EP0064239A1 - Zahnradpumpe oder -motor - Google Patents

Zahnradpumpe oder -motor Download PDF

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EP0064239A1
EP0064239A1 EP82103446A EP82103446A EP0064239A1 EP 0064239 A1 EP0064239 A1 EP 0064239A1 EP 82103446 A EP82103446 A EP 82103446A EP 82103446 A EP82103446 A EP 82103446A EP 0064239 A1 EP0064239 A1 EP 0064239A1
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gear
floating
shaft
housing
gear wheel
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Deere and Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels

Definitions

  • the invention relates to a gear pump or motor, consisting of a housing in which at least two intermeshing gears are arranged, one of which is firmly seated on a shaft, while the other is floating on a liquid film mounted close to the inner wall of the housing, wherein the teeth of the gears have head surfaces.
  • the invention is therefore based on the object of reducing the wear on the teeth of the gear wheels and on the inner wall of the housing and thereby increasing the service life of the device.
  • top surfaces of the floating gear have a greater thickness than the top surfaces of the shaft-mounted gear.
  • the gears expediently have involute teeth in the usual way.
  • the sum of the top surface thicknesses of the floating gear wheel is 30 to 50%, preferably 40% of the circumference of this gear wheel.
  • the thickness of the head surfaces of the floating gear wheel can advantageously be at least twice as large as that of the head surfaces of the shaft gear wheel.
  • This new tooth shape in the floating gearwheel increases its bearing surface on the liquid film inside the housing, which results in an improved mounting of this gearwheel and thereby less frictional wear.
  • the improvement in storage achieved corresponds approximately to that achieved by a gear shaft.
  • Figure 1 shows a gear pump or a gear motor 10 with a housing 12 which has an inlet 14 and an outlet 16.
  • a gear pump or a gear motor 10 with a housing 12 which has an inlet 14 and an outlet 16.
  • Each tooth 24 has a head surface 25 of relatively narrow thickness.
  • the other gear 20 is floating, so it does not sit on a shaft and also has a plurality of teeth 26, each having a head surface 27, the thickness of which is at least twice as large as that of the head surfaces 25 of the shaft-mounted gear 18
  • Teeth 26 of the floating gear wheel 20 preferably have an involute profile.
  • the floating gear wheel 20 rotates on a liquid film in the immediate vicinity of the inner wall 28 of the housing 12.
  • liquid from the inlet 14 around the circumference of the two gear wheels 18, 20 comes out of the housing 12 pressed through the outlet 16.
  • the shaft 22 In normal pump operation, the shaft 22 is driven so that gear 18 is the drive wheel and gear 20 is the driven wheel. In motor operation, the flowing liquid forms the driving force for the two gear wheels and leads to a rotation of the shaft 22, which can then drive another element, for example a belt drive.
  • Figure 2 shows a single tooth 26 of the floating gear 20 with its relatively thick head surface 27, the thickness of which is indicated by the letter a, while the width of the tooth flank 30 is identified by the letter b.
  • the sum of the thicknesses a of all head surfaces 27 of the teeth 26 of the floating gear wheel 20 is approximately between 30 and 50%, preferably approximately 40% of the circumference of the floating gear wheel 20. This increased thickness of the head surfaces 27 extends the life of the floating gear wheel 20, since this reduces frictional wear between the floating gear 20 and the inner wall 28 of the housing 12.
  • FIG. 2 shows that the two side edges 31, 32 of each head surface 27 lying parallel to the central axis of the floating gear wheel 20 are chamfered and enclose an angle ⁇ of 10 to 30 ° with the head surface.
  • These chamfered side edges 31, 32 facilitate the build-up of a liquid film between the head surfaces 27 and the inner wall 28 of the housing 12, when the floating gear 20 rotates in the housing 12.
  • the structure of this liquid film leads to a reduction in frictional wear and thus to an extension of the. Device life.
  • the end edges 33 of the head surfaces 27, which lie on one end face and perpendicular to the central axis of the floating gear wheel 20 or perpendicular to the side edges 31, 32, are chamfered and close an angle with the head surface 27 from 30 to 50 °.
  • This chamfered end edge 33 is advantageous when assembling the device, in particular when the floating gear wheel 20 is inserted into a round bore or recess that has been screwed into the housing 12.
  • the chamfered end edge 33 now allows the gear wheel 20 to be fully inserted into the corresponding bore in the housing.
  • the inclusion of liquid between the bottom of the housing recess and the end face of the gear 20 is prevented. By avoiding squeezing liquid, the efficiency of the device is increased.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment of a gear pump or a gear motor 11.
  • Two floating gear wheels 20, 21 are provided, which mesh with a single gear wheel 18, which is seated firmly on a rotatable shaft 22. Since there are two combing zones here, two inlets 14, 15 and two outlets 16, 17 must also be provided in the housing 12. In this device there are two in opposite Direction of flowing liquid flows.

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Abstract

Eine Zahnradpumpe oder ein Zahnradmotor (10, 11) besteht aus einem Gehäuse (12), in dem zumindest zwei miteinander kämmende Zahnräder (18, 20, 21) angeordnet sind, von denen eines fest auf einer Welle (22) sitzt, während das andere schwimmend auf einem Flüssigkeitsfilm dicht neben der Innenwandung (28) des Gehäuses (12) gelagert ist, also keine Welle aufweist. Die Verbesserung liegt in einem neuartigen Zahnprofil des schwimmend gelagerten Zahnrades (20, 21). Jeder Zahn (26) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20, 21) weist eine dicke Kopffläche (27) auf, deren Dicke (a) vorzugsweise zumindest doppelt so groß ist wie die der Kopfflächen (25) des wellengelagerten Zahnrades (18). Hierdurch wird die Lagerfläche des schwimmend gelagerten Zahnrades (20, 21) auf dem Flüssigkeitsfilm innerhalb des Gehäuses (12) vergrößert, so daß sich eine verbesserte Lagerung für das schwimmend gelagerte Zahnrad und dadurch eine Verringerung des Reibungsverschleißes ergeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder -motor, bestehend aus einem Gehäuse, in dem zumindest zwei miteinander kämmende Zahnräder angeordnet sind, von denen eines fest auf einer Welle sitzt, während das andere schwimmend auf einem Flüssigkeitsfilm dicht neben der Innenwandung des Gehäuses gelagert ist, wobei die Zähne der Zahnräder Kopfflächen aufweisen.
  • Für derartige Vorrichtungen, bei denen das schwimmend gelagerte Zahnrad nicht auf einer Welle sitzt sondern lediglich von einem Flüssigkeitsfilm innerhalb.des Gehäuses getragen wird, sind zahlreiche Ausführungsformen bekanntgeworden. Allen Vorrichtungen gemeinsam ist der Vorteil, daß die Montage durch die schwimmende Lagerung des einen Zahnrades vereinfacht wird, und daß die Anzahl der benötigten Teile um zumindest eine Zahnradwelle sowie die hierfür benötigten Lagerungen verringert ist. Vorbekannte Ausführungsformen sind z.B. beschrieben in den US-Patenten 2,626,470, 3,120,190 und 3,286,643. Allen diesen Ausführungsformen gemeinsam ist das Problem einer unzureichenden Lagerung des schwimmend gelagerten Zahnrades, das deshalb die Neigung hat, an der Innenwandung des Gehäuses zu reiben und dadurch Verschleiß hervorzurufen. Mit zunehmendem Verschleiß wandert das schwimmend gelagerte Zahnrad von dem wellengelagerten Zahnrad immer weiter weg, so daß in den Zahnlücken der miteinander kämmenden Zahnräder immer mehr Flüssigkeit verbleibt anstatt aus der Pumpe bzw. dem Motor auszutreten. Unterschreitet der Wirkungsgrad der Pumpe bzw. des Motors einen vorgegebenen Wert, muß die gesamte Vorrichtung ausgewechselt werden.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß an den Zähnen der Zahnräder sowie an der Innenwandung des Gehäuses zu verringern und dadurch die Lebensdauer der Vorrichtung zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kopfflächen des schwimmend gelagerten Zahnrades eine größere Dicke aufweisen als die Kopfflächen des wellengelagerten Zahnrades.
  • Die Zahnräder weisen zweckmäßig in üblicher Weise eine Evolventenverzahnung auf.
  • Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Summe der Kopfflächendicken des schwimmend gelagerten Zahnrades 30 bis 50 %, vorzugsweise 40 % des Umfanges dieses Zahnrades beträgt. Dabei kann die Dicke der Kopfflächen des schwimmend gelagerten Zahnrades vorteilhaft zumindest doppelt so groß sein wie die der Kopfflächen des wellengelagerten Zahnrades.
  • Durch diese neuartige Zahnform bei dem schwimmend gelagerten Zahnrad wird dessen Auflagerfläche auf dem Flüssigkeitsfilm innerhalb des Gehäuses vergrößert, wodurch sich eine verbesserte Lagerung dieses Zahnrades und dadurch ein geringerer Reibungsverschleiß ergeben. Die erzielte Verbesserung der Lagerung entspricht etwa der durch eine Zahnradwelle erzielten Lagerung.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In der Zeichnung sind zwei als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt durch eine Zahnradpumpe bzw. einen Zahnradmotor;
    • Figur 2 in vergrößertem Maßstab in perspektivischer Darstellung einen Zahn eines schwimmend gelagerten Zahnrades und
    • Figur 3 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Figur 1.
  • Figur 1 zeigt eine Zahnradpumpe bzw. einen Zahnradmotor 10 mit einem Gehäuse 12, das einen Einlaß 14 und einen Auslaß 16 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 12 sind zwei miteinander kämmende Zahnräder 18,20 angeordnet, von denen das Zahnrad 18 fest auf einer drehbaren Welle 22 sitzt und eine Vielzahl von Zähnen 24 mit Evolventenprofil aufweist. Jeder Zahn 24 weist eine Kopffläche 25 von verhältnismäßig schmaler Dicke auf. Das andere Zahnrad 20 ist schwimmend gelagert, sitzt also nicht auf einer Welle und weist ebenfalls eine Vielzahl von Zähnen 26 auf, die jeweils eine Kopffläche 27 haben, deren Dicke zumindest doppelt so groß ist wie die der Kopfflächen 25 des wellengelagerten Zahnrades 18. Auch die Zähne 26 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 weisen vorzugsweise ein Evolventenprofil auf. Das schwimmend gelagerte Zahnrad 20 dreht sich auf einem Flüssigkeitsfilm in unmittelbarer Nachbarschaft zur Innenwandung 28 des Gehäuses 12. Wenn die beiden Zahnräder 18,20 miteinander kämmen, wird Flüssigkeit von dem Einlaß 14 um den Umfang der beiden Zahnräder 18,20 herum aus dem Gehäuse 12 durch den Auslaß 16 gedrückt.
  • Im üblichen Pumpenbetrieb wird die Welle 22 angetrieben, so daß das Zahnrad 18 das Antriebsrad und das Zahnrad 20 das angetriebene Rad darstellen. Im Motorbetrieb bildet die strömende Flüssigkeit die Antriebskraft für die beiden Zahnräder und führt zu einer Rotation der Welle 22, die dann ein anderes Element, z.B. einen Riementrieb, antreiben kann.
  • Figur 2 zeigt einen einzelnen Zahn 26 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 mit seiner verhältnismäßig dicken Kopffläche 27, deren Dicke mit dem Buchstaben a angegeben ist, während die Breite der Zahnflanke 30 mit dem Buchstaben b gekennzeichnet ist. Die Summe der Dicken a aller Kopfflächen 27 der Zähne 26 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 liegt etwa zwischen 30 und 50 %, vorzugsweise bei etwa 40 % des Umfanges des schwimmend gelagerten Zahnrades 20. Diese vergrößerte Dicke der Kopfflächen 27 verlängert die Lebensdauer des schwimmend gelagerten Zahnrades 20, da hierdurch der Reibungsverschleiß zwischen dem schwimmend gelagerten Zahnrad 20 und der Innenwandung 28 des Gehäuses 12 reduziert wird. Beträgt die Gesamtdicke aller Kopfflächen 27 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 etwa 40 % des Umfanges dieses Zahnrades, dann wird dieses Zahnrad durch seine Zähne 26 in etwa gleicher Weise getragen als wenn eine übliche Zahnradwelle mittig durch eine Bohrung des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 geführt wäre. Durch diese verbesserte Führung wird der Reibungsverschleiß zwischen den Kopfflächen 27 und der Innenwandung 28 des Gehäuses 12 reduziert; dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Vorrichtung, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt.
  • Figur 2 läßt erkennen, daß die beiden parallel zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 liegenden Seitenkanten 31, 32 jeder Kopffläche 27 angefast sind und mit der Kopffläche einen Winkel θ von 10 bis 30° einschließen. Diese angefasten Seitenkanten 31,32 erleichtern den Aufbau eines Flüssigkeitsfilmes zwischen den Kopfflächen 27 und der Innenwandung 28 des Gehäuses 12, wenn das schwimmend gelagerte Zahnrad 20 im Gehäuse 12 rotiert. Der Aufbau dieses Flüssigkeitsfilmes führt zu einer Reduzierung des Reibungsverschleißes und somit zu einer Verlängerung der . Lebensdauer der Vorrichtung.
  • Zusätzlich zu den beiden genannten Seitenkanten 31,32 sind auch die auf der einen Stirnseite und senkrecht zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 bzw. senkrecht zu den Seitenkanten 31,32 liegenden Stirnkanten 33 der Kopfflächen 27 angefast und schließen mit der Kopffläche 27 einen Winkel oe von 30 bis 50° ein. Diese angefaste Stirnkante 33 ist vorteilhaft beim Zusammenbau der Vorrichtung und zwar insbesondere dann, wenn das schwimmend gelagerte Zahnrad 20 in eine runde Bohrung oder Ausnehmung eingesetzt wird, die in das Gehäuse 12 eingedreht worden ist. Bei der Herstellung einer derartigen Ausnehmung läßt sich nur sehr schwer eine exakt rechtwinklige Kante zwischen der zylindrischen Wandung und dem Boden der Ausnehmung herstellen. Meist verbleibt ein kleiner Radius, der ein sattes Aufliegen des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 auf dem Boden der Ausnehmung im Gehäuse verhindert. Die angefaste Stirnkante 33 erlaubt nunmehr eine vollständige Einführung des Zahnrades 20 in die entsprechende Bohrung des Gehäuses. Außerdem wird dadurch der Einschluß von Flüssigkeit zwischen dem Boden der Gehäuseausnehmung und der Stirnfläche des Zahnrades 20 verhindert. Durch die Vermeidung von Quetschflüssigkeit wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.
  • Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Zahnradpumpe bzw. eines Zahnradmotors 11. Hier sind zwei schwimmend gelagerte Zahnräder 20,21 vorgesehen, die mit einem einzigen Zahnrad 18 kämmen, das fest auf einer drehbaren Welle 22 sitzt. Da hier zwei Kämmzonen vorhanden sind, müssen auch zwei Einlässe 14, 15 sowie zwei Auslässe 16,17 im Gehäuse 12 vorgesehen werden. Bei dieser Vorrichtung ergeben sich zwei in entgegengesetzte Richtung fließende Flüssigkeitsströme.
  • Grundsätzlich wäre es möglich, mehr als zwei schwimmend gelagerte Zahnräder 20,21 mit einem einzigen wellengelagerten Zahnrad 18 kämmen zu lassen.
  • Aus vorstehenden Erläuterungen entnimmt ein Durchschnittsfachmann zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen, die durch die Erfindung mit erfaßt sein sollen.

Claims (7)

  1. Zahnradpumpe oder -motor (10,11), bestehend aus einem Gehäuse (12), in dem zumindest zwei miteinander kämmende Zahnräder (18,20,21) angeordnet sind, von denen eines (18) fest auf einer Welle (22) sitzt, während das andere (20,21) schwimmend auf einem Flüssigkeitsfilm dicht neben der Innenwandung (28) des Gehäuses (12) gelagert ist, wobei die Zähne (24,26) der Zahnräder Kopfflächen (25,27) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfflächen (27) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) eine größere Dicke (a) aufweisen als die Kopfflächen (25) des wellengelagerten Zahnrades (18).
  2. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Kopfflächendicken (a) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) 30 bis 50 % des Umfanges dieses Zahnrades (20,21) beträgt.
  3. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Kopfflächendicken (a) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) 40 % des Umfanges dieses Zahnrades (20,21) beträgt.
  4. 4. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (a) der Kopfflächen (27) des. schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) zumindest doppelt so groß ist wie die der Kopfflächen (25) des wellengelagerten Zahnrades (18).
  5. 5. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallel zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) liegenden Seitenkanten (31,32) jeder Kopffläche (27) angefast sind und mit der Kopffläche einen Winkel (0) von 10 bis 30° einschließen.
  6. 6. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der einen Stirnseite und senkrecht zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) liegenden Stirnkanten (33) der Kopfflächen (27) angefast sind und mit der Kopffläche (27) einen Winkel (α) von 30 bis 50° einschließen.
  7. 7. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr schwimmend gelagerte Zahnräder (20,21) mit dem wellengelagerten Zahnrad (18) kämmen.
EP82103446A 1981-05-04 1982-04-23 Zahnradpumpe oder -motor Expired EP0064239B1 (de)

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EP0064239A1 true EP0064239A1 (de) 1982-11-10
EP0064239B1 EP0064239B1 (de) 1985-02-13

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