DE3929707A1 - Kegelzahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kegelzahnradpumpe, im besonderen für hohe Förderleistung und zur Verwendung als Dickstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 10 05 375 und anderen Veröffentlichungen ist bekannt, daß von einem angetriebenen Förderkegelzahnrad ein Gegenstand über die Förderzahnung mitgetrieben wird. Nach der Hauptpatentanmeldung P 39 25 202.7 wird das vermieden. Die Zahnung der Förderkegelzahnräder ist nur zum Zweck der optimalen Mediumförderung ausgelegt und zur Drehübertragung mit Drehsynchronisierung ist ein zusätzliches Kupplungs­ getriebe vorgesehen. Dadurch kann eine derartige Kegelzahn­ radpumpe bei großem Zahnmodul mit entsprechend großen Förder­ zähnen und Förderzahnlücken, gegebenenfalls mit elastischer Zahnung mit hoher Drehzahl betrieben werden, weil die Förder­ zähne und Förderzahnlücken im Zahnberührungsbereich beider Förderkegelräder reibungsfrei gegeneinander geführt sind.

Bei Verwendung der Kegelzahnradpumpe für eine hohe Förder­ leistung oder auch bei Verwendung als Dickstoffpumpe ist es ein Nachteil, daß über dieses Kupplungsgetriebe ein relativ hohes Drehmoment übertragen werden muß, wobei bei Anordnung des Kupplungsgetriebes im Achsschnittpunkt der Förderkegel­ zahnräder der Einbauraum für die Auslegung des Kupplungsge­ triebes eingeschränkt ist.

Bei Verwendung als Dickstoffpumpe wird eine erfindungsgemäße Kegelzahnradpumpe aus strömungstechnischen Gründen mit relativ geringer Umdrehungszahl der Förderkegelzahnräder betrieben, wo­ durch das Antriebsdrehmoment zwangsläufig ansteigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Kegelzahnradpumpe, welche auch als Dickstoffpumpe geeignet ist und ein hohes Drehmoment zum Zweck einer hohen Pumpleistung, oder bei Verwendung als Dickstoffpumpe aufnehmen kann.

Diese Erfindungsaufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nach der im Hauptpatent gestellten Erfindungsaufgabe, daß durch großvolumige Zähne und Zahnlücken ein hohes Förder­ volumen in bezug zum Bauraum erreicht wird, hat sich ge­ zeigt, daß auch bei Verwendung einer Kegelzahnradpumpe als Dickstoffpumpe ein großer Zahnmodul eine Voraussetzung für eine gute Pumpleistung ist.

Zur Erreichung eines hohen volumetrischen Wirkungsgrades soll dabei der Zahnspielraum Null sein. Dieses ist nur möglich, wenn ein Zahnrad wenigstens im Zahnungsbereich aus elastischem Material besteht und dadurch ein dichtender Abwälzvorgang im Zahnberührungsbereich abläuft.

Mit einer Zahnung aus elastischem Material ist aber für eine längere Betriebszeit eine Drehmomentübertragung nicht möglich. Durch den erfindungsgemäßen Antrieb beider Förderkegelzahn­ räder entfällt die Drehmomentübertragung in der Förderzahnung und die Verwendung einer ganz oder teilweisen elastischen Förderzahnung ist möglich.

Vorteilhaft kann beim Antrieb beider Kegelförderzahnräder auch zusätzl. die Drehsynchronisierung der Kegelförderzahnräder mit einem Kupplungsgetriebe entsprechend dem Vorschlag der Hauptpatent­ anmeldung sein.

Die Drehsynchronisierungseinrichtung braucht durch den separaten Antrieb beider Förderkegelräder nur für eine weitgehend dreh­ momentfreie Drehsynchronisierung ausgelegt sein.

Besonders vorteilhaft ist der Antrieb über zwei polgleiche parallel geschaltete Elektromotoren oder Rekulanzmotoren. In den meisten Anwendungsfällen ist die durch die Stromfrequenz gegebene Dreh­ synchronisierung ausreichend. Bei besonders hoher Anforderung an die Drehsynchronisierung können zusätzlich diese über ein Kupplungsgetriebe oder eine elektrische Welle miteinander ver­ bunden sein.

Die Elektromotoren können auch als Schrittmotoren über eine elektronische Steuereinrichtung im Gleichlauf gesteuert sein, wobei mit der elektronischen Schrittmotorensteuerung eine Drehzahlregelung verbunden sein kann und somit die Steuerung der Pumpe als Dosierpumpe auf einfache Weise möglich ist.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Antriebseinheiten Elektro- oder andere Motorarten nicht direkt die Förderkegelräder antrei­ ben, sondern über eine Nebenwelle angetrieben werden.

Für ein mechanisches Kupplungsgetriebe, daß im Abrieb dem Winkel­ versatz der Förderkegelräderachsen entspricht, ist dann der Bauraum nicht eingeschränkt und mit einer Kraftübertragung mittels Zahnriemengetriebe kann gleichzeitig das Drehzahl­ verhältnis geregelt sein.

Der Antrieb mit einer Nebenwelle kann auch mit einem Antriebs­ aggregat ausgeführt sein. Bei einem neben den Förderrädern an­ geordneten Kupplungsgetriebe ist auch eine Verunreinigung durch Lecköl aus dem Kupplungsgetriebe bei z. B. Förderung von ölfreier Luft ausgeschlossen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft bei Ausführung einer erfindungsgemäßen Kegelzahnradpumpe als Dickstoffpumpe die Aus­ bildung des Abflußkanals für das geförderte Medium und die Zahnung.

Bei Zuführung des zu fördernden Mediums im Innenbereich der Förderzahnung wird die Verdrängungswirkung der Förderzahnung durch die Fliehkraftwirkung unterstützt. Der Abflußkanal für das zu fördernde Medium ist in einem Teilbereich der vom Gehäuse gebildeten Außenumfassung der Förderzahnräder ausge­ bildet und erstreckt sich in diesen in einem weiten Bereich. Dadurch werden evtl. im Fördermedium befindliche Festteile durch Fliehkraft aus der Förderzahnung schon vor dem Ver­ drängungsabschnitt aus der Förderzahnung entfernt.

Dieser Effekt wird durch Verwendung von schräg- oder bogenverzahnten Förderrädern noch unterstützt, wobei darauf zu achten ist, daß der Steigungswinkel der Zähne derart ge­ wählt ist, daß der Zahneingriff an dem zur Kegelspitze der Räder weisenden Ende der Zähne beginnt.

Bei der Verwendung der Kegelzahnradpumpe, im besonderen als Dickstoffpumpe muß die Zahnung mit einem großen Modul je nach Fördermedium und Pumpengröße mit wenigstens Modul 5 bis zu Modul 20 und mehr ausgelegt sein, weil das Förderverhalten bei Dickstoffen von der Größe eines einzelnen Förderraumes abhängig ist. Dickstoffe werden in der Regel ungefiltert angesaugt. Neben der Zähflüssigkeit enthalten sie oft Feststoffe in unter­ schiedlicher Körnungsgröße, welche von den Förderräumen mit dem Fördermedium aufgenommen werden müssen. Je größer der Querschnitt des einzelnen Förderraumes in Bezug zur Fremd­ stoffkörnung und zur Zähflüssigkeit des Fördermediums ist, desto besser ist der Füllungsgrad des einzelnen Förderraumes und somit die Pumpleistung.

Bei Verwendung einer Kegelzahnradförderpumpe als Dickstoff­ pumpe hat die Größe des Zahnmoduls eine eigene erfinderische Bedeutung, weil durch die Auslegung des Zahnmoduls Dickstoffe aller Art, einschließlich thermoplastischer Kunststoffe, welche durch Erwärmen plastifiziert sind, gefördert werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein teilweise im Schnitt dargestelltes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Kegelzahnradpumpe,

Fig. 2 die Darstellung einer Kegelzahnradpumpe mit Antrieb durch eine Nebenwelle und außen angeordneten Dreh­ synchronisierungsgetriebe,

Fig. 3 die Darstellung eines Gehäuseteiles mit Draufsicht auf ein Förderkegelrad mit Ausbildung des Abfluß­ kanals bei Ausführung als Dickstoffpumpe mit sche­ matischer Zuflußdarstellung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Förderkegelräder nach der Fig. 1 ohne Gehäuse in Ansicht.

Die in der Fig. 1 dargestellte Kegelzahnradpumpe umfaßt ein Maschinengehäuse 1 mit zwei Kegelzahnförderrädern 2, 3, welche mit Wellen 4, 5 über Kugellager 6 im Gehäuse 1 gelagert sind. Die Förderkegelzahnräder 2, 3 werden jedes für sich mit einem Elektromotor 7, 8 angetrieben. Die Elektromotore 7, 8 können mit ihrem Flansch auch als seitliche Gehäuseteile 9, 10 der Kegelzahnradpumpe ausgebildet sein.

Polgleiche Drehstromelektromotoren sind durch die Drehstrom­ frequenz bei Parallelschaltung drehsynchronisiert. Diese Dreh­ synchronisierung ist nicht in allen Anwendungsbereichen einer erfindungsgemäßen Kegelzahnradpumpe ausreichend. Sondermotor­ bauarten, wie Rekulanzmotoren oder Schrittmotoren mit ent­ sprechender Steuerung oder die Verbindung beider Motoren mit einer sogenannten elektrischen Welle oder mit einem Kupplungs­ getriebe entsprechend der Hauptpatentanmeldung bieten weitere Möglichkeiten zur Drehsynchronisierung beider Kegelförderräder, wie sie im besonderen für Ausführungen mit berührungsfreiem Zahneingriff bei sehr hohen Drehzahlen der Förderkegelräder erforderlich ist.

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, können beide Antriebswellen 4, 5 über eine Nebenwelle 11 und ein Zahnriemenvorgelege angetrieben werden. Die Antriebsräder 12, 13 müssen dabei mit einer entsprechenden Winkelstellung der Flucht der Ab­ triebsräder 14, 15 entsprechen.

Dieser Winkelversatz wird zweckmäßig in einem Kupplungsge­ triebe 16 aufgenommen, über welches gleichzeitig beide An­ triebsräder 12, 13 drehsynchron miteinander verbunden sind. Bei Anordnung des Kupplungsgetriebes 16 neben dem Pumpen­ gehäuse 1 ist dessen Baugröße nicht wie bei Anordnung im Schnittpunkt der Kegelförderradachsen eingeschränkt.

Die Fig. 3 zeigt die Ausbildung des Abflußkanals bei Verwendung einer Kegelzahnradpumpe als Dickstoffpumpe für ein Medium, welches Feststoffe in größerer Körnung enthält.

Wie bekannt, wird über die Zahnung der Kegelzahnräder das zu fördernde Medium in dem durch die Winkelstellung der Förder­ kegelräder gegebenen im gegenseitigen Zahneingriff im Zusammen­ laufbereich der Zahnung aus der Zahnung hinausgedrückt bzw. gefördert und im Auseinanderlaufbereich der Zahnung angesaugt, wobei durch die gleichzeitig radiale Bewegung der Förderzahnung ein kontinuierlicher Ablauf erfolgt.

Die als Förderräume wirkenden Zahnlücken 17 (Fig. 4) werden dabei im Zusammenlaufbereich 18 der Zahnung keilförmig von innen nach außen verkleinert. Im Fördermedium befindliche Feststoffe könnten diesen Vorgang durch Einklemmen behindern oder bewirken einen Verschleiß der Zahnung.

Um dieses zu verhindern, erstreckt sich der im Gehäuse 1 teil­ ringförmig ausgebildete Ablaufkanal 19 im Umfang radial an­ nähernd bis zum Ende des Ansaugbereiches 20, welcher mit einem Ansaugkanal 21 verbunden ist.

Der Ansaugkanal ist im Innenraum oder bei geringer Drehzahl in der Umfassung 21a der Förderräder angeordnet.

Dadurch können die Feststoffe durch die gegebene Fliehkraft 22 aus den Förderräumen ent­ weichen und werden mit Unterstützung der drehenden Förder­ räder im Ablaufkanal 19 zum Ablauf 23 gefördert. Dieser Effekt wird verbessert, wenn der Ablaufkanal 19 spiralförmig in Richtung Ablauf 23 erweiternd ausgebildet ist und schräg- oder bogenverzahnte Förderräder verwendet werden.

Wird eine Kegelzahnradpumpe als Dickstoffpumpe verwendet, dann ist die Zahnungsgröße, welche als Zahnmodul bezeichnet wird, von ausschlaggebender Bedeutung. Je größer der Quer­ schnitt des einzelnen Förderraumes, der identisch mit einer Zahnlücke 17 ist, desto geringer ist der Füllungswiderstand, vergleichbar wie der bekannte Zusammenhang Konsistenz des Fördermediums - Rohrquerschnitt - Fließwiderstand.

Hoher Fließwiderstand bedeutet schlechte Ansaugleistung. Um diese zu verhindern, sollte der Zahnmodul nicht kleiner wie fünf bevorzugt bis zu Modul 20 und darüber ausgeführt sein.

Claims (13)

1. Kegelzahnradpumpe, im besonderen für hohe Förderleistung und zur Verwendung als Dickstoffpumpe mit zwei in einem Gehäuse (1) angeordneten Kegelzahnrädern (2, 3), deren Achsen entsprechend der Kegelform schräg zueinander ver­ laufend angeordnet sind, welche durch Ineinandergreifen von Zähnen und Zahnlücken miteinander formschlüssig ver­ bunden sind, deren Zahnlücken (17) beim Drehen Förder­ räume bilden und ein Medium von einem Saugbereich (20) zu einem Druckbereich (18) fördern, mit einem Kupplungs­ getriebe zur Drehsynchronisierung der Kegelzahnförderräder (2, 3) nach der Patentanmeldung P 39 25 202.7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Förderkegelräder (2, 3) separat drehsynchronisiert angetrieben wird.

2. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Förderkegelrad (2, 3) über ein eigenes Antriebs­ aggregat (7, 8) angetrieben wird.

3. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsaggregate (7, 8) zwei polgleiche parallel geschaltete Elektromotoren oder Rekulanzmotoren verwendet werden, wobei die Drehsynchronisierung durch die Drehstrom­ frequenz erfolgt.

4. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroschrittmotoren mit einer elektronischen Gleich­ laufsteuerung verwendet werden.

5. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsynchronisierung über eine elektrische Welle erfolgt.

6. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsynchronisierung durch ein Kupplungsgetriebe (16) erfolgt.

7. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb Förderkegelräder über eine Nebenwelle (11) erfolgt.

8. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strecke der Nebenwelle (11) ein Kupplungsgetriebe (16) angeordnet ist.

9. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im feststehenden Gehäuse (1) ein teilringförmiger Ablaufkanal (19) am Umfang der Kegelförderräder angeordnet ist, welcher sich annähernd radial bis zum Ende des Ansaug­ bereichs (20) erstreckt.

10. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufkanal (19) im Ablauf (23) mündet.

11. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablaufkanal (19) sich spiralförmig in Richtung Ablauf (23) erweiternd ausgebildet ist.

12. Kegelzahnradpumpe im besonderen zur Verwendung als Dickstoff­ pumpe mit zwei in einem Gehäuse (1) angeordneten Kegelrädern (2, 3), deren Achsen entsprechend der Kegelform schräg zuein­ ander verlaufend angeordnet sind, welche durch Ineinander­ greifen von Zähnen und Zahnlücken (17) beim Drehen Förder­ räume bilden und dabei ein Medium von einem Saugbereich (20) zu einem Druckbereich (18) fördern, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß der Modul der Förderzahnung (17) zweck­ gebunden zur Dickstofförderung größer wie Modul 4 bevor­ zugt bis Modul 20 und darüber ausgeführt ist.

13. Kegelzahnradpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderzahnung (17) als Schräg- oder Bogenverzahnung ausgebildet ist.