EP0028349A1

EP0028349A1 - Hydrostatische Zahnradmaschine

Info

Publication number: EP0028349A1
Application number: EP80106401A
Authority: EP
Inventors: Bodo Dr.-Ing. Stich; Horst Fischer; Helmut Dipl.-Ing. Schulz
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1981-05-13
Also published as: ATE4137T1; JPH0238798B2; DE2943948C2; DE2943948A1; US4386892A; EP0028349B1; JPS5675989A

Abstract

Ein innenverzahntes Hohlrad (1) kämmt mit einem vom Hohlrad umgebenen, außenverzahnten Innenzahnrad (3). Die Zahnflanken eines der Zahnräder sind von der Seite gesehen mindestens teilweise als Kreisbögen ausgebildet. Die Form der wirksamen Zahnflanken des anderen Rades ist durch das Abwälzen an den Zähnen des ersten Rades bestimmt. Das Hohlrad oder das Innenzahnrad weisen folgende Merkmale auf: a) Die Zahl der Zähne beträgt 11 bis 17 beim erzeugenden Hohlrad bzw. 8 bis 14 beim erzeugenden Innenrad. b) Der Eingriffswinkel im Wälzpunkt beträgt 30° bis 40°. c) Das Verhältnis des Kopfkreisradius zu den drei Radien der Zahnflanken beträgt 30 bis 40 bzw. 0,55 bis 0,9 bzw. 15 bis 25 beim erzeugenden Hohlrad bzw. 15 bis 25 bzw. 0,09 bis O, 125 bzw. 30 bis 40 beim erzeugenden Innenzahnrad. d) Zahnhöhe und Zahndicke sind etwa gleich. e) Die Zahnflankenradien gehen tangentiell ineinander und in den Kopf-bzw. den Fußkreis des Zahnrades über. f) Die Zahnflanke ist beim erzeugenden Hohlrad im überwiegenden Teil konvex bzw. beim erzeugenden Innenzahnrad im überwiegenden Teil konkav oder etwa zu gleichen Teilen konkav-konvex gekrümmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Zahnradmaschine entsprechend dem Oberbeariff des Anspruches 1.
Bei bekannten Zahnradmaschinen der vorgenannten Art ist deren aufwendige und teure Fertiqung und die Notwendigkeit der Einhaltung eines -genauen Achsabstandes zwischen den beiden Zahnrädern von Nachteil. Bei der Herstellung einer solchen Zahnradmaschine wird im allgemeinen von einem Zahnprofil in Form einer Trochoide, einer Zykloide oder eines Kreisbogens bei einem der Zahnräder ausgegangen. Das Profil der OZähne des Gegenrades ist meist nur empirisch zu bestimmen, wodurch die Konstruktion und der Bau von Werkzeugen für die Herstellung eines die notwendige hohe Qualität aufweisenden Gegenrades erschwert, wenn nicht gar unmöglich ist. Insbesondere ist die Entwicklung von Werkzeugen für das Wälzver-15 fahren problematisch, da nur mit größeren Maßabweichungen oder nur mit einem wirtschaftlich kaum vertretbaren Aufwand gearbeitet werden kann. Sonderverzahnungen der vorgenannten Art werden heute überwiegend in zwei Stufen hergestellt, O nämlich das Vorprofilieren mit einem verhältnismäßig große Maßabweichungen aufweisenden Verzahnwerkzeug in der ersten Stufe und das Verbessern der Form- und Oberflächenqualität der hergestellten Verzahnung durch Formschleifen in der zwei- t_en Stufe. Wenn der Überdeckunasorad der Verzahnung der beiden miteinander kämmenden Zahnräder verhältnismäßig groß ist, so müssen die Achsabstände der beiden Zahnräder sehr genau sein, um Zahneinoriffsstörungen und mechanisch verursachte Geräusche infolge fertigungsbedingter Abmaße zu vermeiden. Zur Verkleinerung des Überdeckunggrades wird häufig der Zahnkopfbereich verkürzt, wodurch sich jedoch ein zusätzliches, schädliches Totvolumen ergibt.
Der vorliegenden Erfinduna liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnprofil zu schaffen, das optimale Verhältnisse in bezug auf Förderleistung, Förderstrompulsation, Zahneinariffsfrequenz, Geräuschverhalten, Platzbedarf und Totvolumen aufweist und eine wirtschaftliche, gut reproduzierbare und gut überprüfbare Fertigung ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 oder 5 erfindungs gemäß gelöst. Den Anforderungen an den Betrieh hydrostatischer Zahnradmaschinen und auch der Forderung nach deren wirtschaftlicher Fertigung wird eine eine Kreisbogenflanke aufweisende Verzahnung an einem Zahnrad, insbesondere an einem innenverzahnten Zahnrad, am ehesten gerecht. Die Zahnflanke besteht aus mindestens drei ineinander übergehenden Kreisbögen. Durch Variation der Verzahnungparameter, insbesondere Flankenradien, Eingriffswinkel, Zahnhöhe, Zahndicke und Zähnezahl, des erzeugenden Rades kann für das Gegenrad ein Zahnprofil erhalten werden, das mit sehr guter Annäherung ebenfalls aus mindestens drei Kreisbögen zusammengesetzt ist und damit ebenfalls verhältnismäßig einfach heraestellt werden kann. Eine entsprechend ausgebildete Zahnräder aufweisende Zahnradmaschine erfüllt insbesondere die Forderungen nach geringen Förderstromschwankungen, geringstmöqlichem Totvolumen, größtmöglicher Förderleistung, geringstmöglichem Platzbedarf und geringen Leckmengen durch Anordnung eines Füllstückes auf einem verhältnismäßig großen Zentriwinkel, so daß möglichst viele Zahnköpfe dem Füllstück unmittelbar gegenüberliegen. Zugleich ergibt sich ein Überdeckungsgrad, der kleiner als zwei, insbesondere kleiner als 1,5 ist, wodurch sich funktions- und fertigungsbedingte Abweichungen der Achsen der Zahnräder von den vorgegebenen Maß weniger nachteilig auswirken.
In der Zeichnung ist eine Zahnradpumpe als Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht,
Fig. 2 und 3 jeweils einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab.

In einem ortsfesten Hohlrad 1 mit dreizehn Zähnen 2 ist ein Innenzahnrad 3 mit zehn Zähnen 4 um eine Achse 5 drehbar gelagert. Die Zähne 2 und 4 kämmen in der dargestellten Weise miteinander. Die Zähne 2 und 4 sind wie in den Fig. 3 und 2 im größeren Maßstab daraestellt ausgebildet.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 1 das erzeugende Rad. Aus dem Durchmesser des Wälzkreises 6 ergibt sich bei der vorbestinmten Anzahl der Zähne die Breite oder Dicke swH (jeweils auf dem Umfang des Wälzkreises 6 gemessen) jeden Zahnes und damit auch die Zahnhöhe hH, welche der Zahndicke gleich ist. Das Verhältnis des Kopfkreisradius raH zum Radius 5 des _Wälzkreises 6 beträgt etwa 0,9.
Der Eingriffswinkel b im Wälzpunkt C beträgt 35°, wenn die Achsen 5 und 8 der beiden Räder 3 bzw. 1 und der Wälzpumpe C in einer Linie liegen, und das Verhältnis des Kopfkreisradius raH zu dem Flankenradius r2H im Bereich des Wälzkreises 0,7. Die Zahnflankenradien gehen tangential ineinander und in den Kopf- oder Fußkreis über.
Das Verhältnis des Kopfkreisradius raH zu einem der beiden anderen Flankradien r1H und r3H und zur Zahnhöhe hH beträgt 35 bzw. 20 bzw. 3,75. Das
Verhältnis des Flankenradius r2H zu einem der beiden übrigen Flankenradien r 1H und r3H beträgt 50 bzw. 30 und das Verhältnis der beiden Flankenradien r3H und r₁H beträgt 1,7. Die Flankenform des Hohlrades 2 ist von der Seite gesehen im überwiegenden Teil konvex gekrümmt.
Die von den Zähnen 2 der Verzahnung des Hohlrades 1 erzeugte Verzahnung des Innenzahnrades 3, das zehn Zähne aufweist und dessen Wälzkreis mit 9 bezeichnet ist, ergibt sich dann wie folgt:
Das Verhältnis des Kopfkreisradius raR zu einem der vier Flankenradien r1R, r2R, r3R und r4R beträgt 20 bzw. 0,1 bzw. 35 bzw. 0,1. Das Verhältnis der Wälzkreisradien des Hohlrades 1 und des Innenrades 3 beträgt 1,3. Beim Innenrad ist die Zahnhöhe hR etwa gleich der Zahndicke swR auf dem _Wälz- kreis des Innenrades gemessen.
Die Flanken der Zähne 4 des Innenrades 3 bilden von der Seite gesehen mit sehr guter Annäherung ebenfalls drei oder vier ineinander und in den Kopf- oder Fußkreis tangential übergehende Kreisbögen. Die Flanke des Zahnes 4 kann im Querschnitt gesehen sowohl konkav (wenn sie durch drei Radien bestimmt ist) als auch zu etwa gleichen Teilen konvex-konkav verlaufen (wenn sie durch vier Radien bestimmt ist).
Zur Erzeugung eines für die Funktion der Pumpe notwendigen Kopf- und Flankenspiels werden die Flanken der Zähne 2 des Hohlrades 1 und/oder der Zähne 4 des Innenzahnrades 3 in Richtung zur Mitte um wenige 1/100 mm radial verschoben.
Vorteilhafte Durchmesser des Wälzkreises liegen für das Hohlrad zwischen 35 mm bis 200 mm.
In dem freien Raum zwischen dem Hohlrad 1 und dem Innenrad 3 ist in bekannter Weise ein Füllstück 7 vorgesehen. Die Mitte des Hohlrades 1 ist mit 8 bezeichnet.
Günstige Bereiche vorstehend aufgeführter Verhältnisse sind in den Ansprüchen an^geaeben.
In gleicher Weise wie die vorbeschriebene Zahnradpumpe kann auch ein Zahnradmotor ausgebildet sein.
In der Zeichnung sind noch folgende Größen angegeben:

rwH und rwR Radien der Wälzkreise des Hohlrades 1 bzw. des O Innenzahnrades 3,
rfH und rfR Radien der Fußkreise der Zähne des Hohlrades 1 bzw. des Innenzahnrades 3,
aH und aR Zentriwinkel der Dicke swH und swR der Zähne des Hohlrades 1 und des Innenzahnrades 3.

₅Wenn das Innenzahnrad das erzeugende Rad ist, ergeben sich folgende Änderungen gegenüber dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Zähnezahl des erzeugenden Innenzahnrades beträgt 10 und das Verhältnis des Kopfkreisradius raR zu den drei Flankenradien 1R, r2R und r3R beträgt 20 bzw. 0,1 bzw. 35.
Das Verhältnis des Flankenradius r2R zu einem der beiden übrigen Flankenradien r1R und r3R beträgt beim Innenzahnrad 200 bzw. 325 und das Verhältnis der beiden Flankenradien r3R und r1R beträgt 0,6. Die Flankenform des erzeugenden Innenzahnrades ist entweder im überwiegenden Teil konkav oder etwa zu gleichen Teilen konkav-konvex gekrümmt.
Beim Innenzahnrad verhält sich der Kopfkreisradius raR zum Wälzkreisradius raR zum Wälzkreisradius rwR wie 1,175. Die mit einem solchen Innenzahnrad erzeugte Gegenflanke auf dem Hohlrad ist mit sehr guter Näherung ebenfalls eine Kreisbogenflanke, die aus drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien besteht. Die Flanke verläuft im überwiegenden Teil konvex. Beim erzeugten Hohlrad verhält sich dann der Kopfkreisradius raH zu den drei Flankenradien rlH, r2H und r3H wie 35 bzw. 0,7 bzw. 20.
Vorstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Bereiche, innerhalb der sich einzelne Größen ändern können, sind in den Ansprüchen aufgeführt.

Claims

1. Hydrostatische Zahnradmaschine mit einem innenverzahnten Hohlrad und einem vom Hohlrad umgebenen und mit 5 diesem kämmenden außenverzahnten Innenzahnrad, wobei die Zahnflanken eines der Zahnräder von der Seite gesehen mindestens teilweise als Kreisbögen ausgebildet sind und wobei die Form der wirksamen Zahnflanken des anderen Rades durch das Abwälzen an den Zähnen des ersten Rades bestimmt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugenden Hohlrades

a) die ungerade Zahl der Zähne liegt im Bereich von 11 bis 17,

b) der Eingriffswinkel im Wälzpunkt liegt im Bereich 15 von 30° bis 40°,

c) das Verhältnis des Ko^pfkreisradius zu den drei Radien der Zahnflanke liegt im Bereich von 30 bis 40 bzw. 0,55 bis 0,9 bzw 15 bis 25,

d) die Zahnhöhe ist etwa gleich der Zahndicke,

20 e) die Zahnflankenradien gehen tangential ineinander und in den Kopf- bzw. den Fußkreis des Zahnrades über,

f) die Zahnflanke ist im Querschnitt gesehen im überwiegenden Teil konvex gekrümmt.

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des zweiten Flanken- radius zum ersten und dritten Flankenradius im Bereich zwischen 40 bis 60 bzw. 25 bis 35 und des dritten Flankenradius zum ersten Flankenradius im Bereich zwischen 1,5 und 2 lieot, daß das Verhältnis des Kopfkreisradius zur Zahnhöhe im Bereich zwischen 3,5 und 4 liegt und daß das Verhältnis des Kopfkreisradius zum Wälzkreisradius etwa 0,9 beträgt.

3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugten Innenzahnrades

15 a) die Differenz der Zähne des erzeugenden Rades zu den Zähnen des erzeugten Rades beträgt 3 bis ₅,

b) das Verhältnis des Kopfkreisradius zu einem der drei _Flan- kenradien liegt im Bereich zwischen 15 und 25 bzw. 0,075 und 0,125 bzw. 30 und 40,

20 c) das Verhältnis der Wälzkreisradien des erzeugenden Rades und des erzeugten Rades liegt im Bereich zwischen 1,2 und 1,4;

_d) die Zahnhöhe ist auf dem Wälzzylinder etwa gleich der Zahndicke.

25 e) die Zahnflankenradien gehen tangential ineinander und in den Kopf- bzw. den Fußkreis des Zahnrades über.

4. Zahnradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Kopfkreisradius zu dem vierten Flankenradius im Bereich zwischen ₃₀0,075 und 0,125 liegt.

5. Hydrostatische Zahnradmaschine mit einem innenverzahnten Hohlrad und einem vom Hohlrad umgebenen und mit diesem kämmenden außenverzahnten Innenzahnrad, wobei die Zahnflanken eines der Zahnräder von der Seite gesehen mindestens ₅ teilweise als Kreisbögen ausgebildet sind und wobei die Form der wirksamen Zahnflanken des anderen Rades durch das Abwälzen an den Zähnen des ersten Rades bestimmt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugenden Innenzahnrades

₁0 a) die gerade Anzahl der Zähne liegt im Bereich von acht bis vierzehn

b) der Eingriffswinkel im Wälzpunkt liegt im Bereich von 30° bis 40°

c) das Verhältnis des Kopfkreisradius zu den drei ₁₅ Radien der Zahnflanke liegt im Bereich von 15 bis 25 bzw. 0,09 bis 0,125 bzw. 30 bis 40

d) die Zahnhöhe ist etwa gleich der Zahndicke

e) die Zahnflankenradien gehen tangential ineinander und in den Kopf- bzw. den Fußkreis des Zahnrades 2₀ über

f) die Zahnflanke ist im Querschnitt gesehen entweder im überwiegenden Teil konkav oder etwa zu gleichen Teilen konkav-konvex gekrümmt.

6. Zahnradmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des zweiten Flankenradius zum ersten und dritten Flankenradius im Bereich zwischen 150 bis 250 bzw. 275 bis 375 und des dritten 5 Flankenradius zum ersten Flankenradius im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 liegt, daß das Verhältnis des Kopfkreisradius zur Zahnhöhe im Bereich zwischen 3,5 und 4 liegt und daß das Verhältnis des Kopfkreisradius zum Wälzkreisradius im Bereich zwischen 1,1 bis 1,25 liegt.

7. Zahnradmaschine nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugten Hohlrades

a) die Differenz der Zähne des erzeugenden Rades zu den Zähnen des erzeugten Rades beträgt 3 bis 5

15b) das Verhältnis des Kopfkreisradius zu einem der drei Flankenradien liegt im Bereich zwischen 30 bis 40 bzw. 0,55 bis 0,9 bzw. 15 bis 25

c) das Verhältnis der Wälzkreisradien des erzeugenden \ Rades und des erzeugten Rades liegt im Bereich zwi- ₂₀ schen 0,7 und 0,85

d) die Zahnhöhe ist auf dem Wälzzylinder etwa gleich der Zahndicke

e) die Zahnflankenradien gehen tangential ineinander und in den Kopf- bzw. den Fußkreis des Zahnrades 25 über.

8. Zahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahnflanken gegenüber ihrer spielfreien Lage um wenige 1/100 mm in Richtung zum Fuß des jeweiligen Zahnes verschoben 5 sind.

9. Zahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansnrüche, dadurch gekennzeichnet , daß die erzeugte Zahnflanke im wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet ist.