Zahnradpumpe oder -motor

Abstract

 Eine Zahnradpumpe oder ein Zahnradmotor (10, 11) besteht aus einem Gehäuse (12), in dem zumindest zwei miteinander kämmende Zahnräder (18, 20, 21) angeordnet sind, von denen eines fest auf einer Welle (22) sitzt, während das andere schwimmend auf einem Flüssigkeitsfilm dicht neben der Innenwandung (28) des Gehäuses (12) gelagert ist, also keine Welle aufweist. Die Verbesserung liegt in einem neuartigen Zahnprofil des schwimmend gelagerten Zahnrades (20, 21). Jeder Zahn (26) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20, 21) weist eine dicke Kopffläche (27) auf, deren Dicke (a) vorzugsweise zumindest doppelt so groß ist wie die der Kopfflächen (25) des wellengelagerten Zahnrades (18). Hierdurch wird die Lagerfläche des schwimmend gelagerten Zahnrades (20, 21 ) auf dem Flüssigkeitsfilm innerhalb des Gehäuses (12) vergrößert, so daß sich eine verbesserte Lagerung für das schwimmend gelagerte Zahnrad und dadurch eine Verringerung des Reibungsverschleißes ergeben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder -motor, bestehend aus einem Gehäuse, in dem zumindest zwei miteinander kämmende Zahnräder angeordnet sind, von denen eines fest auf einer Welle sitzt, während das andere schwimmend auf einem Flüssigkeitsfilm dicht neben der Innenwandung des Gehäuses gelagert ist, wobei die Zähne der Zahnräder Kopfflächen aufweisen.

[0002] Für derartige Vorrichtungen, bei denen das schwimmend gelagerte Zahnrad nicht auf einer Welle sitzt sondern lediglich von einem Flüssigkeitsfilm innerhalb.des Gehäuses getragen wird, sind zahlreiche Ausführungsformen bekanntgeworden. Allen Vorrichtungen gemeinsam ist der Vorteil, daß die Montage durch die schwimmende Lagerung des einen Zahnrades vereinfacht wird, und daß die Anzahl der benötigten Teile um zumindest eine Zahnradwelle sowie die hierfür benötigten Lagerungen verringert ist. Vorbekannte Ausführungsformen sind z.B. beschrieben in den US-Patenten 2,626,470, 3,120,190 und 3,286,643. Allen diesen Ausführungsformen gemeinsam ist das Problem einer unzureichenden Lagerung des schwimmend gelagerten Zahnrades, das deshalb die Neigung hat, an der Innenwandung des Gehäuses zu reiben und dadurch Verschleiß hervorzurufen. Mit zunehmendem Verschleiß wandert das schwimmend gelagerte Zahnrad von dem wellengelagerten Zahnrad immer weiter weg, so daß in den Zahnlücken der miteinander kämmenden Zahnräder immer mehr Flüssigkeit verbleibt anstatt aus der Pumpe bzw. dem Motor auszutreten. Unterschreitet der Wirkungsgrad der Pumpe bzw. des Motors einen vorgegebenen Wert, muß die gesamte Vorrichtung ausgewechselt werden.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß an den Zähnen der Zahnräder sowie an der Innenwandung des Gehäuses zu verringern und dadurch die Lebensdauer der Vorrichtung zu erhöhen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kopfflächen des schwimmend gelagerten Zahnrades eine größere Dicke aufweisen als die Kopfflächen des wellengelagerten Zahnrades.

[0005] Die Zahnräder weisen zweckmäßig in üblicher Weise eine Evolventenverzahnung auf.

[0006] Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Summe der Kopfflächendicken des schwimmend gelagerten Zahnrades 30 bis 50 %, vorzugsweise 40 % des Umfanges dieses Zahnrades beträgt. Dabei kann die Dicke der Kopfflächen des schwimmend gelagerten Zahnrades vorteilhaft zumindest doppelt so groß sein wie die der Kopfflächen des wellengelagerten Zahnrades.

[0007] Durch diese neuartige Zahnform bei dem schwimmend gelagerten Zahnrad wird dessen Auflagerfläche auf dem Flüssigkeitsfilm innerhalb des Gehäuses vergrößert, wodurch sich eine verbesserte Lagerung dieses Zahnrades und dadurch ein geringerer Reibungsverschleiß ergeben. Die erzielte Verbesserung der Lagerung entspricht etwa der durch eine Zahnradwelle erzielten Lagerung.

[0008] Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0009] In der Zeichnung sind zwei als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Zahnradpumpe bzw. einen Zahnradmotor;

Figur 2 in vergrößertem Maßstab in perspektivischer Darstellung einen Zahn eines schwimmend gelagerten Zahnrades und

Figur 3 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Figur 1.

[0010] Figur 1 zeigt eine Zahnradpumpe bzw. einen Zahnradmotor 10 mit einem Gehäuse 12, das einen Einlaß 14 und einen Auslaß 16 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 12 sind zwei miteinander kämmende Zahnräder 18,20 angeordnet, von denen das Zahnrad 18 fest auf einer drehbaren Welle 22 sitzt und eine Vielzahl von Zähnen 24 mit Evolventenprofil aufweist. Jeder Zahn 24 weist eine Kopffläche 25 von verhältnismäßig schmaler Dicke auf. Das andere Zahnrad 20 ist schwimmend gelagert, sitzt also nicht auf einer Welle und weist ebenfalls eine Vielzahl von Zähnen 26 auf, die jeweils eine Kopffläche 27 haben, deren Dicke zumindest doppelt so groß ist wie die der Kopfflächen 25 des wellengelagerten Zahnrades 18. Auch die Zähne 26 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 weisen vorzugsweise ein Evolventenprofil auf. Das schwimmend gelagerte Zahnrad 20 dreht sich auf einem Flüssigkeitsfilm in unmittelbarer Nachbarschaft zur Innenwandung 28 des Gehäuses 12. Wenn die beiden Zahnräder 18,20 miteinander kämmen, wird Flüssigkeit von dem Einlaß 14 um den Umfang der beiden Zahnräder 18,20 herum aus dem Gehäuse 12 durch den Auslaß 16 gedrückt.

[0011] Im üblichen Pumpenbetrieb wird die Welle 22 angetrieben, so daß das Zahnrad 18 das Antriebsrad und das Zahnrad 20 das angetriebene Rad darstellen. Im Motorbetrieb bildet die strömende Flüssigkeit die Antriebskraft für die beiden Zahnräder und führt zu einer Rotation der Welle 22, die dann ein anderes Element, z.B. einen Riementrieb, antreiben kann.

[0012] Figur 2 zeigt einen einzelnen Zahn 26 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 mit seiner verhältnismäßig dicken Kopffläche 27, deren Dicke mit dem Buchstaben a angegeben ist, während die Breite der Zahnflanke 30 mit dem Buchstaben b gekennzeichnet ist. Die Summe der Dicken a aller Kopfflächen 27 der Zähne 26 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 liegt etwa zwischen 30 und 50 %, vorzugsweise bei etwa 40 % des Umfanges des schwimmend gelagerten Zahnrades 20. Diese vergrößerte Dicke der Kopfflächen 27 verlängert die Lebensdauer des schwimmend gelagerten Zahnrades 20, da hierdurch der Reibungsverschleiß zwischen dem schwimmend gelagerten Zahnrad 20 und der Innenwandung 28 des Gehäuses 12 reduziert wird. Beträgt die Gesamtdicke aller Kopfflächen 27 des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 etwa 40 % des Umfanges dieses Zahnrades, dann wird dieses Zahnrad durch seine Zähne 26 in etwa gleicher Weise getragen als wenn eine übliche Zahnradwelle mittig durch eine Bohrung des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 geführt wäre. Durch diese verbesserte Führung wird der Reibungsverschleiß zwischen den Kopfflächen 27 und der Innenwandung 28 des Gehäuses 12 reduziert; dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Vorrichtung, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt.

[0013] Figur 2 läßt erkennen, daß die beiden parallel zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 liegenden Seitenkanten 31, 32 jeder Kopffläche 27 angefast sind und mit der Kopffläche einen Winkel θ von 10 bis 30° einschließen. Diese angefasten Seitenkanten 31,32 erleichtern den Aufbau eines Flüssigkeitsfilmes zwischen den Kopfflächen 27 und der Innenwandung 28 des Gehäuses 12, wenn das schwimmend gelagerte Zahnrad 20 im Gehäuse 12 rotiert. Der Aufbau dieses Flüssigkeitsfilmes führt zu einer Reduzierung des Reibungsverschleißes und somit zu einer Verlängerung der . Lebensdauer der Vorrichtung.

[0014] Zusätzlich zu den beiden genannten Seitenkanten 31,32 sind auch die auf der einen Stirnseite und senkrecht zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 bzw. senkrecht zu den Seitenkanten 31,32 liegenden Stirnkanten 33 der Kopfflächen 27 angefast und schließen mit der Kopffläche 27 einen Winkel oe von 30 bis 50° ein. Diese angefaste Stirnkante 33 ist vorteilhaft beim Zusammenbau der Vorrichtung und zwar insbesondere dann, wenn das schwimmend gelagerte Zahnrad 20 in eine runde Bohrung oder Ausnehmung eingesetzt wird, die in das Gehäuse 12 eingedreht worden ist. Bei der Herstellung einer derartigen Ausnehmung läßt sich nur sehr schwer eine exakt rechtwinklige Kante zwischen der zylindrischen Wandung und dem Boden der Ausnehmung herstellen. Meist verbleibt ein kleiner Radius, der ein sattes Aufliegen des schwimmend gelagerten Zahnrades 20 auf dem Boden der Ausnehmung im Gehäuse verhindert. Die angefaste Stirnkante 33 erlaubt nunmehr eine vollständige Einführung des Zahnrades 20 in die entsprechende Bohrung des Gehäuses. Außerdem wird dadurch der Einschluß von Flüssigkeit zwischen dem Boden der Gehäuseausnehmung und der Stirnfläche des Zahnrades 20 verhindert. Durch die Vermeidung von Quetschflüssigkeit wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.

[0015] Figur 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Zahnradpumpe bzw. eines Zahnradmotors 11. Hier sind zwei schwimmend gelagerte Zahnräder 20,21 vorgesehen, die mit einem einzigen Zahnrad 18 kämmen, das fest auf einer drehbaren Welle 22 sitzt. Da hier zwei Kämmzonen vorhanden sind, müssen auch zwei Einlässe 14, 15 sowie zwei Auslässe 16,17 im Gehäuse 12 vorgesehen werden. Bei dieser Vorrichtung ergeben sich zwei in entgegengesetzte Richtung fließende Flüssigkeitsströme.

[0016] Grundsätzlich wäre es möglich, mehr als zwei schwimmend gelagerte Zahnräder 20,21 mit einem einzigen wellengelagerten Zahnrad 18 kämmen zu lassen.

[0017] Aus vorstehenden Erläuterungen entnimmt ein Durchschnittsfachmann zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen, die durch die Erfindung mit erfaßt sein sollen.

Ansprüche

Zahnradpumpe oder -motor (10,11), bestehend aus einem Gehäuse (12), in dem zumindest zwei miteinander kämmende Zahnräder (18,20,21) angeordnet sind, von denen eines (18) fest auf einer Welle (22) sitzt, während das andere (20,21) schwimmend auf einem Flüssigkeitsfilm dicht neben der Innenwandung (28) des Gehäuses (12) gelagert ist, wobei die Zähne (24,26) der Zahnräder Kopfflächen (25,27) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfflächen (27) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) eine größere Dicke (a) aufweisen als die Kopfflächen (25) des wellengelagerten Zahnrades (18).

Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Kopfflächendicken (a) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) 30 bis 50 % des Umfanges dieses Zahnrades (20,21) beträgt.

Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Kopfflächendicken (a) des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) 40 % des Umfanges dieses Zahnrades (20,21) beträgt.

4. Zahnradpumpe oder -motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (a) der Kopfflächen (27) des. schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) zumindest doppelt so groß ist wie die der Kopfflächen (25) des wellengelagerten Zahnrades (18).

5. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallel zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) liegenden Seitenkanten (31,32) jeder Kopffläche (27) angefast sind und mit der Kopffläche einen Winkel (0) von 10 bis 30° einschließen.

6. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der einen Stirnseite und senkrecht zur Mittelachse des schwimmend gelagerten Zahnrades (20,21) liegenden Stirnkanten (33) der Kopfflächen (27) angefast sind und mit der Kopffläche (27) einen Winkel (α) von 30 bis 50° einschließen.

7. Zahnradpumpe oder -motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr schwimmend gelagerte Zahnräder (20,21) mit dem wellengelagerten Zahnrad (18) kämmen.

Zeichnung