WO2007028429A1 - Zahnradpumpe - Google Patents
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- F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
Definitions
- the invention relates to the field of gear pumps according to the preamble of claim 1.
- Gear pumps are used in a wide variety of areas. In such pumps are usually two gears engaged, so that they rotate in operation in opposite directions. Limiting the front sides of the gears with walls and defined in the vicinity of the meshing gears a first space and in the environment of the re-dividing gears a second space, so that adjusting suction effect in the first room and the pressure effect in the second space to promote a exploited in the rooms located medium.
- Gear pumps have the advantage that they have only a few components and thus can be relatively easily manufactured.
- the pumps may e.g. be driven without contact via a magnetic coupling, which favors a separation of the liquid to be delivered from other machine components. Due to a mostly existing direct connections of the suction and the pressure chamber with a certain bypass cross-sectional area these pumps can be used without problems especially in those areas where it often process-related closures in the supplying and / or laxative liquid line.
- EP 0 147 567 A2 and DE 199 15 784 A1 show a gear pump in which two toothed wheels mounted on separate axes are inserted between a first and a third of a total of three plates of a pump body.
- the extending between the first and the third plate second plate has recesses for the gears and the suction and the pressure chamber. Furthermore, both the inlet to the suction chamber and the outlet from the pressure chamber extend in the second plate.
- the gears are rotatably configured on the axes designed as a rigid pin.
- the bearing axes are made in the known pumps of a different material than the gears. For example, while the gears may be made of plastic, the bearing axles are made of much stronger materials such as metal and ceramic.
- the gears are sprayed or pressed onto the respective bearing axis when the bearing axes should be rotatable. The necessary in this case plain bearing bushes in turn consist of a relation to the bearing axes softer material.
- the invention therefore has the task of providing a gear pump, which is less expensive to manufacture.
- the solution of the problem is achieved by a gear pump with the features of claim 1.
- Advantageous embodiments are the subject of the claims.
- the invention is based on the observation that the production of a generic gear pump can be simplified by the two gears and their associated bearing axes of the same material as a homogeneous workpiece in a common manufacturing process are made in one piece.
- the gears and the bearing axes can be made of plastic, for example by injection molding.
- the housing body itself can be used as a bearing for the axles, which eliminates additional bearing bushes.
- undefined gaps which can arise behind the bushings avoided.
- the avoidance of such gaps is particularly important when used in a medical device in which a flushing of poorly accessible rooms is sought.
- it is advantageous from a plastics technology point of view to spray an outer surface such as the axes to measure instead of having to manufacture the previous hole in the plain bearing bushing accordingly.
- the drawing shows a cross section through an embodiment of the gear pump according to the invention.
- the structure is similar in parts to the pump shown in DE 199 15 784 A1, the disclosure of which is hereby incorporated by reference for the present application.
- similar parts with the same reference numerals as in DE 199 15 784 Al provided.
- the gear pump has a housing body 1, which comprises a first plate 2 and a third plate 3, between which an annular second plate 4 is arranged.
- the housing parts 2, 3 and 4 are bolted together by means not shown screws.
- sealing rings are provided which lie in the grooves 7 and 8 on the opposite inner sides of the first and second and the second and third plates.
- the second plate 4 encloses a pumping chamber for receiving two gears 9, 10.
- the gears are according to the invention integrally connected to the bearing shafts 11, 12, wherein the axes and the gears are made as a homogeneous workpiece of the same material, i. the gear 9 and the bearing shaft 11 and the gear 10 and the bearing shaft 12 each represent a common workpiece.
- the gears and bearing axles are further named with separate reference numerals for the following explanation of the function.
- the bearing axles 11, 12 protrude on both sides from the gears 9, 10.
- the axes are designed as hollow axes, the cavities can be used for cooling and lubricant supply.
- the outstanding parts of the bearing axles 11, 12 are rotatably mounted in bearing bores 13, 14, 15, and 17 as a sliding bearing.
- the bearing axes and the gears are preferably made of plastic. Both gears can be produced together with their bearing axes by injection molding in a common manufacturing step. It is also conceivable that some of the storage locations will be implemented differently. Thus, for example, the bore 17 can be wider and a second mounting of the axis 12 of the gear 10 outside of the housing body shown in the drawing done. It is also conceivable that one or both gears are supported only on one side of the gear through the bearing axes. It can be provided that in one or both gears, the bearing axis projects only on one end face of the gears.
- the drawing cavity which represents the suction chamber of the gear pump.
- the suction chamber is thereby limited in the radial or horizontal direction by the second plate 4 and in the axial or vertical direction by the first and third plates 2 and 3.
- feed to the suction chamber for sucking a liquid to be conveyed is also not visible in the drawing second cavity as a pressure chamber of the gear pump.
- the pressure chamber is bounded in the same way by the plates of the housing body 1 as the suction chamber. From the pressure chamber, an outlet arranged in the second plate 4 for dispensing the liquid to be delivered extends.
- bearing bores 13 and 14 with the width of the diameter of the bearing shafts 11, 12 executed deeper than the penetration depth of the bearing axes to allow free running of the bearing axes.
- the two bearing bores do not penetrate the first plate 2.
- the bearing bores 15 and 17 are continuous through the third plate 3.
- the axis 12 of the drive gear 10 stands even on the third plate 3, so that this part 16 of the axis can be driven as a drive shaft via an external drive mechanism for operating the pump.
- the protruding part 16 of the drive shaft has for better mechanical coupling two parallel, opposite planar notches, whose Surface normal runs perpendicular to the shaft axis. In the drawing, one notch 40 is seen in plan, while the second, opposite notch is hidden by the axis.
- coupled magnets have been proven, which are driven by a magnetic coupling by a variable external magnetic field (not shown).
- a bore 22 is further shown for an adjusting screw, not shown.
- the adjusting screw in the manner explained in DE 199 15 784 A1, the cross-sectional area of a bypass channel, which connects the suction chamber to the pressure chamber via the end face of the toothed wheels, can be adjusted.
- the adjustment allows calibration of the pumps, which would otherwise have larger differences in the conveying properties due to unavoidable tolerance variations.
- Running properties can be realized.
- the usual bearing principle is reversed, in which the bearing axis consists of a much harder material than the plain bearing bush.
- the pump according to the invention is particularly suitable for use in the conveyance of aqueous media in a medical device, e.g. a dialysis machine.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit zwei ineinandergreifenden Zahnrädern (9, 10) zwischen einem Saugraum und einem Druckraum, wobei beide Zahnräder über mit den Zahnrädern verbundene Lagerachsen (11, 12) gelagert sind. Erfindungsgemäß sind die Zahnräder und die Lagerachsen je aus dem gleichen Material als homogenes Werkstück einstückig hergestellt. Die ermöglicht einen vereinfachten Aufbau der Zahnradpumpe bei gleichzeitig guten Laufeigenschaften. Bevorzugt wurden die Zahnräder und die Lagerachsen aus Kunststoff hergestellt.
Description
Zahnradpumpe
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Zahnradpumpen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zahnradpumpen werden in unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Bei derartigen Pumpen befinden sich meist zwei Zahnräder in Eingriff, so dass sie sich im Betrieb in entgegengesetzte Richtungen drehen. Begrenzt man die Stirnseiten der Zahnräder mit Wänden und definiert man im Umfeld der eingreifenden Zahnräder einen ersten Raum und im Umfeld der sich wieder trennenden Zahnräder einen zweiten Raum, so kann die sich einstellende Sogwirkung im ersten Raum sowie die Druckwirkung im zweiten Raum zur Förderung eines sich in den Räumen befindlichen Mediums ausgenutzt werden.
Zahnradpumpen haben dabei den Vorteil, dass sie nur wenige Komponenten aufweisen und damit relativ einfach hergestellt werden können. Die Pumpen können z.B. über eine Magnetkupplung berührungslos angetrieben werden, was eine Trennung der zu fördernden Flüssigkeit von anderen Maschinenkomponenten begünstigt. Aufgrund einer meist vorhandenen direkten Verbindungen des Saug- und des Druckraums mit einer bestimmten Bypassquerschnittsfläche können diese Pumpen insbesondere in solchen Bereichen problemlos eingesetzt werden, bei denen es häufig prozessbedingt zu Verschlüssen in der zuführenden und/oder abführenden Flüssigkeitsleitung kommt.
EP 0 147 567 A2 sowie DE 199 15 784 Al zeigen eine Zahnradpumpe, bei der zwei auf getrennten Achsen gelagerte Zahnräder zwischen einer ersten und einer dritten von insgesamt drei Platten eines Pumpenkorpus eingelegt sind. Die zwischen der ersten und der dritten Platte verlaufende zweite Platte weist dabei Aussparungen für die Zahnräder sowie den Saug- und den Druckraum auf. Des Weiteren verlaufen in der zweiten Platte sowohl der Zulauf zum Saugraum als auch der Ablauf aus dem Druckraum. Die Zahnräder sind drehbar auf den als starre Zapfen ausgebildeten Achsen ausgestaltet.
Die Lagerachsen werden bei den bekannten Pumpen aus einem anderen Material als die Zahnräder hergestellt. Während zum Beispiel die Zahnräder aus Kunststoff gefertigt sein können, bestehen die Lagerachsen aus deutlich festeren Materialien wie Metall und Keramik. Die Zahnräder werden dabei auf die jeweilige Lagerachse aufgespritzt oder aufgepresst, wenn die Lagerachsen drehbar sein sollen. Die in diesem Fall notwendigen Gleitlagerbuchsen bestehen wiederum aus einem gegenüber den Lagerachsen weicheren Material.
Die bekannten Zahnradpumpen sind jedoch in der Herstellung aufwändig. Das Aufspritzen erfordert ein zusätzliches Handlingssystem, welches die Lagerachsen in das Spritzwerkzeug einsetzt. Auch für die aufgepresste Variante ist ein weiterer Arbeitsgang notwendig, was zu zusätzlichen Kosten führt. Außerdem sind die Positionierungstoleranzen mehrerer Teile zu beachten.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Zahnradpumpe bereitzustellen, die weniger aufwändig in der Herstellung ist. Die Lösung der Aufgabe gelingt durch eine Zahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter ansprüche.
.Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass die Herstellung einer gattungsgemäßen Zahnradpumpe vereinfacht werden kann, indem die beiden Zahnräder und die mit ihnen verbundenen Lagerachsen aus dem gleichen Material als ein homogenes Werkstück in einem gemeinsamen Herstellungsverfahren einstückig hergestellt werden. Dabei können die Zahnräder und die Lagerachsen aus Kunststoff z.B. im Spritzgussverfahren hergestellt werden. In diesem Fall kann der Gehäusekorpus selbst als Lager für die Achsen eingesetzt werden, wodurch zusätzliche Lagerbuchsen entfallen. Durch den Verzicht auf zusätzliche Lagerbuchsen werden Undefinierte Spalte, die hinter den Buchsen entstehen können, vermieden. Das gilt gleichermaßen für Spalte, die zwischen den Zahnrädern und starren Achsen auftreten können. Die Vermeidung derartiger Spalte ist insbesondere bei einem Einsatz in einem medizinischen Gerät, bei dem eine Freispülung von schlecht zugänglichen Räumen angestrebt wird, wichtig.
Schließlich ist es aus kunststofftechnischer Sicht vorteilhaft, eine Außenfläche wie die der Achsen auf Maß zu spritzen anstelle die bisherige Bohrung in der Gleitlagerbuchse entsprechend genau fertigen zu müssen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der einzigen Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe. Der Aufbau ähnelt in einzelnen Teilen der in der DE 199 15 784 Al gezeigten Pumpe, auf deren Offenbarung hiermit explizit für die vorliegende Anmeldung Bezug genommen wird. Zur Vereinfachung werden daher in der vorliegenden Anmeldung gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in der DE 199 15 784 Al versehen.
Die Zahnradpumpe weist einen Gehäusekörper 1 auf, der eine erste Platte 2 und eine dritte Platte 3 umfasst, zwischen denen eine ringförmige zweite Platte 4 angeordnet ist. Die Gehäuseteile 2, 3 und 4 sind mittels nicht dargestellter Schrauben fest miteinander verschraubt. Zur Abdichtung der Gehäuseteile sind Dichtringe vorgesehen, die in den Nuten 7 und 8 an den einander gegenüberliegenden Innenseiten der ersten und zweiten bzw. der zweiten und dritten Platte liegen.
Die zweite Platte 4 umschließt eine Pumpkammer zur Aufnahme von zwei Zahnrädern 9, 10. Die Zahnräder sind erfindungsgemäß einstückig mit den Lagerachsen 11, 12 verbunden, wobei die Achsen und die Zahnräder als homogenes Werkstück aus dem gleichen Material hergestellt sind, d.h. das Zahnrad 9 und die Lagerachse 11 sowie das Zahnrad 10 und die Lagerachse 12 stellen je ein gemeinsames Werkstück dar. Die Zahnräder und Lagerachsen werden jedoch für die nachfolgende Funktionserläuterung weiter mit getrennten Bezugszeichen benannt.
Die Lagerachsen 11, 12 ragen an beiden Seiten aus den Zahnrädern 9, 10 hervor. Die Achsen sind dabei als Hohlachsen ausgeführt, wobei die Hohlräume zur Kühl- und Schmierstoffversorgung dienen können.
Die hervorragenden Teile der Lagerachsen 11, 12 sind in Lagerbohrungen 13, 14, 15, und 17 als Gleitlager drehbar gelagert. Die Lagerachsen und die Zahnräder sind bevorzugt aus Kunststoff hergestellt. Beide Zahnräder können dabei zusammen mit ihren Lagerachsen im Spritzgussverfahren in einem gemeinsamen Herstellungsschritt hergestellt werden. Es ist auch denkbar, dass einige der Lagerstellen anders umgesetzt werden. So kann z.B. die Bohrung 17 weiter gefasst sein und eine zweite Lagerung der Achse 12 des Zahnrades 10 außerhalb des in der Zeichnung gezeigten Gehäusekorpus erfolgen. Auch ist es denkbar, dass eines oder beide Zahnräder nur auf einer Seite des Zahnrades durch die Lagerachsen gelagert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei einem oder beiden Zahnrädern die Lagerachse nur an einer Stirnseite der Zahnräder vorsteht.
Vor den beiden Zahnrädern 9, 10 liegt ein in der Zeichnung nicht sichtbarer Hohlraum, der die Saugkammer der Zahnradpumpe darstellt. Die Saugkammer wird dabei in radialer bzw. horizontaler Richtung durch die zweite Platte 4 und in axialer bzw. vertikaler Richtung durch die erste und dritte Platte 2 und 3 begrenzt. In der zweiten Platte 4 liegt außerdem ein nicht gezeigter Zulauf zu der Saugkammer zum Ansaugen einer zu fördernden Flüssigkeit. Hinter den Zahnrädern liegt ein ebenfalls in der Zeichnung nicht sichtbarer zweiter Hohlraum als Druckraum der Zahnradpumpe. Der Druckraum wird in gleicher Weise durch die Platten des Gehäusekörpers 1 begrenzt wie der Saugraum. Von dem Druckraum verläuft ein in der zweiten Platte 4 angeordneter Ablauf zur Abgabe der zu fördernden Flüssigkeit.
In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind die in der ersten Platte 2 verlaufenden Lagerbohrungen 13 und 14 mit der Weite des Durchmessers der Lagerachsen 11, 12 tiefer ausgeführt als die Eindringtiefe der Lagerachsen, um ein freies Laufen der Lagerachsen zu ermöglichen. Die beiden Lagerbohrungen durchdringen jedoch nicht die erste Platte 2. Im Gegensatz dazu verlaufen die Lagerbohrungen 15 und 17 durchgängig durch die dritte Platte 3. Die Achse 12 des Antriebszahnrades 10 steht dabei sogar über die dritte Platte 3 hervor, so dass dieser Teil 16 der Achse als Antriebswelle über einen äußeren Antriebsmechanismus zum Betreiben der Pumpe angetrieben werden kann.
Der hervorstehende Teil 16 der Antriebswelle weist zur besseren mechanischen Ankopplung zwei parallel verlaufende, gegenüberliegende flächenförmige Einkerbungen auf, deren
Flächennormale senkrecht zur Wellenachse verläuft. In der Zeichnung ist die eine Einkerbung 40 in der Draufsicht zu sehen, während die zweite, gegenüberliegende Einkerbung durch die Achse verdeckt ist. Als Antriebsmechanismus haben sich in der Praxis angekoppelte Magneten bewährt, die über eine Magnetkupplung durch ein variables äußeres Magnetfeld angetrieben werden (nicht gezeigt).
In der Zeichnung ist weiterhin eine Bohrung 22 für eine nicht gezeigte Justierschraube gezeigt. Mit der Justierschraube kann in der in der DE 199 15 784 Al erläuterten Art und Weise die Querschnittsfläche eines Bypasskanals, der den Saug- mit dem Druckraum über die Stirnseite der Zahnräder verbindet, eingestellt werden. Die Justierung ermöglicht eine Kalibrierung der Pumpen, die ansonsten aufgrund von nicht vermeidbaren Toleranzschwankungen größere Unterschiede in den Fördereigenschaften aufweisen würden.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der Zahnradpumpe wird der Fertigungsprozess der Zahnräder sowie der Lagerachsen und damit der gesamten Pumpe vereinfacht. Auch sind keine zusätzlichen Lagerbuchsen zur Gleitlagerung der Lagerachsen notwendig. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei einer Fertigung der Lagerachsen aus Kunststoff bei einer
Lagerung in Bohrungen aus einem härteren Material wie Metall ausreichend stabile
Laufeigenschaften realisiert werden können. Dabei wird das übliche Lagerprinzip umgekehrt, bei dem die Lagerachse aus einem deutlich härteren Material als die Gleitlagerbuchse besteht.
Die erfindungsgemäße Pumpe eignet sich insbesondere zum Einsatz zur Förderung wässriger Medien in einem medizinischen Gerät wie z.B. einem Dialysegerät.
Claims
1. Zahnradpumpe mit zwei ineinandergreifenden Zahnrädern (9, 10) zwischen zeiem Saugraum und einem Druckraum, wobei beide Zahnräder über mit den Zahnrädern verbundene Lagerachsen (11, 12) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zahnräder und die Lagerachsen je aus dem gleichen Material als homogenes Werkstück einstückig hergestellt sind.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (9, 10) und die Lagerachsen (11, 12) aus einem Kunststoff hergestellt sind.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (9, 10) mit ihren Lagerachsen (1 1, 12) im Spritzgussverfahren hergestellt wurden.
4. Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lagerachsen (11, 12) der Zahnräder in Lagerlöchern (13, 14, 15, 17) der den Saug- und den Druckraum begrenzenden Wände ohne zusätzliche Lagerbuchsen gelagert sind.
5. Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerachse (12) eines der Zahnräder (10) über eine der den Saug- und Druckraum begrenzenden Wände vorsteht, so dass die Lagerachse als Antriebswelle durch einen äußeren Antriebsmechanismus zum Betreiben der Pumpe angetrieben werden kann.
6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorstehende Teil (16) der Antriebswelle zur Kopplung mit dem Antriebmechanismus zwei parallel verlaufende, gegenüberliegende und flächenförmige Einkerbungen (40) aufweist, deren Flächennormale senkrecht zur Wellenachse verläuft.
7. Zahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus der Zahnradpumpe aus drei Platten (2, 3, 4) besteht, wobei die Zahnräder (9, 10) zwischen die erste (2) und die dritte Platte (3) eingelegt werden und diese Platten die den Saug- und Druckraum begrenzenden Wände in axialer Richtung darstellen, und wobei die zwischen der ersten und dritten Platte verlaufende zweite
Platte (4) Aussparungen für die Zahnräder aufweist und den Sau- und Druckraum in radialer Richtung begrenzt.
8. Zahnradpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der zweiten Platte (4) ein Zulauf zum Saugraum und ein Ablauf vom Druckraum verlaufen.
9. Zahnradpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten (2) oder dritten Platte (3) ein Bypasskanal zwischen dem Saug- und dem Druckraum verläuft, dessen Querschnitt über eine durch die erste Platte (2) verlaufende Justierschraube verändert werden kann.
10. Zahnradpumpe nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerachsen (11, 12) als Hohlachsen ausgeführt sind.
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