EP0028349A1 - Hydrostatische Zahnradmaschine - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
- F04C2/084—Toothed wheels
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- Y10T74/19963—Spur
- Y10T74/19972—Spur form
Definitions
- the invention relates to a hydrostatic gear machine according to the upper range of claim 1.
- Special gears of the aforementioned type are mainly manufactured in two stages today, namely pre-profiling with a gear tool having relatively large dimensional deviations in the first Level and improving the shape and surface quality of the teeth by the form loops in the two-stage t e n made. If the overlap wheel of the toothing of the two meshing gears is relatively large, then the center distances of the two gears must be very precise in order to avoid tooth interference and mechanically caused noises due to manufacturing-related dimensions. To reduce the degree of coverage, the tooth tip area is often shortened, but this results in an additional, harmful dead volume.
- the present invention is based on the task of creating a tooth profile which has optimal conditions with regard to delivery capacity, flow rate pulsation, tooth frequency, noise behavior, space requirement and dead volume and enables economical, easily reproducible and easily verifiable production.
- This object is achieved according to the invention in accordance with the features in the characterizing part of claim 1 or 5.
- the tooth flank consists of at least three circular arcs that merge into one another.
- a tooth profile can be obtained for the counter wheel, which is also made up of at least three circular arcs with very good approximation and can therefore also be produced relatively easily.
- a gear machine with a correspondingly designed gear fulfills in particular the requirements for low flow fluctuations, the smallest possible dead volume, the greatest possible delivery capacity, the smallest possible space requirement and small leakage quantities by arranging a Filler on a relatively large central angle, so that as many tooth heads are directly opposite the filler.
- a gear pump is shown schematically as an embodiment of the object of the invention.
- an internal gear 3 with ten teeth 4 is rotatably mounted about an axis 5.
- the teeth 2 and 4 mesh with each other in the manner shown.
- the teeth 2 and 4 are designed as shown in FIGS. 3 and 2 on a larger scale.
- the ring gear 1 is the generating wheel. From the diameter of the pitch circle 6, given the predetermined number of teeth, the width or thickness swH (measured in each case on the circumference of the pitch circle 6) of each tooth and thus also the tooth height hH results the tooth thickness is the same.
- the ratio of the addendum circle radius to the radius 5 of the RAH älznikes W 6 is about 0.9.
- the pressure angle b at the pitch point C is 35 ° if the axes 5 and 8 of the two wheels 3 and 1 and the pitch pump C lie in a line, and the ratio of the tip circle radius raH to the flank radius r2H in the area of the pitch circle 0.7.
- the tooth flank radii merge tangentially into one another and into the top or bottom circle.
- the ratio of the tip circle radius raH to one of the two other flank radii r1H and r3H and to the tooth height hH is 35, 20 and 3.75.
- the ratio of the flank radius r2H to one of the two other flank radii r 1H and r3H is 50 and 30, respectively, and the ratio of the two flank radii r3H and r 1 H is 1.7.
- the flank shape of the ring gear 2 is convexly curved as seen from the side.
- the ratio of the tip circle radius raR to one of the four flank radii r1R, r2R, r3R and r4R is 20 or 0.1 or 35 or 0.1.
- the ratio of the pitch circle radii of the ring gear 1 and the inner wheel 3 is 1.3.
- flanks of the teeth 4 of the inner wheel 3 When viewed from the side, the flanks of the teeth 4 of the inner wheel 3 also form three or four arcs that merge into one another and tangentially into the top or bottom circle. In cross-section, the flank of the tooth 4 can be both concave (if it is determined by three radii) and, in approximately equal parts, convex-concave (if it is determined by four radii).
- flanks of the teeth 2 of the ring gear 1 and / or of the teeth 4 of the internal gear 3 are radially displaced towards the center by a few 1/100 mm.
- Advantageous diameters of the pitch circle for the ring gear are between 35 mm to 200 mm.
- a filler 7 is provided in a known manner in the free space between the ring gear 1 and the inner gear 3.
- the center of the ring gear 1 is designated 8.
- a gear motor can also be designed in the same way as the gear pump described above.
- the number of teeth of the generating internal gear is 10 and the ratio of the tip circle radius raR to the three flank radii 1R, r2R and r3R is 20, 0.1 and 35, respectively.
- the ratio of the flank radius r2R to one of the two other flank radii r1R and r3R for the internal gear is 200 and 325, respectively, and the ratio of the two flank radii r3R and r1R is 0.6.
- the shape of the flanks of the internal gear is either concave in the main part or approximately concave-convex in equal parts.
- the tip circle radius raR to the pitch circle radius raR to the pitch circle radius rwR is 1.175.
- the counter flank generated with such an internal gear on the With a very good approximation, the ring gear is also a circular flank, which consists of three circular arcs with different radii. The flank is mostly convex.
- the tip circle radius raH relates to the three flank radii rlH, r2H and r3H as 35, 0.7 and 20.
Landscapes
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Abstract
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- ten 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 angeaeben.
- 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 (11)
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Inventor name: SCHULZ, HELMUT, DIPL.-ING. Inventor name: FISCHER, HORST Inventor name: STICH, BODO, DR.-ING. |