DE3340748C2 - Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke - Google Patents

Abstract

Eine Zahnradpumpe (1) weist ein Pumpengehäuse (2) auf, in dem zwei feststehende Achszapfen (12, 13) angeordnet sind. Auf den Achszapfen (12, 13) sind ein treibendes Pumpenrad (7) und ein angetriebenes Pumpenrad (8) gelagert. Das treibende Pumpenrad (7) ist im Beispielsfalle einstückig mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Welle (16) verbunden, auf der eine Nabe (24) mit einem Magneten (11) als Teil einer Magnetkupplung der Zahnradpumpe (1) angeordnet ist. Mit dieser Ausbildung wird ein Verschleiß der Achszapfen (12, 13) in deren Lagerbereich im Pumpengehäuse (2) bei Einwirkung von aggressiven Reinigungsmitteln wie Essigsäure verhindert, da die Achszapfen (12 und 13) nicht in ihren Lagern drehen. Andererseits ist durch das Vorsehen der als Hohlwelle ausgebildeten Welle (16) die Antriebsverbindung zwischen dem treibenden Pumpenrad (7) und dem zur Magnetkupplung gehörenden Magneten (11) hergestellt, wobei einem Verschleiß der auf dem Achszapfen (12) drehenden Welle (16) durch Ausbildung derselben aus einem auch für die Pumpenräder (7 und 8) verwendeten besonders gleitfähigen Kunststoff entgegengewirkt wird.

Description

a) daß beide Zahnräder (7,8) aus Kunststoff bestehen;

b) daß die Antriebswelle (16) aus dem gleichen Material wie das Zahnrad (7) besteht u-nd mit dem Zahnrad (7) einstückig verbunden ist;

c) daß die Antriebswelle (16) die Grundplatte (3) ungeführt über die Ausnehmungen (34) durchdringt; und

d) daß sich der Achszapfen (12) axial durch die hohle Antriebswelle (16) erstreckt.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Zahnräder (7, 8) und der Welle (16) Polytetrafluoräthylen-Graphit ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Achszapfen (13) des angetriebenen Zahnrades (8) nur in der Deckplatte (4) geführt ist.

4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Achszapfen (12,13) in die Deckplatte (4) eingeklebt sind.

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zahnradpumpen werden in der Medizin beispielsweise im Bereich der Dialyse verwendet. Eine gattungsgemäße Zahnradpumpe, die allerdings zur Förderung von Zelluloselösungen vorgesehen ist, ist aus der DE-PS 5 89 418 bekannt und weist ein Pumpengehäuse auf, das eine Grundplatte, eine Deckplatte und ein zwischen diesen angeordnetes Gehäusemittelteil aufweist. In einer Pumpenkammer des Gehäusemittelteiles sind zwei Pumpenräder angeordnet, wobei das treibende Zahnrad lose auf einer Hülse läuft, welche in der Grundplatte eingesetzt ist. Der Antrieb des treibenden Zahnrades erfolgt hierbei über eine Hohlwelle, welche axial fluchtend zu der Hülse die Deckplatte durchtritt und mit dem treibenden Zahnrad über einen radial vorspringenden Mitnahmestift verbunden ist. Das von dem treibenden Zahnrad angetriebene Förderrad ist lose auf einem Drehbolzen angeordnet.

Durch diese bekannte Anordnung soll verhindert werden, daß durch eine einseitige Belastung Verschleißerscheinungen entstehen, die die Ursache für eine Verlagerung des Förderrades und somit tür eine unregelmäßige Förderung der Pumpe sind.

Wird jedoch die gattungsgemäße Zahnradpumpe gemäß der DE-PS 5 89 418 im medizinischen Bereich eingesetzt, ergibt sich das gravierende Problem, daß trotz der dortigen Verwendung hochwertiger Baustoffe, die als verschleißfest gelten, nach relativ kurzer Benutzungsdauer beträchtliche Verschleißerscheinungen insbesondere im Bereich der Pumpenräder selbst und dcren Lagerungen im Pumpengehäuse zu erwarten sind. Diese Verschleißerscheinungen sind auf Materialzersetzungen zurückzuführen, die bei der Verwendung von aggressiven Reinigungsmedien, wie beispielsweise Essigsäure auftreten. Da jedoch eine Reinigung der Zahnradpumpen insbesondere im Bereich der Dialyse mit derartig aggressiven Reinigungsmitteln aus Hygienegründen unumgänglich ist, eignet sich die gatlungsgemäße Zahnradpumpe wenn überhaupt dann nur sehr bedingt für die Anwendung im Bereich der Medizin, da sie sich trotz der Verwendung teurer Materialien als verschleiß- und störanfällig erweisen wird.

Es ist daher Aufgabe Jer vorliegenden Erfindung, eine Zahnradpumpe, insbesondere für medizinische Zwecke, der im Oberbegriff des Anspruches 1 umrissenen Gattung zu schaffen, die einerseits durch den Verzicht auf hochwertige Baustoffe eine kostengünstige Herstellung und andererseits eine hohe Standfestigkeit auch für Anwendungsfälle, bei denen aggressive Medien verwendet werden, ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß den Merkmalen a) und b) das treibende Pumpenrad, das angetriebene Pumpenrad und die Antriebswelle aus den gleichen Material, näm-Hch Kunststoff bestehen, wird erreicht, daß jegliche Korrosion an diesen Bauteilen auch bei der Verwendung aggressiver Reinigungsmittel vermieden ist.

Gemäß Merkmal c) durchdringt die Antriebswelle des treibenden Zahnrades die Grundplatte des Pumpengehäuses ungeführt über eine Ausnehmung, so daß keine Lager für in metallischen Abstützungen drehende metallische Wellen erforderlich sind, wodurch sich der Vorteil einer hohen Standfestigkeit ergibt, da ein Lagcrverschleiß nicht auftreten kann.

Schließlich ist gemäß Merkmal d) vorgesehen, daß sich der Achszapfen des treibenden Pumpenrades axial I3urch die hohle Antriebswelle erstreckt und diese von innen her abstützt, um die zwangsläufig auftretenden Biegemomente aufzunehmen, da die Hohlwelle aus Kunststoff hierzu nicht in der Lage ist.

Zwar ist es aus der FR-PS 11 39 203 bekannt, das treibende Pumpenrad ebenso wie das angetriebene Pumpenrad aus Kunststoff auszubilden und mit einer Antriebswelle aus Kunststoff ggf. einstückig zu vcrbinde. Hierbei sind jedoch beide Pumpenräder nicht auf feststehenden Achszapfen gelagert, sondern drehfest mit drehenden Wellen verbunden, die ihrerseits der Lagerung im Pumpengehäuse aus Metall bedürfen. Insbesondere bei relativ großer axialer Länge der Antriebswelle zwischen dem treibenden Pumpenrad und den zugeordneten Antriebsorganen, wie dies bei einem außerhalb der Grundplatte angeordneten Antriebsorgan wie einer Magnetkupplung erforderlich ist, weist eine derartige Antriebswelle aus Kunststoff keine ausreichende Festigkeit und Stabilität gegen die im Betrieb auftretenden Kräfte und Schwingungen auf. Zwar ist eine Übertragung des Aniriebsmomentes bei entsprechend großer Dimensionierung der Antriebswelle aus Kunststoff noch problemlos möglich, jedoch ist eine ausreichende

M Biegefestigkeit gegen die bei hohen Drehzahlen auftretenden Bicgebelastungen insbesondere gegen die aus den Zahncingriffskräften resultierenden Belastungen nicht erzielbar.

Zwar ist weiterhin aus der FR-PS 15 93 493 ein hydraulischer Motor bekannt, der Zahnräder aus Metall besitzt, wobei das kraftübertragende Zahnrad ebenso wie das angetriebene Zahnrad auf einem festsitzenden, im Pumpengehäuse gelagerten Achszapfen aus Metall angeordnet ist und von einer Antriebswelle angetrieben wird, die als eine mit einem Antriebsorgan kuppelbare Hohlwelle ausgebildet und berührungsfrei durch die Grundplatte hindurchgeführt ist Bei einem solcher hydraulischen Motor treten jedoch die zu lösenden Probleme im Zusammenhang mit der Anwesenheit aggressiver Medien nicht auf und wären auch dann, wenn der hydraulische Motor als Pumpe betrieben würde, nicht gelöst, da die dortigen metallischen Zahnräder gegenüber den festsitzenden metallischen Achszapfen durch aufwendige und gegenüber aggressiven Medien besonders anfällige Nadellager gelagert sind. Die Ausbildung der Antriebswelle als Hohlwelle dient dem Zwecke, ein inneres Keilwellenprofil der Antriebswelle bereitzustellen, um eine einfache drehfeste Verbindung mit einer Zapfwelle mit äußerem Keilwellenprofil zu ermöglichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Sind die Pumpenräder und die Hohlwelle gemäß der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 2 aus PoIytetrafluoräthylen-Graphit (Teflon-Graphit) ausgebildet, ergeben sich besonders günstige Laufeigenschaften auf den feststehenden Achszapfen und weiterhin hat sich dieser Werkstoff als resistent insbesondere gegenüber allen im Bereich der Dialyse verwendeten Medien erwiesen.

Ist gemäß Anspruch 3 der Achszapfen des angetriebenen Pumpenrades nur in der Deckplatte des Pumpengehäuses geführt, ergibt sich der Vorteil, daß eine weitere Führungsausnehmung in der Grundplatte des Pumpengehäuses entfallen kann, was den Fertigungsaufwand vermindert.

F.ine derartige einseitige Führung des Achszapfens ist bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe deshalb möglich, da der Achszapfen nicht übermäßig lang ist und außerdem auf der Seite des angetriebenen Pumpenrades keine so großen Kräfte auf den Achszapfen übertragen werden, daß eine beiderseitige Führung erforderlich wäre.

Die Möglichkeit, gemäß Anspruch 4 die feststehenden Achszapfen sowohl des angetriebenen wie des treibenden Pumpenrades in die Deckplatte des Fumpengehäuses einzukleben, ergibt insbesondere in fertigungstechnischer Hinsicht Vorteile, da das Kleben sowohl von der Material- als auch der Montageseite her wenig aufwendig ist und dennoch zuverlässige Verbindungen ergibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine leicht vereinfachte Darstellung eines Längsschnittes durch eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe;

F i g. 2 eine teilweise geschnittene vergrößerte Darstellung eines Pumpenrades und einer damit verbundenen Hohlwelle der Zahnradpumpe gemäß Fig. ];.

F i g. 3 eine Ansicht auf das Zahnrad und die Hohlwelle geinäii F i g. 2 aus Richtung des Pfeiles III in F i g. 2; und

Fig. 4 eine F i g. 2 entsprechende Darstellung eines Längsschnittes durch eine Nabe und eines darauf befestigten Magneten der Zahnradpumpe gemäß Fig. 1.

In F i g. 1 ist eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 dargestellt, die insbesondere für medizinische Zwecke wie beispielsweise der Dialyse geeignet ist. Die Zahnradpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, das eine Grundplatte 3, eine Deckplatte 4 und ein Gehäusemittelteil 5 aufweist. Das Gehäusemittelteil 5 ist zwischen der Grundplatte 3 und der Deckplatte 4 angeordnet und mit diesen beispielsweise mittels Schrauben oder ähnlichen Befestigungsmitteln verbunden,
ίο Das Gehäusemittelteil 5 weist einen Pumpenraum 6 auf, in dem im Beispielsfalle zwei Pumpenräder 7 und 8 angeordnet sind. Hierbei handelt es sich bei dem Pumpenrad 7 um das treibende Pumpenrad, während das Pumpenrad 8 angetrieben ist. Hierzu steht das Pumpenrad 8 mit dem Pumpenrad 7 in Eingriff.

Auf dem Pumpengehäuse 2 der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1 ist weiterhin eine Haube 9 in nicht näher dargestellter Weise befestigt. Im Innenraum 10 der Haube 9 ist ein Magnet 11 angeordnet, der einen Teil einer nicht näher dargestellten Magnetkupplung zum Übertragen der Antriebskräfte für die Zahnradpumpe 1 bildet.

Die Pumpenräder 7 und 8 sind erfindungsgemäß auf je einem feststehenden Achszapfen 12 bzw. 13 angeordnet. Hierzu sind die Achszapfen 12 und 13 in entsprechenden Führungsausnehmungen 14 bzw. 15 der Deckplatte 4 befestigt, wozu im Beispielsfalle eine Klebung verwendet wurde. Als geeigneter Werkstoff für die Achszapfen 12 und 13 hat sich beispielsweise V4A-Stahl erwiesen, während als Verbindungsmittel mit der Deckplatte 4 beispielsweise ein Kleber mit der Bezeichnung Loctite 648 geeignet ist. Mittels dieser Befestigung können die Achszapfen 12 und 13 exakt geführt im Pumpengehäuse 2 angeordnet werden, ohne daß weitere Führungsausnehmungen oder dergleichen erforderlich sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß zusätzliche Führungsausnehmungen in der Grundplatte 3 entbehrlich sind, was deren Herstellungsaufwand erheblich vermindert.

Als besonders geeigneter Werkstoff für die Pumpenräder 7 und 8 hat sich Polytetrafluoräthylen-Graphit (Teflon-Graphit) erwiesen, da dieser Werkstoff besonders gute Laufeigenschaften aufweist, so daß ein Auftreten von Verschleiß zwischen den Pumpenrädern 7 und 8 und den zugeordneten Achszapfen 12 bzw. 13 nicht oder in vernachlässigbarem Ausmaß auftritt. Weiterhin ist der genannte Werkstoff für die Pumpenräder 7 und 8 resistent gegen alle üblichen Medien, die insbesondere im medizinischen Bereich wie beispielsweise bei der Dialyse von Zahnradpumpen gefördert werden müssen, bzw. zu deren Reinigung herangezogen werden.

Um die ohnehin schon guten Laufeigenschaften und insbesondere das Betriebsgeräusch der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1 weiter zu verbessern, können die Pumpenräder 7 und 8 mit einer Schrägverzahnung versehen werden, wozu das treibende Pumpenrad 7 beispielsweise um 6° links schrägverzahnt sein kann, während das getriebene Pumpenrad 8 entsprechend um 6^C rechts schräg verzahnt sein kann.

Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist das treibende Pumpenrad 7 mit einer Welle 16 verbunden, die erfindungsgemäß als Hohlwelle ausgebildet ist. Im Beispiel^cfalle ist die Welle 16 einstückig mit dem Pumpenrad 7 verbunden und besteht aus demselben Werkstoff.

Wie auch aus F i g. 2 hervorgeht, ergibt die einstückige Ausbildung des Pumpenrades 7 und der Welle 16 eine kompakte und stabile Baueinheit, die auch zur Übertragung großer Drehmomente geeignet ist.

5

Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich ist, weisen das Montageschritte zur endgültigen Verbindung der Dcck-Pumpenrad 7 und die als Hohlwelle ausgebildete Welle platte 4, der Grundplatte 3 und des Gehäusemittelstiik-16 jeweils eine Durchgangsausnehmung 17 bzw. 18 auf, kes 6 sowie der Befestigung der Haube 9 auf dem Pumdie im Falle der einstückigen Bauweise eine einzige zu- pengehäuse 2 können in üblicher Weise durchgeführt sammenhängende Durchgangsausnehmung bilden. An 5 werden.

der dem Pumpenrad 7 abgewandten Seite weist die Die zuvor beschriebenen Montageschritte zeigen.

Welle 16 eine Riegelausnehmung 19 auf, die einen sich in daß die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 auf äußerst Axialrichtung der Welle erstreckenden Bereich 20 und günstige und schnelle Weise zu montieren ist und daß einen sich in Radialrichtung der Welle 16 erstreckenden aufgrund des Vorsehens zweier feststehender Achszap-Bereich 21 aufweist. Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, ist auf 10 fen 12 und 13 eine Reihe von aufwendigen Fertigungsder der Riegelausnehmung 19 diametral gegenüberlie- und Montageschritten wegfallen, wie sie bei Zahnradgenden Seite der Welle 16 eine weitere Riegelausneh- pumpen mit sich drehenden Wellen für die Pumpenrämung 22 angeordnet, die entsprechend der Ausbildung der 7 und 8 erforderlich wären. Hierbei isl bei der erfinder Riegelausnehmung 19 ausgebildet ist, wobei sich dungsgemäßen Zahnradpumpe 1 trotzdem auf äußerst jedoch die radialen Bereiche 21 und 23 der Riegelaus- 15 einfache Weise die Antriebsverbindung zwischen dem nehmungen 19 bzw. 22 gemäß der in F i g. 3 gewählten Magneten Ii und dem treibenden Pumpenrad 7 mitteis Darstellung einmal nach oben bzw. einmal nach unten der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 gewährleistet, erstrecken, also zum Mittelpunkt der Welle 16 symme- wobei trotz deren Ausbildung aus Kunststoff eine genütrisch angeordnet sind. gend große Stabilität erreicht wird, da die Welle 16 über

Wie F i g. 4 verdeutlicht, ist der Magnet 11 auf einer 20 ihre gesamte Länge auf dem Achszapfen 12 gelagert ist. Nabe 24 angeordnet, die eine im Beispielsfalle zylindri- Weiterhin wird hierbei der Verschleiß nicht erhöht, da sehe Hülse 25 mit einer inneren Ausnehmung 26 und die Welle 16 ebenso wie die Pumpenräder 7 und 8 aus einen an einem Ende der Hülse 25 angeordneten kreis- einem verschleißfesten Kunststoff mit sehr guten Laufringförmigen Flansch 27 aufweist. Der kreisringförmige eigenschaften gefertigt werden kann, der auch gegen-Flansch 27 weist eine Innenausnehmung 28 mit einem 25 über allen insbesondere im Medizinbereich üblichen Durchmesser auf, der dem der Innenausnehmung der Medien widerstandsfähig ist.

Hülse 25 entspricht. Die Hülse 25 ist weiterhin mit zwei

sich in Radialrichtung gegenüberstehenden Ausneh- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

mungen 29 und 30 versehen, in denen Riegelstifte 31

bzw. 32 beispielsweise mittels einer Klebung befestigt sind. Der Magnet 11 selbst ist auf dem Außenumfang der Hülse 25 angeordnet und kann hierzu ebenfalls mittels einer Klebung auf der Hülse 25 befestigt werden.

Wie wiederum aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind das Pumpenrad 7 und die mit diesem verbundene Welle 16 auf dem Achszapfen 12 angeordnet, wobei sich die Welle 16 über ihre gesamte Länge auf dem Achszapfen 12 abstützt, so daß trotz des Kunststoff-Werkstoffes für die Welle 16 keine Durchbiegungen zu befürchten sind. Für den Durchtritt der Welle 16 durch die Grundplatte 3 und eines Anschlußflansches 33 der Haube 9 weisen diese Durchtrittsausnehmungen 34 bzw. 35 auf. Wie weiterhin F i g. 1 zeigt, ist die Nabe 24 mit dem auf ihr befestigten Magneten 11 im Beispielsfalie auf dem in den Raum 10 der Haube 9 ragenden Bereich der Welle 16 angeordnet, wobei die Riegelstifte 31 und 32 in die entsprechenden Riegelausnehmungen 19 bzw. 22 eingreifen. Bei der dargestellten Ausführungsform bilden die Riegelausnehmungen 19 und 23 und die Riegelstifte 31 und 32 einen Bajonettverschluß, der seine Riegelwirkung nach einer Drehung der Nabe 24 aufbaut, wobei die Riegelstifte 31 und 32 zunächst in die axialen Bereiche 20 bzw. 36 der Riegelausnehmungen 19 bzw. 22 eingeführt werden. Nach der Drehung der Nabe werden die Riegelstifte 31 und 32 in die radialen Bereiche 21 bzw. 23 der Riegelausnehmungen 19 bzw. 22 eingeführt, wonach die Riegelstifte 31 und 32 die entsprechenden benachbarten Wandbereiche der Welle 16 hintergreifen, so daß ein Heruntergleiten der Nabe 24 von der Hohlwelle 16 verhindert wird.

Zur Montage der zuvor beschriebenen Zahnradpumpe 1 müssen somit vor der Anordnung der Nabe 24 auf der Welle 16 lediglich die Achszapfen 12 und 13 in der Deckplatte 4 des Pumpengehäuses 2 befestigt werden, wonach die Pumpenräder 7 und 8 auf die Achszapfen 12 bzw. 13 aufgesteckt werden können. Dann wird die Nabe 24 mit dem Magneten 11 in der zuvor beschriebenen Weise auf der Welle 16 gesichert. Sämtliche andere

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Zahnradpumpe mit einem Gehäuse, das eine Grundplatte, eine Deckplatte und ein zwischen diesen angeordnetes Gehäusemittelteil aufweist, in dem wenigstens zwei Zahnräder angeordnet sind, von denen eines über eine hohle Antriebswelle wenigstens ein anderes antreibt, wobei das angetriebene und das antreibende Zahnrad unmittelbar auf im Gehäuse festsitzenden Achszapfen aus Metall drehen, d a durch gekennzeichnet,