DE4310518C1 - Zahnradpumpe zum Fördern eines fließfähigen Mediums - Google Patents

Zahnradpumpe zum Fördern eines fließfähigen Mediums

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Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zum Fördern eines fließfähigen Mediums. Auf den Oberbegriff von Anspruch 1 wird verwiesen.
Zahnradpumpen dieser Art werden sowohl für stationären als auch für mobilen Betrieb eingesetzt. Die bekannten Vorteile bestehen vor allem darin, hohe und höchste Drücke zu erzielen, bei verhältnismäßig genauer volumetrischer Dosierung.
Aus zahlreichen Dokumenten ist es bekannt, miteinander kämmende Zahnräder in axialer Richtung relativ zueinander zu verschieben, um die Fördermenge während des Betriebes zu verändern. Dieser Gedanke ist beispielsweise in US 5 184 947 enthalten. Dort ist ein axial unverschiebbares Zahnrad in einem Gehäuse gelagert. Ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten kämmt, ist in einem Schlitten gelagert, der achsparallel zum ersten Zahnrad verschiebbar ist.
DE 41 21 074 A1 beschreibt eine Außenzahnradpumpe mit stufenlos veränderbarem Förderstrom. Auch hierbei sind zwei relativ zueinander verschiebbare Zahnräder vorgesehen. Das angetriebene Zahnrad ist in einem Gehäuse gelagert, während das mitdrehende Zahnrad in Abhängigkeit von der an der Pumpe anstehenden Flüssigkeits-Druckdifferenz verstellt wird.
Diese bekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil einer mangelhaften Abdichtung des Arbeitsraumes auf. Die Dichtungen unterliegen ganz erheblichen Drücken und damit einem hohen Verschleiß, wodurch die Lebensdauer der Zahnradpumpe begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß deren Hauptzweck des leichten und schnellen Veränderns der Fördermenge während des Betriebes einwandfrei erfüllt wird, daß aber die Abdichtungen in geringerem Maße dem Verschleiß ausgesetzt sind als vorbekannte Zahnradpumpen, und daß der bauliche Aufwand in Grenzen gehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Dahin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt eine mit zwei Zahnrädern ausgerüstete Pumpe in einem Längsschnitt.
Die Fig. 2 bis 5 sind Querschnitte in den Ebenen A-A, B-B, C-C und in den versetzten Ebenen D-D.
Fig. 6 zeigt in vergrößerter, perspektivischer Darstellung das nicht verschiebbare der beiden Zahnräder mit Einzelheiten einer verschiebbaren Stirnwand plus zugehöriger Dichtelemente.
Fig. 7 zeigt die Pumpe in drei verschiedenen Betriebszu­ ständen.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Zahnradpumpe mit zwei feststehenden, zueinander koaxialen Zahnrädern sowie mit einem verschiebbaren, zu den beiden erstgenannten achsparallelen Zahnrad.
Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Zahnradpumpe weist zwei Zahnräder 1 und 2 auf. Diese sind achsparallel zueinander angeordnet und kämmen auf einem Teil ihrer Länge miteinander. Es ist ein Gehäuse 3 vorgesehen, das Umfangs­ wände 3.1 und 3.2 aufweist, ferner Stirnwände 3.3 und 3.4. Das eine der beiden Zahnräder, nämlich Zahnrad 2, ist axial unverschiebbar. Es ist an seinem rechten Ende in der Gehäusestirnwand 3.4 gelagert, und an seinem linken Ende an einer Zwischenwand 6; diese bildet mit der Gehäuse-Außen­ wand 3.2 ein einziges Teil, das im vorliegenden Falle ein Gußteil ist. Das andere der beiden Zahnräder, nämlich das Zahnrad 1, ist in axialer Richtung, und damit auch relativ zu Zahnrad 2 und zum Gehäuse 3 verschiebbar. Es ist in Stirnwänden 7, 8 gelagert, die gemeinsam mit Zahnrad 1 verschiebbar sind. Die verschiebbaren Wände 7, 8 sind außerdem durch eine Brücke 9, auf die noch näher eingegangen werden soll, fest miteinander verbunden. Die verschiebbaren Zwischenwände 7, 8 sowie die Brücke 9 bilden somit einen axial verschiebbaren Schlitten. Die beiden Räume zwischen der linksseitigen Gehäuse-Stirnwand 3.3 und der verschiebbaren Stirnwand 7 einerseits sowie zwischen der rechtsseitigen Gehäuse-Stirnwand 3.4 und der verschieb­ baren Stirnwand 8 andererseits sind jeweils mit Anschlüssen 10, 11 zum Eintritt bzw. Austritt eines Steuermediums versehen.
Aus Fig. 2 erkennt man, daß die beiden Zahnräder 1, 2 miteinander kämmen. Dabei sind sie in einer ganz bestimmten Weise von der Umfangswand 3.2 des Gehäuses 3 einerseits und von der Brücke 9 andererseits umgeben. Wie man aus Fig. 2 erkennt, bildet nämlich die innere Fläche der Umfangswand 3.2 mit Zahnrad 1 auf einem Teil von dessen Umfang einen Förderspalt 15. Die innere Wandfläche der Brücke 9 hingegen bildet mit Zahnrad 2 auf einem Teil von dessen Umfang einen Förderspalt 16. Wie man erkennt, nehmen die Weiten der Förderspalte 15, 16 in Drehrichtung der Zahnräder 1, 2 ab. Für das zu fördernde Fördermedium ist ein Einlaßbereich 17 mit einem Einlaß 17.1 und ein Auslaßbereich 18 mit einem Auslaß 18.1 gebildet. Aus Fig. 2 erkennt man, daß die genannten Bereiche 17, 18 unter Mitwirkung der Innenflächen von Gehäuse-Umfangswand 3.2 und Brücke 9 sowie der Umfänge der beiden Zahnräder 1 und 2 begrenzt sind. Aus Fig. 1 erkennt man, daß in axialer Richtung zur Begrenzung die in der Zeichnung rechte Fläche der Zwischenwand 6 und die in der Zeichnung linke Fläche der verschiebbaren Stirnwand 8 dient. Die beiden letztge­ genannten Flächen begrenzen zugleich den eigentlichen Arbeitsraum der Zahnradpumpe.
Fig. 6 läßt erkennen, daß die verschiebbare Zwischenwand 8 nicht nur zur Begrenzung und Abdichtung des Arbeitsraumes dient, sondern auch eine Lagerfunktion für Zahnrad 2 hat. Man erkennt aus Fig. 6 im einzelnen die Wand 8, ein von dieser getragenes Radiallager 8.1, eine Dichtung 8.2 zur Abdichtung der Zahnkontur gegen das Radiallager 8.1, eine Wellendichtung 8.3 sowie eine Dichtung 8.4 zum Abdichten der verschiebbaren Wand 8 gegen die Umfangswand 3.2 des Gehäuses 3. Man erkennt ferner wieder einen Ausschnitt der Brücke 9 sowie einen Schlittendeckel 8.5.
Wie man ferner erkennt, befinden sich im Gehäuse 3 drei Kammern 20, 21, 22. Die eine dieser Kammern, nämlich Kammer 21, befindet sich innerhalb der Brücke 9. Es ist vorteilhaft, daß die beiden Kammern 21 und 22 unter Druck stehen. Damit sind die Wände 6 und 8 und somit auch die umlaufenden Dichtungen 8.2, 8.3 und 8.4 auch von außen her druckbeaufschlagt, was sämtliche Dichtungen zwischen den festen und den beweglichen Teilen entlastet.
Es ist vorteilhaft, zwischen den Kammern 21 und 22 eine leitende Verbindung herzustellen, damit die eine Kammer die andere speisen kann. Die Arbeitsweise dieser ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe ist in Fig. 7 dargestellt, wobei sich einzelne Arbeitspositionen aus den Fig. 7.1, 7.2 und 7.3 ergeben.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7.1 ist der genannte Schlitten mit Zahnrad 1 in eine mittlere Position verbracht, wobei der axiale Überdeckungsgrad der beiden Zahnräder 1, 2 eine Zwischengröße einnimmt. In diesem Zustand hat das geförderte Volumen einen mittleren Wert.
Bei der Arbeitsposition gemäß Fig. 7.3 ist der Über­ deckungsgrad der beiden Zahnräder 1, 2 so groß, wie dies die Konstruktion der Pumpe erlaubt. Der Schlitten, und damit auch Zahnrad 1, sind so weit wie möglich nach rechts verschoben. Der Überdeckungsgrad ist maximal. Demgemäß ist auch das Fördervolumen maximal.
In der Arbeitsposition gemäß Fig. 3 geht der Überdeckungs­ grad gegen null, damit auch die Fördermenge.
Die Steuerung des Schlittens erfolgt über die obenge­ nannten Anschlüsse 10 und 11 durch ein entsprechendes, druckbeaufschlagtes Steuermedium. Hiermit läßt sich der Schlitten stufenlos verfahren und in jeder beliebigen Position halten. Man erkennt hieraus, daß während des Betriebes ein stufenloses Einstellen der Fördermenge möglich ist.
Die Pumpe läßt sich durch fremderzeugten oder eigener­ zeugten hydrostatischen Druck verstellen, im letzten Falle nur während des Betriebes. Um jederzeit Verstelldruck parat zu haben, könnte ein Druckspeicher vorgesehen werden. Dieser braucht nur minimale Abmessungen zu haben und kann gegebenenfalls zwischen den Außenwänden 3.1, 3.2 einerseits und der Brücke 9 andererseits untergebracht sein.
Die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnrad­ pumpe, dargestellt in Fig. 8, unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß insgesamt drei Zahnräder vorgesehen sind, nämlich ein unteres, axial verschiebbares Zahnrad 1 sowie zwei obere, ortsfeste Zahnräder 2.1, 2.2, die koaxial zueinander angeordnet sind. Man erkennt auch hier wiederum ein Gehäuse 3 mit Umfangswänden 3.1, 3.2, Stirnwänden 3.3 und 3.4 sowie im wesentlichen allen übrigen Bauteilen der ersten Ausführungsform.
Der Vorteil dieser dreirädrigen Ausführungsform besteht darin, daß zwei Arbeitsräume vorhanden sind. Die Breite dieser Arbeitsräume ist mit den Bezugszeichen a1 und a2 angegeben. Die Arbeitsräume sind begrenzt durch die beiden äußeren, verschiebbaren Stirnwände 7, 8 des Schlittens sowie durch eine feststehende Zwischenwand 6.
Wie man am besten aus den Längsschnitten erkennt, ist jeweils am arbeitsraumseitigen Ende des einzelnen Zahnrades der Zahnlückengrund radial einwärts etwas tiefer gelegt, wobei der gegen die stirnseitige Fläche des betreffenden Zahnrades hin abfällt. Hierdurch wird eine einwandfreie Abfuhr von Quetschöl in den Niederdruckbereich 17 ermöglicht.
Auch ist es klar, daß die Ausdrucksweise "Zahnrad" nicht zu eng verstanden werden kann. So sind in den Zeichnungen beispielsweise Wälzkörper erheblicher axialer Erstreckung vorgesehen, bei denen das Verhältnis von axialer Baulänge zu Durchmesser recht groß ist, beispielsweise 2 : 1. Statt dessen läßt sich die Erfindung auch anwenden bei Zahnrädern, die recht flach sind, und somit ein sehr geringes Verhältnis der axialen Erstreckung zum Durchmesser haben.
Weiterhin versteht es sich, daß sich die Erfindung nicht nur bei Pumpen anwenden läßt, sondern auch bei hydrostatischen Motoren.

Claims (3)

1. Zahnradpumpe oder -motor zum Fördern eines fließfähigen Mediums, mit den folgenden Merkmalen:
  • 1.1 mit Zahnrädern (1, 2), die achsparallel zueinander angeordnet sind und die paarweise miteinander kämmen;
  • 1.2 mit einem Gehäuse (3), das die Zahnräder (1, 2) umschließt und eine Umfangswand (3.1, 3.2) aufweist;
  • 1.3 eine innere Wandfläche bildet mit den Zahnrädern (1, 2) Förderspalte (15, 16), die sich jeweils über einen Teil des Umfanges der Zahnräder (1, 2) erstrecken;
  • 1.4 im Einlaßbereich (17) der Förderspalte (15, 16) ist ein Niederdruckraum mit einem Einlaß (17.1), und im Auslaßbereich (18) der Förderspalte (15, 16) ist ein Hochdruckraum mit einem Auslaß (18.1) für das Fördermedium vorgesehen;
  • 1.5 eines der Zahnräder (1, 2) ist mit dem Gehäuse (3) fest verbunden, während das andere in axialer Richtung verschiebbar ist;
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1.6 das verschiebbare Zahnrad (1) trägt an seinen beiden Enden je eine mit ihm fest verbundene Stirnwand (7, 8);
  • 1.7 die beiden Stirnwände (7, 8) liegen dichtend an der Innenfläche der Umfangswand (3.1, 3.2) des Gehäuses (3) an;
  • 1.8 die innere Wandfläche ist aus einer Wand (9) gebildet, die die beiden verschiebbaren Stirnwände (7, 8) überbrückt und zusammen mit diesen einen im Gehäuse (3) verschiebbaren Schlitten bildet;
  • 1.9 das feststehende Zahnrad (2) trägt an seinem freien Ende eine mit ihm fest verbundene Stirnwand (6), die dichtend an der inneren Wandfläche der Wand (9) anliegt.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich in axialer Richtung an den Arbeitsraum anschließenden Räume (20, 22) jeweils an ein Druckmedium anschließbar sind.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am arbeitsraumseitigen Ende des einzelnen Zahnrades (1, 2) der Zahnlückengrund zwecks Abfuhr von Quetschöl in den Niederdruckbereich radial einwärts ausgespart ist.
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