[0001] Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, vorzugsweise eine Außenzahnradpumpe, bestehend
aus mindestens zwei kämmenden, gegenläufigen, in einem Gehäuse gelagerten Zahnrädern,
von denen ein Zahnrad mit einem Antrieb verbunden ist.
[0002] Aufgrund ihres vergleichsweise einfachen Aufbaus bei ausreichender Fördergenauigkeit
eignen sich Zahnradpumpen für viele hydraulische Antriebe. Insbesondere werden sie
vielfach als Schmierölpumpen bei Brennkraftmaschinen verwendet. Der von der zahnradpumpe
erzeugte Öldruck kühlt Kolbenböden, schmiert und kühlt die Kolbenlaufbahn, Haupt-
und Pleuellager sowie Kipphebel und versorgt die Nockenwellenlager. Die Förderung
der Flüssigkeit kommt dadurch zustande, daß diese in die freiwerdenden Zahnlücken
der miteinander kämmenden Zahnräder eintritt, in Drehrichtung am Gehäusemantel außen
herum in die Druckzone wandert und durch das wechselseitige Eingreifen der Zähne aus
den Lücken in den Druckraum herausgedrückt wird. Da jede Zahnlücke vor der vollständigen
Entleerung durch den Zahn des Gegenzahnrades abgeschlossen wird, entsteht hier eine
sogenannte Quetschflüssigkeit, die zur Vermeidung von Energieverlusten und eines harten
Ganges der Zahnradpumpe durch Bohrungen oder Nuten in den Druckraum abgeleitet werden
muß. Die nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Zahnradpumpen haben die Eigenschaft,
daß mit steigender Drehzahl die Fördermenge und der Flüssigkeitsdruck proportional
zunehmen und demzufolge ohne Regelung der zulässige Dauerbetriebsdruck - bei wirtschaftlichem
Einsatz und hinreichender Lebensdauer - überschritten wird. Um die Fördermenge mit
steigender Drehzahl der Zahnradpumpe und damit den Dauerbetriebsdruck konstant halten
zu können, ist es bekannt, in der an den Druckraum der Zahnradpumpe anschließenden
Druckleitung ein Überdruckventil vorzusehen, das bei Überschreiten eines vorgegebenen
Dauerbetriebsdrucks öffnet, der Druck abgesenkt wird und die überschüssige Fördermenge
an Flüssigkeit von der Druckleitung über eine Rücklaufleitung in den Flüssigkeitsbehälter
zurückströmt. Dieser Regelablauf ist in nachteiliger Weise mit einer nicht unerheblichen
Verlustleistung der Zahnradpumpe verbunden, die beispielsweise bei einer Fördermenge
von 10 l/min etwa 1300 W beträgt; mit steigender Fördermenge nimmt die Verlustleistung
nur relativ geringfügig ab. Hinzu kommt, daß die zurückströmende Flüssigkeitsmenge
zur Schaumbildung in dem Flüssigkeitsbehälter führt und demzufolge Schaum angesaugt
wird.
[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs beschriebene Zahnradpumpe
so zu gestalten, daß eine deutliche Abnahme der Verlustleistung erzielt wird und die
Schaumbildung unterbleibt.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Zahnradpumpe, die die im Anspruch 1
oder 7 aufgeführten Merkmale besitzt.
[0005] In den Ansprüchen 2 bis 6 sind weitere Ausgestaltungen der Zahnradpumpe gemäß Anspruch
1 angegeben.
[0006] Die erfindungsgemäß ausgebildete Zahnradpumpe ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt
und wird nachstehend erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine räumliche Darstellung der Bauelemente der Zahnradpumpe und
- Fig. 2
- eine räumliche Darstellung der Zahnradpumpe mit einem Ausbruch.
[0007] Bei der Zahnradpumpe (1) kommt die Förderung der Flüssigkeit in der Weise zustande,
daß die Flüssigkeit auf der Saugseite (2) in den Pumpenraum in die freiwerdenden Zahnlücken
der kämmenden, in dem Pumpengehäuse (3) angeordneten gegenläufigen Zahnräder (4, 5)
eintritt, in Drehrichtung außen herum am Gehäusemantel zur Druckseite (6) des Pumpenraums
wandert und durch das wechselseitige Eingreifen der Zähne aus den Zahnlücken herausgedrückt
wird. Da jede Zahnlücke vor der vollständigen Entleerung durch den Zahn des jeweiligen
Gegenzahnrades (4, 5) abgeschlossen wird, entsteht hier eine sogenannte Quetschflüssigkeit,
die zur Vermeidung von Energieverlusten und eines harten Ganges der Zahnräder (4,
5) durch nicht dargestellte Bohrungen in den Druckraum abgeleitet wird. Die Zahnräder
(4, 5), von denen das eine Zahnrad (4) mit einem nicht dargestellten Antriebselement
verbunden ist, laufen mit engstem Spiel zwischeneinander und dem Pumpengehäuse (3)
in radialer und axialer Richtung. In der der Antriebsseite der Zahnradpumpe (1) gegenüberliegenden
axialen Pumpengehäusewand (7) befindet sich ein koaxial zu dem Zahnrad (5) angebrachtes
Durchgangsloch (8), dessen Fläche ähnlich der Fläche des Kopfkreises der Zähne des
Zahnrads (5) ist. Auf der Außenseite der Pumpengehäusewand (7) ist vor dem Durchgangsloch
(8) ein mit der Pumpengehäusewand (7) verbundener Hohlzylinder (9) koaxial angeordnet.
Der Innendurchmesser des Hohlzylinders (9) stimmt mit dem Durchmesser des Durchgangslochs
(8) überein. In der Bohrung des Hohlzylinders (9) ist ein hohlzylinderförmiger Kolben
(10) verschiebbar gelagert, wobei im Grundzustand dessen Kolbenboden (11) an der Stirnseite
des Zahnrades (5) anliegt. Da die Fläche des Kolbenbodens (11) ähnlich der Fläche
des Kopfkreises der Zähne des Zahnrads (5) ist, ist dessen Stirnseite vollständig
abgedeckt. Zwischen der Innenseite des Kolbenbodens (11) und der Innenseite des Hohlzylinders
(9) ist eine zylindrische Schrauben-Druckfeder (12) eingesetzt, durch deren Federkraft
der die Stirnseite des Zahnrads (5) vollständig abdeckender Kolbenboden (11) in axialer
Richtung gegen die Stirnseite des Zahnrads (5) gedrückt wird.
[0008] Bei Überschreiten einer bestimmten Fördermenge bzw. eines vorgegebenen Betriebsdrucks
wird der Kolben (10) gegen die Federkraft der Schrauben-Druckfeder (12) in den Hohlzylinder
(9) hineingeschoben, so daß sich zwischen dem Kolbenboden (11) und der Stirnseite
des Zahnrades (5) ein Spalt öffnet, ein Druckabbau erfolgt und die überschüssige Fördermenge
über diesen Bypass unmittelbar zur Saugseite (2) des Pumpenraums der Zahnradpumpe
(1) strömen kann. Das hat zur Folge, daß die Verlustleistung vergleichsweise deutlich
sinkt und eine erheblich kleinere Flüssigkeitsmenge im Kreislauf geführt werden muß.
Es wird nur die Flüssigkeitsmenge angesaugt, die tatsächlich verbraucht wird. Beträgt
z.B. bei einer herkömmlichen Zahnradpumpe bei einer Umdrehungszahl von 3000 U/min
die Verlustleistung bei einer Fördermenge von 20 l/min 1240 W, so wird durch den Einsatz
der erfindungsgemäß ausgebildeten Zahnradpumpe die Verlustleistung auf 960 W erniedrigt.
Darüber hinaus wird die Schaumbildung der Flüssigkeit vermieden.
1. Zahnradpumpe, vorzugsweise Außenzahnradpumpe, bestehend aus mindestens zwei kämmenden,
gegenläufigen, in einem Gehäuse (3) gelagerten Zahnrädern (4, 5), von denen ein Zahnrad
mit einem Antrieb verbunden ist, gekennzeichnet durch einen mit einer der Seitenwände
(7) der Zahnradpumpe (1) verbundenen, axial vor einer Durchbrechung (8) der Seitenwand
angeordneten Hohlzylinder (9), in dem ein Kolben (10) axial verschieblich gelagert
ist, dessen Kolbenboden (11) im Grundzustand an der Stirnseite der Zahnräder (4, 5)
anliegt.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (11) die
Stirnseite eines der Zahnräder (4, 5) vollständig abdeckt.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte
von Kolbenboden (11) und Kopfkreis der Zähne des Zahnrads (4, 5) auf einer Achse liegen.
4. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Kolbenbodens
(11) ähnlich der Fläche der Umhüllenden der Kopfkreise der Zähne der Zahnräder (4,
5) ist und die Stirnseiten der Zahnräder vollständig abgedeckt sind.
5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Innenseite des Kolbenbodens (11) und der Innenseite des Zylinderdeckels ein Federelement
(12) mit durch Federspannung vorgegebenem Drucksollwert eingesetzt ist.
6. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben
(10) hydraulisch verschieblich ist.
7. Zahnradpumpe, vorzugsweise Außenzahnradpumpe, bestehend aus mindestens zwei kämmenden,
gegenläufigen, in einem Gehäuse (3) gelagerten Zahnrädern (4, 5), von denen ein Zahnrad
mit einem Antrieb verbunden ist, gekennzeichnet durch einen mit einer der Seitenwände
(7) der Zahnradpumpe (1) verbundenen, axial vor einer Durchbrechung (8) der Seitenwand
angeordneten Hohlzylinder (9) und eine im Grundzustand an der Stirnseite der Zahnräder
anliegende, ideal plastisch formänderbare, unter Druck in den Hohlzylinder hineinverformbare
Querwand.
