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Hochdruckflüssigkeitszahnradpumpe Die Erfindung betrifft Hochdruckflüssigkeitszahnradpumpen
mit in den Zahnradkammern eingebauten, axial verschiebbaren Flanschbuchsen für die
Lagerung der Zahnradwellen durch die Buchsen und für die Abdichtung der Zahnradstirnflächen
durch die druckbelasteten Flansche.
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In einer solchen Zähnradpumpe wirkt ein Teil des Förderdruckes auf
die Treibfläche der axial verschiebbaren Flanschbuchsen .ein, so daB die entsprechenden
Zahriradstirnflächen abgedichtet werden. Durch sorgfältige Auswahl des Größenverhältnisses
der vorderen Fläche und der TTeibfläche der Flanschbuchse kann der wirksame Abdichtungsdruck
innerhalb sehr enger Grenzen geregelt werden. Im Betrieb erfordert dies einen etwas
höheren Leistungsdruck in Richtung der Abdichtung als in der entgegengesetzten Richtung.
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Bei der üblichen Form der betrachteten Pumpe wird. die Druckkammer
dem Förderdruck im wesentlichen gleichförmig unterworfen, d. h. an jeder Stelle
der Treibfläche der Flanschbuchse herrscht der gleiche Druck. Dies trifft jedoch
nicht für die Vorderfläche oder die an der Zahnradstirnfläche anliegende Fläche
der Flanschbuchse zu. Diese Vorderfläche ist gewöhnlich einer bestimmten Drucksteigung
unterworfen, die von dem Einlaßdruck
an der neben dem Pumpeneinlaß
liegenden Fläche bis zu :dem Auslaßdruck reicht, der an der neben der Auslaßseite
der Pumpe liegenden Fläche herrscht. An der Einlaßseite liegt der niedrigste Druck
des Druckgefälles, das an der Abströnis.eite der Pumpe seinen höchsten Wert hat.
Wenn auch die Gesamtdruckkräfte, die auf die Treibflächen der Flänschbivchse einwirken,
so gewählt werden können, .daß sie die auf die Vorderflächen wirkenden Druckkräfte
ausgleichen. oder übersteigen, so ist der Druck auf die Vorderfläche nicht. gleichförmig.
Dies wirkt sich so aus, daß der näher am Putnpeneirlaß liegende Teil der Flanschbuclsenflächen
einem geringeren, die Abdichtung aufhebenden Druck unterworfen ist als der näher
am Purcnp:enauslaß liegende Teil der vorderen Flanschbuchsenfläcben. Dieser unausgeglichene
Zustand sucht die Flanschbuchse in der Pumpe zu verkanten und verursacht ungleichmäßigen
Verschleiß, wodurch die zum Antrieb der Pumpe .erforderliche Kraft ansteigt. Die
Abnutzung erfolgt hauptsächlich an der Einlaßseite der Pumpe. Es wurde gefunden,
daß dieser unausgeglichene Zustand dadurch etwas verringert werden kann, daß in
den Flansdhbuchsenfiächen, die an den Zahnradstirnflächen anliegen, Vertiefungen
oder Ausgleichsinuten vorgesehen werden, die an einem Ende mit der - Druckseite
,der Pumpe in Verbindung stehen und sich koaxial zu den Flansehbuchsen nach der
Einlaßöffnung der Pumpe erstrecken, kuiz vor dieser Öffnung jedoch enden- Mit diesen
Ausgleichsnuten wird beabsichtigt, den Druck über einen größeren Teil. der an der
Zahnradstirnfläche anliegenden Fläche gleichmäßiger zu machen. Es ist jedoch nicht
möglich, diese Nuten vollständig um die Pumpe herumzuführen, ohne einen Sickerpfad
zur Einlaßseite der Pumpe von der Auslaßseite her mit entsprecbendem Druckverlust
herzustellen. Die Ausgleichsnuten allein ergeben jedoch noch keine vollkommen ausgeglichene
Pumpe.
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Es ist weiter vorgeschlagen worden, druckbeaufschlagbare Flanisehbuchsen
mit exzentrisch gelegenen Belastungsflächen zu verwenden, bei denen der ringförmige
Druckfläohenteil an der Rückseite jeder Flänsehbuchse mit Bezug auf dien konzentrisch
liegenden Ringflächenteil an der Vorderfläche der Flanschbuchse versetzt ist, um
die über die Vorderfläche der Flanschbuchse herrschende 'Drucksteigung auszugleichen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine abgeänderte, verbesserte Anordnung,
die dadurch gekennzeichnet ist, ,daß in den an den Zahnradstirnflächen anliegenden
Flächen der Flansche auf der Druckseite der Pumpe Vertiefungen vorgesehen sind,
die mit einer Zone niedrigeren Druckes, als der Pumpenförderdruck beträgt, in Verbindung
stehen und deren Mitten gegen die Buchsenachsen versetzt sind.
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'Erfindungsgemäß können die- Vertiefungen entweder in Form ringförmiger,
die Zahnradwellen vollständig umgreifender Nuten ausgebildet seTin, deren radiale
Erstreckung auf der Druckseite der Pumpe größer ist als auf der Saugseite, oder
als sichelförmige Nuten auf .der Auslaßseite der Pumpe unmittelbar neben den Zahnradwellen
angeordnet oder als konzentrisch, in geringem Abstand von den Zahnradwellen auf
der Auslaßseite der Pumpe sich erstreckende Nuten vorgesehen sein.
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Nach einem weiteten Merkmal der Erfindung können die Vertiefangen
so ausgebildet werden, daß ihre Außenwand radial einwärts der Wurzeln der Zahnradzähne
der Zahnradpumpe verläuft.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung können die Vertiefungen in
Verbindung- mit versetzt und exzentrisch angeordneten weiteren druckbeaufsohlagten
Flächen der Flansche der Flanschbuchsen vorgesehen werden.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
ist Fig. i ein Axialschnitt einer .druckbeaufschlagten Zahnradpumpe mit einer Gruppe
von axial beweglichen, :durch Druck b.e.ufschlagbaren Lagerbuchsen gemäß der Erfindung,.
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Fig. 2 ein Querschnitt im wesentlichen nach .Linie 2-2 der Fig. i,
.der vor allem die exzentrische Anordnung ,der in den Vorderflächen .dar druckbeaufschlagbaten
Lagerbuchsen gelegenen Vertiefungen zeigt, Fig.3 eine der Fig.2 ähnliche Ansicht,
zeigt jedoch eine abgeänderte Durchführungsform der Vertiefungen, und Fig. q. eine
Iden Fig: 2 .und 3 ähnliche Ansicht, die eine abgeänderte Durchführungsform der
Vertiefungen in. Verbindung mit :einer versetzten Druckbelastungsfl.äche zeigt.
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Das in Fig. i im Schnitt ,dargestellte Pumpengehäuse besteht aus deinem
Hauptgehäuse 5. und einem rechts , liegenden Deckel oder Verschluü 6. Diese beiden
Teile sind fest miteinander durch Schraubenbolzen 7 verschraubt, die - von dem Gehäuse
5. getragen wenden und in den Deckel 6 eingeschraubt sind. Die beiden Gehäuseteile
wirken zusammen, um zwei parallele, sich schneidende Bohrungen als Pumpenkammer
8 und 9 zu begrenzen, die zurr Aufnahme von 'miteinander im Eingriff stehenden Pumpenzahnrädern
i o und i i dienen, die in den Kammern drehbar gelagert sind. Die Kammern 8 und
9 sind so geformt, da@ß sie an jeder. Seite .der Pumpenzahnräder io und i i Lagerbuchsen
oder Traglager 12, 13 bzw. 14, 15 aufzunehmen und zu tragen vermögen. Diese Lagerbuchsen
sind an dien Enden, die neben den Zahnradstirnseiten liegen, mit radialen ' Flanschen
versehen, während ihie rohrförmigen Teile oder Lagerrohre sich in entgegengesetzten
Richtungen von den Pumpenzahnrädern weg .erstrecken. Diese rohrförmigen Teile bilden.
Traglager für die Pump,enzahnradwellen ioa und i i". Unter geringem Druck stehende
Flüssigkeit wird in das Pumpengehäuse beim Eimaß 16 eingeführt, und unter hohem
Druck stehende Flüssigkeit wird aus dem Auslaß 17 abgeleitet, wobei die Einlaß-
und Auslaßkanäle mit der Einlaßseite bzw. .der Druckseite der .im Eingriff miteinander
stehenden Pumpenzahnräder verbunden sind.
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Bei der in den Figuren dargestellten Durchführungsform ist das obere
Pumpenzahnrad io das
treibende Zahnrad, und demgemäß ist der linke
Endteil der Zahnradwelle i o" nach links verlängert, um eine Kupplung 2o zu bilden,
die auf ihrer Außenseite mit Nuten versehen ist. Der Kupplungsteil 2o wird von dem
mit Nuten versehenen rechten Ende eines Kupplungs- und Dichtungsteiles 21 aufgenommen,
das einen in radialer Richtung sich erstneckenden Flansch 22 aufweist, der mit einem
Tragring 23 in Berührung steht, ,dessen gegenständige Seite gegen eine nachgiebige
Ringabdich-tung 24 liegt,. die in einer Ringnut einer ringförmigen Lagerplatte
25 vorgesehen ist. Diese Lagerplatte 2 5 ist an der linken Seite des Gehäuseteiles
5 angesetzt und befestigt. Der Kupplungsteil 2 i endet an seinem Außenende in einer
mit Innennuten versehenen Ausdrehung 26, die mit einer Hilfswelle z. B. einer Welle
27 eines Flugzeugmotors oder einer anderen Antriebsvorrichtung, in Antriebsverbindung
gebracht werden kann. In dem am linken Ende der Zahnradwelle i o" befindlichen Kupplungsteil
20 befindet sich eine in axialer Richtung sich :erstneckende Kammer 29, in der eine
Druckfeder 28 liegt, die das Bestreben hat, den Kupplungsteil 21 nach links zu .drücken,
um auf diese Weise das am Anfang vorhandene Endspiel auszuschalten und eine Abdichtungsberührung
des Flansches 22, des Ringes 23 und dei nachgiebigen Abjdichtung 24 anfänglich herbeizuführen.
Beim. Betrieb :dieser Pumpe hält der der Abdichtung zugeführte mittlere Flüssigkeitsdruck
eine -Abdichtung aufrecht.
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Die an den rechtem Seiten der Zahnräder i o und i i gelegenen geflanschten
Lagerbuchsen 13
bzw. 15 sind in die Kammerre oder Bohrungen 8 und 9
mit genügendem Abstand eingepaßt, so daß eine leichte Axialbewegung der Lagerbuchsen
mit Bezug auf ,diese Kammern oder Bohrungen möglich ist. Beim Betrieb dieser Pumpe
werd der durch die im Eingriff miteinander stehenden Zahnräder erzeugte Förderdruck
von derr Auslaßseite oder Förderseite der Pumpe den ringförmigen Druckbelastum;gskammern,
die durch die .hinteren Flanschflächen 13Q und 15" der Lagerbuchsen 13 und
15,
die angrenzenden Wände des Deckels 6 und der Rohrabschnitte der Lagerbuchsen
gebildet werden, über einen in Axialrichtung sich erstreckenden Kana13o zugeführt,
der zwischen den Umfangsflächeü der geflanschten Abschnitte der Lagerbuahsen 13
und 15 auf der Druckseite der Pumpe an dem Schnittpunkt der Lagerbuchsen gebildet
ist. Der Kanal erstreckt sich von der Druckseite der Zahnräder nach rechts, gesehen
in Fig. i, zu den miteinander in Verbindung stehenden Abschnitten der Druckbelastungskammern
an ihrer Verbindungsstelle. Der anfängliche Belastungsdruck wird durch zwei Schraubenfedern
31 bzw. 32 erzeugt, von :denen .die Feder 3 i der oberen Lagerbuchse 13 und:
:die Feder 32 der unteren Lagerbuchse 15 zugeordnet ist. Der rechte Abschnitt
der Feder 3 i liegt -in einer im Deckel vorgesehenem zylindrischen Vertiefung 33,
während das linke Ende der Feder sich gegen eine Ringscheibe 34. stützt, die in
der rechts liegenden Bohrung oder Kammer 8 liegt und mit ihrer linkem Seite das
rechte Ende der Lagerbuchse 13 berührt. Eine gleiche Anordnung. ist für die Feder
3i geschaffen, die in einer Verdtyng 35 liegt und sich gegen eine Ringscheibe 3.6
stützt. Eine Abdichtung 37, die zwischen den Rohrteilen der Lagerbuchsen und der
Gehäu-sekammerwand liegt, verhindert im wesentlichen den Durchtritt von Druckflüssigkeit
in Richtung rückwärts der Lagerbuchsen. Die Druckflüssigkeit, :die an der Abdichtung
:nach rückwärts von den Belastungskammern vorbeiströmt, wird durch zwei rückwärts
gerichtete zusammenlaufende Kanäle 38 abgeführt, die in dem Deckel 6 vorgesehen
sind, und zwar erfolgt diese Ableitung entweder zum Einlaß hin oder durch ein zweckentsprec`hen:dies
(nicht dargestelltes) Entlastungsventil, das auf :einen Zwisehendruckwert mit Bezug
auf den Eimaß- oder Speicherdruck eingestellt ist. Der Druck wird »dem an dem linken
Ende des Pum- ngehäuses befindlichen Wellenaufbau durch die in den hohlen Zahnradwellen
befindlichen Mittelkanäle und durch einen in dem Pumpengehäuse vorgesehenen Kanal
39 zugeführt, Beim Betrieb der hier dargestellten Zahnradpumpe besteht über die
neben den Zahnrädern liegendem Flächen der Lagerbuchsen weg eine Drucksteigung,
wobei die Drucksteigung von einem Druckwert, der gleich dem Einlaßdruck der Pumpe
an der Einlaßseite ist, bis zu dem Auslaßdruck der Pumpe an der Auslaßseite derselben
reicht. Andererseits ist der auf die treibenden Belastungsflächen 13" und
15a zur Einwirkung gebrachte BelastungsdTuok im wesentlichen über die ganze
Ausdehnung dieser Fläche gleich.' Es ist nun offensichtlich, daß die in axialer
Richtung beweglichen Lagerbuchsen 13 und 15 die Zahnradstirnfläch;n neben der Einlaßseite
mit einer entsprechend größeren Kraft berühren als an deir Auslaßseite, weil der
Zahnradseitenflächendruck, der gegen den Belasnmgsdruck in dem neben der Druckseite
der Pumpe liegenden Flächenraum wirkt, den Zahnradseitenflächendruck weitgehend
überschreitet; der gegen den Belastungsdruck wirkt, der in dem neben der Einlaßseite
der Pumpe liegenden Flächenraum herrscht. Diese unausgeglichene Anordnung äußert
sich in eineue erhöhten Verschleiß und insbesondere in einem ungleichen Verschleiß,
was eine beschleunigte Zerstörung der Pumpe zur Folge hat. Die. Erfindung zielt
darauf, diesen unausgeglichenen Zustand zu beheben. -In dien Lagerbuchsen ist in
der vorderen -Fläche der Lagerbuchse oder iri den die Zahnradsflaiiseite berührenden
Flächen der Lagerbuchsen eine Vertiefung oder eine Nut vorgesehen, die radial einwärts
der Wurzeln der -Zahnradzähne liegt und mit einer Zone geringeren Druckes verbunden
ist. Diese Vertiefung wird in erster Linie dazu ver#-wendet, die Größe des Flächenraumes
der die Z-ahnradstirn$äche berührenden, der Drucksteigung ausgesetzten Oberfläche
der Lagerbuchse zu regeln, um dadurch einen unausgeglichenen Druckzustand zu :erhalten,
:durch den die gegen die hintt_en Flansahoberflächen der Lagerbuchsen ausgeübte
Kraft,
die auf Grund des Druckes entsteht, der auf die hintere. oder 'durch Drück belastbare
Ober-$äche .der: " Lagerbuchsen übertragen wird, die Kraft überschreitet, die die
Abdichtung aufheben will und die gegen die Vorderflächen: der Lagerbuc'nsen ausgeübt
wird, wobei die Lagerbuchsen gegen die Zahnradstirnflächen abdichtend gedrängt werden.
Die Vertiefung liegt für gewöhnlich konzentrisch mit Bezug auf die Achse der Lagerbuchse
und steht entweder mit einer Zone niederen Druckes oder mit einer Zone - mittleren
Druckes *in Verbindung.
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Gemäß der Erfindung ist .in den die Zahnradstirnfl.äche 'berührenden
Oberflächen jeder der ürnckbeaufschlagbaren Lagerbuchsen eine Nut oder eine Vertiefung.vorgesehen,
die radial einwärts der Zahnradzähne liegt: Diese Nut liegt jedoch nicht konzentrisch
mit Bezug auf :die Achse der Lagerbuchse, sondern liegt ,exzentrisch, und zwar ist
sie in der Richtung der Druckseite der Pumpe versetzt, so daß sie den Flächenraum
der neben den Zahnmrdtirnflächen nahe der Druckseite der Pumpe gelegenen Ringfläche
verkleinert. Auf diese Weise wird die wirksame Kraft, die das Bestreben zeigt; die
Lagerbuchsen von den Zahnradstirnlächen weg zu bewegen, neben der Druckseite. v-erringerct.
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,Aus Fig. 2 igt ersichtlIch, daß in der die Zahnradstirnseite berührenden
Fläche jeder Lagerbuchse eine Vertiefung 40 gebildet ist, deren rechter Abschnitt,
d. h. der Abschnitt, der rechts von. der senkrechten Mittellinie 41 der Pumpe, -wie
- in dieser Figur dargestellt, liegt, im allgeinennen konzentrisch mit Bezug auf
:die Achse der 4agerbudise verläuft. . Der linke Teil der Nut oder Vertiefung 40
erstreckt sich jedoch radial nach auswärts, 'so dafg die äußerste linke Kante dicht
neben den Wurzeln der Zahnräder liegt: Die Nut darf offensichtlich in radialer Richtgag
nicht so weit sich erstrecken, daß die Nut in unmittelbare Verbindung mit den Zahnradzähnen
gebracht wird. Eine in der Innenseite der Lagerbuchse gebildete axiale Nut 4z' erstreckt
sich nach ' rückwärts, gesehen in Fig. i, und steht mit- einer Zone niedrigen Druckes
über den Kanal 38 und die in den Halteplatten 34 und: 36 befinfd-Ikhen Mittelöffnungen
in Verbindung. Der Flächenraum der vorderen Oberfläche jeder Lagerbuchse, d. h.
die neben -der Zahnradstirnfläche liegende Ringfläche, .die der Drucksteigung ausgesetzt
ist; ist deshalb wesentlich verkleinert, und zwar besonders der näher dem. Auslauf
der Pumpe liegende Teil, da der vertiefte Flächenraum mit dem Niederdruck- in Verbindung
steht. Es stellte sich . in Betrieb rheraus, :daß durch: diese Maßnahme die auf
die 1.agerbuvhsen zur Einwirkung gebrachten Belastiziigu^eäfte wesentlich ausgeglichen
werden..
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In Fig:3 ist eine etwas abgeändexte Form einer Vertiefung dargestellt,
bei welcher sich die Verg 44 nur in dem linken Seitenabsrlhnitt der die Zahnradstirnfläche
berührenden Oberfläche jed& Lagerbuchse. befindet, -wobei sich die Ver, tiefwng
radial nach auswärts. von der inneren Umfangsflädhe Lagerbuchse erstreckt. Eine
axiale Nut 45, verbindet diesen versetzten, ungefähr mondsichelförmigen vertieften
Flächenraum mit einer Zone niederen Druckes, z. B. über die Kanäle 38: Es ist nicht
immer ratsam, eine Vertiefung zu verwenden, die das Zahnradlager vollständig !umgibt,
d'. h. -die einen vollständigen Kreisring begrenzt, da dies eine zu große Verminderung
in dem Flächenraum der vorderen Fläche der Lagerbuchse mit einem daraus sich ergebenden
unerwünschten .Ansteigen des wirksamen Abdichtungsdruckes auf 'Grund der Belastungskraft
zur Folge haben kann, die auf die Treibfläche der Lagerbuchse zurr Einwirkung gebracht
wird. Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform @muß der radiale Außenumfang
der Vertiefung 44 etwas' radial einwärts der Wurzeln der Zahnradzähne liegen, so
daß ein Sickerpfad nicht gebildet wird.
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In Flg.4 ist eine weitere abgeänderte Durchführungsform einer Vertiefung
46 dargestellt, die in der vorderen Fläche jeder Lagerbuchse neben der Druckseite
d)ex Pumpe gebildet ist lind deren innere Wand etwas radial auswärts des inneren
Umfanges der Lagerbuchse liegt, deren Außenwand jedoch etwas radial einwärts der
Wurzeln der Zahnräder . gelegen ist. Eine in axialer Richtung sich erstreckende
Nut 47 verbindet diesen vertieften 'Flächenraum mit einer Zone niederen Druckes.
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Es können auch andere Vertiefungsumrisse verwendet werden, da die
hier dargestellten Vertiefungen nur als Beispiele dienen. Es ist lediglich notwendig,
daß, der versetzte, vertiefte Flächenraum im wesentlichen von dem Hochdruckrauen
durch einen Damm getrennt ist, d. h. daß er von dem neben den Wurzeln der Zahnradzähne
hegenden Flächenraum durch eine urvertiefte Fläche oder Wallfläche getrennt ist
und daß die vertiefte Fläche gleichzeitig zu einer Zone niederen Druckes hin ablauden
kann.
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Der vertiefte Flächenraum in der die Zahnradstiunseite berührenden
Fläche jeder Lagerbuchse, wie sie in den Fig. i, 2,. 3 und 4 dargestellt ist, kann
auch in Verbindung mit einer versetzten, drwckheaufschlagten Fläche oder Treibfläche
verwendet wenden, zur Erläuterung ist lediglich eine Art versetzter Belastungsfläche
in Fig. 4 dargestellt. Der Umfang des Rohrbeiles 51 (Fig. 4) jeder druckbeaufsdhlagten
Lagerbuchse ist mit Bezug auf die Achse der Lagerbuchse versetzt, 5o daß der Flächenraum
der ringförmigen, druckbeauhschlagbaren Treibfläche neben der Druckseite der Pumpe
wesentlich größer ist als .der.. Flächenraum dieser Treibfläche neben der Einlaßseäte
der Pumpe. Durch Kombination der in der Vorderfläche vorhandenen versetzten' Vertiefung
mit der an der hinteren Fläche der Lagerbuchse vorhandenen versetzten Druckbelastungsfläche
kann eine nahezig ausgeglichene Pumpe geschaffen werden.
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Da die in der Vorderfläche der Lagerrbuchse vorhandene Vertiefung
Abfluß zum Einlaßdruck hat, kann der Flächenraum dieser Vertiefung auf Einlaßdrrurk
ansprechend gemacht werden, wobei dies besonders dort wichtig ist, wo hohe Einlaßdrücke
verwendet werden und der Auuslaßdruck
den Einlaßdruck nur um eine
geringe Größe übertrifft.
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Die Erfindung ist zwar im besonderen in Verbindung mit vertieften
Nuten beschrieben, die in der neben den Zahnradstirnseiten liegenden Fläche der
Lagerbuchsen vorgesehen sind; es ist jedoch auch möglich, die Vertiefungen in den
Zahnradseitenflächen radial einwärts der Wurzeln dar Zahnradzähne- zu bilden. Dies
ist jedoch für gewöhn-]ich nicht erwünscht wegen der Schwierigkeit der Herstellung
der Nuten oder Vertiefungen in den Zahnradseitenflächen, da die Zahnräder üblicherweise
aus härterem Material bestehen als die Lagerbuchsen.
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Wenn hier die verschiedenen Teile der Erfindung mit rechts oder links
oder oben oder unten bezeichnet sind, . so erfolgt dies lediglich zur Vereinfachung
der Beschreibung; diese Bezugnahme bezieht sich nur auf die Relativstellungen der
Teile, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind.