GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1. Demnach ist eine Zahnradpumpe vorgesehen mit mindestens zwei im Außeneingriff kämmenden
Zahnrädern, die mit ihren Flachseiten direkt oder indirekt an Gehäusedeckeln der Zahnradpumpe
anliegen. Zumindest ein Antriebszahnrad ist mit Wellenzapfen versehen und drehfest
damit verbunden, wobei die Wellenzapfen beidseitig des mindestens einen Antriebszahnrades
angeordnet und in dem jeweils benachbarten Gehäusedeckel drehgelagert sind. Einer
der Wellenzapfen des Antriebszahnrades ist verlängert und als Antriebsdrehzapfen durch
den benachbarten Gehäusedeckel nach außen geführt. Um das Austreten von zu pumpendem
Fluid zu verhindern, ist eine Wellendichtung für den Antriebsdrehzapfen vorgesehen.
Diese wirkt abdichtend zwischen dem Antriebsdrehzapfen und dem von ihm durchdrungenen
Gehäusedeckel und ist auf der den Pumpenzahnrädern zugewandten Innenseite des von
dem Antriebsdrehzapfen durchdrungenen ersten Gehäusedeckels in einer zahnradseitigen
Aussparung des Gehäusedeckels angeordnet.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
[0002] Zahnradpumpen der vorbeschriebenen Art sind in ihrem Grundprinzip seit Jahrzehnten
bekannt und werden unter anderem zum Antreiben hydraulischer Systeme in der Fahrzeugtechnik
eingesetzt, wo ein hoher Wirkungsgrad bei einfacher und kostengünstiger Herstellung
sowie das Erzeugen hoher Drücke im Vordergrund stehen. Der Aufbau und das Wirkungsprinzip
einer Zahnradpumpe ist besonders anschaulich in der
DE 24 11 492 C2 beschrieben. Die Pumpe ist aus drei plattenförmigen Gehäuseteilen aufgebaut, weshalb
solche Pumpen auch als "Plattenpumpen" bezeichnet werden. Von den sandwichartig zusammengesetzten
Platten nimmt die mittlere die Pumpenkammer mit dem in diesem Fall zwei Pumpenzahnrädern
auf (Pumpenplatte). Beidseitig der Pumpenplatte liegen an ihr dichtend Gehäusedeckel
an, die den Pumpenraum in Axialrichtung verschließen (erste und zweite Deckelplatte).
In den gegenüberliegenden Deckelplatten befinden sich miteinander fluchtend angeordnete
Bohrungen zur Aufnahme von Wellenzapfen, die beidseitig zumindest das Antriebszahnrad
axial überstehen und mit diesem drehfest verbunden sind. Die die Wellenzapfen aufnehmenden
Bohrungen in den Deckelplatten weisen ein geringes Übermaß gegenüber dem Zapfendurchmesser
auf, so dass bei geringem Spaltmaß ein gewisses radiales Lagerspiel zwischen den Drehzapfen
und den Gehäusedeckeln verbleibt. Zur Gehäuseaußenseite hin sind drei der Lagerbohrungen
durch je einen Deckel dichtend verschlossen. Die zu pumpende Flüssigkeit, die in den
Lagerspalt eintritt und diesen dadurch schmiert, kann also nicht nach außerhalb der
Pumpe austreten. Damit auch seitens des Antriebsdrehzapfens, der durch den Gehäusedeckel
nach außerhalb des Pumpengehäuses geführt ist, keine zu pumpende Flüssigkeit austreten
kann, besitzt der Gehäusedeckel an dieser Stelle eine Stopfbuchse oder dergleichen
zur Aufnahme einer Wellendichtung. Auch der Antriebsdrehzapfen bleibt daher mit Flüssigkeit
geschmiert Eine solche Wellendichtung ist zwar in der
DE 24 11 492 C2, da an sich bekannt, als solche nicht dargestellt, sondern nur ihr Aufnahmeraum.
Solche Wellendichtungen waren, z.B. schon aus der
DE 81 01 898 U1 an Plattenpumpen bekannt. Auf diese Weise sind alle vier Wellenzapfen der Pumpenzahnräder
hydraulisch durch die zu pumpende Flüssigkeit gelagert und gegen Verschleiß geschützt,
wobei aufgrund des sich mit den Pumpenzahnrädern mitdrehenden Wellenzapfens ein sich
ständig austauschender Oberflächenfilm von der zu pumpenden Flüssigkeit auf den Radialflächen
der Wellenzapfen befindet.
[0003] Derartige Pumpen können an sich auch für problematische Pumpflüssigkeiten, wie Klebstoffe
verwendet werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass, insbesondere reaktive, Klebstoffe
wie z.B. PUR-Klebstoffe zu einem schnellen Altern der Wellendichtung führen.
[0004] Eine Zahnrad- oder Plattenpumpe wird auch in der
DE 81 01 898 U1 beschrieben. Zur Reduzierung der Leckverluste im Eingriffbereich der fördernden Zahnräder
wird dort vorgeschlagen, mit Druck beaufschlagte Kolben stirnseitig gegen die Zahnräder
im Eingriffbereich anzudrücken. Die Druckwirkung kann aus einer in axialer Richtung
wirkender Federkraftbeaufschlagung der Kolben oder aus dem hydrostatischen Druck des
zu fördernden Fluides entnommen werden. Zur Abdichtung der Hochdruckseite der Kolben
gegenüber der Niederdruckseite sind Dichtungsringe vorgesehen, die in einem druckbelasteten
Ringraum angeordnet sind. Nachteilig an einer solchen Anordnung ist neben einem hohen
Reinigungsaufwand, dass die Stirnseite der fördernden Zahnräder durch die Wirkung
der Kolben einem starken Verschleiß ausgesetzt werden.
[0005] Eine demgegenüber einfacher zu reinigende (Dosier-)Zahnradpumpe kann der
US 6,857,860 B1 entnommen werden. Die Dichtung des Fördervolumens gegenüber dem Pumpengehäuse und
gegenüber der Antriebswelle erfolgt durch einen in einer Ausnehmung einer Gehäuseplatte
angeordneten Dichtring, der an das antreibende Zahnrad angedrückt wird, welches mit
der Welle drehfest verbunden ist. Das Andrücken erfolgt mit Federkraft. Zusätzlich
kann vorgesehen sein, die den Dichtring aufnehmende Ausnehmung mit einer unter Druck
stehenden Dichfflüssigkeit zu beaufschlagen. Auch bei dieser Dosier-Zahnradpumpe wird
die Stirnseite des antreibenden Zahnrades durch den mit mechanischem oder hydrostatischem
Druck beaufschlagten Dichtring starken mechanischen Belastungen ausgesetzt, die einer
Verschleißreduzierung der Pumpe, insbesondere jedoch des Zahnrades, abträglich sind.
[0006] Eine konstruktiv aufwändigere Zahnradpumpe mit vorzugsweise drei Zahnrädern kann
der
DE 69 24 726 U entnommen werden. Dort werden die fördernden Zahnräder durch ein drittes Zahnrad
angetrieben, welches mit dem antreibenden Zahnrad in Eingriff steht, wobei der Antrieb
auf der Niederdruckseite des Fördervolumens erfolgt. Die Anordnung der Antriebswelle
auf der Niederdruckseite der Pumpe führt zu geringeren Anforderungen an die dichtende
Wirkung der Dichtung. In dem Gehäusedeckel ist eine Ausnehmung vorgesehen, in die
zur Fixierung der Zahnräder eine Platte einsetzbar ist.
[0007] Eine zur Förderung nicht selbst schmierender Medien geeignete Zahnradpumpe kann der
DE 19 27 514 U1 entnommen werden. Damit die Zahnräder sich innerhalb des zu fördernden Volumens der
Pumpe nicht berühren, werden demnach die Zahnräder einzeln und synchron angetrieben.
Der synchrone Antrieb erfolgt in einem dem zu fördernden Volumen vorgelagerten Getriebegehäuse,
welches gegenüber dem zu fördernden Volumen öldicht abgeschlossen ist. Die Dichtungen
sind dabei so angeordnet, dass sie von dem zu fördernden Volumen aus zugänglich sind.
[0008] Eine Zahnradpumpe mit einem beweglich auf der Antriebswelle gelagerten ersten Zahnrad,
welches mit einem im Gehäuse ohne Welle gelagerten zweiten Zahnrad in Eingriff steht,
kann der
DE 18 22 807 U entnommen werden. Die Lagerung der Antriebswelle erfolgt durch zwei Kugellager, welche
in axialer Richtung zueinander beabstandet in einer Gehäusekammer angeordnet sind.
Die Kammer ist von dem zu fördernden Volumen durch eine Dichtungspackung abgedichtet.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0009] Davon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde bei einer gattungsgemäßen
Pumpe die Lebensdauer der Wellendichtung für den Antriebsdrehzapfen zu verlängern,
so dass eine weitgehende Wartungsarmut auch für problematische zu pumpende Fluide
erreicht wird.
[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Zahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgeschlagen. Demnach ist vorgesehen, dass die Aussparung mit einer auf der dem
Pumpenraum zugewandten Seite angeordneten Vorkammer versehen ist, wobei die Vorkammer
die Wellendichtung mit ständig sich austauschendem zu pumpendem Fluid versorgt.
[0011] Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass verkürzte Lebensdauern der Wellendichtung
auch beim Pumpen problematischer Pumpflüssigkeiten nicht mehr auftreten, wenn die
Wellendichtung von der Außenseite des betroffenen Gehäusedeckels auf dessen Innenseite
in eine Aussparung mit einer Vorkammer verlagert wird. Z.B. treten störende Kristallbildungen,
wie sie bei außenliegenden Wellendichtungen beobachtet wurden, bei der Erfindung nicht
mehr auf.
[0012] Wenn die Radiallagerung des Antriebsdrehzapfens wegen nunmehr fehlender Schmierung
des Passspaltes zum Gehäusedeckel unzureichend ist, kann eine weitere Verbesserung,
die sich auch auf die Haltbarkeit der Wellendichtung auswirkt, dadurch erreicht werden,
dass anstelle des Passspaltes zwischen dem Drehantriebszapfen und dem betreffenden
Gehäusedeckel eine Lagerbuchse eingesetzt wird, welche die radialen Lagerkräfte aufnimmt
und für eine gute reibungsarme Lagerung sorgt und die innen liegende Wellendichtung
besser vor radialen Belastungen schützt. Bei der Lagerbuchse kann es sich um unterschiedliche
Mittel zu Drehlagerung, wie Gleitlager oder Drehlager, handeln.
[0013] Alternativ zu einer solchen Lagerbuchse ist es auch möglich, den außerhalb des betroffenen
Gehäusedeckels liegenden Teil des Antriebsdrehzapfens mit einem Vorgelege in Gestalt
einer antriebsseitig drehgedichteten Kammer zu versehen. Diese kann bei Bedarf mit
einem Fluid zur Schmierung befüllt werden. Trockenlaufprobleme im Passspalt zwischen
dem Antriebsdrehzapfen und dem zugehörigen Gehäusedeckel können dadurch völlig ausgeschlossen
werden. Unter Umständen wird auch die Lagerung des Antriebsdrehzapfens verbessert.
[0014] Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen
erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung,
Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung
finden können
[0015] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen
Zeichnung und Tabelle, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel einer Zahnradpumpe
dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können
mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0016] In der Zeichnung zeigen
- Fig. 1
- eine Zahnradpumpe in einer ersten Ausführungsform in Seitenansicht, zum Teil aufgebrochen:
- Fig. 2A
- eine zweite Ausführungsform einer Zahnradpumpe in der gleichen Darstellungsart mit
einem Vorgelege,
- Fig. 2B
- von der zweiten Ausführungsform eine andere Bauart in Axialschnitt- ansicht sowie
- Fig. 3
- eine dritte, mehrstufige Ausführungsform einer Zahnradpumpe in Axialschnittansicht.
DETAILLIERTE FIGURENBESCHREIBUNG
[0017] Die in Figuren 1 und 2A/B insgesamt mit 10 bezeichnete Zahnradpumpe ist als Plattenpumpe
ausgebildet, bei der beidseitig einer Pumpenplatte 12 erste und zweite plattenförmige
Gehäusedeckel 14A, 14B dichtend an die Pumpenplatte 12 angelegt sind. Zwei im Außeneingriff
kämmende Pumpenzahnräder 16A, 16B sind in an sich bekannten und einander überschneidenden
zylindrischen Durchbrechungen der Pumpenplatte 12 angeordnet. Das antriebsseitige
Pumpenzahnrad 16A ist drehfest mit einer Antriebswelle 18 verbunden. Diese weist (in
der Zeichnung links) antriebsseitig einen den Gehäusedeckel 14A nach außen überragenden
Antriebsdrehzapfen 18A auf. Auf der dem Antrieb gegenüberliegenden Seite des Pumpenzahnrades
16A weist die Antriebswelle einen Wellenzapfen 18B auf, der in einer damit fluchtenden
Passbohrung 32A des zweiten (hinteren) Gehäusedeckels 14B mit geringem radialen Spaltmaß
drehgelagert ist. Diese Bohrung kann als Sackbohrung ausgeführt sein oder anderweitig
stirnendseitig gegenüber dem Pumpenraum gedichtet sein.
[0018] Das mit dem ersten Pumpenzahnrad 16A kämmende zweite Pumpenzahnrad 16B kann in an
sich beliebiger Weise radial und axial gelagert sein. Der Eintritt des Pumpfluids
erfolgt z.B. über eine seitliche Eintrittsöffnung 20 der Pumpenplatte 2 etwa im Kontaktbereich
der beiden Pumpenzahnräder. Die Austrittsöffnung liegt in der Regel diametral gegenüberliegend
zur Eintrittsöffnung 20. Die antriebsseitige Drehlagerung der Antriebswelle 18 erfolgt
bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 über eine Lagerbuchse 22, die auf der von
der Pumpenplatte 12 gegenüberliegenden Seite in den ersten (vorderen) Gehäusedeckel
14A eingelassen ist. Hierbei kann es sich zum Beispiel um ein selbstschmierendes Gleitlager
oder um ein Wälzlager handeln.
[0019] Nach den Ausführungsbeispielen befindet sich auf der der Pumpenplatte 12 zugewandten
Seite des ersten (vorderen) Gehäusedeckels 14A eine Gehäusedeckelaussparung 24, in
der eine Ringdichtung als Wellendichtung 26 zur radialen Abdichtung der Antriebswelle
18 gegenüber der Pumpenkammer und dem ersten (vorderen) Gehäusedeckel 14A dient. Eine
zur Pumpenkammer hin sich, vorzugsweise konisch, erweiternde Vorkammer 24A der Aussparung
24 versorgt die Wellendichtung 26 mit ständig sich austauschendem zu pumpenden Fluid.
[0020] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2A ist anstelle der Lagerbuchse 22 ein radialer
Passspalt zwischen der Antriebswelle 18 und dem ersten (vorderen) Gehäusedeckel 14A
vorgesehen. Antriebsseitig ist der Antriebsdrehzapfen 18A von einem Vorgelege 28 mit
einer zum Antriebsdrehzapfen 18A offenen Kammer 28A umgeben, die über Radialbohrungen
28B, 28C mit einem Schmiermittel beaufschlagbar ist. Am antriebsseitigen Ende des
Vorgeleges 28 dichtet eine Wellendichtung 30 die Kammer 28A gegenüber dem außerhalb
liegenden Teil der Antriebswelle 18 fluidisch ab.
[0021] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2B ist vorgesehen, dass der zweite Gehäusedeckel
14B auf seiner Außenseite dicht an einer Pumpenplatte anliegt, wobei die Zu- und die
Ableitung für zu pumpendes Fluid (nicht dargestellt) durch den zweiten Gehäusedeckel
14B hindurch erfolgt. Das zweite Pumpenzahnrad 16B sitzt mit dem notwendigen Radialspiel
drehbar auf einer zweiten Welle 19, welche in dem ersten Gehäusedeckel 14A in einer
Sackbohrung gelagert ist und drehfest in dem zweiten Gehäusedeckel 14B sitzt. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Wellenzapfen 18B drehbar bezüglich des zweiten
Gehäusedeckels 14B, wobei die in der Pumpenplatte 12 sich befindende Pumpenkammer
21 durch eine Pumpenkammerdichtung 21A gegenüber dem zweiten Gehäusedeckel 14B und
dem Wellenzapfen 18B im Bedarfsfall abgedichtet sein kann. Schließlich ist die zahnradseitig
in dem ersten Gehäusedeckel 14A angeordnete Wellendichtung 26 in axialer Richtung
über einen Stützring 26A an dem zweiten Gehäusedeckel 14B angestützt.
[0022] Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform kann in ähnlicher Weise abgewandelt werden,
wie die Ausführungsform der Figur 2B im Verhältnis zu derjenigen in Figur 2A, wobei
die Lagerbuchse 22 ihrem Umfang nach auch deutlich größer sein kann als in Figur 1,
so dass gebräuchliche Nadellager als Lagerbuchse 22 Verwendung finden können, wobei
ein das Nadellager aufnehmendes Gehäuseteil und das Nadellager zum Teil innerhalb
des ersten Gehäusedeckels 14A und zum Teil außerhalb desselben erstreckt sein können.
Erfindungsgemäß verwendete Lagerbuchsen 22 können, insbesondere in einer Ausführung
als Wälzlager auch pumpenseitig oder beidseitig mit zusätzlichen Wellendichtungen
versehen sein. Die möglichen Umrisse einer Lagerbuchse 22 in Gestalt eines durch ein
Gehäuse gekapseltes Nadellager sind in Figur 1 in gestrichelter Form als Alternative
eingezeichnet.
[0023] Einen Schnitt durch eine mehrstufige Zahnradpumpe 10 kann der Fig. 3 entnommen werden,
wobei die Antriebswelle 18 in axialer Hintereinanderfolge mit zumindest 2 Zahnrädern
16A, 16A' durch Passfedern 18D verbunden ist. Die Zahnräder 16A, 16A' stehen jeweils
mit mehreren umfangsverteilt angeordneten Pumpenzahnrädern 16B, 16B' sowie 16B", 16B"'
in Eingriff. Die Pumpenzahnräder sind auf einer zweiten Welle 19 und einer dritten
Welle 19' angeordnet. Die Wellen 19, 19' sind in zylindrischen Durchbrechungen der
Pumpenplatten 12 und 12' angeordnet. Durch die mehrstufige Ausführung kann das Fördervolumen
der Pumpe gemäß Fig. 3 gegenüber dem Volumen einer Pumpe gemäß der Figuren 1, 2A oder
2B vervielfacht werden. Beispielsweise ist gemäß Fig. 3 etwa eine Vervierfachung oder
Verachtfachung des Fördervolumens möglich.
[0024] Der Fig. 3 ist zu entnehmen, dass in dem Gehäusedeckel 14A zahnradseitig eine Aussparung
24 vorgesehen ist, in der eine Wellendichtung 26 angeordnet ist. Die Aussparung 24
ist mit einer auf der dem Pumpenraum zugewandten Seite angeordneten Vorkammer 24A
versehen. Dadurch ist die Wellendichtung 26 mit ständig sich austauschendem zu pumpendem
Fluid versorgbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0025]
- 10
- Zahnradpumpe
- 12, 12'
- Pumpenplatte
- 14A
- erster Gehäusedeckel
- 14B
- zweiter Gehäusedeckel
- 16A, 16A'
- erstes Pumpenzahnrad (Antriebszahnrad)
- 16B, 16B', 16B", 16B"'
- zweites Pumpenzahnrad
- 18
- Antriebswelle
- 18A
- Antriebsdrehzapfen
- 18B
- Wellenzapfen
- 18C
- Passfeder
- 18D
- Passfeder
- 19, 19'
- zweite Welle
- 20
- Eintrittsöffnung
- 21
- Pumpenkammer
- 21A
- Pumpenkammerdichtung
- 22
- Lagerbuchse
- 24
- Aussparung
- 24A
- Vorkammer
- 26
- Wellendichtung
- 26A
- Stützring
- 28
- Vorgelege
- 28A
- Kammer
- 28B/C
- radiale Bohrungen
- 30
- Wellendichtung
- 32A
- Passbohrung
- 32B
- Passbohrung
1. Zahnradpumpe
- mit mindestens zwei im Außeneingriff kämmenden Zahnrädern (16A, 16B), die mit ihren
Flachseiten an ersten und zweiten Gehäusedeckeln (14A, 14B) der Zahnradpumpe anliegen,
- mit Wellenzapfen, die zumindest mit dem Antriebszahnrad (16A) drehfest verbunden
sind und beidseitig des Antriebszahnrades (16A) in dem ersten bzw. zweiten Gehäusedeckel
(14A, 14B) drehgelagert sind,
- mit einem durch den ersten Gehäusedeckel (14A) nach außen geführten Antriebsdrehzapfen
(18A) und
- mit einer den Antriebsdrehzapfen (18A) gegenüber dem von ihm durchdrungenen Gehäusedeckel
(14A) abdichtenden und das Austreten von zu pumpendem Fluid verhindernden Wellendichtung,
die auf der den Pumpenzahnrädern (16A, 16B) zugewandten Innenseite des von dem Antriebsdrehzapfen
(18A) durchdrungenen ersten Gehäusedeckels (14A) in einer zahnradseitigen Aussparung
(24) des Gehäusedeckels (14A) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (24) mit einer auf der dem Pumpenraum zugewandten Seite angeordneten
Vorkammer (24A) versehen ist, wodurch die Wellendichtung (26) mit ständig sich austauschendem
zu pumpendem Fluid versorgbar ist.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (24A) sich zur Pumpenkammer hin, vorzugsweise konisch, erweitert.
3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäusedeckel (14 A) an seiner Außenseite mit einer den Antriebsdrehzapfen
(18A) lagernden Lagerbuchse (22) versehen ist.
4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine auf der Außenseite des ersten Gehäusedeckels (14A) vorgesehene, den Antriebsdrehzapfen
(18A) umschließende Schmierstoffkammer (28A).