Zahnradpumpe mit drehbarem Dichtsteg

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit mindestens zwei in einem Pumpengehäuse (G) enthaltenen ineinandergreifenden Zahnrädern zur Beförderung eines Fördermediums (M) von einer Saugseite (SS) auf eine Druckseite (DS), wobei zahnstirnseitig im Pumpengehäuse (G) eine Nut (FN, QN) vorgesehen ist, die durch einen Dichtsteg (DBS) zur Trennung von Saugseite (SS) und Druckseite (DS) unterbrochen ist. Erfindungsgemäss ist der Dichtsteg (DBS) drehbar ausgebildet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Das Abwälzen zweier Zahnräder einer Zahnradpumpe verursacht bei jedem Zahneingriff zwei hydrodynamische Situationen: In einer sogenannten Quetschphase verdrängt der in eine Zahnlücke eintretende Zahn das dort befindliche Fördermedium, welches über einen sich verringernden, durch die Zahnflanken begrenzten - zuletzt noch durch das Flankenspiel und die Zahnradbreite definierten - Querschnitt und zum weitaus grösseren Teil über eine jeweils im Lager auf der Stirnseite der Zahnräder eingelassene Quetschnut abfliesst. Nach Passieren einer bezüglich der Zahnradachsen neutralen Position, in welcher der Zahn symmetrisch in der Zahnlücke des Gegenzahnrades steht, vergrössert sich das durch Zahn und Zahnlücke eingeschlossene Restvolumen wieder, welches durch Fördermedium auf der Pumpensaugseite aufgefüllt werden muss. Dies geschieht wiederum zum Teil über die Zahnflanken und zu Beginn ebenfalls zum weitaus grössten Teil über die auf der Saugseite in die Lagerstirnflächen eingelassenen Füllnuten, die - lediglich umgekehrt angeordnet - gleich wie die druckseitigen Quetschnuten ausgebildet sein können.

[0003] In Fig. 1 ist ein derartiges mit dem Hinweiszeichen G versehenes Pumpengehäuse dargestellt, das einander überlappende Bohrungen B1 und B2 zur Aufnahme von Zahnräder (in Fig. 1 nicht dargestellt), Lagerbohrungen LB zur Aufnahme von die Zahnräder tragenden Achsen, eine Quetschnut QN, eine Füllnut FN und einen zwischen der Quetschnut QN und der Füllnut FN liegenden Dichtsteg S aufweist. Durch Drehen der Zahnräder wird ein Fördermedium M durch das Pumpengehäuse G von der Saugseite SS den Gehäusewänden entlang auf die Druckseite DS befördert.

[0004] Sowohl die Fliesseigenschaften des Fördermediums M, als auch die aktuelle Winkellage des jeweils betrachteten Zahneingriffs und damit die hierdurch aktuell vorgegebene Fliessweggeometrie bestimmen die lokalen Druckverhältnisse. Hierbei ist von Bedeutung, bis zu bzw. ab welchem Winkel (des jeweiligen Zahneingriffs) die durch Zahn und Zahnlücke festgelegte axial betrachtete Querschnittsfläche mit den in den Lagerstirnen eingearbeiteten Quetsch- bzw. Füllnuten QN bzw. FN hydraulisch wirksam kommunizieren können. Enden die Quetschnuten QN zu früh, dann bleibt dem verdrängten Fördermedium M lediglich das Axialspiel und das Flankenspiel zur Entleerung des zwangsweise verkleinerten Volumens zwischen Zahn und Zahnlücke mit der Folge gemeinhin sehr hoher Werte für den Quetschdruck, welche zu fast schlagartigen, hinsichtlich der Häufigkeit drehzahl- und zähnezahlabhängigen zusätzlichen Lagerbelastungen führen. Beginnen die Füllnuten FN zu spät, dann wird hierdurch dem Blasenwachstum im Fördermedium M in nicht vertretbarer Weise Zeit gelassen. Der Blasenzusammensturz sowie die Freistrahlbildung mit den materialschädlichen Folgen sind entsprechend heftig. Neben dem eigentlichen Kavitationslärm wird zusätzlich erheblicher Lärm durch das Verspätete schlagartige Füllen des bereits zu grossen, fast leeren Volumens zwischen Zahn und Zahnlücke im sich öffnenden Eingriff verursacht.

[0005] Anderseits muss beachtet werden, dass bei sehr spät endender Quetschnut QN und sehr früh beginnender Füllnut FN, also sehr kurzem Dichtsteg S, die Leckage von der Druckseite DS zur Saugseite SS der Pumpe unzulässig hoch ist.

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe anzugeben, welche die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

[0008] Die Erfindung weist folgende Vorteile auf: Indem die Dichtstege drehbar gelagert sind, können die jeweiligen Wege zum Ausquetschen und Füllen so lange wie möglich offen gehalten werden, ohne dass eine Verminderung des Wirkungsgrades, d.h. ohne zusätzliche interne Leckage, in Kauf genommen werden muss.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1

ein Zahnradpumpengehäuse mit einem bekannten Dichtsteg zwischen Quetsch- und Füllnut,

Fig. 2

ein Pumpengehäuse mit einem erfindungsgemässen Dichtsteg und

Fig. 3A und 3B

Details von ineinandergreifenden Zahnrädern einer Zahnradpumpe zusammen mit dem erfindungsgemässen Dichtsteg.

[0010] Fig. 1 zeigt ein bereits in der Einleitung erläutertes bekanntes Pumpengehäuse G.

[0011] Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemässes Pumpengehäuse G bestehend aus einander überlappenden Bohrungen B1 und B2 zur Aufnahme von Zahnrädern, aus Lagerbohrungen LB zur Aufnahme von die Zahnräder tragenden Wellen, aus einer auf der Saugseite SS angeordneten Füllnut FN, aus einer auf der Druckseite DS angeordneten Quetschnut QN und aus einem drehbar gelagerten Dichtsteg DBS. Wie beim bekannten Pumpengehäuse G gemäss Fig. 1 wird auch beim erfindungsgemässen Pumpengehäuse G gemäss Fig. 2 Fördermedium M von der Saugseite SS entlang der Gehäusewänden auf die Druckseite DS gebracht. Die Drehrichtung der Zahnräder (in Fig. 2 nicht dargestellt) ist mit Pfeilen P angegeben.

[0012] Ein schräg gestellter Dichtsteg DBS wird den Anforderungen in der Zahnradpumpe nicht gerecht, da die auszuquetschenden und aufzufüllenden Volumina in den Zahnlücken beider Zahnräder mit jedem Eingriff wechseln.

[0013] Anhand Fig. 3A und 3B wird die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Zahnradpumpe erläutert. Dabei zeigen Fig. 3A und 3B in schematischer Darstellung Teile der ineinandergreifenden Zahnräder Z1 und Z2 und den drehbar gelagerten Dichtsteg DBS. Das Zahnrad Z1 dreht um seine Längsachse mit Drehsinn D1. Daraus ergibt sich zwangsläufig einen Drehsinn D2 für das Zahnrad Z2. Entsprechend dem Drehsinn sind auch die Saugseite SS und die Druckseite DS der Zahnradpumpe gegeben.

[0014] In den beiden Fig. 3A und 3B sind darüber hinaus die Befüllvolumen BV und die Ausquetschvolumen AV angegeben, die sich im Bereich des Ineinandergreifens der Zahnräder Z1 und Z2 bilden und die im wesentlichen über die Quetschnut QN bzw. die Füllnut FN entlastet bzw. versorgt werden. Durch Vergleich mit der bekannten Anordnung gemäss Fig. 1 wird deutlich, dass für die Ausgleichströme über die Quetsch- bzw. Füllnuten QN, FN lediglich kleine Öffnungen verglichen mit den entsprechenden Volumina AV und BV vorhanden sind. Durch das erfindungsgemässe Verdrehen der Dichtstege DBS werden diese Öffnungen vergrössert, womit die in den Ausquetschvolumen AV und Befüllvolumen BV entstehenden Drücke rascher ausgeglichen werden können. Damit werden die Gleitlager der Zahnradpumpen wesentlich weiter belastet.

[0015] In den Fig. 3A und 3B sind zwei Zahnradstellungen mit der jeweiligen dazugehörenden Position des Dichtsteges DBS dargestellt. In bezug auf eine durch die beiden Drehachsen der Zahnräder aufgespannte Ebene A gemäss Fig. 3A befindet sich ein Zahn des Zahnrades Z1 unmittelbar vor der Ebene A. Entsprechend befindet sich eine Zahnlücke des Zahnrades Z2 unmittelbar vor der Ebene A. In der dargestellten Situation ist die günstigste Position für den Dichtsteg DBS derart zu wählen, dass die Öffnung zum Ausquetschvolumen AV möglichst gross ist. Dies wird durch die in Fig. 3A dargestellte Position des Dichtsteges DBS erreicht, die im weiteren etwa wie folgt definiert werden kann: Die optimale Position des Dichtsteges DBS ergibt sich daraus, dass die Längsachse LA des Dichtsteges DBS senkrecht auf einer Tangente T durch einen mutmasslichen Berührungspunkt der beiden Zahnräder Z1 und Z2 gelegt wird.

[0016] Im weiteren Ablauf, d.h. bei Annäherung des Zahnes des Zahnrades Z1 an die Ebene A dreht sich der Dichtsteg DBS derart, dass wenn der Zahn des Zahnrades Z1 die Ebene A erreicht hat, die Längsachse LA im wesentlichen in der Ebene A liegt.

[0017] Die vorstehenden Kriterien zur Definition der Position des Dichtsteges DBS können in analoger Weise aus den Bedingungen für das Füllen des Volumens BV auf der Saugseite SS abgeleitet werden.

[0018] In Fig. 3B befindet sich eine Zahnlücke des Zahnrades Z1 anstelle eines Zahnes unmittelbar vor der Ebene A.

[0019] Entsprechend muss der Dichtsteg DBS auf die andere Seite ausgelenkt werden.

[0020] In Fig. 2 wurde durch den Pfeil PF angedeutet, dass der Dichtsteg DBS eine oszillierende Bewegung ausführt. Dies ist dann erforderlich, wenn - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - die Breite des Dichtsteges DBS kleiner als die Breite der Quetsch- und der Füllnut QN, FN ist. Der maximale Ausschlag eines oszillierenden Dichtsteges DBS ergibt sich dabei aus der Bedingung, dass ein durchgehender Kanal für Fördermedium von der Druckseite DS auf die Saugseite SS vermieden werden muss. Damit eine Leckage von Fördermedium von der Druckseite DS auf die Saugseite SS nicht zu hoch wird, ist darüber hinaus darauf zu achten, dass eine deutliche Überlappung - beispielsweise in der Breite des Dichtsteges DBS - zwischen Dichtsteg DBS und entsprechendem Gehäuseteil vorgesehen ist.

[0021] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des Dichtsteges grösser als die Breite der Füll- und Quetschnuten FN bzw. QN. Bei dieser Ausführungsform führt der Dichtsteg vorzugsweise eine Rotationsbewegung anstelle einer oszillierenden Bewegung aus. Dabei gewährleistet die grössere Breite des Dichtsteges, dass kein Leckage-Kanal zwischen Druckseite und Saugseite durch die Quetsch- und Füllnut QN bzw. FN entsteht.

[0022] Bei der letztgenannten Ausführungsform sind die Erläuterungen zu den Fig. 3A und 3B in bezug auf die Position des Dichtsteges DBS analog anzuwenden, wobei davon ausgegangen werden kann, dass die Längsachse LA des Dichtsteges DBS im wesentlichen senkrecht auf der Tangente T steht. Liegen Zähne bzw. Zahnlücken in bezug auf die Ebene A ausgemittet, so steht die Längsachse LA des Dichtsteges DBS senkrecht auf der Ebene A.

Ansprüche

1. Zahnradpumpe mit mindestens zwei in einem Pumpengehäuse (G) enthaltenen ineinandergreifenden Zahnrädern (Z1, Z2) zur Beförderung eines Fördermediums (M) von einer Saugseite (SS) zu einer Druckseite (DS), wobei zahnradstirnseitig im Pumpengehäuse (G) eine Nut (QN, FN) vorgesehen ist, die durch einen Dichtsteg (S, DBS) zur Trennung von Saugseite (SS) und Druckseite (DS) unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsteg (DBS) drehbar gelagert ist.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt des Dichtsteges (DBS) in der durch die beiden Achsen der Zahnräder (Z1, Z2) aufgespannten Ebene liegt.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Stirnseite der Zahnräder (Z1, Z2) im Pumpengehäuse (G) eine drehbarer Dichtsteg (DBS) vorgesehen ist.

4. Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahlmesseinheit zur Messung der Drehzahl der Zahnräder (Z1, Z2), wobei die Bewegung der Dichtstege (DBS) in Abhängigkeit der gemessenen Drehzahl einstellbar ist.

5. Zahnradpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstege (DBS) eine oszillierende Bewegung ausführen.

6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstege (DBS) eine geringere Breite als die Nuten (FN, QN) aufweisen.

7. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstege (DBS) eine Rotation ausführen.

8. Zahnradpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstege (DBS) breiter als die Nuten (FN, QN) sind.

Zeichnung