CH623116A5 - Gear pump - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe enthaltend ein treibendes und ein angetriebenes Zahnrad sowie ein mehrteiliges Gehäuse mit die Zahnräder seitlich abschliessenden Seitenplatten. Derartige Zahnradpumpen sind in Vielzahl bekannt und gebräuchlich.

Der Förderstrom von solchen Zahnradpumpen ist, bedingt durch die Geometrie der Verzahnung, pulsierend. In der Literatur wird als Kennzahl der Förderstrompulsation der Ungleichförmigkeitsgrad ô definiert

0 =

Q max-Q min Q mittel

AQ

Qo

Diese Förderstrompulsation ist Ursache einer Druckpulsation, die sich z.B. beim Druckabbau über eine Drossel ergibt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Druckpulsation ist der Lärm, der nicht nur in der Pumpe und Drossel, sondern im ganzen Hydraulikkreis erzeugt wird. Weitere Nachteile sind durch Druckpulsationen bedingte Schwingungen in Anlageteilen, Eigenschwingungen von Ölsäulen, sowie die Wechselbelastung von Dichtungen.

Der Ungleichförmigkeitsgrad von Zahnradpumpen lässt sich nicht beliebig verkleinern. Durch Wahl günstiger Verzahnungsparameter kann insbesondere bei Innenzahnradpumpen der Ungleichförmigkeitsgrad bis unter 2% gesenkt werden. Einer weiteren Reduktion sind aber enge Grenzen gesetzt,

weil auch wirtschaftliche Aspekte, wie z.B. die spezifische Leistung, berücksichtigt werden müssen.

Während die geometrisch bedingten Förderstrompulsatio-nen von Zahnradpumpen unabhängig vom Ausgangsdruck sind, sind die infolge der Förderstrompulsation über einer Drossel erzeugten Druckpulsationen (in einem eigenschwingungsfreien System) proportional zum statischen Druck. Es gilt dafür die Formel p» = 2 poö. Z.B. ist bei einem statischen Druck von 100 bar und à =2%, die Druckpulsationsampli-tude 4 bar. Dies hat bereits einen erheblichen Geräuschpegel zur Folge.

Demgegenüber sind die inneren Leckölströme in Pumpen bei konstanten Spaltweiten proportional zum Ausgangsdruck. Leckölstrompulsationen verursachen daher Druckpulsationen über einer Drossel, welche quadratisch in Funktion des statischen Druckes zunehmen.

Wird nun eine Leckölpulsation eingeführt, welche beim wählbaren Druck pN (z.B. Nenndruck) die gleiche Amplitude aufweist wie die geometrische Förderstrompulsation, zu dieser in Gegenphase liegt und die gleiche Kurvenform aufweist, so wird die resultierende Förderstrompulsation am Pumpenausgang beim statischen Druck pN null, ebenso verschwindet die Druckpulsation. Beim Überschreiten des Druckes pN nimmt die Förderstrompulsation und damit auch die Druckpulsation s wieder zu. Es ist also eine bedeutende Verminderung der Druckpulsationen über den ganzen Druckbereich zu erwarten, wenn auch in unterschiedlichem Ausmass.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zahnradpumpe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit welcher eine io Verminderung der durch Förderstrompulsationen verursachten Druckpulsationen und des Geräuschpegels erzielt wird. Erfin-dungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass an den treibenden und/oder angetriebenen Zahnflanken mindestens eines der Zahnräder oder an der Innenseite mindestens einer der 15 Seitenplatten des Gehäuses im Bereich der Eingriffslinie der Verzahnung mindestens eine nutenartige Vertiefung mit variablem Querschnitt vorgesehen ist.

Dadurch kann in optimal einfacher Weise ein pulsierender Leckölstrom erzeugt werden, der sich der geometrisch beding-20 ten Förderstrompulsation überlagert und diese dadurch teilweise oder ganz kompensiert oder auch überkompensiert.

Die geometrische Förderstrompulsation ist sinusförmig gemäss folgender für die Evolventenverzahnung geltende Formel

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Vqpi =

bm2

2lzi + 1 +

2 ZI

cos2 a (pi2

30

wobei cpi der Drehwinkel ist. Der Förderstrom erreicht sein Maximum im Pol, wo der Drehwinkel cpi = 0 ist. D. h. der Flanken-Eingriffspunkt befindet sich auf der Verbindungslinie 35 der Drehzentren beider Zahnräder. Der kleinste Wert tritt bei Beginn resp. Ende des Eingriffs eines Zahnflankenpaares auf. Der kompensierende Leckölstrom erreicht daher seinen gröss-ten Wert im Pol (cpi = 0) und ist 0 zu Beginn und am Ende des Zahneingriffes. (Zur einfachen Darstellung ist eine Über-40 deckung = 0 angenommen worden.)

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die nutenartigen Vertiefungen in den Flanken-Falllinien mindestens eines der Zahnräder angebracht sein. Bei einer weiteren Ausführungsform können die nutenartigen 45 Vertiefungen ein- oder beidseitig als Kantenbruch an den

Zahnflanken mindestens eines der Zahnräder angebracht sein.

Die Erfindung ist nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

so Fig. 1 die Verzahnung eines ersten Ausführungsbeispiels Fig. 2 ein Detail von Fig. 1 in perspektivischer Darstellung Fig. 3 die Innenseite des Mittelteils einer Seitenplatte des Gehäuses eines weiteren Ausführungsbeispiels.

55 Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht die erfindungsgemässe Zahnradpumpe aus einem treibenden Zahnrad 1, einem angetriebenen Zahnrad 2 und einem nicht gezeigten Gehäuse, welches beide Zahnräder umschliesst. Das treibende Zahnrad 1, das sich im Betrieb in der Richtung des Pfeils A dreht, weist 60 in der Fallirne der Vorderflanke 4 des Zahns 3 eine Rille 5 auf, deren Querschnitt am Pol am grössten ist, während er sich nach beiden Seiten verringert und begrenzt ist durch den Beginn bzw. das Ende des Eingriffs eines Zahnflankenpaars. Anstatt, wie dargestellt, an der Zahnflanke nur eines Zahn-65 rads eine Rille anzubringen, kann man auch die sich in Eingriff befindlichen Zahnflanken beider Zahnräder 1, 2 mit solchen Rillen versehen. Gemäss einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsart, können die Rillen auch seitlich als Kanten

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brach der Zahnflanken und zwar einseitig oder beidseitig an einem oder beiden Zahnrädern ausgeführt sein.

Durch geeignete Dimensionierung der variablen Querschnitte der Rillen hat man es in der Hand, den Leckölstrom der Förderstrompulsation in Amplitude und Kurvenform s weitgehend anzupassen. Er ist begrenzt durch den Querschnitt an der jeweiligen Dichtstelle, d. h. dem Berührungspunkt, der die Saug- und Druckseite trennt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist in einer der beiden Seitenplatten 6 entlang der Ein- io grifflinie 7 der Verzahnung eine Vertiefung 8 angebracht.

Auch in diesem Fall kann durch geeignete Dimensionierung der Querschnitt der Vertiefung in weiten Grenzen variiert und den Förderstrompulsationen angepasst werden. Dabei wird wiederum die Dichtstelle, d. h. der Berührungspunkt, der die Saugseite 9 von der Druckseite 10 trennt, durch einen in der Grösse variierenden Leckölnuten-Querschnitt umgangen.

Es versteht sich, dass als Folge des zusätzlich zum übrigen Leckölstrom vorhandenen pulsierenden Leckölstroms der volumetrische Wirkungsgrad sinkt. Ohne nennenswerte Ein-busse dieses Wirkungsgrades können daher die genannten Massnahmen nur an solchen Verzahnungen angewandt werden, welche einen geringen Ungleichförmigkeitsgrad aufweisen. Dies trifft vor allem auf optimierte Innenverzahnungen zu. Der Wirkungsgrad verschlechtert sich hier um weniger als 1%, d. h. um einen geringfügigen Betrag, welcher praktisch nicht mehr ins Gewicht fällt.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Zahnradpumpe enthaltend ein treibendes und ein angetriebenes Zahnrad sowie ein mehrteiliges Gehäuse mit die Zahnräder seitlich abschliessenden Seitenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass an den treibenden und/oder angetriebenen Zahnflanken der Zahnräder (1,2) oder an der Innenseite mindestens einer der Seitenplatten (6) des Gehäuses im Bereich der Eingriffslinie (7) der Verzahnung mindestens eine nutenartige Vertiefung mit variablem Querschnitt (5, 8) vorgesehen ist.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nutenartigen Vertiefungen (5) in den Flanken-Fallinien mindestens eines der Zahnräder vorgesehen sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nutenartigen Vertiefungen ein- oder beidseitig als Kantenbruch an den Zahnflanken mindestens eines der Zahnräder (1,2) vorgesehen sind.