SK5836Y1 - Zubové čerpadlo s plynule meniteľným výstupným prietokom - Google Patents

Abstract

Zubové čerpadlo (18) je tvorené dvoma hriadeľmi (1), (2) pevne spojenými s ozubenými kolesami (3), (4) do seba zapadajúcimi. Pozdĺžne v smere osi (Y) sa pohybuje ozubené koleso (4). Pomocou prstencov (5), (6) s prietokovými otvormi sú rozdelené ozubené kolesá (3) a (4) na činnú a nečinnú časť. Na utesnenie medzizubových priestorov náhonového ozubeného kolesa (3) sú použité tesnenia (7), (9), ktoré majú i stabilizačnú funkciu na hriadeli (1). Ozubené koleso (4) je utesnené tesneniami (8) a (10). Posuvné tesnenie (13) a tesnenia (8) a (10) slúžia i ako pohyblivé časti čerpadla, ktoré sú pohyblivé v osiach (X) a (Y).

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie tohto typu má veľmi široké použitie v rôznych oblastiach hospodárstva. V rámci oblasti techniky môžeme toto čerpadlo zaradiť do všetkých odvetví strojárskeho priemyslu, automobilového, poľnohospodárskeho ale i zdravotníctva a pod. Takéto čerpadlo sa dá použiť napr. ako klasické zubové čerpadlo, dávkovacie čerpadlo, tiež ako generátor tlaku kvapalnej látky napr. pre žeriavy, výťahy, lisy alebo rôzne iné stroje a zariadenia ale veľmi rozširuje ich funkčnosť a použiteľnosť. V zdravotníctve sa takéto čerpadlá dajú použiť ako dávkovacie čerpadlá s plynulou reguláciou s možnosťou regulácie doslova od nulovej hodnoty. So spojením s hydromotorom ale predpokladám veľké využitie v zariadeniach, ktoré umožňujú meniť prevodový pomer a to doslova od nulových otáčok bez nutnosti použiť spojku ako je doteraz napr. v automobilovom priemysle.

Doterajší stav techniky

Zubové čerpadlá majú veľké využitie hlavne v mazacej technike, hydraulike a pod. Sú väčšinou konštruované na konkrétne podmienky a nie je zatiaľ možné meniť ich výstupné prietokové parametre za prevádzky a dokonca od nulového výstupného prietoku. Sú ale nepostrádateľné pre správnu činnosť mazania rôznych motorov, tiež na generovanie tlaku kvapalín v širokom spektre použitia ako napr. pohyby piestov, hydromotorov atď. ale i ako časť hydraulickej prevodovky, alebo ako dávkovacie čerpadlá. Doteraz známe podané patenty ako UŠ 2001/0024618 A1 zo dňa 27.09.2001 alebo WO 2006/049500 A1 zo dňa 11.05.2006 s posuvnými ozubenými kolesami majú svoje nedostatky, ktoré bránia ich využiteľnosti. Klasické zubové čerpadlo má medzizubové priestory v ktorých sa po obvode prenáša kvapalné médium utesnené z boku a po obvode najčastejšie obalom čerpadla vyrobené s dostatočnou tesniacou presnosťou a okrem ozubených kolies s hriadeľmi nie je nič pohyblivé, tým nie je možné meniť ich parametre.

Podstata technického riešenia

Nevýhody doterajšieho stavu, nemožnosť zmeny výstupných parametrov doteraz vyrábaných zubových čerpadiel odstraňuje navrhované riešenie. Výhoda tohto technického riešenie je v tom, že umožňuje vyrobiť zubové Čerpadlo, ktoré dokáže meniť plynulým spôsobom výstupné parametre prietoku z hodnoty 0 až do maximálneho konštrukčného prietoku a to nepriamou úmerou tlaku a prietoku, pretože sa mení činná plocha pôsobiaca na kvapalné médium. Pri spojení takýchto dvoch zubových čerpadiel s plynulým výstupným prietokom, ktoré jedno z nich bude vyrobené i pre funkciu hydromotora dokážeme vyrobiť prevodovku s teoretickým prevodom „ 1 : 0 až 1 : nekonečno (jedna ku nula, až jedna ku nekonečno)“.

Podstata vytvorenia navrhovaného čerpadla je v tom že vytvoríme viac pohyblivých súčastí čerpadla a nielen ozubených kolies s hriadeľmi ako je to u klasického zubového čerpadla, ale i iných statických a pohyblivých častí a dielov, ktoré nám pomôžu utesniť medzizubové priestory i pri posuve ozubených kolies voči sebe v smere osi ich rotácie a tiež nedovolia prietoku kvapalného média z vyššieho tlaku do nižšieho na koncoch týchto ozubených kolies pomocou prstencov s prietokovými otvormi. Všetko bude osadené v korpuse, v ktorom budú i otvory pre vstup a výstup čerpadla. U zubových čerpadiel je jedno, ktoré ozubené koleso je náhonové a ktoré hnané. Pre jednoduchosť si určíme, že náhonové je prvé a hnané je druhé. Na ozubené kolesá vzájomne v sebe zasunuté a posunuté voči sebe pozdĺž osi rotácie nasunieme prstence s prietokovými otvormi. Prstence budú kopírovať ozubené kolesá po obvode, ale budú sa pozdĺž týchto ozubených kolies môcť klzné pohybovať tak. že prstenec náhonového ozubeného kolesa sa bude z boku klzné dotýkať hnaného ozubeného kolesa a prstenec nasunutý na hnanom ozubenom kolese sa bude z boku klzné dotýkať náhonového ozubeného kolesa. Prstence budú rozdeľovať ozubené kolesá na činnú a nečinnú časť. Vzájomným posuvom ozubených kolies voči sebe a tým i prstencov pozdĺž ozubených kolies sa bude meniť dĺžka styku odvaľovania z hodnoty blízkej nule až do maximálnej konštrukčnej dĺžky a tým sa bude meniť prietok čerpadla z hodnoty 0 až do maximálnej konštrukčnej hodnoty prietoku i vďaka prirodzeným stratám v čerpadle a fyzikálnym vlastnostiam kvapalného média. Tým sa mení i plocha, ktorá pôsobí na kvapalné médium. V týchto prstencoch budú prietokové otvory, ktorých bude toľko, koľko je medzizubových priestorov na príslušnom ozubenom kolese. Prietokové otvory budú takého tvaru a tak budú osadené v prstenci, že nemôže prísť cez tento otvor k prietoku z vyššieho tlaku na jednej strane zuba do nižšieho tlaku na druhej strane zuba. ktorý je práve v odvaľovacom režime. Z toho vyplýva, že utesnenie medzizubových priestorov v mieste odvaľovania sa zubov na krajoch ozubených kolies dotýkajúcich sa prstencov musí byť v minimálnej dĺžke vzájomného odvaľovania sa týchto ozubených kolies. Tým je zabezpečené, že nepríde k prietoku z vyššieho tlaku do nižšieho okolo krajov týchto ozubených kolies a tiež cez už spomenuté prietokové otvory v prstencoch. Počas posuvu ozubených kolies voči sebe a tým i prstencov bude pretekať kvapalné médium cez prietokové otvory

SK 5836 Υ1 v prstencoch z činnej časti do nečinnej časti ozubených kolies alebo opačne. Smer prietoku bude záležať na tom, či sa budú prstence s prietokovými otvormi k sebe približovať alebo sa budú vzdialovať. Medzizubové priestory ozubených kolies sú z boku utesnené tesneniami, ktoré sú nasunuté na hriadeľoch. Jedno z dvoch tesnení na každom hriadeli má vyfrézovanú pozdĺžnu drážku a drážku pre prstenec. Všetko je spojené tak, aby sa to nemohlo od seba rozísť vďaka silovým a tlakovým účinkom kvapalného média, silového náhonového pôsobenia a i vďaka síl posuvov, ktoré prestavujú prietok čerpadla.

Náhonový hriadeľ s ozubeným kolesom sa bude otáčať okolo osi X. Obe tesnenia na náhonovom hriadeli budú zastabilizované voči korpusu čerpadla bez možnosti pootočenia a posunu pozdĺž osi X za pomoci stabilizátorov. Okolo týchto dielov nasunutých na náhonovom hriadeli osadíme ďalšie posuvné tesnenie v ktorom bude vyfrézovaná drážka pre prstenec náhonového ozubeného kolesa, v ktorej sa bude klzné otáčať. Tento prstenec sa bude otáčať v drážke spolu s náhonovým ozubeným kolesom a spolu s týmto posuvným tesnením sa bude pohybovať i pozdĺž osi X. Pozdĺžne sa budú pohybovať spolu s hnaným hriadeľom, s hnaným ozubeným kolesom a s oboma tesneniami na hnanom hriadeli pozdĺž osi Y. Tieto tesnenia budú presne a pevne spojené s týmto pozdĺžnym tesnením. Prstenec na hnanom ozubenom kolese sa bude pohybovať okolo osi Y, bez možnosti pohybu pozdĺž tejto osi i vďaka drážke v korpuse čerpadla, v ktorej bude klzné osadený. Celé toto zariadenie je osadené do korpusu čerpadla. Pohyblivé časti ktoré sa pohybujú pozdĺž osi X a Y, sú spolu pospájané a sú pomocou posuvu prestaviteľné. Tým sa dosiahne to, že sa budú ozubené kolesá voči sebe v smere osi rotácie posúvať a za pomoci prstencov sa bude meniť dĺžka a plocha činnej časti ozubených kolies a tým sa bude plynulým spôsobom meniť i prietokové množstvo kvapalného média zo vstupu na výstup.

Spojením tohto čerpadla s hydromotorom alebo iným čerpadlom uspôsobeným i pre funkciu hydromotora za pomoci posuvov dokážeme vyrobiť plynulú hydraulickú prevodovku pracujúcu od nulových výstupných otáčok s adekvátnou silou.

Príklad uskutočnenia

Zubové čerpadlo 18 s plynulé meniteľným výstupným prietokom, podľa technického riešenia pozostáva z korpusu 17 so vstupným otvorom 14 a výstupným otvorom 15, v ktorom sú vyfrézované otvory pre jednotlivé súčiastky zubového čerpadla 18 a otvory pre pevné uchytenie stabilizátora H. a stabilizátora 12. Čerpacia časť je tvorená dvomi ozubenými kolesami 3 a 4 pevne spojenými s hriadeľmi I a 2, ktoré do seba zapadajú a odvaľujú sa po sebe okolo príslušných osí X a Y a to jedným náhonovým ozubeným kolesom 3, na ktorom je tesne posuvne uložený prstenec 5 s prietokovými otvormi, ktorý sa klzné dotýka z boku hnaného ozubeného kolesa 4, na ktorom je tesne posuvne uložený prstenec 6 s prietokovými otvormi, ktorý sa z boku klzné dotýka ozubeného náhonového kolesa 3. Tieto ozubené kolesá 3 a 4 sú voči sebe posuvne uložené s možnosťou pohybu hnaného ozubeného kolesa 4 pozdĺž osi Y a náhonové ozubené koleso 3 zostane bez pohybu v smere osi X. Týmto sa dosiahnu dve krajné funkčné polohy ozubených kolies 3 a 4 a prstencov 5 a 6. Jedna je - prstence 5 a 6 s prietokovými otvormi sú vedľa seba vo vzdialenosti 0,1 mm a ozubené kolesá 3 a 4 sa po sebe odvaľujú v tejto minimálnej dĺžke, ktorá ešte zabezpečí ich synchrónne otáčky a tým je daná i činná dĺžka ozubených kolies 3 a 4 tiež 0,1 mm. Tým sa vďaka prirodzeným stratám a fyzikálnym vlastnostiam kvapalného média neprenáša zo vstupného otvoru 14 do výstupného otvoru 15 žiadne kvapalné médium. V nečinnej časti ozubených kolies 3 a 4, ktorá má teraz maximálnu možnú dĺžku, stále dookola koluje to isté kvapalné médium, ktoré sa tam dostalo cez prietokové otvory v prstencoch 5 a 6 z činnej časti ozubených kolies 3 a 4. Druhá krajná poloha - prstence 5 a 6 s prietokovými otvormi sú v maximálnej vzdialenosti od seba, ale stále sú celé nasunuté na ozubených kolesách 3 a 4, ktorá má teraz maximálnu konštrukčnú dĺžku činnej časti ozubených kolies 3 a 4. Nečinná dĺžka ozubených kolies 3 a 4 sa teraz rovná 0 mm. Tým sa zo vstupného otvoru 14 do výstupného otvoru 15 zubového čerpadla 18 prenáša maximálne konštrukčné množstvo kvapalného média. Všetky iné dĺžky činnej časti ozubených kolies 3 a 4 predstavujú adekvátne množstvo prenášaného kvapalného média s možnosťou plynulej regulácie za prevádzky. (Tým sa mení i plocha činnej časti ktorá pôsobí na kvapalné médium.) Aby neprišlo k úniku kvapalného média na bočných strán ozubeného kolesa 3 sú z boku nasunuté tesnenia 7 a 9. Ozubené koleso 4 má na bočných stranách tesnenia 8 a 10. Všetko je zaistené poistnými krúžkami 15. Prstenec 6 s prietokovými otvormi sa môže otáčať spolu s ozubeným kolesom 4 len okolo vlastnej osi i za pomoci vyfrézovanej drážky v korpuse 17, v ktorej je klzné osadený. Náhonový hriadeľ J_ s možnosťou otáčania sa len okolo vlastnej osi je zastabilizovaný pomocou stabilizátorov 11 a 12 . ktoré sú pevne spojené s korpusom 17. Stabilizátor 11 tiež slúži na stabilizáciu tesnenia 9. Stabilizátor 12 tiež stabilizuje tesnenie 7. Okolo týchto zastabilizovaných tesnení 7 a 9, náhonového ozubeného kolesa 3 a prstenca 5 je klzné osadené posuvné tesnenie 13, ktoré je spojené s tesneniami 8 a 10 a pohybuje sa s nimi spoločne voči korpusu 17 pozdĺž osí X a Y.

SK 5836 Υ1

Priemyselná využiteľnosť

Čerpadlo podľa technického riešenia môže byť použité samostatne všade tam, kde je potreba plynulo meniť dávkovanie, prietoky a tlaky kvapalných látok za prevádzky. Najväčšie využitie tohto zariadenia predpokladám ale v spojení s hydromotorom alebo takýmto istým čerpadlom uspôsobeným pre funkciu hydromotora a tým vytvorením plynulé meniteľnou hydraulickou prevodovkou. Táto prevodovka bude schopná pracovať od nuly a preto môžeme pri použití tejto prevodovky vynechať i používanie spojkového mechanizmu, nie ako je tomu v doteraz používaných strojoch alebo mechanizmoch, ako sú napr. motorky, osobné automobily, nákladné automobily, dopravné stroje, pracovné stroje a podobne, ktoré sa bez spojky nezaobídu. Takto vytvoríme nový druh automatických hydraulických prevodoviek s plynulou reguláciou otáčok pracujúcich od nuly ale s adekvátnou silou.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zubové čerpadlo s plynulé meniteľným výstupným prietokom, vyznačujúce sa tým, že obsahuje korpus (17), v ktorom je na prvom hriadeli (1) pevne uložené aspoň jedno prvé ozubené koleso (3) a na druhom hriadeli (2) pevne uložené aspoň jedno druhé ozubené koleso (4), prvé ozubené koleso (3) a druhé ozubené koleso (4) do seba zapadajú a sú voči sebe uložené posuvne, prvé ozubené koleso (3) je utesnené v korpuse (17) posuvným tesnením (13) v ktoromje prvé valcové tesnenie (7) prvého ozubeného kolesa (3) a druhé valcové tesnenie (9) prvého ozubeného kolesa (3) pričom valcové tesnenia (7, 9) prvého ozubeného kolesa (3) sú uložené na prvom hriadeli (1) súosovo s prvým ozubeným kolesom (3) a posuvným tesnením (13), druhé ozubené koleso (4) je utesnené v korpuse (17) prvým valcovým tesnením (10) druhého ozubeného kolesa (4) a druhým valcovým tesnením (8) druhého ozubeného kolesa (4), pričom valcové tesnenia (8, 10) druhého ozubeného kolesa (4) sú uložené na druhom hriadeli (2) súosovo s druhým ozubeným kolesom (4), posuvné tesnenie (13) je spojené s valcovými tesneniami (8, 10) druhého ozubeného kolesa (4), prvé ozubené koleso (3) obsahuje prvý prstenec (5) s prietokovými otvormi, uložený na prvom ozubenom kolese (3) tesne posuvne súosovo, klzné vo vedení na prvom valcovom tesnení (10) druhého ozubeného kolesa (4) a klzné v drážke posuvného tesnenia (13) a druhé ozubené koleso (4) obsahuje druhý prstenec (6) s prietokovými otvormi, uložený na druhom ozubenom kolese (4) tesne posuvne súosovo, klzné vo vedení na druhom valcovom tesnení (9) prvého ozubeného kolesa (3) a klzné v drážke korpusu (17), korpus (17) obsahuje stabilizátory (11, 12) prvého hriadeľa (1), korpus (17) je opatrený vstupným otvorom (14) a výstupným otvorom (15).
2. 2. Zubové čerpadlo s plynulé meniteľným výstupným prietokom podľa nároku 1, vyznačuj úce sa t ý m , že prvý hriadeľ (1) je náhonový hriadeľ a druhý hriadeľ (2) je hnaný hriadeľ.
3. 3. Zubové čerpadlo s plynulé meniteľným výstupným prietokom podľa nároku 1, vyznačuj úce sa t ý m , že prvý hriadeľ (1) je hnaný hriadeľ a druhý hriadeľ (2) je náhonový hriadeľ.
4. 4. Zubové čerpadlo s plynulé meniteľným výstupným prietokom podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m , že prvý hriadeľ (1) je hnaný hriadeľ a druhý hriadeľ (2) je tiež hnaný hriadeľ.
5. 5. Zubové čerpadlo s plynulé meniteľným výstupným prietokom podľa nároku 1, 2 alebo 1, 3, alebo 1, 4, vyznačujúce sa tým, že je súčasťou prevodovky.