DE2306540C3 - Hochdruckzahnradpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckzahnradpumpe mit mindestens einer biegsamen Dichtplatte, die zwischen den Gehäuseteilen eingespannt ist, an den Seiten der Zahnräder anliegt und auf ihrer den Zahnrädem abgewandten Seitenflächen ein dem Verlauf der Verzahnung — in welchem Verlauf in den Zahnlücken hohe Drücke herrschen — folgendes, mit der Druckseite der Pumpe verbundenes Druckfeld aufweist.

Eine befriedigende Arbeitsweise von Zahnradpumpen und besonders Flussigkeits-Hochdruckpumpen beruht auf der Aufrechterhaltung eines engen Spiels zwischen den sich drehenden und den feststehenden Teilen. Eines der schwierigsten Probleme ist dabei die Abdichtung der Seitenflächen der Zahnräder zum Pumpengehäuse, sowohl an den Verzahnungen wie auch an den Seitenflächen der Nabe. Gewöhnlich ist eine druckbelastete Dichtplatte vorgesehen, die mit der einen Seite der Zahnräder in Berührung steht und durch Flüssigkeitsdruck nach innen gepreßt wird. Im Laufe der Jahre &5 wurden zwei Hauptlösungen gefunden; die erste sieht eine starre, verschiebbare Dichtplatte vor, die auf einer begrenzten Fläche Druck ausgesetzt ist und so die Abdichtung an den Zahnradseitenflächen gewährleistet. Die starre Ausführungsform ist deswegen notwendig, weil der Druckgradient von Null auf den Maximalwert entlang des Kopfkreises der Zahnräder steigt, wenn die Zähne sich von der Einlaß- zur Auslaßseite bewegen. Der Gegendruck auf der Rückseite der Dichtplatte ist jedoch konstant und wird an der Auslaßseite abgenommen. Bei einer flexiblen Seitenplatte würden sich überhöhte Anpreßdrücke in der Nähe der Einlaßseite entwickeln. Typisch für die Ausbildungsform sind die US-Patentschriften 2044 873. 28 42 066 und 32 13 799. Bei der anderen Ausführungsform wird eine dünne, flexible Dichtplatte verwendet, die größer als der Pumpenraum ist und die durch Druckbeaufschlagung an bestimmten Stellen (Druckfeld) so gebogen wird, daß sie die Zahnradseiten berührt, wobei der Druck an verschiedenen Stellen entlang des Druckgradienten abgenommen wird. Beispiele hierfür sind in den US-Patentschriften 28 09 592 und 32 70 680 beschrieben.

Nachteilig bei der ersten Ausführungsform ist der zusätzliche Leckölspalt und ein entsprechender Verlust an Wirkungsgrad, und zwar weil die Dichtplatte gegenüber dem Pumpenraum an dessen Umfang eine Verschiebebewegung ausführen muß. Der Nachteil der zweiten Ausführungsform beruht auf der Notwendigkeit, daß eine große Anzahl getrennter Druckvertiefungen entlang des vom Druckgradient beschriebenen Bogens vorzusehen sind, sollen überhöhte örtliche Anpreßdrücke entlang der verschiedenen Abschnitte der flexiblen Seitenplatte vermieden werden. Werden statt der Druckvertiefungen unterschiedliche Flüssigkeitsdrücke an den verschiedenen örtlichen Stellen verwendet, dann ist die Einstellung und Gewinnung der richtigen Druckhöhe problematisch. Das gleiche gilt, wenn der Anpreßdruck durch die federnden Eigenschaften von Schnurdichtungen gewonnen wird. Zu den Versuchen, diese beiden Nachteile auszugleichen, gehört die in der US-Patentschrift 33 76 824 vorgestellte Vorrichtung, bei der eine starre Dichtplatte vorgesehen ist, die einen schwächeren Abschnitt in der Nähe der Zahnrad-Umfänge besitzt und so eine Biegung zu den Zahnradseiten und von ihnen weg erlaubt, ohne daß eine gleitende Abdichtung an diesen Stellen notwendig ist, die darüber hinaus jedoch die Starrheit einer dicken Dichtplatte an den wichtigsten Dichtungsstellen beibehält und damit die Beaufschlagung mit Förderdruck auf einer einheitlichen Fläche der Rückseite der Dichtplatte gestattet Die Herstellung einer solchen Dichtplatte ist jedoch schwierig und kostspielig, da Nuten abgestufter Tiefe notwendig sind, was eine wirtschaftliche Herstellung ausschließt

Bei einer weiteren starren Dichtplatte (DT-OS 15 53 247) sind diverse Druckbeaufschlagungszonen vorgesehen, die teilweise über Kanäle miteinander verbunden sind, wobei ein Teil dieser Kanäle in der Dichtplatte eingearbeitet ist Nun treten sowohl die besprochenen Leckverluste als auch die Herstellungsschwierigkeiten der Dichtplatte auf.

Ein weiterer Versuch zur Vermeidung des geschilderten Nachteils geht von einer Gestaltung aus, wie sie eingangs beschrieben ist (CH-PS 4 73 314). Es werden beidseitig d«r Zahnräder angeordnete flexible Dichtungsplatten verwendet, an deren Rückseite mit hydraulischem Druck beaufschlagte Kammern vorgesehen sind, die zumindest teilweise von Ausnehmungen gebüdet sind, die in den abzudichtenden Bereichen an den flexiblen Dichtungsplatten selbst an deren von den Zahnrädern abgewandten Seiten derart ausgebildet

sind, daß ihre Flexibilität in diesem Bereich erhöht ist. Die Dichtungsplatte ist also im Druckfeld dünner gemacht und somit flexibler. Die Herstellung einer solchen Dichtungsp'.atte ist wegen der erforderlichen Genauigkeit der Wandstärke im Druckfeld entsprechend teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckzahnradpumpe der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß unter Beibehaltung riner guten AbdicHung der Herstellungsaufwand vermindert und insbesondere die Kosten für die Dichtplatte vermindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung zur Druckseite durch einen gleichfalls diesem Verzahnungsverlauf folgenden, im Druckfeld angeordneten Schlitz gebildet wird.

Der Schlitz überbrückt die Zahnlücken, in welchen die hohen Drücke herrschen, so daß im Vergleich zu bekannten Zahnradpumpen sich der Druck entlang einem kürzeren Bogen aufbaut, der zwischen der An-Säugöffnung und dem Druckfeld von der Dichtplatte überdeckt wird. Die richtige Bemessung des Anpreßdruckes im Bereich des Schlitzes ist unproblematisch, da der Förderdruck an beiden Seiten der Dichtplatte angreift. Infolge der besonderen Gestaltung der Dichtplatte ist genügend Flexibilität vorhanden, damit die Teile, welche zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite bzw. den Wellenbohrungen im Gehäuse liegen, mit dem richtigen Anpreßdruck an die abzudichtenden Stellen gepreßt werden. Im einzelnen grenzt der Schlitz und die der Saugseite zugeordnete Durchlaßöffnung der Dichtplatte zwei ringförmige Dichtungsteile ab, die sich jeweils über mehr als 270° Bogenwinkel erstrecken.

Da die Dichtplatte einen Schlitz, d. h., eine ihre gesamte Dicke erfassende Aussparung aufweist, ist ihre Herstellung einfach, zumal der Schlitz ebenso wie die öffnung für die Saugseite ausgestanzt sein kann.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer Zahnradpumpe in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht und teilweise eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht der Dichtungsseite der Dichtplatte,

F i g. 4 eine Ansicht der Rückseite der Dichtplatte,

F i g. 5 eine vergrößerte Einzelheit aus F i g. 1.

Die Zahnradpumpe entsprechend der dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein dreiteiliges Pumpengehäuse 10, in dem ein Zahnräderpaar 12 sitzt, von denen jedes Rad mit einer Welle versehen ist, die in Wellenlagern 14 gelagert sind, und wobei eine der Wellen eine Antriebswelle 16 ist. Die drei Teile des Pumpengehäuses 10 werden durch Gehäuseschrauben 18 und Gehäusebolzen 20 zusammengehalten; das Pumpengehäuse besitzt die üblichen Anschlüsse für die Saugseite 22 und die Druckseite 24; all dies ist typisch für eine der vielen Ausführungsformen von hydraulischen Zahnradpumpen.

Eine biegsame Dichtplatte 26 ist zwischen zwei der Teile des Pumpengehäuses 2 eingeklemmt. Die Dichtplatte besteht vorzugsweise aus Bimetall, zum Beispiel Stahl an der Rückseite und Bronze-Lagermetall an der Dichtfläche. Die Dichtplatte 26 besitzt einen ovalen Umriß und besteht im wesentlichen aus zwei Hauptteilen, einem ovalen Randteil 28 und einem brillengestellförmigen Dichtungsteil 30. Diese beiden Teile sind durch einen Dichtungsschlitz 32, der ungefähr die Form einer 3 hat, sowie durch eine Durchlaßöffnung 34 an der Saugseite 22 des Pumpengehäuses, voneinander getrennt. Diese öffnungen werden zusammen mit den Löchern für die Schrauben und Bolzen vorzugsweise aus Flachmaterial ausgestanzt, wobei der brillengestellförmige Dichtungsteil 30 stehen bleiben muß. Der brillengestellförmige Dichtungsteil 30 umfaßt je einen sich über 270° erstreckenden ringförmigen Dichtungsteil 36 für die Seiten der Zahnräder, die auch als Naben bezeichnet werden können, und einen Dichtungssteg 38, der die Eingriffsstelle der Zähne überspannt und abdeckt. In der Art von Kragträgern wirkende biegsame Stege 40 verbinden jede der beiden Dichtungsteile 36 mit dem Randteil 28; diese Stege 40 ermöglichen Anpressen der Dichtungsteile an die Seiten der Zahnräder, während der Randteil 28 starr zwischen die Teile des Pumpengehäuses eingeklemmt ist.

Zum Zwecke der Anlegung von Druckmittelkraft an die Dichtplatte 26 ist entsprechend den F i g. 2 und 5 das benachbarte Pumpengehäuseteil zur Rückseite der Dichtplatte 26 hin mit einer symmetrischen Gehäusenut 42 versehen, die dem Dichtungsschlitz 32 entspricht und sich ein wenig radial nach innen in den Bereich der ringförmigen Dichtungsteile 36 erstreckt. Die Gehäusenut 42 erstreckt sich außerdem in Umfangsrichtung über die Enden des Dichtungsschlitzes 32 hinaus, und zwar ungefähr bis zur Mitte der biegsamen Stege 40. In der Gehäusenut 42 liegt eine angepaßte geformte Elastomer-Dichtung 44, die durch ein Abstandsstück 46 in ihrer Stellung am Rand der Nut 42 gehalten werden kann. Die Gehäusenut 42 ist mit der Druckseite über den Dichtungsschlitz 32 verbunden und begrenzt zusammen mit der Elastomer-Dichtung 44 ein Druckfeld 42a auf der Rückseite der Dichtplatte 26.

Bei Betrieb der belasteten Pumpe ist also der Randteil 28 der biegsamen Dichtplatte 26 starr zwischen die Purr.pengehäuseteile eingeklemmt, während das Dichtungsteil 30 sich frei bewegen kann, soweit dies der Steg 40 zuläßt.

Der Flüssigkeitsdruck gelangt von der Druckseite durch den Dichtungsschlitz 32 zur Gehäusenut 42; damit liegt der volle Förderdruck an dem Bereich des Dichtungsteils 30, der sich innerhalb der Gehäusenut 42 befindet, wie auch an dem Bereich des Steges 40, der sich gleichfalls innerhalb der Gehäusenut 42 oefindet (Druckfeld). Die Dichtungsseite ist entlang der gesamten Berührungsfläche mit den Zahnradseiten dem vollen Förderdruck ausgesetzt, und zwar über einen Bogen, der sich von der Eingriffsstelle der Verzahnungen in Umfangsrichtung bis zu den Enden des Dichtungsschlitzes 32 erstreckt. Diese Trennkraft wird im wesentlichen durch die Kraft infolge des Druckfeldes aufgehoben, das die Gehäusenut 42 entlang demselben Bogen erfaßt, jedoch in radialer Richtung mit unterschiedlicher Breite. Die Stege 40 unterliegen den durch diesen Druck ausgeübten Biegekräften und geben in dem Maße nach, daß der Dichtungsteil 30 eine Stellung in enger Berührung mit den Seiten der Zahnräder einnimmt, und der Zwischenspalt eine optimale Weite im Verhältnis zu der ölfilmstärke aufweist, wie sich diese bei beliebigen Betriebsbedingungen einstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochdruckzahnradpumpe mit mindestens einer biegsamen Dichtplatte, die zwischen den Gehäuseteilen eingespannt ist, an den Seiten der Zahnräder anliegt und auf ihrer den Zahnrädern abgewandten Seitenfläche ein dem Verlauf der Verzahnung — in welchem Verlauf in den Zahnlücken hohe Drücke herrschen — folgendes, mit der Druckseite der ι ο Pumpe verbundenes Druckfeld aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zur Druckseite (24) durch einen gleichfalls diesem Verzahnungsverlauf folgenden, im Druckfeld (42a) angeordneten Schlitz (32) gebildet wird.

2. Hochdruckzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (32) und die der Saugseite (22) zugeordnete Durchlaßöffnung (34) der Dichtplatte (26) zwei ringförmige Dichtungsteile (36) abgrenzen, die sich jeweils über mehr als 270° Bogenwinkel erstrecken.

3. Hochdruckzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ringförmige Dichtungsteil (36) mit dem Randteil (28) der Dichtplatte (26) über einen biegsamen Steg (40) verbun- den ist.

4. Hochdruckzahnradpumpe nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Dichtungsteiie (36) über einen die Eingriffstelle der Verzahnungen (12) abdeckenden Dichtungssteg (38) miteinander verbunden sind, so daß das Dichtungsteil (30) der Dichtplatte (26) eine insgesamt brillengestellförmige Gestalt aufweist.

5. Hochdruckzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfeld (42a) auf der Rückseite der Dichtplatte (26) von einer Elastomer-Dichtung (44) begrenzt wird, die am Rande einer entsprechend geformten Gehäusenut (42) festgelegt ist.

6. Hochdruckzahnradpumpe nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfeid (42a) bis zur Mitte des biegsamen Steges (40) reicht.