DE2306540C3

DE2306540C3 - High pressure gear pump

Info

Publication number: DE2306540C3
Application number: DE19732306540
Authority: DE
Inventors: Philipp Rochester; Lindsay Anthony Troy; Mich. Becker (V.St.A.)
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1972-02-17
Filing date: 1973-02-10
Publication date: 1976-09-02

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.The invention relates to a high pressure gear pump with at least one flexible sealing plate, which is clamped between the housing parts, rests against the sides of the gears and on their the gears side surfaces facing away from the course of the toothing - in which course in the tooth gaps high pressures prevail - has the following pressure field connected to the pressure side of the pump.

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.A satisfactory mode of operation of gear pumps and especially liquid high-pressure pumps is based on maintaining close clearance between the rotating and stationary parts. One of the most difficult problems is the sealing of the side surfaces of the gear wheels to the pump housing, both on the teeth and on the side surfaces of the hub. Usually one is pressurized Sealing plate is provided which is in contact with one side of the gears and by fluid pressure is pressed inwards. Over the years & 5 Two main solutions were found; the first provides a rigid, sliding sealing plate on a limited area is exposed to pressure and thus ensures the seal on the gear side surfaces. The rigid embodiment is therefore necessary because the pressure gradient increases from zero to the maximum value along the tip circle of the gears when the Teeth move from the inlet to the outlet side. The back pressure on the back of the sealing plate is but constant and is taken off on the outlet side. A flexible side plate would be excessive Develop contact pressures near the inlet side. The US patents are typical of the form of training 2044 873. 28 42 066 and 32 13 799. In the other embodiment, a thin, flexible Sealing plate used, which is larger than the pump chamber and which is pressurized to certain Place (pressure field) is bent so that it touches the gear wheel sides, whereby the pressure on different Places along the pressure gradient is decreased. Examples are in the US patents 28 09 592 and 32 70 680.

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 ausschließtThe disadvantage of the first embodiment is the additional leakage oil gap and a corresponding loss in efficiency, namely because the sealing plate moves against the pump chamber on its circumference must perform. The disadvantage of the second embodiment is based on the need to that a large number of separate pressure pits along the arc described by the pressure gradient are to be provided, excessive local contact pressures along the various sections of the flexible side plate can be avoided. If, instead of the pressure depressions, different fluid pressures are used at the various local points, then the setting and obtaining the correct pressure level is problematic. The same is true if the contact pressure is gained through the resilient properties of cord seals. To the attempts To compensate for these two disadvantages belongs the device presented in US Pat. No. 3,376,824, in which a rigid sealing plate is provided, which has a weaker section in the vicinity of the circumference of the gear thus allowing a bend to and from the gear sides without slipping Sealing at these points is necessary, which, however, also maintains the rigidity of a thick sealing plate at the most important sealing points and thus the application of delivery pressure on a uniform surface on the back of the sealing plate However, the production of such a sealing plate is difficult and expensive, since the grooves are more graded Depth are necessary, which excludes an economical production

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.With another rigid sealing plate (DT-OS 15 53 247), various pressurization zones are provided, some of which are connected to one another via channels are, some of these channels are incorporated in the sealing plate Leakage losses as well as the manufacturing difficulties of the sealing plate.

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 ausgebildetAnother attempt to avoid the disadvantage described is based on a design like them is described at the beginning (CH-PS 4 73 314). Flexible sealing plates are arranged on both sides of the gearwheels used, on the rear of which are provided with hydraulically pressurized chambers are, which are at least partially gebüdet by recesses in the areas to be sealed the flexible sealing plates themselves formed in this way on their sides facing away from the gears

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.are that their flexibility in this area is increased. The sealing plate is made thinner in the pressure field and therefore more flexible. The production of such a Dichtungsp'.atte is because of the required accuracy the wall thickness in the pressure field correspondingly expensive.

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.The invention is based on the object of providing a high-pressure gear pump of the type specified at the beginning Kind of training that while maintaining pure goodness Sealing reduces the manufacturing effort and, in particular, reduces the cost of the sealing plate will.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung zur Druckseite durch einen gleichfalls diesem Verzahnungsverlauf folgenden, im Druckfeld angeordneten Schlitz gebildet wird.This object is achieved in that the connection to the pressure side by a is also formed following this toothing course, arranged in the pressure field slot.

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.The slot bridges the tooth gaps in which the high pressures prevail, so that in comparison to known gear pumps, the pressure builds up along a shorter arc between the suction port and the pressure field is covered by the sealing plate. Correct measurement of the contact pressure in the area of the slot is not a problem because the delivery pressure is on both sides of the sealing plate attacks. Due to the special design of the sealing plate, there is enough flexibility so that the Parts that are between the high pressure and the low pressure side or the shaft bores in the housing are pressed against the areas to be sealed with the correct contact pressure. In detail the slot and the passage opening of the sealing plate associated with the suction side borders two annular ones Sealing parts from each of which extend over an arc angle of more than 270 °.

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.Since the sealing plate has a slot, i. that is, has a recess covering its entire thickness, is theirs Production is simple, especially since the slot and the opening for the suction side can be punched out.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigtThe invention is intended below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings are explained in more detail. In the drawings shows

F i g. 1 einen Querschnitt einer Zahnradpumpe in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,F i g. 1 shows a cross section of a gear pump in a preferred embodiment of the present invention Invention,

F i g. 2 eine Seitenansicht und teilweise eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der F i g. 1,F i g. FIG. 2 is a side view and partially a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1,

F i g. 3 eine Ansicht der Dichtungsseite der Dichtplatte, F i g. 3 a view of the sealing side of the sealing plate,

F i g. 4 eine Ansicht der Rückseite der Dichtplatte,F i g. 4 a view of the rear of the sealing plate,

F i g. 5 eine vergrößerte Einzelheit aus F i g. 1.F i g. 5 shows an enlarged detail from FIG. 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.The gear pump according to the illustrated embodiment of the invention comprises a three-part Pump housing 10, in which a pair of gears 12 sits, each of which is provided with a shaft which are mounted in shaft bearings 14, and one of the shafts is a drive shaft 16. The three parts of the Pump housing 10 are held together by housing screws 18 and housing bolts 20; that The pump housing has the usual connections for the suction side 22 and the pressure side 24; all of this is typical for one of the many designs of hydraulic gear pumps.

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.A flexible sealing plate 26 is clamped between two of the parts of the pump housing 2. The sealing plate is preferably made of bimetal, for example steel on the back and bronze bearing metal on the Sealing surface. The sealing plate 26 has an oval outline and consists essentially of two main parts, an oval edge portion 28 and a glasses frame-shaped Sealing part 30. These two parts are through a sealing slot 32, which roughly corresponds to the shape one has 3, and separated from each other by a passage opening 34 on the suction side 22 of the pump housing. These openings are preferred together with the holes for the screws and bolts punched out of flat material, the goggle-shaped sealing part 30 must remain. The glasses frame-shaped Sealing part 30 each comprises an annular sealing part 36 extending over 270 ° for the sides of the gears, which can also be referred to as hubs, and a sealing web 38, which spans and covers the point of engagement of the teeth. Flexible ones that act in the manner of cantilever beams Web 40 connect each of the two sealing parts 36 to the edge part 28; these webs 40 enable pressing the sealing parts to the sides of the gears, while the edge part 28 is rigid between the parts the pump housing is jammed.

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.For the purpose of applying pressure medium force to the sealing plate 26, according to FIGS. 2 and 5 the adjacent pump housing part towards the rear of the sealing plate 26 with a symmetrical housing groove 42 provided, which corresponds to the sealing slot 32 and extends a little radially inward in the area of annular sealing parts 36 extends. The housing groove 42 also extends in the circumferential direction beyond the ends of the sealing slot 32, approximately to the middle of the flexible webs 40. In The housing groove 42 has a conforming molded elastomeric seal 44 which is supported by a spacer 46 in their position at the edge of the groove 42 can be maintained. The housing groove 42 is over with the pressure side the sealing slot 32 is connected and, together with the elastomer seal 44, delimits a pressure field 42a on the back of the sealing plate 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.During operation of the loaded pump, the edge portion 28 of the flexible sealing plate 26 is rigid between the Purr.pengehäuseteile clamped, while the sealing part 30 can move freely, as far as this is the Web 40 allows.

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.The liquid pressure reaches the housing groove 42 from the pressure side through the sealing slot 32; in order to If the full delivery pressure is in the area of the sealing part 30 which is located within the housing groove 42 is located, as well as on the area of the web 40, which is also located within the housing groove 42 (Print field). The sealing side is full along the entire contact surface with the gear sides Conveying pressure exposed, via an arc that extends from the point of engagement of the toothings extends in the circumferential direction up to the ends of the sealing slot 32. This separation force is essentially canceled by the force due to the pressure field that the housing groove 42 along the same arc detected, but in the radial direction with different width. The webs 40 are subject to this Pressure exerted bending forces and give to the extent that the sealing part 30 has a position in occupies close contact with the sides of the gears, and the intermediate gap has an optimal width in the Has relationship to the oil film thickness, as this occurs under any operating conditions.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. High pressure gear pump with at least one flexible sealing plate between the housing parts is clamped, rests on the sides of the gears and facing away from the gears on their Lateral surface in the course of the toothing - in which course high pressures in the tooth gaps prevail - has the following pressure field connected to the pressure side of the ι ο pump, thereby characterized in that the connection to the pressure side (24) by a likewise this Toothed course following, in the pressure field (42a) arranged slot (32) is formed.

2. High pressure gear pump according to claim 1, characterized in that the slot (32) and the passage opening (34) of the sealing plate (26) associated with the suction side (22) is two annular Define sealing parts (36) which each extend over an arc angle of more than 270 °.

3. High pressure gear pump according to claim 2, characterized in that each annular Sealing part (36) connected to the edge part (28) of the sealing plate (26) via a flexible web (40) that is.

4. High pressure gear pump according to claim 2 and 3, characterized in that the annular Sealing parts (36) over a sealing web covering the point of engagement of the teeth (12) (38) are connected to one another, so that the sealing part (30) of the sealing plate (26) has a total Has glasses frame-shaped shape.

5. High pressure gear pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Pressure field (42a) on the back of the sealing plate (26) bounded by an elastomer seal (44) is set on the edge of a correspondingly shaped housing groove (42).

6. High pressure gear pump according to claim 3 and 5, characterized in that the pressure field (42a) extends to the middle of the flexible web (40).