DE2412279A1

DE2412279A1 - Zahnradpumpe oder -motor

Info

Publication number: DE2412279A1
Application number: DE2412279A
Authority: DE
Inventors: Harry Simister Bottons
Original assignee: Lucas Aerospace Ltd
Current assignee: Northrop Grumman Properties Ltd
Priority date: 1973-03-15
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1974-09-19
Also published as: US3953160A; FR2221632B1; GB1467441A; JPS5069605A; SE406793B; FR2221632A1; CA1000111A

Description

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4 DÜSSELDORF SCHUMANN8TR. Θ7 £ 4 1 £ £ / >#

PATENTANWALTS: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK ■ Dipl.-Ing. R. KNAUF · Or.-Ing., Dipl.-Wirtidi.-lng. A. OERMR Lucas Aerospace Limited Veil Street Birmingham / England 13. März 1974 Zahnradpumpe oder -motor

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe oder einen Zahnradmotor in einer Ausführung mit zwei kämmenden Ritzeln in einer aoht-förmigen Kammer in einem Gehäuse mit Öffnungen, die mit der Kammer in Verbindung stehen.

Venn eine Pumpe dieser Art immer in die gleiche Sichtung läuft, wie das der Fall ist, wenn sie in einem Flugzeug-Brennstoffsystem verwendet wird, greift nur eine Flanke (nachstehend als die "Arbeitsflanke". bezeichnet) jedes Zahns an den Zähnen des anderen Zahnrads an, wobei ein kleines Spiel zwischen der anderen Flanke (nachstehend als die "arbeitsfreie Flanke" bezeichnet) des Zahns und dem anderen Zahnrad vorhanden ist. Das führt festgestelltermaßen zu Erosion an den arbeitsfreien Flanken, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe der vorstehend genannten Art zu schaffen« bei der die Möglichkeit des Auftretens einer solchen Erosion verringert wird.

Erfindungsgemtß hat die arbeitsfreie Flanke jedes Zahns freigesohnittene Partien an der wurzel und an der Spitze, wobei sich eine nicht freigeschnittene Erhebung über die gesamte Breite der arbeitsfreien Flanke zwisohen den freigeschnittenen Partien erstreckt.

Sie Erfindung ist nachstehend an Hand d«r Zeichnungen naher erläutert. In den Zeichnungen sindt

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Flg. 1 ein Längsschnitt durch eine Pumpe nach einem Ausführungsbeispiel,

Tig. 2 und 3 Schnitte an der Linie 2-2 bzw. 3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 ein rergröBertes Schaubild eines Zahne eines Zahnrads, das einen Teil der Pumpe bildet,

Fig. 5 eine scheaatische Darstellung der Beziehung zwischen den Zahnrads ahnen und den Öffnungen der Pumpe,

Fig. 6 eine Dar*teilung wie Fig. 4, jedoch eines anderen Ausführungsbeigpiela der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung vie in Fig. 5 der Beziehung zwischen Zahn und Öffnung für die in Fig. 6 gezeigte Pumpe,

Fig. 8 eine weitere Darstellung wie in Fig. 4» in der ein weiteres Ausffihrungsbeiepiel der Erfindung gezeigt ist, und

Fig. 9 eine schematische Darstellung wie in Fig. 4» jedoch im Zusammenhang mit dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 bis 5 gezeigte Pumpe weist ein Gehäuse 10 mit zwei Längsbohrungen auf, deren Achsen in einem Abstand Toneihander entfernt liegen, der geringer als der Durchmesser der Bohrungen ist, derart, daß eine Kammer 11 in achtföraiger Ausbildung geschaffen wird. In diesen Bohrungen sitzen zwei Paare Lagerblöcke 12, 13, 14» 15» die jeweils zylindrisch sind und eine Abflachung haben, die sich gegen den anderen Block des Paars legt. Diese Blöcke 12, 13, 14, 15 lagern Wellenzapfen 16 an zwei Zahnrädern 17» 18, die «wischen die Lagerblöcke eingesetzt sind und miteinander kämmen. Das Zahnrad 17 ist mit einer kerbverzahnten Antriebswelle 19 rerbunden, während daas Zahnrad 18 einfach ein Laufrad ist.

Jeder Zahn 20 jedes Zahnrads 17, 18 hat die in Fig. 4 gezeigte Form, d. h. eine Arbeitsfläche 20a und eine arbeitsfreie Flanke 20b. Die arbeitsfreien Flanken 20b jedes Zahns beider Zahnräder sind freigeschnitten, vie das dargestellt ist. Damit ist eine freigeschnittene Partie 20c an der Bpirste des Zahns in der Hitte der Flanke 20b rorhanden, und zwei weiter« freifesohnittene Partien 2Od, 2Oe befinden sich angegenüberl iefeoden feden des Zahns an dessen Wurzel.

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Diese Anordnung freigeechnittener Bereiche stellt sicher, daß die arbeitsfreien Flanken der Zähne jedes Zahnrads nicht freigeschnittene Partien haben, die eich von der Wurzel Ms zur Spitze erstrecken lind die mit den an gleicher Stelle Bitsenden nicht freigeschnittenen Partien der Zähne an dem anderen Zahnrad zusammenwirken können, um das Spiel zwischen den Zahnrädern zu begrenzen. Darüber hinaus ist ein kontinuierlicher nicht freigeschnittener Streifen der arbeitsfreien Flanke vorhanden, der sich von einen End· der Bänke zum anderen ah einer Stelle zwischen der Wurzel und der Spitze erstreckt, und die Aufgabe dieses nicht freigeschnittenen Streifens wird nachstehend noch beschrieben.

Gemäß Fig. 3 haben die Enden der Lagerblöcke 12, 13, 14» 15 &n den Zahnrädern nicht ebene Flächen, um Flüssigkeit in der Einlaßöffnung 21 und in der Auslaßöffnung 22 die Möglichkeit zu geben, mit den Räumen zwischen den Zähnen in den Zahnrädern bis zur Zone des Kämmens der Zahnräder in Verbindung zu treten. Wie dargestellt, hat jeder Lagerblock zwei freigeschnittene Zonen 23, 24 bzw. 25, 26, die mit den Öffnungen in Verbindung stehen. Diese Zonen sind durch Brückenpartien 27, 26 getrennt, die ein direktes Fließen durch die freigeschnittenen Zonen von der Auslaßöffnung 22 zurück zur Einlaßöffnung 21 verhindern.

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen den Brückenpartien 27, 28 und den Zahnradsähnen 20 mit ihren freigeschnittenen arbeitsfreien Flanken im eimelnen. Di· Zeichnung zeigt den Zustand, bei de· die Mitte des Spiel« zwischen den arbeitsfreien Flanken der Zahn· der Zahnräder in dem Mittelpunkt der Pumpe liegt, d.h. in eines Punkt in der Mitte «wischen den Achsen der beiden Zahnräder 17, 18 auf einer Linie 29. Vi* festzustellen ist, bilden die beiden Zahnräder zwischen sich einen Saun, der an gegenüberliegenden Enden durch die Linienkontakt· zwischen den Arbeitsflanken der Zähne geschlossen ist. In der dargestellten Position hat das Tolumen dieses Samt· ein Minimum. Wie ferner zu sehen ist, stehen beide öffnungen mit diesem Baum in der dargestellten Lage über die freigesohnittenen Zonen 23 und. 26 in Terbindung. Obgleioh also die Brückenpartien 27, 26 «in· direkte Texbindung swiiohen

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den öffnungen rerhindern, wird eine Verbindung durch die Zahnräder ermöglicht. Ein· solche Verbindung ist jedoch durch die nicht freigeschnittenen Streifen an den arbeitefreien Flanken der Zahnräder beschränkt, ao daß ein Druckverlust als Γοlg· Änes Leckene durch den Spielraum ebenfalls beschränkt wird.

Mit dem Drehen der Zahnräder aus der in Fig. 5 gezeigten Position nimmt da« Gesamtvolumen des Raums εwischen den beiden Eontaktlinien zu (um damit Flüssigkeit in den Baum durch die Einlaßöffnung 21 anzusaugen), das Volumen des Teils dieses Saums an der Hochdruckseite des Spielspalts nimmt jedoch weiter ab, bis die Mitte des Baums zwischen den Zähnen am antreibenden Zahnrad 17 auf der !Linie 2$ liegt. In diesem Punkt ist der Zahnraum toes Auslaß getrennt und zu beiden Seiten des Spielspalts mit der Niederdrucköffnung verbunden, während die freigesohnittene Partie 20· τοη der Brückenpartie 2^ wegwandert.

Während dieser Bewegung liegt es auf der Hand, daß ein Fließen durch den Spielspalt erfolgt, jedoch stellt der Freischnitt an den Zähnen bei 2Oc₁ 20d und 20e sicher, daß praktisch alle Teile der arbeitsfreien Flanken, die nicht tatsächlich den Spielepalt bilden, geringen Strömungsgeschwindigkeiten ausgesetzt werden. Wenn kein Freischnitt vorgesehen ist, erzeugt die hohe Strömungsgeschwindigkeit durch den Spielepalt eine Turbulenz stromabwärts von diesem Spalt, und das wiederum führt zu einer Kavitation in der Flüssigkeit (besonders dann, wenn die Flüssigkeit sich in der Nähe ihres SMepunkts befindet, was bei großen Höhen der Fall sein kann.) Wenn die Kavitationen an Stellen an den arbeitsfreien Flanken der Zahnräder zusammenbrechen, kann eine Erosion der arbeitsfreien Flanken erfolgen. Eine solche Erosion ist im übrigen bei Flugzeug-Kraftstoffpumpen in den Zonmn der arbeitsfreien Flanken an den Wurzeln und Spitzen derselben beobachtet worden. Sie Kavitation, die bei großen Höhen auftritt, läßt sich nur schwer verhindern. Der Freischnitt der Zähne, wie das vorstehend beschrieben «orden ist, stellt jedooh sicher, daß der Zusammenbruch der Kavifction mioht as ten Flankenfläohen vonstattengeht, und die Erosion der Zähne wird dealt verhindert oder zumindest verlagert.

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In dem in Pig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu sehen, daß dier Zahn 120 wiederum an seiner arbeitsfreien Planke 120a freigeschnitten ist, aber in diesem Falle sind zwei freigeschnitte Partien 120c an der Spitze und zwei 12Od, 12Oe an der Wurzel vorgesehen. Me Form der Brückenpartien 127, 128 an den Lagerblöcken ist so ,geändert, daß auf das andere Endprofil der Zähne Rücksicht genommen wird, und wie zu sehen ist, steht in der in Fig. 7 geseigten Lage der Raum zwischen den Zähnen nicht mit der einen oder der anderen öffnung in Terbindung. Eine kleine Verdrängung der Zahnräder in die ein· oder in die andere Richtung bewirkt eine Verbindung des Raums mit der einen oder mit der anderen Öffnung, ee kann aber kein Lecken von einer öffnung zur anderen durch den Raum erfolgen. Während das klar eine ideale Ausbildung ist, läßt sie sich in der Fertigung nur schwer erreichen, weil die unvermeidlichen Toleranzen beim Schneiden des Freischnitte der Zähne und der Lagerblöcke in einer Anordnung enden kann, bei der der Raum geschlossen wird, ehe diese Lage erreicht wird (was zu einem hydraulischen Blockieren führt), oder bei der er nach dieser Lage geschlossen bleibt, was zu Kavitation und einer damit einhergehenden Erosion der Zähne führt.

In dem abschließenden Ausführungsbeispiel, das in Fig. 8 und 9 !gezeigt ist, schneiden sich die'freigeschnittenen Partien der arbeitsfreien Flanken an der Wurzel 220d und 220e und der Spitze 220c jedes Zahns, so daß kein nicht freigeschnittener Streifen längs jedes Zahns vorhnaden ist» sondern lediglich ein nicht freigeschnittener Streifen, der in Querrichtung verläuft, d.h. von Wurzel zu Spitze. Dieser Streifen kontrolliert lediglich das Spiel,und die Durchfluß beschränkende Funktion des Streifens in dem in Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird nicht erreioht. Sie Form der Brückenpartien 227, 228 ist damit ein· solche, daß svar beide öffnungen in die Räume zvieohen den Zähnen gltiohstitif öffnen, die Durchflußdroaselung aber daduroh erreioht wird, daß sichergestellt vird,, daß ein solches gleichseitiges öffnen beschränkt vird. Dies· Abmessungen verden so gewählt, daß Biohergestellt vird, daß •in gleichseitiges öffnen/allem Toleranskombinationen tr- /unter folgt.

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Bei dieser Anordnung treten während einer direkten Verbindung von öffnung zu öffnung die höchsten Durchfluegeschwindigkeiten am Eingang und aa Ausgang zum Zahnraua auf« da keine schmale Terengung rorhanden ist, die von des Spielspalt gebildet wird. Saait tritt jede eventuelle Kavitation, die vorhanden ißt, in den freigeschnittenen Partien der Zähne auf, und daait ist eine Beschädigung, die die Leistung beeinträchtigen kann, unwahrscheinlich.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1 * Zahnradpumpe oder -motor in einer Ausführung mit zwei kämmenden Ritaein in einer aoht-förmigen Kammer in einem Gehäuse mit Öffnungen, die mit der Kammer in Verbindung stehen, daduroh gekennseichnet, daß die nicht arbeitende Flanke jede· Zahne freigeechnitten· Partien an seiner Wurzel und an seiner Spitze hat und eine nicht freigeschnitten· Erhebung eioh über die gesamt· Breite der nicht arbeitenden Flanke zwischen den freigeechnittenen Partien erstreckt.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß die nicht freigeschnittene Erhebung einen Streifen aufweist, der sich parallel zur Achse des Zahnrads erstreckt, an dem der Zahn rorgesehen ist.

J. Zahnradpump· nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß die nicht freigeschnittene Erhebung einen Streifen aufweist, der sich Ton der Wurzel sur Spitze der nicht arbeitenden Flanke jedes Zahns erstreckt .

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