der Rotorscheibe,
bei stationärer Außenverzahnung die Innenringfläche im Bereich der kämmenden Ritzelzähne.
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Die intermittierend beaufschlagten Auslaßkanäle müssen durch eine
Rückflußsperre gegen das Zurückfließen der Förderflüssigkeit gesichert sein. Dies
kann - bei im Fußkreis von den Zahnlücken der Innenverzahnung ausgehenden radial
nach außen geführten Auslaßkanälen - durch Rückschlagventile geschehen. Eine andere
Möglichkeit, die mehr Sicherheit gegen Verstopfung bietet, idt die Anwendung des
Prinzips der Schiebersteuerung. Die erfindungsgemäßen Lösungen sind für die beiden
beschriebenen Formen des stationären Zahnrads unterschiedlich. In beiden Fällen
sind jedoch die Eintrittsabschnitte der Auslaßkanäle zur Rotorachse parallel geführt.
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Bei der Pumpenausführung mit stationärem Außenzahnrad sind die Auslaßkanäle
in demjenigen Gehäusedeckel untergebracht, der auf der dem Rotor abgewandten Zahnradseite
liegt. Ihre Eingänge liegen auf einem Kreis, dessen Durchmesser bevorzugt einen
Wert annimmt, der zwischen dem des Fußkreises und dem des Teilkreises des stationären
Außenzahnrads liegt.
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Die Auslaßkanaleingänge liegen dabei nach Anspruch 23 jeweils den
Zahnlücken gegenüber. Als Schieber wirkt dabei eine Ventilscheibe zwischen dem stationären
Zahnrad mit den in ihm kämmenden Ritzeln und den Auslaßkanaleingängen, die im Bereich
der letzteren eine Ventilbohrung je Ritzel aufweist. Diese Ventilbohrungen sind
so angebracht, daß sie auf der jeweiligen Verbindungsgeraden zwischen Rotorachse
und Ritzelachse liegen. Diese Ausgestaltung ist in den Ansprüchen 24 und 25 gekennzeichnet.
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Zur Verbesserung der Abdichtung des Überströmbereichs zwischen der
von Ritzelverzahnung und stationär er Verzahnung gebildeten "Dosierkammer", der
Ventilplatte und dem Gehäusedeckel kann die erfindungsgemäße Zahnradpumpe nach Anspruch
28 ausgebildet sein.
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Die in den Ansprüchen 26 und 27 gekennzeichnete Bauform der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe ist zum besseren Verständnis in den beiden folgenden Abschnitten etwas
detaillierter ausgeführt.
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Bei der Pumpenausführung mit stationärer Innenverzahnung sind die
Eingänge der achsparallel geführten Auslaßkanalabschnitte auf der dem Rotor bzw.
der Lagerplatte zugekehrten Stirnseite der Innenverzahnung auf einem Kreis angeordnet,
dessen Durchmesser mindestens um den doppelten Durchmesser der Auslaßkanaleingänge
größer ist als der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung. Im Rotor bzw. in der
Lagerplatte sind auf der den Auslaßkanaleingängen zugekehrten Stirnseite radial
verlaufende Nuten eingearbeitet,
die sich vom Umfang des die Auslaßkanaleingänge
umschreibenden Kreises bis in den Kreis hinein erstrecken, der die Kopfkreise der
Ritzel einschließt und vorzugsweise bis in den Bereich des Teilkreises der Innenverzahnung
reichen.
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Die Lage und die Anzahl der unmittelbar im Rotor bzw. der Lagerplatte
nebeneinander angeordneten Nuten je Ritzel richtet sich nach der Lage und der Anzahl
der jeweils gleichzeitig von den Zähnen eines Ritzels beim Eintauchen verschlossenen
Zahnlücken in der Innenverzahnung, wobei die Mittelinien der Nuten in den durch
die Rotorachse gehenden, mit der Symmetrieebene der jeweils entsprechenden Zahnlücke
zusammenfallenden Ebenen verlaufen.
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Je Ritzel sind dabei eine bis maximal drei Nuten vorgesehn, deren
Anordnung dadurch bestimmt ist, daß die in Umlaufrichtung des Rotors gesehen letzte
Nut mit ihrer Mittellinie im wesentlichen mit dem Rotordurchmesser zusammen fällt,
der durch die Achse des zugehörigen Ritzels geht.
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Weitere Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe sind
aus den Ansprüchen ersichtlich und/oder werden in Verbindung mit der Beschreibung
der beigegebenen Zeichnung näher erläutert, die einige beispielsweise Ausführungsformen
der Erfindung enthält.
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Die im weiteren zur Erläuterung der Erfindung benutzte Zeichnung zeigt:
Fig.
1 Seitenansicht mit entferntem Gehäusedeckel; Fig. 1a Seitenansicht mit entferntem
Gehäusedeckel; Fig. 2 Schnitt mit schwimmend gelagerten Ritzeln; Fig. 3 Schnitt
mit auf Zapfen gelagerten Ritzeln; Fig. 4 Zahnradpumpe mit Innenzahnrad; Schnitt
I-I, Fig. 2; Fig. 5 Schnitt entlang II-II in Fig. 4; Fig. 6 Pumpe mit Innenverzahnung
und Schiebersteuerung; Fig. 7 Schnitt entlang IV-IV in Fig. 6; Fig. 8 Schnitt durch
eine Ausführungsform mit außenverzahntem stationären Zahnrad; Fig. 9 einzeln abdichtende
Zahnform; Fig. 10 S- oder Z-förmige Zellen bildende Zahnform.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe besteht aus
der Gehäuseplatte 1 mit der Innenverzahnung 6, die durch den Teilkreis 29, den außenliegenden
Fußkreis 11 und den innenliegenden Kopfkreis 5 bestimmt ist, weiter einem Rotor
9, dessen Außenumfang 21 praktisch mit dem durch den Kopfkreis 5 der Innenverzahnung
6 zusammenfallenden Kreiszylinder übereinstimmt; er sitzt praktisch spielfrei in
der durch den Kopfkreis 5 umschriebenen Bohrung. Am Unfang verteilt enthält er kreiszylindrische
Taschen 7, deren Mittelpunkte auf einem zum Rotor 9 konzentrischen Kreis 10 liegen
und die den Außenumfang 21 des Rotors 9 durchschneiden.
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Die dadurch entstehenden Taschenöffnungen sind durch die Ecken 18
und 19 begrenzt und bilden das Ausgangsmaß für den Winkelabstand 16 der benachbarten
Auslaßkanäle 15. Die Taschen nehmen genau in sie hineinpassende Ritzel 8 auf, deren
Verzahnung mit der Innenverzahnung 6 der Gehäuseplatte 1 übereinstimmt und die durch
die Taschenöffnungen 18, 19 hindurch in die Innenverzahnung eingreifen. Die die
Taschenöffnungen begrenzenden Ecken 18 und 19 sind leicht gerundet.
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Die Gehäuseplatte 1 mit dem Rotor 9 und den Ritzeln 8 ist durch die
beiden Gehäusedeckel 2 und 3 abgedeckt. Deckel 2 dient dem Antriebszapfen 28 des
Rotors 9 als Lagerung. Der Deckel 3 weist einen Eintritt 12 auf, der als Zulauf
für die Pumpflüssigkeit dient. Von ihm aus führt ein Verteiler 25 zu einem im Rotor
vorgesehenen Ringkanal 14, der die Ritzeltaschen 7 untereinander verbindet. Vom
Ringkanal 14 führen außerdem Stichkanäle 13 zur Außenfläche 21 des Rotors 9, die
für die Füllung der Zahnlücken in der Innenverzahnung 6 zwischen den benachbarten
Ritzeln 8 sorgen. Der Winkelabstand 16 zwischen den Auslaßkanälen soll etwa so bemessen
werden, daß er etwa der Hälfte 17 des Zentriwinkels entspricht, der durch die beiden
Ecken 18 und 19 der Taschenöffnungen im Außenmantel 21 des Rotors 9 bestimmt wird;
er soll möglichst nicht größer sein.
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Fig. 3 zeigt den Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe, bei der die Ritzel 8 auf in einer Lagerplatte 22 sitzenden Lagerzapfen
24 laufen. Zu diesern Zweck ist aie Gehäuseplatte 1 mit einer Zusatzplatte 4 kombiniert,
die ebenfalls eine kreiszylindrische Öffnung 23 aufweist. Diese hat aus weiter unten
erläuterten Gründen zweckmäßig einen größeren Durchmesser als der Fußkreis 11 der
Innenverzahnung 6 und nimmt die Lagerplatte 22 des Rotors 9 auf.
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In einer weitergebildeten Ausführungsform wird mit Hilfe der Lagerplatte
22 eine andere Rückflußsperre als die in Fig. 3 dargestellte erreicht. Diese Rückflußsperre
wird im folgenden anhand von Fig. 3A dargestellt. Sie wird als Schiebersteuerung
für die Auslaßkanäle 15 ausgebildet. Zu diesem Zweck erhält sie ebenso wie die sie
aufnehmende Bohrung 23 einen Durchmesser, der deutlich über den Fußkreis 11
hinausreicht.
Die Auslaßkanäle 15 werden nicht oder nur in ihrem letzten Teil radial nach außen
geführt. Mindestens der erste Teil ab dem Auslaßkanaleingang ist für alle Auslaßkanäle
achsparallel ausgeführt und ihre Eingänge sind auf einem zur Innenverzahnung 6 konzentrischen
Kreis angeordnet, der um nicht weniger als dem doppelten Durchmesser der Kanaleingänge
größer ist als der Fußkreis 11. Sie liegen auf der der Lagerplatte zugekehrten Stirnfläche
26 der Gehäuseplatte 1. In der ihnen zugewandten Stirnfläche der Lagerplatte 22
sind im Bereich der Taschenöffnungen 18, 19 nutförmige Vertiefungen 39 eingearbeitet,
die in radialer Richtung vom Kopfkreis 5 bis über die Einlaßöffnungen der Auslaßkanäle
15 reichen und in Umfangsrichtung einen Zentriwinkel umfassen, der etwas um den
Durchmesser eines Auslaßkanaleingangs kleiner ist als der Winkelabstand 16 zwischen
benachbarten Auslaßkanälen 15. Die nutförmigen Vertiefungen sind in Bezug auf die
Ritzel so ausgerichtet, daß sie sich von derjenigen Ecke 18 oder 19 der einzelnen
Taschenöffnung, die in Drehrichtung 27 vorne liegt, zur anderen Ecke 19 oder 18
derselben Taschenöffnung hin erstreckt.
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Sowohl bei der Ausführung nach Fig. 2 als bei der nach Fig. 3 sind
Erweiterungen derart möglich, daß zwei oder auch mehr Gehäuseplatten neben- oder
hintereinander angeordnet werden. Zur Trennung der Druckbereiche der benachbarten
Abschnitte können bei der Ausführung nach Fig. 2 die aufeinanderfolgenden Rotorplatten
9 mit Hilfe dünner Scheiben voneinander getrennt werden, die in entsprechende, etwa
durch Zwischenplatten erzeugte Nuten zwischen den gleichermaßen aufeinanderfolgenden
Gehäuseplatten 1 eintauchen. Bei der Ausführung nach Fig. 3 können die Lagerplatten
22 der Trennung dienen, wobei sich eine
besonders einfache Verdoppelung
dadurch ergibt, daß Zusatzplatte 4 und Lagerplatte 22 in der Mitte angeordnet sind
und auf jeder ihrer Seiten eine Gehäuseplatte 1 und ein Rotor 9 mit Ritzeln angesetzt
sind.
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Durch die erfindungsgemäße Zahnradpumpe ist es möglich, eine große
Zahl von Verbraucherstellen aus einer Pumpe in Intervallen mit der gleichen Flüssigkeitsmenge
zu versorgen.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1a sind die Taschenöffnungen im Außenmantel
des Rotors dadurch erweitert, daß ein Teil der spitzen Ecken des Rotors abgearbeitet
ist. Durch diese Maßnahme kann der Zentriwinkel, der die Taschenöffnungen einschließt,
dem Winkelabstand der Auslaßkanäle angepaßt werden während der Winkelabstand der
Auslaßkanäle wiederum von der Teilung der Verzahnung abhängig ist.
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In der mitumlaufenden Lagerplatte 22 kann eine Entlastungsnut 55 vorgesehen
sein. Diese Entlastungsnut 55 kämmt radial mit dem Grund der Zahnlücken im Ritzel
8 und erstreckt sich in Umfangrichtung etwa von der Verbindungslinie der Mittelpunkte
des Rotors 9 und des Ritzels 8 über soviel Zahnteilungen, daß die Nut in ständiger
Verbindung mit dem umlaufenden Druckraum steht.
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Diese Maßnahme kann bei geringem Flankenspiel zur Druckentlastung
der Zahnlücken des Ritzels 8 notwendig sein. Bei der Ausführung nach Fig. 2 sollte
zu diesem Zweck der Druckentlastung ein ausreichendes Flankenspiel vorgesehen werden.
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Eine andere Ausführung dieser Erfindung ist in Fig. lB und 3A gezeigt.
Das Gehäuse der Pumpe hat die Innenverzahnung 6. Der Rotor 22 ist auf der Achse
28 montiert. Die Achse 28 ist drehbar in dem Gehäuse gelagert. Der Querschnitt der
Pumpe nach Fig. lB ergibt sich aus Fig. 3A. Zwei Ritzel sind drehbar auf Achsbolzen
24 im Rotor 22 gelagert und kämmen mit der Innenverzahnung in der Gehäuseplatte
1. Die Auslässe der Pumpe, die in Fig. 1 gezeigt ist, stimmen mit denen überein,
die in Fig. 3A gezeigt sind. Jedoch ist die Nut 39 in Fig. lB nicht gezeigt. Eine
Zahnabdeckung 54 ist an dem Rotor 22 befestigt. Die Zahnabdeckung ragt aus der Frontseite
des Rotors heraus und hat dieselbe Dicke wie die Ritzel 8 bzw. die Gehäuseplatte
1. Die Zahnabdeckung hat zwei Seitenwände, die in ihrer Form den Kopfkreisen einerseits
der Innenverzahnung der Gehäuseplatte 1 und andererseits der jeweiligen Ritzel entsprechen.
Die Seitenwände erstrecken sich über einen Umfang, der wenigstens 1 1/2 Zahnteilung
entspricht. Es ist unter dieser Voraussetzung auch möglich, daß die Zahnabdeckung
so ausgebildet ist, wie es auch in Fig. lA gezeigt ist. Es sei darauf hingeweisen,
daß auch in Fig. lA die Zahnabdeckung die Bezeichnung 54 trägt.
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Die Zahnabdeckung dient dem Zweck, in dem Zwickel zwischen der Innenverzahnung
und dem jeweiligen Ritzel eine Druckkammer zu bilden und diese Druckkammer abzudichten.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe mit
Innenverzahnung 6 und zwei in dieser kämmenden Ritzeln 8. Das Pumpengehäuse 1, 4
besteht aus der Gehäuseplatte 1 mit der Innenverzahnung 6 und den Auslaßkanälen
15
mit Rückschlagventilen 20 als Rückflußsperren. Die Auslaßkanäle
15 gehen vom Fußkreis 11 der Innenverzahnung 6 und zwar vom Grund der Zahnlücken
36 aus und führen radial nach außen zum kreiszylindrischen Umfang der Gehäuseplatte
1.
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Zum Gehäuse gehört weiterhin die Zusatzplatte 4, in die eine kreiszylindrische
Bohrung 23 mit einem Durchmesser, der größer als der Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung
6 ist. In dieser Bohrung 23 läuft der auf dem Antriebszapfen 28 sitzende und mit
diesem gelagerte Rotor 22, der zugleich die Lagerplatte für die Ritzel 8 darstellt.
Letztere laufen auf den Lagerzapfen 24, die ihrerseits im Rotor 22 eingesetzt und
axial ausgerichtet sind.
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Auf beiden Seiten ist das aus den Platten 1 und 4 bestehende Gehäuse
1, 4 durch Gehäusedeckel 2 und 3 abgeschlossen. Der rotorseitige Gehäusedeckel 2
enthält die Lagerung für den Antriebszapfen 28, im zweiten Gehäusedeckel 3 befindet
sich die Eintrittsöffnung 12 für die Pumpflüssigkeit. Außerdem weist der Gehäusedeckel
3 auf seiner Innenseite eine kreiszylindrische Ausnehmung 25 auf, deren Außendurchmesser,
wie in Fig. 1 dargestellt, mindestens den zur Rotorachse weisenden Teil der Ritzel
8 überdeckt. Der gesamte Innenraum 30 ist während des Betriebs mit Pumpflüssigkeit
gefüllt.
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Nicht gezeigte Schrauben halten die Zahnradpumpe zusammen.
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Eine gegenüber der vorbeschriebenen etwas abgewandelte Ausführungsform
der Erfindung soll ebenfalls an Hand der Fig. 4 erläutert werden; die allein für
diese Ausbildungsform geltenden Positionszahlen werden der besseren Deutlichkeit
halber dabei in Klammern gesetzt.
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Auf die Rotorplatte 22 ist eine in den Pumpeninnenraum 30 hineinragende
Rotorscheibe (9) aufgesetzt, deren kreiszylindrische Außenfläche (21) einen Durchmesser
hat, der kleiner ist als der des Kopfkreises 5 der Innenverzahnung 6.
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Ihre Dicke ist derjenigen der Gehäuseplatte 1 praktisch gleich und
nur um das notwendige Laufspiel zwischen ihr und dem Gehäusedeckel 3 kleiner. In
die Rotorscheibe (9) sind kreiszylindrische Taschen (7) eingearbeitet, die in ihrem
Durchmesser dem des Kopfkreises 49 der Ritzel angepaßt sind. Sie durchbrechen die
kreiszylindrische Außenfläche (21) der Rotorscheibe (9) und nehmen die schwimmend
gelagerten Ritzel 8 auf. Auch bei dieser Ausführungsform weist der Gehäusedeckel
3 auf seiner Innenseite die kreiszylindrische Ausnehmung 25 auf; dabei sollte die
Rotorscheibe (9) aber vorzugsweise einen größeren Durchmesser haben als die Ausnehmung
25. Bei der Anordnung der Auslaßkanäle 15 kann dabei in einer vereinfachten Ausführung
der Rotor nur aus der Rotorscheibe 9 bestehen, wobei dann auch die Zusatzplatte
4 wegfällt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe
ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt.
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Sie unterscheidet sich von der der Fig. 4 durch eine andere Art der
Rückflußsperre 20. Die Auslaßkanäle 15 gehen nicht vom Grund der Zahnlücken 36 aus,
sondern von Auslaßkanaleingängen 40 auf der an den Rotor 22 grenzenden Stirnfläche
der Innenverzahung 6. Die Auslaßkanaleingänge 40 liegen auf einem Kreis 44, der
zur Innenverzahnung konzentrisch ist und dessen Durchmesser mindestens um den doppelten
Durchmesser der Auslaßkanaleingänge 40 größer ist als der des Fußkreises 11 der
Innenverzahnung 6. Der Rotor 22 weist seinerseits auf der den Auslaßkanaleingängen
40 gegenüber liegenden Stirnfläche 26 radial verlaufende, als Schieber-
steuerung
wirkende Nuten 39 auf, die sich zwischen den Eingängen 40 und dem Teil der Zahnlücken
36 zwischen dem Teilkreis 29 und dem Fußkreis 11 erstrecken. Die Nuten 39 sind jeweils
den Ritzeln 8 zugeordnet. Ihre Breite, in Umfangsrichtung gemessen, ist höchstens
der Zahnfußbreite 46 gleich, während die Anzahl der im Bereich des jeweiligen Ritzels
unmittelbar nebeneinander vorgesehenen Nuten 39 sowie ihre Lage der Lage und Anzahl
der jeweils gleichzeitig von den Zähnen 35 eines Ritzels 8 beim Eintauchen verschlossenen
Zahnlücken 36 in der Innenverzahnung 6 entspricht. Sie sind so angeordnet, daß ihre
Mittellinien in den durch die Rotorachse gehenden, mit den Symmetrieebenen der jeweils
entsprechenden Zahnlücken 36 zusammenfallenden Ebenen verlaufen. Dabei sind je Ritzel
8 eine bis maximal drei Nuten 39 vorgesehenen und so plaziert, daß die in Umfangsrichtung
des Rotors 22 letzte Nut 39 mit ihrer Mittellinie im wesentlichen mit dem Durchmesser
des Rotors 22 zusammenfällt, der durch die Achse des zugehörigen Ritzels gelegt
ist. Die Breite der Nuten entspricht im wesentlichen der der Zahnlücken bzw. der
Zähne, so daß keine Überdeckung benachbarter Zahnlücken stattfindet.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe
ist in Fig. 8 im Längsschnitt gezeigt.
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Die Gehäuseplatte 1 ist hier ein Ring mit einer glatten kreiszylindrischen
Innenbohrung als Innenraum 30. Der die Lagerzapfen 24 für die Ritzel 8 tragende
Rotor 22 ist durch eine Paßfeder 53 auf seiner Antriebswelle 28 drehfest, jedoch
axial verschiebbar aufgesetzt. Das stationäre Zahnrad 31 hat eine Außenverzahnung
32 und ist im Gehäuse 1 mittels der auf seinem Umfang verteilten Bohrungen 50, in
die im Gehäusedeckel 3 sitzende Arretierstifte 51 eingreifen, festgelegt.
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Zwischen dem stationären Außenzahnrad 31 mit den in diesem kämmenden
Ritzeln 8 und der Innenwand des Gehäusedeckels 3 ist eine Ventilplatte 41 vorgesehen,
die mit dem Rotor 22 und den Ritzeln 8 zusammen und synchron umläuft. Für jedes
Ritzel 8 weist sie eine Ventilbohrung 42 auf, die auf der jeweiligen Verbindungsgeraden
zwischen der Rotorachse und der zugehörigen Ritzelachse liegt. Ihr Abstand von der
Rotorachse ist derart bemessen, daß die Ventilbohrungen 42 die Zahnlückenabschnitte
zwischen dem Teilkreis 47 und dem Fußkreis 48 des Außenzahnrades 31 überstreichen.
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Die Auslaßkanäle 15 für die Pumpflüssigkeit sind im Gehäusedeckel
3 untergebracht. Sie gehen von ihren Eingängen 40 aus, die in der der Ventilplatte
41 zugekehrten Seite des Gehäusedeckels 3 auf einem zum Rotor 22 koaxialen Kreis
44 jeweils den Zahnlücken 36 gegenüber angeordnet sind, dessen Durchmesser im Bereich
zwischen dem Fußkreis 48 und dem Teilkreis 47 der Außenverzahnung 32 liegt, und
verlaufen etwa bis zur Mitte des Gehäusedeckels 3 mit ihrem Abschnitt 43 parallel
zur Rotorachse und von dort aus radial nach außen. Um die Leckverluste beim Übertritt
der geförderten Flüssigkeit von den Zahnlücken 36 durch die Ventilbohrung 42 in
die Auslaßkanaleingänge 40 möglichst gering zu halten, können vorteilhaft der Rotor
22, die Ritzel 8, das stationäre Außenzahnrad 31 und die Ventilplatte 41 gegenüber
dem Gehäuse 1 und der Rotorachse axial verschiebbar und durch eine gegen ein Drucklager
52 abgestützte Druckfeder 45 gegen die Innenwand des Gehäusedeckels 3 mit den Auslaßkanälen
15 geschoben sein. Die die Ritzel 8 tragenden Lagerzapfen 24 sind so bemessen, daß
sie in entsprechende Bohrungen der Ventilplatte 21 hineinreichen und so diese mit
dem Rotor drehfest verbinden.
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Die Breite der Ventilbohrung 42 in Umfangsrichtung entspricht im wesentlichen
der der Zahnlücken bzw. der Zähne, so daß keine Uberdeckung benachbarter Zahnlücken
stattfindet.
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Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe eignet sich insbesondere hervorragend
für die intermittierende Versorgung einer großen Zahl gleichartiger Verbraucher.
Jeder dieser Verbraucher wird je Umdrehung des Rotors 22 so oft mit einer gleich
bleibenden Flüssigkeitsmenge versorgt, wie Ritzel 8 auf dem Umfang des Rotors vorhanden
sind. Voraussetzung für das einwandfreie Arbeiten ist dabei, daß die Verzahnung
des stationären Zahnrads und der Ritzel so geformt ist, daß vom Beginn des Eintauchens
eines Ritzel zahns 35 in eine Zahnlücke 36 des stationären Zahnrads die betreffende
Zahnlücke, die vor dem Beginn des Eintauchvorgangs aus dem flüssigkeitsgefüllten
Innenraum 30 gefüllt wurde, gegen ihre Umgebung abgedichtet bleibt, so daß die eingeschlossene
Flüssigkeitsmenge nur in die Auslaßkanäle 15 ausweichen kann.
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Die Figuren 9 und 10 zeigen mögliche Ausführungen der Verzahnung.
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Die Verzahnung nach Fig. 9 ist so ausgeführt, daß die Flanken eines
jeden Zahnes des umlaufenden Ritzels auf der Eingriffsstrecke die Flanken des stationären
Zahnrades (hier Innenzahnrades) im wesentlichen spielfrei berühren und - unter Berücksichtigung
der Viskosität des zu pumpenden und dosierenden Mediums - abdichten. Dadurch bildet
jede Zahnlücke im Verlaufe des Eingriffs eine Pumpen- und Dosierkammer von sich
verminderndem Volumen.
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Bei der Verzahnung nach Fig. 10 - dargestellt sind ein stationäres
Außenrad und ein damit kämmendes Ritzel - berühren sich jeweils zwei aufeinanderfolgende
Zähne mit ihren einander zugewandten Flanken. Voraussetzung dafür ist, daß der Überdeckungsgrad
größer als 2 ist. Unter dieser Voraussetzung kann eine derartige Verzahnung noch
im Abwälzverfahren hergestellt werden. Bei Überdeckungsgraden größer als 3 genügen
lediglich Profilverzahnungen den Anforderungen.
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Die Zahn lücken des stationären Zahnrades bilden dabei mit den Zahnlücken
des umlaufenden Zahnrades S-förmige Zellen, deren Volumen sich während des Eingriffs
ändert.
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Das Gehäuse der Pumpe nach Fig. 11 besteht aus zwei Gehäuseplatten
1 und einer Zwischenplatte 4 sowie den Seitenplatten 2 und 3. Die Welle 28 ist drehbar
in der Stirnplatte 2 gelagert. Der Flüssigkeitseinlaß 12 befindet sich in der Stirnplatte
3. Zwei Rotoren 9 und eine Zwischenscheibe 22 sind an der Welle 28 drehfest befestigt.
Die Ritzel 8 sind frei drehbar auf Achsbolzen 24 gelagert und kämmen mit den Zähnen
der Innenverzahnung der jeweiligen Gehäuseplatten 1. Der Durchmesser der Zwischenplatte
22 kann größer sein als der Durchmesser des Fußkreises der Innenverzahnung in Gehäuseplatte
1. In diesem Falle überdeckt die Zwischenscheibe 22 die Zahnlücken der Innenverzahnung.
Der Durchmesser der Innenwand der Zwischenplatte 4 ist ebenfalls etwas größer als
der Fußkreis der Innenverzahnung, so daß sich eine Nut ausbildet zwischen den benachbarten
Gehäuseplatten 1. Die Zwischenplatte 22 ragt in diese Nut hinein. Es ist jedoch
auch möglich, die Zahnlücken der Innenverzahnung durch die Zwischenplatte 4 abzudecken.
Es sei bemerkt, daß in dieser Ausführung die jeweiligen Rotorseiten mit den darin
gelagerten Ritzeln so ausgebildet sind, wie dies in den Figuren 1, lA oder lB gezeigt
ist. Durch diese Pumpenanordnung kann die Zahl der dosierten Flüssigkeitsströme
verdoppelt werden.
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Die in Fig. 12 gezeigte Pumpe hat ein Gehäuse, das ebenfalls aus zwei
Gehäuseplatten 1 und einer Zwischenplatte 4 sowie den Seitenplatten 2 und 3 besteht.
Es ist lediglich ein Rotor 9 vorgesehen, der auf beiden Seiten die Taschen trägt,
in denen die Ritzel 8 frei drehbar aufgenommen werden. Im übrigen entspricht diese
Pumpe derjenigen nach Fig. 11.
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In den Figuren 11 und 12 sind Löcher mit gestrichelten Linien angedeutet,
die die umlaufenden Nuten auf beiden Seiten des Rotors verbinden und damit der Flüssigkeitszufuhr
auf die - in Fig. 11 bzw. 12 - rechte Rotorseite dienen.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Gehäuseplatte, Gehäuse 2 Gehäusedeckel
3 Gehäusedeckel 4 Zusatzplatte 5 Kopfkreis 6 Innenzahnrad, Innenverzshnung, Innenzahnkranz
7 Tasche, Ausnehmung 8 Ritzel 9 Rotorscheibe, Rotor, Rotorplatte 10 Mittelpunktekreis
11 Fußkreis 12 Flüssigkeitseinlaß, Eintritt, Zulauf 13 Stichkanal 14 Ringkanal 15
Auslaßkanal 16 Winkelabstand 17 Zentriwinkel 18 Ecke, Begrenzung 19 Ecke, Begrenzung
20 Rückflußsperre 21 zylindrische Außenflüche, Außenumfang 22 Rotor, Lagerplatte
23 zylindrische Bohrung 24 Lagerzapfen 25 zylindrische Ausnehmung, Verteiler, Vertiefung
26 Stirnfläche 27 Drehrichtung, Rotorumlaufrichtung 28 Antriebszapfen 29 Teilkreis
30 Innenraum 31 Außenzahnrad, außenverzahntes Zahnrad 32 Außenverzahnung 33 Zahnflanke
34 Zahnflanke
35 Zahn, Ritzelzahn 36 Zahnlücke 37 Flanke 38 Flanke
39 Nut, radiale Nut 40 Auslaßkanaleingang, Eingang 41 Ventilplatte 42 Ventilbohrung
43 Austrittskanalabschnitt, Abschnitt 44 Kreis, Lochkreis 45 Druckfeder 46 Zahnfußbreite
47 Teilkreis 48 Fußkreis 49 Kopfkreis 50 Bohrung 51 Arretierstift 52 Drucklager
53 Paßfeder 54 Zahnabdeckung 55 Entlastungsnut