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Zahnradpumpe zum periodischen Fördern von Flüssigkeit Die Erfindung
bezieht sich auf eine Zähnradpumpe zum periodischen Fördern von Flüssigkeit, insbesondere
zum Einspritzen von Brennstoff.
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Es sind Zahnradpumpen zur kontinuierlichen Förderung von Flüssigkeit
bekannt, bei denen der Quetschraum zwischen den in Eingriff befindlichen Zähnen
durch seitliche Umgehungskanäle mit der Druckleitung in Verbindung steht. Dadurch
soll die beim Zahneingriff zwangsläufig eintretende Quetschwirkung vermieden werden',
um -die mechanische Beanspruchung der Zahnräder zu verringern und den Wirkungsgrad
der Pumpe zu erhöhen. Da die Ouetschflüssigkeit hierbei in die kontinuierlicigeförderte
Druckflüssigkeit gelangt, sind derartige Zahnradpumpen zum periodischen Fördern
von Flüssigkeit nicht geeignet.
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Es sind auch schon Zahnradpumpen zum Einspritzen von Brennstoff bekannt,
die den Brennstoff kontinuierlich in einen Sammelbehälter drücken, aus dem er über
eigene mechanisch, elektrisch oder elektromagnetisch gesteuerte Verteiler den Düsen
zugeführt wird. Die neben den Zahnradpumpen benötigten Verteiler stellen in diesem
Fall einen so erheblichen wirtschaftlichen und betrieblichen Aufwand dar, daß sich
derartige Pumpen nicht mit Erfolg einzubürgern vermochten.
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Demgegenüber liegt das Neue der Erfindung darin, daß die Förderung
der Zahnradpumpe ausschließlich unter Benutzung der Quetschwirkung zwischen den
jeweils in Eingriff befindlichen Zähnen erfol -t. Durch diese Ausnutzung der Quetschwirkung
können Zahnradpumpen unmittelbar zum periodischen Fördern von- Flüssigkeit herangezogen
werden, wobei es mit verhältnismäßig einfachen Mitteln gelingt, die Förde#rstöße
druck- und mengenmäßig den Verbrauchsstellen anzupassen. Mit solchen Pumpen ist
es insbesondere möglich, Brennstoff unmittelbar
einzuspritzen, ohne
daß es hierzu verwickelter' Verteiler bedürfte. Die überraschende Einfachheit dieser
Pumpe verbürgt nicht nur eine billige Herstellung, sondern gleichzeitig auch einen
wirtschaftlichen, keinerlei Wartung erheischenden Betrieb.
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Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung näher veranschaulicht.
Es zeigt: Fig. i einen Hauptschnitt durch eine dop-
pelte Zahnradpumpe (längs
der Linie A-A in Fig. 2) und Fig..2 einen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. I,
Fig. 3 das Druckdia gramin der linken und Fig. 4 der rechten Pumpenseite,
Fig. 5 das gemeinsame Druckdiagranim bei maximaler, Fig. 6 bei Mittlerer
und Fig 7 bei IN Tullförderung.
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Das Antriebsmoinent wird durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle
i eingeleitet. Antriebswelle i und Zentralpumpenrad,2 sind aus einem Stück gearbeitet.
Von den beiden Zahnlücken 31, 3.# des ZentralradeS 2 führen Schlitze 4" 4, in das
Innere der hohlen Antriebswelle i. Die Schlitze 41, 42 erstrecken sich fast über
die ganze Zahnbreite und sind mit Hilfe eines in die hohle Antriebswelle i eingesetzten
Zapfens 5 derart ausgebildet, daß Oberflächenform und Kantenübergänge ein
NIindestmaß an Strömungswiderstand zur Folge haben. Die beiden Planetenzahnräder
6" 6, stehen mit dem Zentralpurnpenrad 2 in ständigem Eingriff. Durch den
spielfreien Eingriff der. Zähne 71 bzw. 7, der Planetenzahnräder
61 bzw. 62 Mit den Zähnen -2, bzw. 2. des Zentralpumpenrades
2 wird die in den Ziahnlücken 31, 32 befindliche Flüssigkeit verdrängt und
gelangt durch die Schlitze 411 42 in das Innere der Antriebswelle i.
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Uni die Quetschwirkung nur zwischen ganz bestimmtei7Zähnen in Erscheinung
treten zu lassen, sind alle übrigen Zähne, die zwar des synchronen Laufes wegen
vorhanden sein müssen, auf deren Quetschwirkung aber verzichtet wird, nicht mit
voller Zahnbreite ausgeführt, so daß die von ihnen gequetschte Flüssigkeit seitlich
entweichen kann. Nur die Zähne 7" 7, der Planetenzahnräder
61, 6.
haben die volle Zahnbreite und quetschen daher auf die in den Zahnlücken
3" 3, befindliche Flüssigkeit. Die Zähne des ZentralpunipenradeS 2 sind dagegen
in voller Zahnbreite ausgeführt.
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Das Planetenzahnrad 6, ist auf einem Bolzen 8 gelagert,
der an der hinteren Seitenwand 9 des Pumpengehäuses 19 befestigt ist.
Das Planetenzahnrad 6, ist dagegen auf einem Bolzen io gelagert, der auf
dem zur Antriebswelle i gleichachsigen, die vordere Seitenwand des Punipengehäuses
bildenden Planetenträ '-er 11 sitzt, der durch die Schnecke 17 und
den diese Schnecke tragenden Gehäuseteil mit der hinteren Seitenwand 9 des
Pumpengehäuses verbunden ist. Das vorstehende Ende des Bolzens io ist in einer nierenförmigen
Auslielimung 18 des Pumpengehäuses ig um die Achse der Antriebswelle i schwenk-bar.
Eine Drehung der hinteren Seitenwand 9 gegen oder im Drehsinn der Antriebswelle
i bewirkt eine Schwenkung der Planetenzahnräder (51 und 0, um das Zentralpun-ipenrad
:2. Die Folge ist, daß die Pl#anetenzahnräder 61 und 6.
mit
ihren Zähnen 7, bzw. 7, 'früher oder später in die zugeordneten Zahnlücken
31 bzw. 3, eindringen, so daß der Beginn der Förd - erung früher oder
später erfolgen kann. Eine Schwenkung des Planetenträgerm ii hat eine Verstellung
des Förderbeginnes für das Planetenzahnrad 6, allein zur Folge.
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An der hinteren Seitenwand 9 befindet sich ein zapfenartiger
Ansatz 12 mit einem seitlichen Schlitz 13, der in Verbindung mit dem Schlitz 14
der Antriebswelle i als Drehschieber wirkt. Aufgabe dieses Drehschiebers
13, 14 ist es, die Verbindung zwischen dem Sanmielraum (Hohlraum der Antriebswelle
i) und der Druckleitung, die zur Verbrauchsstelld# (Düse) führt, nur zu ganz bestimmten
Zeiten herzustellen. Die Schlitze 13, 14 decken sich dann und nur dann, wenn
das Planetenzahnrad 6, Flüssigkeit fördert. In dem Augenblick, in dein Planetenzahnrad
6, seine Förderung beendet hat, d. h. dessen Zahn 7, sich an der tiefsten
Stelle der Zahnlücke3, befindet, bat der Schlitz 14 den Schlitz 13 überschliffen,
so daß die Druckleitung abgeschlossen ist.
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Die Kurven in Fig. 3 zeigen den Druckverlauf dieser Förderung
über der Zeit. Der Abstand. der vertikalen, strichlierten Geraden zu Beginn und
am Ende des Kurvenastes entspricht der Zeit, während der der Drehschieber 13, 14
öffnet. Die Offnungszeit des Drehschiebers ist also ebenso lang wie die Förderzeit
des ZahnradpaareS 2, 6,. Die Förderzeit erstreckt sich über die halbe Eingriffsdauer
bzw. den halben Eingriffswinkel a des Zahnes 71.
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Da auf ein Eindringen in die ZahnlÜcke 31
auch ein Entfernen
aus derselben stattfinden Muß, folgt auf eine Druckperiode, die einer Quetschung
entspricht, eine Saugperiode. Um das Auftreten von luftleeren-Räulnen zu verhindern,
Muß der Flüssigkeit im Pumpenrauni 19, die Möglichkeit geboten werden, in
die frei werdenden Zalinlücken nachzuströmen-Zu diesem Zweck befindet sich in der
hinteren Seitenwand 9 eine niuldenförmige Vertiefung 15, die mit der
im Pumpengehäuse 19 befindlieben Flüssigkeit dauernd in Verbindung,
steht.
Die Vertiefung 15 wird von der Zahnlücke 3, und dem Zahn 7 gerade
in dem -Augenblick überstrichen, in dem beide sich voneinander entfernen. Auf der
Seite des anderen Planetenzahnrades 6., ist keine solche Vertiefung vorhanden.
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Wie aus Fig. -1 hervorgeht, schließt sich hier an den pasitiven
Kurvenast, welch-er der Druckperiode entspricht, ein symmetrischer negativer Kurvenast
an, welcher der Saugperiode entspricht.
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Die Wirkungsweise der Pumpe ist folgende: Angenommen sei, daß die
Planetenzahnä del - 6" 6. einander genau diametral gegenüberstehen. Dann
werden die Zähne 7" 72 im selben Augenblick in die ihnen zugeordneten Zahnlücken
3" 3.-, eindringen, und die von beiden -/-'.ihnen erzeugte Quetschung fördert
Flüssigkeit durch den zur selben Zeit Igeöffneten Drehschieber 13, 14 in
die Druckleitung. Sobald die Zähne 6, 6, sich aus ihren Zahnlücken 3v
32 entfernen, schließt der Dreliscliieber 13, 14. Über die Vertiefung 15
strömt Flüssigkeit in die ZahnlÜcke 31, aber auch in die Zahnlücke 32 ein,
da die beiden Zahnlücken untereinander durch die Schlitze 4" 4-, in dauernder Verbindung
stehen. All der Verbranchsstelle wird sich nur der Teil der Druckförderun-
auswirken en 5
der in Fig. 5 zwischen den beiden vertikalen, strichlierten
Geraden stark ausgezogen ist.
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Wird nun der zapfenartige Ansatz 12 der hinteren Seitenwand
9 mittels der selbstsperrenden Schnecke 16 -c-en oder ini Drehsinne der Antriebswelle
i verdreht, so wird dadurch sowohl das Planetenzahnrad 6, als auch das Planetenzahnrad
6. um dasselbe Winkelinaß gegen oder im Drehsinne der Antriebs-#Nelle
i verscbwenkt, weil der Planetenträlger i i durch eine selbstsperrende Schnecke
17 mit dein Purnpengehäuse ig und dieses durch Stiftschrauben mit der hinteren Seitenwand
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verbunden ist. 1,--s wird dadurch zwar eine zeitliche Verlegung der Pumpenförderung
nach Fig. _#, nicht aber eine Veränderung der geförderten Flüssigkeitsmenge hervorgerufen.
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Wird hingegen der Planetenradträger il mittels der selbstsperrenden
Schnecke 17
gegen den Drelisinn der Antriebswelle i verdreht, so wird damit
erreicht, daß der Zahn 72
früher als der Zahn 7, in seine zugeordnete
Zahnlücke eindringt. Die von Zahn 7, -,-eförderte Flüssigkeitsnienge strömt
zwar in den Sanimelraum (Hohlraum der Antriebswelle i), inuß aber aus diesem, da
der Dreh-Schieber 13, 14 geschlossen ist, Über den Schlitz 41 und die noch unversperrte
ZahnlÜcke 3, in das Pumpengehäuse ig zurückströmen. Sobald Zahn
6, die Zahnlücke 31'ZU versperren beginnt, öffnet sich der Drehz# schieber
13, , 4, und die von beiden Planetenzahnrädern geförderte Flüssigkeitsmenge
geel langt zur Verbrauchsstelle. Der Zahn 7, be-
ginnt zu einem Zeitpunkt
zu saugen, an dem der Drehschieber 13, 14 noch geöffnet ist. Trotzdem der
Zahn 7, noch fördert, wird der positive Kurvenast nach Fig. 6 rasch
absinken und in einen negativen Kurvenast umschlagen. Im Sammelraurn tritt dann
Unterdruck ein, und die zwischen der Verbrauchsstelle (Düse) und dem Sammelraum
stehende Flüssigkeitssäule wird zurückgesatigt. Die eingespritzte Flüssigkeitsmenge
wird in diesein Fall eine geringere sein als vorher nach Fig. 5, und zwar
entspricht sie der Differenz der von positivem und negativem Kurveriast eingeschlossenen
Fläche.
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Beginnt indessen das Planetenzahnrad 6, zu fördern und das
Planetenzahnrad 6., zur -leichen Zeit zu saugen, so wird die eingespritzte
Flüssigkeitsmenge der Symmetrie der Bauart wegen gleich Null sein. Die vertikal
und horizontal schraffierten Diagraminhälften in Fig. 7 sind einander flächengleich
und heben sich daher gegenseitig auf.
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Durch diese Zahnradpumpe erfolgt je Antriebswellenumdrehung
ein Förderstoß. Sind deren zwei nötig, so erhalten die beiden Planetenzahnräder
6" 6, je zwei wirksame Zähne mit. voller Zahnbreite, die tun i8o Grad zueinander
versetzt sind. Der, Drehschieber 13, 14 erhält in diesem Fall einen zweiten Schlitz
im Ansatz 12, der zum Schlitz 13 um igo Grad versetzt ist. Am Lagerbock (Teil
des Motorgehäuses) 20 werden dann zwei unter i 8o Grad zueinander versetzte Druckleitungen
angebracht. Sind drei oder mehr Förderstöße je
Antriebswellenurndrehung gefordert,
so werden ebenso viele Planetenzahnräder oder wirksanie Zähne auf jedem derselben,
ferner Schlitze im Zentralpumpenzahlirad,2 und im Ansatz i?- und schließlich Druckleitungen
im Lagerbock 20 sinngemäß vorgesehen.
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Als Verzahnungsart werden im Abwälzverfahren hergestellte Zähne verwendet,
Es muß jedoch eine solche Verzahnun,-sart gewählt werden, daß für Zähnez'ahlen unter
12 geometrisch einwandfreie Eingriffsverhältnisse gewährleistet sind. Der Eingriffswinkel
des Zahnes 7, bzw. 7, muß mindestens 30 Winkelgrade betragen,
d. h. über eine Drehung von 30 Winkelgraden muß Zahn 7,
oder
72 in spielfreiem Eingriff mit der zugeordneten Zahnlücke stehen. Der halbe
Eingriffswinkel ist dann der Winkel, während welchem von jedem Zahn 71,
72 Flüssigkeit gefördert bzw. angesaugt wird.