[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung der Welle eines Zahnradpumpen-Rotors
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Zahnradpumpen-Rotor nach demjenigen von
Anspruch 3 sowie eine Zahnradpumpe nach demjenigen von Anspruch 7.
[0002] In vielen Anwendungsfällen von Zahnradpumpen ist es aufgrund der rheologischen Eigenschaften
des Schmiermediums, insbesondere bei Einsatz von Fördermedium als Schmiermedium von
Gleitlagern der Rotoren, zweckmässig, eine Wellenkühlung vorzusehen bzw. eine Schmiermediumskühlung,
um damit die in den Lagern, insbesondere Gleitlagern, erzeugte Wärme abzuführen. Damit
wird eine niedrigere Lagertemperatur erreicht.
[0003] Ueblicherweise ist eine Wellenkühlung ausserordentlich einfach aufgebaut. Wie in
Fig. 1, welche einen vereinfachten Axialschnitt durch einen bekannten Zahnradpumpen-Rotor
1 zeigt, dargestellt, besitzt die Welle 3 eine axiale Bohrung 5, welche beide Lagerbereiche
an den vorragenden Wellenabschnitten 7 wie auch den Wellenbereich 7
v im Verzahnungsbereich passiert. Als Verzahnungsbereich 7
v wird im folgenden der Bereich der Rotorwelle verstanden, welcher radial unter der
Verzahnung liegt, unabhängig davon, ob Zahnrad und Welle ein- oder mehrteilig ausgebildet
sind.
[0004] In die axiale Bohrung 5 ragt, fast bis zum einseitigen Bohrungsende 9, ein Umlenkrohr
11. Ueber einen nicht dargestellten Drehdichtungsanschluss wird das Kühlmedium dem
Umlenkrohr 11 zugeführt, durchströmt dieses Rohr axial, wird am Ende des Rohres 11
radial umgelenkt, um axial, im Gegenstrom, wieder rückzufliessen oder umgekehrt. Je
nach Vorzeichen der Temperaturdifferenz nimmt das Kühlmedium auf seinem Strömungspfad
Wärme auf bzw. gibt Wärme ab. Diesbezüglich wird auf die DE-A-42 11 516 verwiesen.
[0005] Ein wesentlicher Nachteil bei diesem Kühlvorgehen besteht darin, dass die Welle 7,
7
v, bis auf die über die Bohrungslänge ansteigende Kühlmediumstemperatur und bis auf
die normalerweise aus den Lager- und Verzahnungsbereichen abfliessenden, verschiedenen
radialen Wärmeströme, unterschiedslos gekühlt wird. Dies kann zu einem Kühleffekt
im Bereiche der Verzahnung 13 führen, der eine unerwünscht starke Absenkung des Temperaturniveaus
im Zahngrund zur Folge hat.
[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu beheben.
[0007] Dies wird mit einem Kühlverfahren eingangs genannter Art erreicht, welches sich nach
dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 auszeichnet.
[0008] Dadurch, dass im Verzahnungsbereich 7
v der Welle 7 gemäss Fig. 1, nun aber erfindungsgemäss, eine geringere Wärmeleitung
zum Kühlmedium pro Axialausdehnungseinheit, und betrachtet auf gleichen Zylinderflächen,
erstellt wird als in zu kühlenden Wellenbereichen, insbesondere Lagerbereichen, wird
erreicht, dass die erwähnte nachteilige Verzahnungskühlung massgeblich reduziert wird,
ohne den erwünschten Kühleffekt, insbesondere in Lagerbereichen, zu beeinflussen.
[0009] Dem Wortlaut von Anspruch 2 folgend, wird dies in bevorzugter Art und Weise dadurch
erreicht, dass eine Gas-, insbesondere Luftisolation im Verzahnungsbereich 7
v und/oder eine Festkörperisolation erstellt wird und/oder die Kühlmediums-Kontaktfläche
im Verzahnungsbereich pro Axialausdehnungseinheit verringert wird gegenüber der erwähnten
Kontaktfläche an gewollt zu kühlenden Wellenbereichen.
[0010] An einem Zahnradpumpen-Rotor eingangs genannter Art wird die der vorliegenden Erfindung
zugrundegelegte Aufgabe durch dessen Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 3 erreicht.
[0011] Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Zahnradpumpen-Rotors sind
in den Ansprüchen 4 bis 6 spezifiziert, wobei die erfindungsgemäss bevorzugte Realisationsform
einer geringeren radialen Wärmeleitung nach Anspruch 3 sich je durch die in den Ansprüchen
4 bis 6 spezifizierten Massnahmen oder Kombinationen mindestens zweier dieser Massnahmen
realisieren lässt.
[0012] Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
[0013] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine bekannte Wellenkühlung;
- Fig. 2
- einen Ausschnitt in Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 1 einer ersten Ausführungsvariante
eines erfindungsgemässen Zahnradpumpen-Rotors zur Realisation des erfindungsgemässen
Verfahrens in einer ersten Variante;
- Fig. 3
- in Darstellung analog zu Fig. 2, einen erfindungsgemässen Rotor in einer zweiten Variante
bzw. eine zweite Variante zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
- Fig. 4
- eine dritte Variante des erfindungsgemässen Zahnradpumpen-Rotors bzw. des erfindungsgemässen
Verfahrens.
[0014] Gemäss Fig. 2, worin, wie auch im folgenden, für dieselben Teile dieselben Bezugsziffern
wie in Fig. 1 gewählt sind, ist in die Bohrung 5 ein Mantelrohr 15 eingepasst, welches
insbesondere an zu kühlenden Wellenbereichen mit seiner Aussenwandung, einen guten
thermischen Uebergang sichernd, an der Wandung der Bohrung 5 anliegt. Der Aussendurchmesser
des Mantelrohres 15 ist im Verzahnungsbereich 7
v verringert, womit in dieser Aussenwandung eine ringförmige Nut 17 gebildet wird.
Diese bildet mit der Wandung der Bohrung 5 eine ringförmige Luftkammer 19, welche
eine wesentlich geringere Wärmeleitung pro Axialausdehnungseinheit zwischen Welle
und Kühlmedium im Verzahnungsbereich 7
v sicherstellt als an zu kühlenden Bereichen, betrachtet auf denselben Zylinderflächen
Z, deren eine in Fig. 2 beispielsweise eingetragen ist.
[0015] Gemäss Fig. 3 wird erfindungsgemäss im Verzahnungsbereich 7
v die erwähnte Wärmeleitung dadurch reduziert, dass an einem Mantelrohr 15a, im Verzahnungsbereich
7
v, ein Festkörperisolator 21 vorgesehen ist, sei dies, wie dargestellt, durch Realisation
eines Mantelrohr-Wandungsabschnittes aus einem temperaturfesten Isolationsmaterial
oder sei dies durch eine Innen- und/oder Aussenwandbeschichtung oder -belegung des
Mantelrohres mit einem derartigen Material.
[0016] Bei der Variante gemäss Fig. 4 ist die Oberfläche beispielsweise eines Mantelrohres
15b in zu kühlenden Wellenbereichen 7 pro axiale Ausdehnungseinheit vergrössert, beispielsweise
durch Vorsehen eines Nutungsmusters 23 in diesen Abschnitten, im Gegensatz zur Ausbildung
der Mantelrohr-Innenfläche als glatte Zylinderfläche im Verzahnungsbereich 7
v. Wie aus Fig. 4 ohne weiteres ersichtlich und gestrichelt bei 21a dargestellt, ist
es ohne weiteres möglich, Vorsehen vergrösserter Kontaktflächen zum Kühlmedium hin
an zu kühlenden Wellenbereichen mit Vorsehen eines thermischen Festkörperisolators
21a im Verzahnungsbereich zu kombinieren, gegebenenfalls sogar, als Alternative oder
zusätzlich, den Aussendurchmesser des Mantelrohres 15b gemäss der Ausführung von Fig.
2 zu reduzieren, um die Kühlung im Verzahnungsbereich optimal gering zu halten.
1. Verfahren zur Kühlung der Welle (7, 7v) eines Zahnradpumpen-Rotors (1), bei dem ein Kühlmedium axial durch die Welle getrieben
wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich (7v) der Welle (1) eine geringere Wärmeleitung zum Kühlmedium pro Axialausdehnungseinheit
erstellt wird als in übrigen zu kühlenden Wellenbereichen (7), betrachtet durch gleiche
Zylinderflächen (Z) an den Bereichen (7, 7v).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geringere Wärmeleitung
durch Vorsehen einer Gasisolation, insbesondere Luftisolation (19), und/oder einer
Festkörperisolation (21, 21a) und/oder durch Verringerung der Kühlmediums-Kontaktfläche
erreicht wird.
3. Zahnradpumpen-Rotor mit einem Verzahnungsbereich (7v) und, diesbezüglich vorragend, einer Lagerwelle, die eine axiale Kanalanordnung (5,
9, 11) für ein Kühlmedium aufweist, welche sich durch den Verzahnungsbereich (7v) der Welle (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsbereich (7v), pro axiale Ausdehnungseinheit der Welle (7, 7v), eine geringere radiale Wärmeleitung aufweist als zu kühlende Wellenbereiche (7),
betrachtet bezüglich gleicher Zylinderflächen an den Bereichen (7, 7v).
4. Zahnradpumpen-Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich
(7v) die Kanalanordnungs-Oberfläche pro genannte Einheit geringer ist, als sie (23) in
zu kühlenden Wellenbereichen (7) ist.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich
(7v) eine ringförmige Gaskammer (19) vorgesehen ist, die vorzugsweise durch ein axial
in eine Axialbohrung (5) eingelassenes Rohr mit Aussennut (19) im Verzahnungsbereich
(7v) realisiert ist.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Verzahnungsbereich
(7v) ein ringförmiger Einsatz (21, 21a) vorgesehen ist, dessen radiale Wärmeleitfähigkeit
geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit eines entsprechenden Ringes, betrachtet an
zu kühlenden Wellenabschnitten (7).
7. Zahnradpumpe mit zwei Rotoren, deren mindestens einer nach einem der Ansprüche 3 bis
6 ausgebildet ist.