DE4242217C2

DE4242217C2 - Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor)

Info

Publication number: DE4242217C2
Application number: DE19924242217
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Griese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2012-12-16
Also published as: DE4242217A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Zahnradmaschinen ist es allgemein bekannt, daß es durch die Ungleichförmigkeit des Volumenstroms zu Druckpulsationen mit damit verbundener Geräuschentwicklung kommt. Frequenz und Höhe der Druckpulsationen sind unter anderem von der Drehzahl der Maschine und der Zahnradgeometrie der Zahnräder abhängig.

Bei einer aus der DE-PS 9 73 994 bekannten Zahnradmaschine mit zwei Zahnradpaaren, die durch eine Zwischenplatte getrennt werden, ist es bekannt, die Zahnradpaare um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt anzuordnen. So ergibt sich die Wirkung von zwei Einzelpumpen mit gemeinsamem Saug- und Druckanschluß, wobei die Pulsation der einzelnen Förderströme um eine halbe Periode gegeneinander versetzt ist. Dadurch verringert sich zwar die Amplitude der Druckpulsation, wodurch eine Geräuschreduzierung erreicht wird, es entsteht dabei jedoch eine harmonisch verlaufende Druckpulsation doppelter Frequenz. In ungünstigen Fällen kann es daher zu einer Anregung der Pumpe und/oder angeschlossener Anlagen zu Schwingungen und damit erhöhtem Geräusch kommen. Es ist weiterhin eine Zahnradmaschine mit nur einem Zahnradpaar bekanntgeworden, deren Zahnräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Dadurch wird das aus dem hydraulischen Druck resultierende Drehmoment so auf die beiden Zahnräder aufgeteilt, daß ein möglichst hoher Anteil des Drehmoments direkt am treibenden Zahnrad entsteht. Der mechanische Wirkungsgrad wird dadurch verbessert. Die Problematik der Druckpulsationen ist jedoch dort nicht angesprochen (DE 38 09 721 C1).

Weiterhin ist aus der DE 30 04 918 A1 eine Zahnradmaschine mit zwei miteinander kämmenden Zahnradpaaren bekannt, deren Zahnradpaare wahlweise antreibbar sind, und deren Übersetzungsverhältnis nicht gleich eins ist. Zusätzlich wird vorgeschlagen, die Breite des einen Zahnradpaares unterschiedlich zur Breite des anderen Zahnradpaares auszubilden. Die Zahnradmaschine dient primär zur Erzeugung unterschiedlich großer Volumenströme. Inwieweit die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses der beiden Zahnradpaare und die Wahl der Zahnradbreiten einen Einfluß auf die Druckpulsationen hat wird jedoch nicht dargelegt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merk malen der beiden unabhängigen Ansprüche 1 und 4 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kombination von Zahnradpaaren mit unter schiedlichen Zähnezahlen ein geräuscharmer Betrieb erreicht wird. Durch das angestrebte unharmonische Verhalten der Förderstrompulsa tion der Zahnradmaschine wird die Anregung zu Schwingungen nahezu vollständig verhindert. Vorteilhaft ist auch, daß auf schon vorhan dene Zahnradpaare zurückgegriffen werden kann. Dadurch kann die Zahnradmaschine konstruktiv einfach ausgeführt und preiswert herge stellt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Weiterbildungen sind Verbesserungen der in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmale möglich. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Zähnezahlen der Zahnradpaare so zu wählen, daß Zahnräder eines Zahnradpaares jeweils n-Zähne besitzen und die Zahnräder des anderen Zahnradpaares jeweils n+1-Zähne. Dadurch wiederholt sich der Verlauf der Förderstrompulsation erst nach einer vollständigen Um drehung (2 π) der Zahnräder.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Duozahnradpumpe, Fig. 2 und 3 Längs schnitte in Richtung II/II bzw. III/III nach Fig. 1, Fig. 4 ein Dia gramm des Verlaufs der Förderstrompulsationen Q1 und Q2 über dem Drehwinkel (2 π) der Zahnräder der Zahnradpaare nach Fig. 2 und 3 sowie deren Gesamtförderstrompulsationen Q3, Fig. 5 ein Detail eines Schnitts durch eine Duozahnradpumpe in Abwandlung nach Fig. 1, Fig. 6 und 7 Längsschnitte mit anderen Zähnezahlen und Fig. 8 ein Diagramm des Verlaufs der Förderstrompulsationen Q4 und Q5 über dem Drehwinkel (2 π) der Zahnräder der Zahnradpaare nach Fig. 6 und 7 sowie deren Gesamtförderstrompulsationen Q6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine in der Fig. 1 dargestellte Duozahnradpumpe 10 besteht aus einem Gehäuse 11, das an den jeweiligen Stirnseiten von einer Grund platte 12 bzw. einer Stirnplatte 13 abgeschlossen ist. Das Gehäuse 11 hat eine durchgehende Ausnehmung 14, in der die Zahnräder 16, 17, 18 und 19 angeordnet sind. Die Zahnräder 16 und 17, die sich im Außeneingriff befinden, bilden das Zahnradpaar 20. Die Zahnräder 18 und 19 befinden sich ebenfalls im Außeneingriff und bilden das Zahn radpaar 21. Die Zahnradpaare 20 und 21 werden durch eine Zwischen platte 22 getrennt. Es ergeben sich somit zwei getrennte Förderein heiten mit einem gemeinsamen Saugraum 23 und Druckraum 24. Eine Aus führung mit zwei sich in jeweils einem eigenen Gehäuse befindlichen Fördereinheiten ist auch denkbar. Dabei besitzt jede Fördereinheit einen eigenen Saugraum und Druckraum. Die Volumenströme der Förder einheiten werden dann an anderer Stelle zusammengeführt. Die Zahn räder 16 und 18 werden über eine gemeinsame Antriebswelle 25 ange trieben. Die Antriebswelle 25 wird von einem nicht dargestellten Motor angetrieben und ist in den Lagerkörpern 26 und 27 gelagert. Die Wellenzapfen der Zahnräder 16, 17, 18 und 19 sind in Lagerkör pern 26, 27, 28 und 29 gelagert. Eine Dichtung 30 stellt die Ab dichtung der Antriebswelle 25 zur Stirnplatte 13 sicher.

In den Fig. 2 und 3 sind die Zahnradpaare 20 und 21 näher darge stellt. Die Zahnräder 16, 17 des Zahnradpaares 20 besitzen jeweils zwölf Zähne, die Zahnräder 18, 19 des Zahnradpaares 21 jeweils zehn Zähne. Werden nun die Zahnräder 16 und 18 durch die Antriebswelle 25, zum Beispiel im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so bewegen sich die komplementären Zahnräder 17 und 19 im Uhrzeigersinn, und ein über den Saugraum 23 angesaugtes Druckmittel wird in den Zahnlücken bei gleichzeitigem Druckaufbau in den Druckraum 24 gefördert.

Fig. 4 stellt die entstehenden Förderstrompulsationen dar. Q1 kenn zeichnet dabei den Verlauf der Förderstrompulsationen des Zahnrad paares 20 und Q2 den Verlauf der Förderstrompulsationen des Zahnrad paares 21. Entsprechend den unterschiedlichen Zähnezahlen der Zahn räder 16, 17, 18, 19 der Zahnradpaare 20 und 21 weist die Kurve Q1 Förderstrompulsationen geringerer Amplitude, jedoch höherer Frequenz im Vergleich zu der Kurve der Förderstrompulsationen Q2 auf. Sowohl die Förderstrompulsationen Q1 als auch die Förderstrompulsationen Q2 wiederholen sich während der vollständigen Umdrehung (2 π) der Zahnradpaare 20, 21 hinsichtlich Frequenz und Amplitude regelmäßig. Die Kurve der Gesamtförderstrompulsationen Q3 ergibt sich durch Addition der Kurven der Förderstrompulsationen Q1 und Q2 beim je weiligen Drehwinkel. Der Verlauf der Förderstrompulsationen Q3 ändert sich bis zur halben Umdrehung (π) der Zahnräder 16, 17, 18, 19 ständig hinsichtlich seiner Frequenz und Amplitude. Dieses Ver halten ist in Bezug auf die Geräuschemission vorteilhaft, da keiner lei Frequenz oder Amplitude bevorzugt wird. Da nach jeweils einer halber Umdrehung (π) der Zahnräder die Ausgangssituation der Zähne zueinander wieder gleich ist, wiederholt sich der Kurvenverlauf der Förderstrompulsationen Q3 ebenfalls nach jeder halben Umdrehung. Da sich die Förderstrompulsation Q3 aus den Förderstrompulsationen Q1 und Q2 ergeben, zeigen sich bei anderer Wahl der Zähnezahlen der Zahnräder 16, 17, 18, 19 auch andere Verläufe der Förderstrompulsa tionen Q1, Q2 und Q3. Je nach Anwendungsfall kann so das Geräusch verhalten günstig beeinflußt werden.

Fig. 5 stellt ein Detail eines Ausführungsbeispieles dar, bei dem die Zähnezahlen der Zahnräder 16, 17, 18, 19 so gewählt sind, daß mindestens drei der Zahnräder 16, 17, 18, 19 unterschiedliche Zähne zahlen aufweisen. In diesem Fall ist es notwendig, die unterschied lichen Übersetzungsverhältnisse der Zahnradpaare 20, 21 durch einen zusätzlichen Lagerkörper 31 an einem der Zahnräder 16, 17, 18, 19, z. B. am Zahnrad 19, auszugleichen.

Fig. 6 und 7 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel einer Duozahn radpumpe 10a, wobei die Zahnräder 16a, 17a des Zahnradpaares 20a je weils zwölf Zähne und die Zahnräder 18a, 19a des Zahnradpaares 21a jeweils elf Zähne besitzen. Entsprechend ihrer unterschiedlichen Zähnezahl ergeben sich in Fig. 8 die Kurven der Förderstrompulsa tionen Q4 und Q5 sowie der Gesamtförderstrompulsationen Q6. Hierbei setzt sich die Kurve der Gesamtförderstrompulsationen Q6 wie beim Diagramm nach der Fig. 4 als Addition der Förderstrompulsationen Q4 und Q5 zusammen. Es zeigt sich, daß sich in diesem Fall der Verlauf der Gesamtförderstrompulsationen Q6 erst wieder nach einer voll ständigen Umdrehung (2 π) der Zahnräder wiederholt. Da sich nach einer vollständigen Umdrehung der Zahnräder die Ausgangslage der Zahnräder zueinander, unabhängig von den Zähnezahlen der einzelnen Zahnräder, wiederholt, stellt dies gleichzeitig auch den Fall einer möglichst lang andauernden unharmonischen Gesamtförderstrompulsation dar. Dieser Fall tritt aus geometrischen Gründen immer dann auf, wenn sich die Zähnezahlen der Zahnräder 16a, 17a, 18a, 19a der Zahn radpaare 20a, 21a um eins unterscheiden.

Claims

1. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) mit zwei sich in jeweils einem eigenen oder gemeinsamen Gehäuse (11) befindlichen Zahnrad paaren (20, 21), deren Zahnräder (16, 17; 18, 19) im Außeneingriff kämmen, wobei zwei Zahnräder (16, 18) auf einer Ab- oder Antriebswelle (25) drehfest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zähnezahlen der Zahnräder (16, 17; 18, 19) der Zahnradpaare (20, 21) unterscheiden.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnräder (16, 17; 18, 19) eines oder beider Zahnradpaare (20, 21) unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zähnezahlen der Zahnräder (16, 17; 18, 19) der Zahnradpaare (20, 21) um eins unterscheiden.

4. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) mit zwei sich in jeweils einem eigenen oder gemeinsamen Gehäuse (11) befindlichen Zahnrad paaren (20, 21), deren Zahnräder (16, 17; 18, 19) im Außeneingriff kämmen, wobei zwei Zahnräder (16, 18) auf einer Ab- oder Antriebswelle (25) drehfest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzähnezahlen der Zahnräder (16, 17; 18, 19) der beiden Zahnradpaare (20, 21) identisch sind, und daß mindestens drei Zahnräder (16, 17; 18, 19) der Zahnradpaare (20, 21) untereinander verschiedene Zähnezahlen aufweisen.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zahn räder (16, 17; 18, 19) eines Zahnradpaares (20, 21) die gleiche Zähnezahl aufweisen.