EP4450756A1

EP4450756A1 - Zahnradpumpe und deren verwendung

Info

Publication number: EP4450756A1
Application number: EP23168853.2A
Authority: EP
Inventors: Hendrik BRANDS; René Triebe; Markus Steinmann
Original assignee: Maag Pump Systems AG
Current assignee: Maag Pump Systems AG
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2024-10-23
Also published as: US20240352934A1; US12385483B2; CN118815711A; JP2024155857A

Abstract

Zahnradpumpe mit ineinandergreifenden, von einem Gehäuse umschlossenen Zahnrädern (1) mit auf Wellenachsen (9) angeordneten, jeweils seitlich von den Zahnrädern (1) abstehenden Lagerzapfen, die im Gehäuse mittels jeweils eine Gleitlagerlänge aufweisenden Gleitlagern (3) gelagert sind, die je eine Schmiertasche (2) mit radialer Ausdehnung aufweist, wobei die Schmiertasche (2) von einer zahnradseitigen Stirnseite (7) des jeweiligen Gleitlagers (3) um einen ersten Abstand (d₁) beabstandet ist, so dass ein erster Steg (11) mit einer ersten Stegbreite (D₁) mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schmiertasche (2) ferner zur gegenüber der zahnradseitigen Stirnseite (7) liegenden Lagerstirnseite (8) um einen zweiten Abstand (d₂) beabstandet ist, so dass ein zweiter Steg (12) mit einer zweiten Stegbreite (D₂) mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist, dass eine Bohrung (4) durch das Gleitlager (3) führt und mit der Schmiertasche (2) bei einer Einspritzstelle (13) kommuniziert und dass die Bohrung (4) mit einer Fördereinrichtung zur Förderung von Schmiermedium in die Schmiertasche (2) wirkverbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verwendung der Zahnradpumpe nach Anspruch 15.

STAND DER TECHNIK

Zahnradpumpen bestehen im Wesentlichen aus einem Paar ineinandergreifender Zahnräder, die von einem Gehäuse umschlossen sind und von denen seitlich jeweils um die Längsachse angeordnete Lagerzapfen abstehen, die in Fördermedium-geschmierten Gleitlagern ihren Sitz haben.
Da Zahnradpumpen eine fördersteife Kennlinie besitzen, eignen sie sich besonders gut für den Transport von Fördermedien von einer Saug- auf eine Druckseite. Zwischen beiden letzteren entsteht aufgrund des geförderten Volumenstromes in den Folgeaggregaten ein Druckgefälle, welches bei hochviskosen Medien besonders gross ist und zu einer Kraftübertragung auf jedes Zahnrad führt.
Eine bekannte Zahnradpumpe ist beispielsweise in EP-1 790 854 A1 beschrieben, wobei es sich hierbei um eine Zahnradpumpe handelt, bei der ein Lagerzapfendurchmesser nahezu oder gleich einem Fusskreisdurchmesser der Verzahnung entspricht.
Die bekannten Zahnradpumpen haben Gleitlager, die mit dem Fördermedium geschmiert werden. An den Gleitlagern liegt auf der einen Seite der Zahnradpumpen-austrittsseitige hoher Druck an, wogegen hinter dem Gleitlager annähernd saugseitiger Druck der Zahnradpumpe herrscht, der deutlich niedriger ist als der Druck auf der Seite des Pumpenaustritts. Durch diese Druckdifferenz strömt Fördermedium, das für den Schmierfilmaufbau im Gleitlager benötigt wird, vom Pumpenaustritt in das Gleitlager. Eine Druckschmiernut in der Stirnseite des Gleitlagers bildet hierbei eine direkte Verbindung von der Austrittsseite in das Gleitlager, um die Schmiernut im Gleitlager möglichst gut mit Fördermedium zu versorgen.
Wird als Fördermedium eine Polymerschmelze verwendet, die zudem mit hohen Anteilen an Feststoffen oder mit Feststoffen oberhalb einer kritischen Grösse (allgemein als Fremdpartikel bezeichnet) versetzt ist, stellt dies für eine ausreichende Schmierung im Gleitlager eine Schwierigkeit dar. Für eine gute Funktion der Gleitlager ist es wichtig, einen Schmierfilm aus Fördermedium aufzubauen. Gelangen zu viele oder zu grosse Fremdpartikel in den engen Schmierspalt zwischen Welle und Gleitlager, besteht die Gefahr eines Schadens am Gleitlager oder an der Welle, was zu einem Ausfall der Zahnradpumpe führen kann. Dies ist insbesondere bei einer Partikelgrösse der Fall, die grösser ist als die Höhe des Minimalschmierfilms, denn dies führt zu einer Unterbrechung des Schmiermittelflusses durch Verstopfung im Gleitlager und damit zu einem Ausfall der Zahnradpumpe. Gelangt zu wenig Schmelze in das Gleitlager, besteht die Gefahr einer Mangelschmierung. Ein erhöhter Durchfluss von Partikel-beladener Schmelze (Fördermedium) kann auch zu erhöhten abrasivem Verschleiss der Gleitlageroberflächen führen.
Ferner können bei einem Polymer als Fördermittel nicht geschmolzene Polymerpartikel (kleine Klumpen), die über die Schmiernut in das Gleitlager gelangen, den Schmierstrom blockieren und zu einem Ausfall der Zahnradpumpe führen.
Das Problem der Fremdpartikel kann in gewissen Grenzen durch den Einsatz eines Gleitlagers mit Fülltaschen angegangen werden, wie es z. B. in der EP 4 083 428 A1 beschrieben wurde. Die in das Gleitlager eingearbeitete Fülltasche zeichnet sich dabei durch einen Steg zwischen Zahnrad-seitiger Stirnfläche des Gleitlagers und der Fülltasche aus, wobei der Steg grosse Fremdpartikel im Fördermedium hindert, in den Schmierspalt zwischen Zahnradwelle und Gleitlager zu gelangen. Für viele Anwendungen bietet dieser Ansatz bereits eine gute Lösung für das «Herausfiltern» von Festkörpern aus dem Hauptstrom, bevor das gefilterte Medium zum Aufbau des Schmierfilms in das Gleitlager gelangt.
Bei Polymerschmelzen als Fördermedium mit niedriger Viskosität, die nur einen dünnen Schmierfilm im Gleitlager aufbauen können, reicht diese bekannte Art der Filterung des Fördermediums jedoch nicht aus. Es gelangen immer noch zu viele Fremdstoffe in den Schmierspalt und das Risiko eines Schadens (so genannter Fresser) steigt an.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zahnradpumpe anzugeben, die im Betrieb gegenüber bekannten Lösungen wesentlich robuster ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie eine Verwendung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine erfindungsgemässe Zahnradpumpe umfasst ineinandergreifende, von einem Gehäuse umschlossene Zahnräder mit auf Wellenachsen angeordneten, jeweils seitlich von den Zahnrädern abstehenden Lagerzapfen, die im Gehäuse mittels jeweils eine Gleitlagerlänge aufweisenden Gleitlagern gelagert sind, die je eine Schmiertasche mit radialer Ausdehnung aufweisen, wobei die Schmiertasche von einer zahnradseitigen Stirnseite des jeweiligen Gleitlagers um einen ersten Abstand beabstandet ist, so dass ein erster Steg mit einer ersten Stegbreite mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus,

dass die Schmiertasche ferner zur gegenüber der zahnradseitigen Stirnseite liegenden Lagerstirnseite um einen zweiten Abstand beabstandet ist, so dass ein zweiter Steg mit einer zweiten Stegbreite mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist,
dass eine Bohrung durch das Gleitlager führt und mit der Schmiertasche bei einer Einspritzstelle kommuniziert und
dass die Bohrung mit einer Fördereinrichtung zur Förderung von Schmiermedium in die Schmiertasche wirkverbunden ist.

Die erfindungsgemässe Zahnradpumpe ist damit im Vergleich zu bekannten Zahnradpumpen wesentlich robuster, denn es können bei einem Polymer als Fördermedium weder unaufgeschmolzene Polymerpartikel (kleine Klumpen) noch Fremdpartikel in die Schmiernut im Gleitlager gelangen. Das Risiko einer Blockade des Schmierstromes wird dadurch signifikant reduziert. Der Schmierstrom wird daher weit weniger blockiert, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemässen Zahnradpumpe deutlich geringer ist.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Zahnradpumpe besteht darin, dass die erste Stegbreite mindestens 5% bis 20%, vorzugsweise 15%, der Gleitlagerlänge beträgt.
Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die zweite Stegbreite mindestens 5% bis 15%, vorzugsweise 10%, der Gleitlagerlänge beträgt.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung der Zahnräder in einem Winkelbereich von 210° bis 315°, vorzugsweise bei 270°, beginnt.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung der Zahnräder in einem Winkelbereich von 300° bis 30°, vorzugsweise bei 355°, endet.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Einspritzstelle in axialer Ausdehnung der Schmiertasche mittig in der Schmiertasche angeordnet ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Einspritzstelle in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung der Zahnräder in einem Winkelbereich von 225° bis 315°, vorzugsweise in einem Winkelbereich von 240° bis 300°, vorzugsweise bei 270°, angeordnet ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche im Bereich der Einspritzstelle am tiefsten ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Einspritzstelle, in Rotationsrichtung der Zahnräder gesehen, am Anfang der Schmiertasche angeordnet ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Schmiertasche, ausgehend von der Einspritzstelle und in Rotationsrichtung der Zahnräder gesehen, breiter ausgebildet ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass Querschnittsflächen der Schmiertasche, ausgehend von der Einspritzstelle und in Rotationsrichtung der Zahnräder gesehen, über 2/3 deren abgewickelten Länge gleich gross sind und dass Querschnittflächen der Schmiertasche über die restliche abgewickelte Länge bis zum Ende der Schmiertasche stetig abnehmend ausgebildet sind.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass eine Querschnittfläche der Bohrung gleich gross wie die Querschnittflächen der Schmiertasche in den ersten 2/3 der abgewickelten Länge der Schmiertasche ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass die Bohrung radial zu einem Aussendurchmesser des jeweiligen Gleitlagers angeordnet ist.
Noch weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Zahnradpumpe bestehen darin, dass mindestens einer der Lagerzapfen zumindest über einen Teil seiner axialen Erstreckung einen Lagerzapfendurchmesser aufweist, der im Bereich von 90% bis 100% eines Fusskreisdurchmessers der Verzahnung des zugehörenden Zahnrades liegt.
Schliesslich umfasst die vorliegende Erfindung eine Verwendung der Zahnradpumpe nach einer oder mehrerer der vorstehend genannten Ausführungsvarianten zur Förderung von hochviskosen Fördermedien, wie Polymer, mit einem Massenprozentanteil von Füllstoffen (z.B. Titandioxid TiO₂, Calciumcarbonat, Holzmehl, Stein, Kreide, Talg, Talkum, Silicate, Kohlenstoffe, insbesondere in Form von Russ) von über 60% an der Gesamtmasse des Fördermedium.
Ebenfalls umfasst die vorliegende Erfindung eine Verwendung der Zahnradpumpe nach einer oder mehrerer der vorstehend genannten Ausführungsvarianten zur Förderung von Fördermedien mit geringer Viskosität (grösser gleich einer Pascalsekunde), sowie fremdpartikelbeladene Polymerschmelzen, bei denen die Fremdpartikel eine Grösse aufweisen, die gleich oder grösser als der Minimalschmierfilm im Gleitlager ist.
Die erwähnten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung lassen sich in beliebiger Reihenfolge kombinieren. Lediglich diejenigen Kombinationen von Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch die Kombination zu einem Widerspruch führen würden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Diese dienen lediglich zur Erläuterung und sind nicht einschränkend auszulegen. Es zeigen:

Fig. 1: ein bekanntes Zahnrad mit Lagerzapfen für eine erfindungsgemässe Zahnradpumpe in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2: einen Schnitt durch ein erfindungsgemässes Gleitlager parallel zu einer Längsachse des Zahnrades mit Blick auf eine Bohrung mit Schmiertasche,
Fig. 3: einen teilweisen Schnitt quer durch das erfindungsgemässe Gleitlager im Bereich der Bohrung,
Fig. 4: einen Schnitt gemäss Fig. 3 durch das erfindungsgemässe Gleitlager mit Winkelangaben zur Positionsbestimmung der Bohrung und der Schmiertasche und
Fig. 5: eine graphische Darstellung des Querschnittverlaufs der erfindungsgemässen Schmiertasche in Funktion eines Rotationswinkels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines an sich bekannten Zahnrades 1 mit Lagerzapfen 5 und 6 für eine erfindungsgemässe Zahnradpumpe. Die Lagerzapfen 5 und 6 weisen über einen Teil ihrer axialen Erstreckung einen Lagerzapfendurchmesser D_L auf, der annähernd so gross ist wie ein Fusskreisdurchmesser D_F der Verzahnung. Zumindest liegt der Lagerzapfendurchmesser D_L im Bereich von 90% bis 100% des Fusskreisdurchmessers D_F. Selbstverständlich gilt dies auch für die in Fig. 1 nicht dargestellten Lagerzapfen des zweiten Zahnrades. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erwähnte Ausführungsvariante mit den vorstehend definierten Lagerzapfendurchmesser und Fusskreisdurchmesser nicht zwingend in dieser Art realisiert sein müssen. Denkbar ist auch eine herkömmliche Ausführungsvariante, bei der der Lagerzapfendurchmesser kleiner ist als 90% des Fusskreisdurchmessers.
Im Gegensatz zum bewährten Prinzip der Lagerschmierung mittels Fördermedium, welches durch Nuten in die Gleitlager geleitet wird (siehe beispielsweise EP 833 068 B1 ), wird neu ein sauberes, fremdstofffreies Schmiermedium zum Schmierfilmaufbau von einer separaten externen Fördereinrichtung bereitgestellt und über eine Bohrung 4 (Fig. 2) in eine Schmiertasche 2 (Fig. 2) ins Gleitlager 3 (Fig. 2) gedrückt. Auf diese Weise ist der Schmierfilmaufbau zwischen dem Gleitlager 3 und dem Lagerzapfen 5, 6 weitestgehend unabhängig von den schmierfilmaufbauenden Eigenschaften des Fördermediums, da diese Aufgabe von einem geeigneten, sauberen und weitgehend fremdstofffreien Schmiermedium übernommen wird. Es wird ausdrücklich auf den Vorteil verwiesen, dass dieses externe Schmiermedium zum Schmierfilmaufbau von dem zu recycelnden Fördermedium verschieden sein kann. Es wird ausdrücklich betont, dass das externe Schmiermedium sich deutlich von dem Fördermedium unterscheiden kann. Abhängig von den Anwendungsdaten kann ein geeignetes externes Fördermedium (Schmiermedium) mit spezifischen Eigenschaften ausgewählt werden, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass nur ein vernachlässigbar kleiner Mengenanteil für die Schmierung der Gleitlager dafür benötigt wird. Beispielsweise wird ein Schmiermedium verwendet, dass im pumpfähigen Zustand eine Viskosität von 1 Pas hat.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Gleitlager 3 mit einer Gleitlagerlänge L. Die Schnittfläche verläuft parallel zur Wellenachse 9 und ist so gelegt, dass die in das Gleitlager 3 eingearbeitete Schmiertasche 2 ersichtlich ist.
Wie bereits aus Fig. 2 erkennbar ist, ist die Schmiertasche 2 von einer Zahnrad-seitigen Stirnfläche 7 (auch etwa als Lagerinnenseite bezeichnet) des Gleitlagers 3 um einen ersten Abstand d₁ beabstandet, so dass ein erster Steg 11 mit radialer Ausdehnung entsprechend der Gleitfläche des Gleitlagers 3 vorhanden ist. Der erste Steg 11 weist eine erste Stegbreite D₁ auf, wobei diese kleiner ist als der erste Abstand d₁, denn ein Übergang von der Gleitfläche auf die Stirnfläche des Gleitlagers 3 gehört nicht zum ersten Steg 11. Es hat sich gezeigt, dass die Stegbreite D₁ 5 bis 20%, vorzugsweise 15% der Gleitlagerlänge L betragen soll. Zu beachten ist, dass es sich bei der Stegbreite D₁ um eine Minimalangabe handelt, d.h. ein Zahnrad-seitiger Rand der Schmiertasche 2 muss nicht parallel zur Zahnrad-seitigen Stirnfläche verlaufen. Zudem ist es nicht zwingend notwendig, dass die Schmiertasche 2 überhaupt die minimale Stegbreite D₁ einnimmt.
Ferner ist die Schmiertasche 2 auf der anderen Lagerseite zu einer zweiten Stirnfläche 8 (auch etwa als Lageraussenseite bezeichnet), die gegenüber der Zahnrad-seitigen Stirnfläche 7 des Gleitlagers 3 liegt, um einen zweiten Abstand d₂ beabstandet, so dass ein zweiter Steg 12 vorhanden ist, der eine zweite Stegbreite D₂ aufweist, wobei diese wiederum kleiner ist als der zweite Abstand d₂, denn ein Übergang von der Gleitfläche des Gleitlagers 3 auf die zweite Stirnfläche 8 des Gleitlagers 3 wird wiederum nicht zum zweiten Steg 12 gezählt. Es hat sich gezeigt, dass die Stegbreite D₂ 5 bis 15%, vorzugsweise 10% der Gleitlagerlänge L betragen soll. Zu beachten ist auch hier, dass es sich bei der Stegbreite D₂ um eine Minimalangabe handelt, d.h. ein Lageraussenseite-seitiger Rand der Schmiertasche 2 muss nicht parallel zur Lageraussenseite verlaufen. Zudem ist es nicht zwingend notwendig, dass die Schmiertasche 2 überhaupt die minimale Stegbreite D₂ einnimmt.
Damit ist eine maximale axiale Ausdehnung (in Bezug auf die Wellenachse) der Schmiertasche 2 durch die vorstehenden Definitionen des ersten und zweiten Steges 11 bzw. 12 festgelegt. Eine maximale Ausdehnung der Schmiertasche 2 entlang der Gleitfläche des Gleitlagers 3 wird im Folgenden anhand von Fig. 3 und 4 erläutert werden.
Fig. 3 zeigt einen teilweisen Schnitt quer durch das erfindungsgemässe Gleitlager 3 im Bereich der Bohrung 4 und der dazugehörenden Schmiertasche 2, wobei die gezeigte Schmiertasche 2 lediglich eine von vielen möglichen Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung ist. Die Lage der Schmiertasche 2 wird durch einen Winkel zu einer durch die beiden Wellenachsen 9 aufgespannte Ebene, die sogenannte Winkelbezugsebene 10, dargestellt, und zwar wird der Winkel in Rotationsrichtung R der Welle im Gleitlager 3 angegeben. Die Winkelbezugsebene 10 steht somit senkrecht auf eine Sehnenfläche 14 des Gleitlagers 3. Die Schmiertasche 2 beginnt bei einer Eintrittskante 16 in die Schmiertasche 2. In Rotationsrichtung R gesehen und in Bezug auf die Winkelbezugsebene 10 beginnt die Schmiertasche 2 mit der Eintrittskante 16 nach einem Startwinkel α und endet mit der Austrittskante 15 nach einem Endwinkel β. In der Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Schmiertasche 2 gemäss Fig. 3 beträgt der Startwinkel α = 265° und der Endwinkel β = 355°. Die Bohrung 4, durch die das Schmiermedium in die Schmiertasche 2 geleitet wird, besitzt eine Einspritzstelle 13, die zumindest teilweise mit der Eintrittskante 16 zusammenfällt. Nach der Einspritzstelle 13 verteilt sich das Schmiermedium sowohl in axialer Richtung als auch in Rotationsrichtung R innerhalb der Schmiertasche 2, bis das Schmiermedium an der Austrittskante 15 in einen Schmierspalt, der einerseits durch die Welle bzw. den Lagerzapfen 5, 6 und andererseits durch das Gleitlager 3 gebildet ist, eintritt und einen Schmiermittelfilm bildet.
Anhand von Fig. 4, die einen Schnitt gemäss Fig. 3 durch das ganze Gleitlager 3 zeigt, werden die erfindungsgemässen Winkelbereiche definiert, innerhalb derer sowohl der Startwinkel α und der Endwinkel β als auch die Einspritzstelle 13 der Bohrung 4 in die Schmiertasche 2 liegt. Es hat sich gezeigt, dass die Schmiertasche 2 einen minimalen Startwinkel α von 210° und einen maximalen Endwinkel β von 30° aufweist, mithin umfasst eine solche Schmiertasche 2 den maximalen Winkelbereich von 210° bis 30°. Die Einspritzstelle 13 und damit ein Ende der Bohrung 4 in der Schmiertasche 2 liegt dabei in einem Winkelbereich von 225° bis 315°, wobei einschränkend die Einspritzstelle 13 immer in der Schmiertasche 2 enden muss: Mit anderen Worten muss die Einspritzstelle 13 zwingend nach dem Startwinkel α und vor dem Endwinkel β der gewählten Schmiertasche 2 angeordnet sein, gleichzeitig aber auch innerhalb des Winkelbereiches von 225° bis 315° liegen. Die Einspritzstelle 13 liegt dabei bevorzugterweise innerhalb eines Winkelbereiches von 240° bis 300°. Es hat sich überdies gezeigt, dass die Einspritzstelle 13 insbesondere bei einem Einspritzstellenwinkel δ von 270° liegt. Die Schmiertasche 2 ihrerseits erstreckt sich bevorzugterweise über einen Winkelbereich von 265° bis 355°.
Aus den vorstehenden Winkelangaben ergibt sich, dass sich die Einspritzstelle 13 nicht zwingend unmittelbar nach dem Startwinkel α befinden muss, auch wenn dies vorzugsweise so vorgesehen ist. Denkbar ist vielmehr, dass die Einspritzstelle 13 - unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Bedingungen an den Winkelbereich für die Einspritzstelle 13 und die Ausdehnung der Schmiertasche 13 - an beliebiger Stelle sein kann, insbesondere auch im Bereich des Endwinkels β.
Während die Position der Einspritzstelle 13 hinlänglich definiert ist, ist die dazugehörende Bohrung 4 beispielsweise als radiale Bohrung 4 durch das Gleitlager 3 ausgeführt. Denkbar ist jedoch eine beliebiger Bohrrichtung durch das Gleitlager 3 zur Einspritzstelle 13.
Damit ist - nunmehr wiederum mit Blick auf Fig. 2 - ein maximaler Rahmen 20 abgesteckt, innerhalb dessen sich die Schmiertasche 2 befindet bzw. den die Schmiertasche 2 maximal ausfüllt. Dieser maximale Rahmen 20 ist in Fig. 2 durch eine strichlinierte Linie dargestellt.
Wie bereits kurz im Zusammenhang mit Erläuterungen der Fig. 2 darauf hingewiesen wurde, wird die in das Gleitlager 3 eingearbeitete Schmiertasche 2 mit einem Schmiermedium versorgt, welches durch die Bohrung 4 über die Einspritzstelle 13 in die Schmiertasche 2 gepresst wird. In Rotationsrichtung R des Lagerzapfens 5, 6 gesehen, kann die Schmiertasche 2 an oder vor der Einspritzstelle 13 an einem minimalen Schmiertaschenanfang beginnen und an einem maximalen Schmiertaschenende enden. Während also die maximale Breite der Schmiertasche 2 durch die Stegbreiten D₁ und D₂ als Anteil der Gleitlagerlänge L definiert sind, wird die maximale Länge der Schmiertasche 2 - in Rotationsrichtung R der Lagerzapfen 5, 6 gesehen - durch den Schmiertaschenanfang 16 und das Schmiertaschenende 15 mittels Winkelangaben, die anhand Fig. 4 erläutert worden sind, definiert.
Wie bereits erwähnt worden ist, kann sich die Einspritzstelle 13 an beliebiger Stelle innerhalb des maximalen Rahmens 20 (Fig. 2) befinden. Vorzugsweise befindet sich die Einspritzstelle 13 mittig im Rahmen 20 und wird mit zunehmendem Winkel stetig grösser, wie dies das in Fig. 2 konkrete Ausführungsbeispiel für die Schmiertasche 2 zeigt.
Im Gegensatz zum bewährten Prinzip der Lagerschmierung mittels Fördermedium, welches durch Nuten in die Gleitlager gemäss dem Stand der Technik geleitet wird, wird neu ein sauberes, fremdstoffarmes Schmiermedium zum Schmierfilmaufbau von einem separaten externen Fördereinrichtung, die beispielsweise ein Extruder oder wiederum eine Zahnradpumpe sein kann, bereitgestellt und in das Gleitlager 3 gepresst. Auf diese Weise ist der Schmierfilmaufbau weitestgehend unabhängig von den schmierfilmaufbauenden Eigenschaften des Fördermediums, da diese Aufgabe von einem geeigneten, sauberen und vor allem fremdstoffarmen Schmiermedium übernommen wird. Es wird ausdrücklich auf den Vorteil verwiesen, dass dieses externe Schmiermedium zum Schmierfilmaufbau von dem Fördermedium verschieden sein kann. Allerdings muss das Schmiermedium derart gewählt werden, dass es sich mit dem Schmiermedium verträgt, da sich das Schmiermedium mit dem Fördermedium in der Folge, d.h. nach dem Austritt aus dem Gleitlagerspalt, vermischt.
Erfindungsgemäss wird die Geometrie des Gleitlagers 3 und die Gestaltung der Schmiertasche 2 im Gleitlager 3 so gestaltet, dass für die hydrodynamischen Gleitlager 3 eine möglichst geringe Menge des Schmiermediums erforderlich ist. Gleichzeitig muss das Design des Gleitlagers 3 und die Geometrie der Schmiertasche 2 sicherstellen, dass möglichst wenig verschmutztes Fördermedium aus dem Hauptförderstrom in das Gleitlager 3 gelangt, da ansonsten die guten Schmiereigenschaften des sauberen extern zugeführten Schmiermediums nicht genutzt werden können. Durch geeignete Wahl der Geometrie für das Gleitlager 3 und der Gestaltung der Schmiertasche 2 wird dabei gesorgt, dass ohne zusätzliche Komponenten in der Zahnradpumpe selber (wie beispielsweise eine Wellenabdichtung etc.) das verschmutzte Fördermedium weitgehend aus dem Schmierspalt der Gleitlager 3 ferngehalten wird.
In Weiterentwicklung der vorstehenden Ausführungen wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch vorzüglich für kritische Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen zwar keine Fremdpartikel im Fördermedium enthalten sind, aber dennoch ein sehr dünner Schmierfilm im Gleitlager gewünscht ist, wenn also das Fördermedium einen solchen dünnen Schmierfilm nicht zulässt.
Fig. 5 zeigt einen Verlauf der Querschnittfläche Q als Funktion eines zunehmenden Rotationswinkels r, ausgehend von der Startkante 16 (Fig. 2) der Schmiertasche 2, die sich mit fortschreitendem Rotationswinkel r stetig verbreitert. Es handelt sich um eine Ausführungsvariante für eine Schmiertasche 2, die über eine wesentliche Ausdehnung in Rotationsrichtung R eine konstante Querschnittsfläche Q aufweist. Vorzugsweise ist bereits die Querschnittsfläche der Bohrung 4 - und demzufolge auch die Querschnittsfläche der Einspritzstelle 13 - entsprechend der über weite Bereiche deren Ausdehnung (beispielsweise über 2/3 der gesamten Ausdehnung der Schmiertasche 2 in Rotationsrichtung R bis zu einer Grenzlinie 21) konstant. Im letzten Drittel der Schmiertasche 2 (wiederum in Rotationsrichtung R gesehen) nimmt die Querschnittsfläche Q beispielsweise stetig ab bis zur Austrittskante 15. Aufgrund der sich stetig in Rotationsrichtung R verbreiternden Schmiertasche 2 (siehe Fig. 2) nimmt eine Tiefe der Schmiertasche 2 in den ersten 2/3 der Ausdehnung der Schmiertasche 2 in Rotationsrichtung R derart ab, dass die Querschnittsfläche Q konstant ist. Damit wird eine optimale Verteilung des Schmiermediums innerhalb der Schmiertasche 2 erreicht, bevor das Schmiermedium in den Gleitlagerspalt zwischen Welle und Gleitlager 3 gelangt bzw. gedrückt wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Zahnrad
2: Schmiertasche
3: Gleitlager
4: Bohrung
5,6: Lagerzapfen
7: Lagerinnenseite; Zahnrad-seitige Stirnfläche; Zahnradstirnseite
8: Lageraussenseite; Stirnfläche, die gegenüber der Zahnrad-seitigen Stirnfläche liegt; Lagerstirnseite
9: Wellenachse
10: Winkelbezugsebene
11: erster Steg
12: zweiter Steg
13: Einspritzstelle
14: Sehnenfläche
15: Austrittskante
16: Startkante
20: maximaler Rahmen
21: Grenzlinie
R: Rotationsrichtung der Welle
r: Rotationswinkel
α: Startwinkel
β: Endwinkel
δ: Einspritzstellenwinkel
DL: Lagerzapfendurchmesser
DF: Fusskreisdurchmesser
L: Gleitlagerlänge
Q: Querschnittsfläche
d1: erster Abstand der Schmiertasche von der Zahnrad-seitigen Stirnseite des Gleitlagers
d2: zweiter Abstand der Schmiertasche von der gegenüberliegenden Seite zur Zahnrad-seitigen Stirnseite des Gleitlagers
D1: erste Stegbreite
D2: zweite Stegbreite

Claims

Zahnradpumpe mit ineinandergreifenden, von einem Gehäuse umschlossenen Zahnrädern (1) mit auf Wellenachsen (9) angeordneten, jeweils seitlich von den Zahnrädern (1) abstehenden Lagerzapfen (5, 6), die im Gehäuse mittels jeweils eine Gleitlagerlänge (L) aufweisenden Gleitlagern (3) gelagert sind, die je eine Schmiertasche (2) mit radialer Ausdehnung aufweist, wobei die Schmiertasche (2) von einer zahnradseitigen Stirnseite (7) des jeweiligen Gleitlagers (3) um einen ersten Abstand (d₁) beabstandet ist, so dass ein erster Steg (11) mit einer ersten Stegbreite (D₁) mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schmiertasche (2) ferner zur gegenüber der zahnradseitigen Stirnseite (7) liegenden Lagerstirnseite (8) um einen zweiten Abstand (d₂) beabstandet ist, so dass ein zweiter Steg (12) mit einer zweiten Stegbreite (D₂) mit axialer Ausdehnung entsprechend einer Gleitlageroberfläche vorhanden ist,

- dass eine Bohrung (4) durch das Gleitlager (3) führt und mit der Schmiertasche (2) bei einer Einspritzstelle (13) kommuniziert und

- dass die Bohrung (4) mit einer Fördereinrichtung zur Förderung von Schmiermedium in die Schmiertasche (2) wirkverbunden ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stegbreite (D₁) mindestens 5% bis 20%, vorzugsweise 15%, der Gleitlagerlänge (L) beträgt.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stegbreite (D₂) mindestens 5% bis 15%, vorzugsweise 10%, der Gleitlagerlänge (L) beträgt.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertasche (2) in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen (9) aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung (R) der Zahnräder in einem Winkelbereich von 210° bis 315°, vorzugsweise bei 270°, beginnt.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertasche (2) in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen (9) aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung (R) der Zahnräder (1) in einem Winkelbereich von 300° bis 30°, vorzugsweise bei 355°, endet.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzstelle (13) in axialer Ausdehnung der Schmiertasche (2) mittig in der Schmiertasche (2) angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzstelle (13) in Bezug auf eine durch die beiden Wellenachsen (9) aufgespannte Ebene und in Rotationsrichtung (R) der Zahnräder (1) in einem Winkelbereich von 225° bis 315°, vorzugsweise in einem Winkelbereich von 240° bis 300°, vorzugsweise bei 270°, angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertasche (2) im Bereich der Einspritzstelle (13) am tiefsten ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzstelle (13), in Rotationsrichtung (R) der Zahnräder (1) gesehen, am Anfang der Schmiertasche (2) angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertasche (2), ausgehend von der Einspritzstelle (13) und in Rotationsrichtung (R) der Zahnräder (1) gesehen, breiter ausgebildet ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Querschnittsflächen der Schmiertasche (2), ausgehend von der Einspritzstelle (13) und in Rotationsrichtung (R) der Zahnräder (1) gesehen, über 2/3 deren abgewickelten Länge gleich gross sind und dass Querschnittflächen der Schmiertasche (2) über die restliche abgewickelte Länge bis zum Ende der Schmiertasche (2) stetig abnehmend ausgebildet sind.
Zahnradpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittfläche der Bohrung (4) gleich gross wie die Querschnittflächen der Schmiertasche (2) in den ersten 2/3 der abgewickelten Länge der Schmiertasche (2) ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) radial zu einem Aussendurchmesser des jeweiligen Gleitlagers (3) angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lagerzapfen (5, 6) zumindest über einen Teil seiner axialen Erstreckung einen Lagerzapfendurchmesser (D_L) aufweist, der im Bereich von 90% bis 100% eines Fusskreisdurchmessers (D_F) der Verzahnung des zugehörenden Zahnrades (1) liegt.
Verwendung der Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Förderung von hochviskosen Fördermedium, wie Polymer, mit einem Massenprozentanteil von anorganischen Füllstoffen an Gesamtmasse Fördermedium von über 60%.