WO2002077458A1 - Selbstzentrierende zahnradpumpe - Google Patents

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Dieter Brox
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Buchrucker, Karl
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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
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/103—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member one member having simultaneously a rotational movement about its own axis and an orbital movement

Definitions

  • the invention relates to a self-centering gear pump, in particular for conveying and metering flowable pastes and liquids, but in a wide variety of temperature ranges during the conveying process, by means of an externally toothed plastic drive gear, which is plugged onto a centrally arranged, smooth motor shaft, without a positive connection, and an internally meshing, eccentrically to the motor shaft Ring gear revolving within a circular housing, which is closed on both sides by the housing side walls, but is slidingly abutting the inner wall on the ring gear and the drive gearwheel with little running play, the side wall facing away from the motor containing an inlet and an outlet opening for the passage of the liquids through the pump.
  • the invention specified in claim 1 is based on the object of designing a self-centering gear pump which can self-priming, flowable pastes and non-lubricating liquids even when used in a wide variety of temperature ranges and metered and metered.
  • the claim 1 of the invention enables a constant functionality with expansion coefficients of the same material, whereby an axial thrust with longitudinal expansion of the drive shaft 3 is not transmitted to the drive gear 4 carried by it.
  • Radial thermal expansion of the drive gear 4 and the floating ring gear 8 is absorbed and compensated for by the existing suction-side clearance 16 within the slot-shaped housing interior. Axially and radially, the rotating toothing elements can slide and position themselves in their optimal position for every temperature range during the work process.
  • the self-centering gear pump consists of a circular housing interior which is designed slightly as an elongated hole between the central axis 17 and 18 and in which a rotatable, centrally mounted smooth drive shaft 3 carries an axially displaceable drive gear 4 made of plastic without a positive connection.
  • a smooth drive shaft 3 rotates in the direction of the arrow about the fixed center point 5
  • the resulting torque is abruptly used by means of a roller freewheel 6 for the non-positive connection between the drive shaft 3 and gear hub 7 within the drive gear 4 and takes it into its rotational movement in accordance with the direction of rotation.
  • the drive gear 4 which is constantly in meshing engagement with the overhung internal gear ring 8, which has one more tooth, makes a circular orbital movement around the fixed center 5, while at the same time making the ring gear inside the wall of the semicircle 10 in the housing inner wall 8 circumferentially slides.
  • the difference in the number of teeth 1 between the drive gear 4 and the ring gear 8 causes a relative movement between the two, as a result of which constantly changing cavities 11 form, which expand on the suction side from zero to the greatest extent and decrease on the pressure side again to zero, which causes the liquid to be conveyed is sucked into the pump interior via the pump inlet 12 and the overflow channel 13 and is displaced again on the pressure side through the overflow channel 14 to the pump outlet 15.
  • Figure 1 shows a sectional view of the front view of a self-centering gear pump.
  • Figure 2 shows a front view of a self-centering gear pump with the housing cover on.
  • FIG. 3 shows a sectional illustration in the course A - A according to FIG. 2 of a self-centering gear pump.
  • the smooth drive shaft 3 By driving the smooth drive shaft 3 in the direction of the arrow around the fixed center point 5, the resulting torque abruptly establishes the non-positive connection between the drive shaft 3 and the gear hub 7 by means of the roller freewheel 6 and the axially attached drive gear 4 and brings the drive gear 4 into a rotational movement.
  • the constant mesh 9 is one more tooth internally toothed ring gear 8 also slidably rotated along the inner-walled semicircle 10 of the housing 1.
  • the difference in the number of teeth 1 between the drive gear 4 and the ring gear 8 generates a relative movement between the two and forms cavities 11 which expand their volume on the suction side from zero to the greatest extent and on the pressure side again to zero, which causes the liquid to be conveyed to pass through the pump inlet 12 and the overflow channel 13 is sucked into the pump interior and is displaced on the pressure side through the overflow channel 14 to the pump outlet 15.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstzentrierende Zahnradpumpe, insbesondere zur Förderung und Dosierung fließfähiger Pasten und Flüssigkeiten, jedoch in unterschiedlichsten Temperaturbereichen während des Fördervorgangs mittels einem auf einer zentrisch angeordneten glatten Motorwelle axial aufgesteckten Antriebszahnrad ohne formschlüssige Verbindung und einem exzentrisch angeordneten inwandig kämmenden Hohlrad, umlaufend innerhalb eines zylinderförmigen Gehäuses, welches beidseitig durch Gehäuseseitenwände abgeschlossen ist.

Description

Selbstzentrierende Zahnradpumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine selbstzentrierende Zahnradpumpe, insbesondere zur Förderung und Dosierung fließfähiger Pasten und Flüssigkeiten, jedoch in unterschiedlichsten Temperaturbereichen während des Fördervorganges, mittels einem auf einer zentrisch angeordneten glatten Motorwelle aufgesteckten außenverzahnten Kunststoff-Antriebszahnrad ohne formschlüssige Verbindung und einem exzentrisch zur Motorwelle inn- wandig kämmenden Hohlrad umlaufend innerhalb eines kreisförmigen Gehäuses, welches beidseitig durch Gehäuseseitenwände abgeschlossen, aber planseitig innwandig am Hohlrad und am Antriebszahnrad mit geringem Laufspiel gleitend anliegend ist, wobei die vom Motor abgewandte Seitenwand eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für den Durchlauf der Flüssigkeiten durch die Pumpe enthält.
Bei dieser Art Maschinen mit fliegend gelagertem Hohlrad und ortsfest umlaufenden Antriebszahnrad bedarf es, um optimale Fördergenauigkeiten zu erreichen, besonderer Mittel und Vorkehrungen.
Bekannt ist zum Beispiel, daß Hohlrad und Antriebszahnrad durch seitlich mit Federkraft beaufschlagte Steinwände abdichten (DE 451437 C). Bei anderen Maschinen mit vertikaler Aufstellung dichtet die Eigenlast der rotierenden Läufer (US 1,631,592) ab.
Da aber die rotierenden Verdrängerelemente zwecks leichter Beweglichkeit auch für nichtschmierende Flüssigkeiten und im Falle einer größeren Wärmedehnung rotieren sollen, ist eine besondere Abstufung von Pumpen für verschiedene Temperaturbereiche unbedingt erforderlich. Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine sich selbst zentrierende Zahnradpumpe zu gestalten, die selbstansaugend fließfähige Pasten und auch nichtschmierende Flüssigkeiten selbst beim Einsatz in verschiedensten Temperaturbereichen gleichbleibend fordern und dosieren kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine bevorzugte Ausfύhrungsform der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2.
Der Anspruch 1 der Erfindung ermöglicht bei wachsender Wärmedehnung auch mit größeren Temperaturdifferenzen eine gleichbleibende Funktionsfähigkeit mit werkstoffmäßig gleichen Ausdehnungskoeffizienten, wobei ein Axialschub bei Längendehnung der Antriebswelle 3 nicht auf das von dieser getragene Antriebszahnrad 4 übertragen wird. Eine radiale Wärmedehnung von Antriebszahnrad 4 und dem fliegend umlaufenden elastischen Hohlrad 8 wird von dem vorhandenen saugseitigen Freiraum 16 innerhalb des langlochförmigen Gehäuseinnenraums aufgenommen und kompensiert. Axial wie radial können somit die rotierenden Verzahnungselemente während des Arbeitsablaufs gleitend für jeden Temperaturbereich sich selbst in ihre optimale Lage einpendeln und positionieren.
Die selbstzentrierende Zahnradpumpe besteht aus einem kreisförmigen geringfügig als Langloch zwischen Mittelachse 17 und 18 ausgebildeten Gehäuseinnenraum, in dem eine drehbare, zentrisch gelagerte glatte Antriebswelle 3 ohne formschlüssige Verbindung ein axial verschiebbares Antriebszahnrad 4 aus Kunststoff trägt. Bei Drehung der glatten Antriebswelle 3 in Pfeilrichtung um den ortsfesten Mittelpunkt 5 wird mittels eines Rollenfreilaufs 6 das entstandene Drehmoment schlagartig zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen Antriebswelle 3 und Zahnradnabe 7 innerhalb des Antriebszahnrades 4 genutzt und nimmt entsprechend der Drehrichtung dieses in seine Drehbewegung mit. Das Antriebszahnrad 4, welches ständig mit dem fliegend gelagerten, einen Zahn mehr aufweisenden, innenverzahnten Hohlrad 8 im Zahneingriff 9 steht, macht um den ortsfesten Mittelpunkt 5 eine kreisförmige Umlaufbewegung, während gleichzeitig innwan- dig entlang der Wandung des Halbkreises 10 in der Gehäuseinnenwand das Hohlrad 8 umlaufend gleitet.
Die Zähnezahldifferenz 1 zwischen Antriebszahnrad 4 und Hohlrad 8 bewirkt eine Relativbewegung zwischen beiden, wodurch sich sich ständig ändernde Hohlräume 11 bilden, welche sich saugseitig von null bis zur größten Ausdehnung erweitern und druckseitig wieder bis auf null verkleinern, was bewirkt, dass die zu fördernde Flüssigkeit über den Pumpeneingang 12 und den Überströmkanal 13 in das Pumpeninnere angesaugt wird und druckseitig durch den Überströmkanal 14 zum Pumpenausgang 15 wieder verdrängt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfuhrungsbeispiel noch weiter erläutert und anhand von Zeichnungen dargestellt.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorderansicht einer selbstzentrierenden Zahnradpumpe.
Figur 2 zeigt eine Vorderansicht einer selbstzentrierenden Zahnradpumpe mit aufliegendem Gehäusedeckel.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung im Verlauf A - A nach Figur 2 einer selbstzentrierenden Zahnradpumpe.
Durch Antrieb der glatten Antriebswelle 3 in Pfeilrichtung um den ortsfesten Mittelpunkt 5 stellt mittels des Rollenfreilaufs 6 und des axial aufgesteckten Antriebszahnrads 4 das entstandene Drehmoment schlagartig die kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebswelle 3 und Zahnradnabe 7 her und bringt das Antriebszahnrad 4 in eine Drehbewegung. Über den ständigen Zahneingriff 9 wird das einen Zahn mehr aufweisende innenverzahnte Hohlrad 8 gleitend entlang des innwandigen Halbkreises 10 des Gehäuses 1 ebenfalls in Drehung versetzt. Die Zähnezahldifferenz 1 zwischen Antriebszahnrad 4 und Hohlrad 8 erzeugt eine Relativbewegung zwischen beiden und bildet Hohlräume 11 welche ihren Rauminhalt saugseitig von null bis zur größten Ausdehnung erweitem und druckseitig wieder bis auf null verkleinem, was bewirkt, dass die zu fördernde Flüssigkeit über den Pumpeneingang 12 und den Überströmkanal 13 in das Pumpeninnere angesaugt wird und druckseitig durch den Überströmkanal 14 zum Pumpenausgang 15 wieder verdrängt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Selbstzentrierende Zahnradpumpe mit folgenden Merkmalen:
a) in einem zylinderförmigen Gehäuse (1) wird durch eine glatte, kreisrunde, drehbar gelagerte Antriebswelle (3) ein axial mit der Zahnradnabe (7) aufsteckbares Antriebszahnrad (4) aus Kunststoff getragen;
b) das Antriebszahnrad (4) ist mit einer kraftschlüssigen Verbindung zur Zahnradnabe (7) nicht lösbar fest verbunden;
c) durch Antrieb der Antriebswelle (3) um den ortsfesten Mittelpunkt (5) stellt ein entstandenes Drehmoment mittels des Rollenfreilaufs (6) schlagartig die kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebswelle (3) und Zahnradnabe (7) her, wobei sich Rollen des Rollenfreilaufs (6) über den gesamten Umfang an der glatten Oberfläche der Antriebswelle (3) verklammem, aber bei Stillstand der Antriebswelle (3) wieder lösen;
d) über den ständigen Zahneingriff (9) wird das einen Zahn mehr aufweisende Hohlrad (8) gleitend entlang des innwandigen Halbkreises (10) innerhalb des Gehäuses (1) in eine relative Drehbewegung zum antreibenden Antriebszahnrad (4) versetzt;
e) das zylinderfbrmige Gehäuse (1) hat einen kreisförmigen geringfügig, als Langloch ausgebildeten Gehäuseinnenraum bei dem die innere Wandung zwischen den Mittelachsen (17) und (18) als kurze Gerade ausgebildet ist;
f) bei betriebsbedingter Materialerwärmung werden radiale Wärmedehnungen vom elastischen Hohlrad (8) bzw. Antriebszahnrad (4) in den vorhandenen Freiraum (16) verlagert und kompensiert; g) eine axiale Längendehnung bei Erwärmung der Antriebswelle (3) wird bei Verwendung des Rollenfreilaufs (6) durch diesen die axiale Verschiebemöglichkeit des Antriebszahnrades (4) auf der glatten Antriebswelle (3) zur Kompensation der Längenausdehnung genutzt;
2. Selbstzentrierende Zahnradpumpe mit folgenden Merkmalen:
a) in einem zylinderförmigen Gehäuse (1) wird durch eine glatte, kreisrunde, drehbar gelagerte Antriebswelle (3) ein axial mit der Zahnradnabe (7) aufsteckbares Antriebszahnrad (4) aus Kunststoff getragen;
b) das Antriebszahnrad (4) ist mit einer kraftschlüssigen Verbindung zur Zahnradnabe (7) nicht lösbar fest verbunden;
c) durch Antrieb der Antriebswelle (3) in Pfeilrichtung um den ortsfesten Mittelpunkt (5) stellt ein entstandenes Drehmoment mittels eines Rollenfreilaufs (6) schlagartig die kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebswelle (3) und Zahnradnabe (7) her, wobei sich Rollen des Rollenfreilaufs (6) über den gesamten Umfang an der glatten Oberfläche der Antriebswelle (3) verklammem, aber bei Stillstand der Antriebswelle (3) wieder lösen;
d) über den ständigen Zahneingriff (9) wird das einen Zahn mehr aufweisende elastisches Hohlrad (8) gleitend entlang des innwandigen Halbkreises (10) innerhalb des Gehäuses (1) in eine relative Drehbewegung zum antreibenden Antriebszahnrad (4) versetzt;
e) das Antriebszahnrad (4) hat zum Hohlrad (8) eine Zähnezahldifferenz von 1, wobei die halbkreisförmige Zahngeometrie des Antriebszahnrades (4) positiv und die des Hohlrades (8) als negative Form ausgebildet ist; f) das zylinderfbrmige Gehäuse (1) hat einen kreisförmigen geringfügig, als Langloch ausgebildeten Gehäuseinnenraum bei dem die innere Wandung zwischen den Mittelachsen (17) und (18) als kurze Gerade ausgebildet ist;
g) bei betriebsbedingter Materialerwärmung werden radiale Wärmedehnungen vom elastischen Hohlrad (8) bzw. Antriebszahnrad (4) in den vorhandenen Freiraum (16) verlagert und kompensiert;
h) eine axiale Längendehnung bei Erwärmung der Antriebswelle (3) wird bei Verwendung des Rollenfreilaufs (6) durch diesen die axiale Verschiebemöglichkeit des Antriebszahnrades (4) auf der glatten Antriebswelle (3) zur Kompensation der Längenausdehnung genutzt;
i) die Relativbewegung zwischen Antriebszahnrad (4) und Hohlrad (8) bildet Hohlräume (11), welche ihre Volumen saugseitig von Null bis zur größten Ausdehnung erweitem und druckseitig das Volumen bis auf Null wieder reduzieren;
j) die saugseitige Vergrößerung der Hohlräume (11) bewirkt, daß die zu fördernde Flüssigkeit durch den Pumpeneingang (12) über den Überströmkanal (13) in das Pumpeninnere angesaugt wird;
k) die druckseitige Verkleinerung der Hohlräume (1 1) bewirkt, daß die zu fördernde Flüssigkeit über den druckseitigen Überströmkanal (14) durch den Pumpenausgang (15) wieder verdrängt wird.
3. Selbstzentrierende Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder Anspmch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Verzahnungsteile Antriebszahnrad (4) und Hohlrad (8) die werkstoffmäßig gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Gehäuse (1) haben.
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