DE60208520T2

DE60208520T2 - Zahnradpumpe mit Splinefunktion erzeugtem Zahnradprofil

Info

Publication number: DE60208520T2
Application number: DE60208520T
Authority: DE
Inventors: Mario Antonio Morselli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: ES2256436T3; DK1371848T3; EP1371848A1; CA2430004C; EP1371848B1; US6769891B2; ATE315175T1; US20030231972A1; CA2430004A1; DE60208520D1

Description

Diese Erfindung betrifft den Bereich der Dreh-Verdrängerpumpen. Es sind verschiedene Typen von Rotations- oder Drehpumpen bekannt, darunter Zahnradpumpen, Kolbenpumpen und Schraubenpumpen.
Zahnradpumpen bestehen im Allgemeinen aus zwei Zahnrädern, von denen eines, genannt das Antriebszahnrad, mit einer Antriebswelle verbunden ist und das andere Zahnrad, genannt das angetriebene Zahnrad, in Drehung antreibt.
Das Dokument WO 01/44693 offenbart ein Zahnradprofil mit variablem Radius, das durch eindeutige Differential-Stammfunktionen erzeugt ist.
Dokument EP 1 132 618 von derselben Anmelderin betrifft eine Dreh-Verdrängerpumpe, bei der die Zahnräder eine Mehrzahl kämmender Zähne ohne Kapselung umfassen und die gleichzeitig schneckenförmige Zähne oder Schrägzähne mit einem Flächenkontakt, der im Wesentlichen gleich oder nahezu einheitlich ist, enthalten. Die Kombination eines Zahnprofils, das Kapselung vermeidet, und der wendelförmigen Entwicklung der Zähne reduziert die Riffelung und die daraus während des Betriebs der Pumpe resultierenden Geräusche.
Von der Anmelderin durchgeführte Versuche mit verschiedenen, in Pumpen bekannten Typs zu verwendenden, Zahnrädern und des oben angedeuteten Typs haben gezeigt, dass es einen bestimmten Bereich von Zahnprofilen gibt, der sowohl bei der Geräuschreduzierung der Pumpe effektiv sein kann als auch gleichzeitig die Herstellung relativ einfach machen kann, was dabei helfen kann, die Produktionskosten von Dreh-Verdrängerpumpen einzudämmen. Ferner hat diese Reihe von genau bestimmten Profilen den Vorteil eines hohen Grades an Zuverlässigkeit bei der Benutzung, der ihre Verwendung in Dreh-Verdrängerpumpen für hohe Drücke besonders vorteilhaft macht.
Um die oben angegebenen Ziele zu erreichen, ist der Gegenstand der Erfindung ein Zahnrad mit einer Mehrzahl von Zähnen, die dazu fähig sind, mit den Zähnen eines weiteren entsprechenden Zahnrades zu kämmen, wobei das Profil jedes Zahns des Zahnrades in seinem Querschnitt durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Insbesondere ist das Profil von mindestens einem Zahn eines der zwei Rotoren durch eine natürliche Splinefunktion definiert, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten an vorbestimmten Koordinaten führt, mit einer Toleranz von ±1/20 der Tiefe des Zahns in dem theoretischen Profil, das durch die Mehrzahl von bevorzugten Stützpunkten definiert ist. Die Stützpunkte sind durch ein Wertepaar {X', Y'} in einem System kartesischer Koordinaten, die ihren Ursprung in dem Mittelpunkt des Wälzkreises des Zahnrads haben, ausgedrückt.
Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist eine Dreh-Verdrängerpumpe, die ein Paar kämmender Zahnräder mit einem Zahnprofil des oben angegebenen Typs umfasst.
Weitere Eigenschaften und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervorgehen, die rein als nicht begrenzendes Beispiel wiedergegeben ist, wobei:
1 das Profil eines Zahnradzahns gemäß der Erfindung und das Toleranzband des Profils relativ zu der Zahntiefe zeigt und
2 bis 7 theoretische Zahnprofile von Zahnrädern mit einer Zahnanzahl von fünf, sechs, sieben, acht, neun bzw. zehn zeigt.
Mit Bezug auf 1 umfasst ein Zahnrad 10 gemäß der Erfindung, das zum Kämmen mit einem anderen entsprechenden Zahnrad (nicht gezeigt) zur Nutzung in einer Dreh-Verdrängerpumpe, vorzugsweise des Typs für hohe Betriebsdrücke, ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Zähnen 11 mit einer Tiefe H und einem Profil, das fähig ist, ohne Kapselung mit den Zähnen des anderen entsprechenden Zahnrads zu kämmen. Das Profil der Zähne 11 ist nicht als Folge von einfachen geometrischen Kurven beschreibbar, sondern kann durch eine natürliche Splinefunktion definiert werden, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten 12 verläuft, die in einem System von kartesischen Koordinaten, die ihren Ursprung an dem Mittelpunkt O des Wälzkreises 13 des Zahnrads 10 haben, definiert werden.
Von der Anmelderin durchgeführte Versuche haben zu der Identifikation einer Reihe von Zahnprofilen geführt, die besonders für die Produktion von Zahnrädern mit jeweils fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn Zähnen geeignet sind. Das eigentliche Profil der Zähne 11 kann in ein Toleranzband T von ±1/20 der Tiefe H des Zahnes des Zahnrades fallen.
Beispiel 1:
Ein Zahnrad mit einer Anzahl Zähne gleich fünf hat ein theoretisches Zahnprofil, wie es in 2 dargestellt ist, definiert durch eine natürliche Splinefunktion, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten verläuft, die von einem Wertepaar {X', Y'}, in einem System kartesischer Koordinaten ausgedrückt werden, das seinen Ursprung in dem Mittelpunkt O des Wälzkreises P des Zahnrades hat. Die Koordinaten der Stützpunkte variieren auf eine Weise ähnlich zu den Wertepaaren {X, Y} in der unten in Tabelle 1 gezeigten Liste.
Tabelle 1
Beispiel 2:
Ein Zahnrad mit einer Anzahl Zähne gleich sechs hat ein theoretisches Zahnprofil, wie es in 3 dargestellt ist, definiert durch eine natürliche Splinefunktion, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten verläuft, die von einem Wertepaar {X', Y'}, in einem System kartesischer Koordinaten ausgedrückt werden, das seinen Ursprung in dem Mittelpunkt O des Wälzkreises P des Zahnrades hat. Die Koordinaten der Stützpunkte variieren auf eine Weise ähnlich zu den Wertepaaren {X, Y} in der unten in Tabelle 2 gezeigten Liste.
Tabelle 2
Beispiel 3:
Ein Zahnrad mit einer Anzahl Zähne gleich sieben hat ein theoretisches Zahnprofil, wie es in 4 dargestellt ist, definiert durch eine natürliche Splinefunktion, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten verläuft, die von einem Wertepaar {X', Y'}, in einem System kartesischer Koordinaten ausgedrückt werden, das seinen Ursprung in dem Mittelpunkt O des Wälzkreises P des Zahnrades hat. Die Koordinaten der Stützpunkte variieren auf eine Weise ähnlich zu den Wertepaaren {X, Y} in der unten in Tabelle 3 gezeigten Liste.
Tabelle 3
Beispiel 4:
Ein Zahnrad mit einer Anzahl Zähne gleich acht hat ein theoretisches Zahnprofil, wie es in 5 dargestellt ist, definiert durch eine natürliche Splinefunktion, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten verläuft, die von einem Wertepaar {X', Y'}, in einem System kartesischer Koordinaten ausgedrückt werden, das seinen Ursprung in dem Mittelpunkt O des Wälzkreises P des Zahnrades hat. Die Koordinaten der Stützpunkte variieren auf eine Weise ähnlich zu den Wertepaaren {X, Y} in der unten in Tabelle 4 gezeigten Liste.
Tabelle 4
Beispiel 5:
Ein Zahnrad mit einer Anzahl Zähne gleich neun hat ein theoretisches Zahnprofil, wie es in 6 dargestellt ist, definiert durch eine natürliche Splinefunktion, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten verläuft, die von einem Wertepaar {X', Y'}, in einem System kartesischer Koordinaten ausgedrückt werden, die ihren Ursprung in dem Mittelpunkt O des Wälzkreises P des Zahnrades haben. Die Koordinaten der Stützpunkte variieren auf eine Weise ähnlich zu den Wertepaaren {X, Y} in der unten in Tabelle 5 gezeigten Liste.
Tabelle 5
Beispiel 6:
Ein Zahnrad mit einer Anzahl Zähne gleich zehn hat ein theoretisches Zahnprofil, wie es in 7 dargestellt ist, definiert durch eine natürliche Splinefunktion, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten verläuft, die von einem Wertepaar {X', Y'}, in einem System kartesischer Koordinaten ausgedrückt werden, das seinen Ursprung in dem Mittelpunkt O des Wälzkreises P des Zahnrades hat. Die Koordinaten der Stützpunkte variieren auf eine Weise ähnlich zu den Wertepaaren {X, Y} in der unten in Tabelle 6 gezeigten Liste.
Tabelle 6
Sobald die Distanz zwischen den Mittelpunkten der kämmenden Zahnräder der Dreh-Verdrängerpumpe oder einer der charakteristischen Kreise der Zahnräder, zum Beispiel der Wälzkreis oder der Aussendurchmesser, bekannt oder definiert ist, können die Koordinatenwerte {X', Y'} aus den oben genannten Wertepaaren {X, Y} durch Nutzung einfacher Umrechnung erhalten werden. Auf diese Art und Weise werden für die Punkte der Zahnradzahnprofile repräsentative Werte erhalten und diese können zusammen mit einer Zahnradschneidmaschine bekannten Typs verwendet werden, insbesondere um den Pfad des Werkzeuges einer CNC-Maschine zu steuern.
Die Produktionstoleranz für die Zahnräder muss so sein, dass sie sicherstellt, dass das Profil der geschnittenen Zähne in einem Toleranzband von ±1/20 der Tiefe des Zahnradzahnes liegt.

Claims

Zahnrad mit einer Mehrzahl von Zähnen, die dazu fähig sind, mit den Zähnen eines weiteren entsprechenden Zahnrades zu kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil jedes Zahnes in ein Toleranzband von ±1/20stel der Tiefe des Zahnes (H) mit Bezug auf ein theoretisches Profil ähnlich einem Profil fällt, das durch eine natürliche Splinefunktion definiert ist, die durch eine Mehrzahl von Stützpunkten mit vorbestimmten Koordinaten {X, Y} führt, welche, aufgeführt in einem System von kartesischen Koordinaten, die ihren Ursprung in dem Zentrum (O) des Wälzkreises (P) des Zahnrades haben, den auch unten wiedergegebenen Tabellen 1–6 für Zahnräder mit einer Anzahl von Zähnen gleich fünf, sechs, sieben, acht, neun bzw. zehn entsprechen:
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
Tabelle 6
Dreh-Verdrängerpumpe, dadurch gekennzeichnet dass sie zwei Zahnräder nach Anspruch 1 aufweist, wobei die Zahnräder miteinander ohne Einkapselung kämmen.