Zahnräder-Rotationsmaschine. Die Erfindung betrifft eine zum Bei spiel als Pumpe, Kompressor und der gleichen dienende Zahnräder-Rotationsma schine, welche ein Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen aufweist, sowie exzentrisch angeordnete, ineinander arbeitende Zahn rüder, von welchen das äussere Zahnrad eine grössere Zähnezahl besitzt als das innere Zahnrad, wodurch Arbeitsräume entstehen, welche von einer Berührungsstelle an den Zahnspitzen bis zu einer Berührungsstelle am Grunde einer Zahnlücke des äussern Ra des progressiv abnehmen und weitergehend von der letzteren bis zur ersteren Berührungs stelle zunehmen.
Es sind Rotationsmaschinen mit Zahn rädern bekannt, bei welchen die Zahnköpfe sowohl des innern, als des äussern Rades nach Zykloiden geformt sind, welche durch einen Rollkreis erzeugt werden, dessen Durchmesser zwischen den Durchmessern der Teilkreise des innern und des äussern Zahnrades liegt, während die Zahnlücken der Räder nach andern Kurven geformt sind, welche an die Zahnköpfe der Räder an schliessen.
Erfindungsgemäss sind bei der vorliegen den Zahnräder-Rotationsmaschine die ge samten miteinander in Eingriff kommenden Zahnflächen aus fortlaufend aneinander an schliessenden, auf den Teilkreisen der be treffenden Räder erzeugten Epizykloiden und Hypozykloiden gebildet, derart, JA die miteinander in Eingriff stehenden Zahn flächen der rotierenden Zahnräder ständig an allen Berührungspunkten gegeneinander abdichten und praktisch ein Wälzen der Zahnflanken aufeinander ohne Gleiten an der Berührungsstelle am Grunde einer Zahn lücke des äussern Rades stattfindet, in wel che ein Zahnkopf des innern Rades ganz ein getreten ist.
Zweckmässigerweise sind beim äussern Rad die Zahnstärken und die Zahn lücken im Teilkreis einander gleich; ebenso können die Zahnlücken und die Zahnstärken im Teilkreis beim innern Rad einander gleich sein, während die Zahnstärken und Zahn lücken des äussern Rades, in den Teilkreis- Sehnen gemessen, grösser sind als die ent sprechend gemessenen Zahnstärken und Zahn lücken des innern Rades infolge der ver schiedenen Krümmungen der beiden Teil- kreise. Durch den abdichtenden Eingriff an jeder Eingriffsstelle der Zahnräder entsteht auf der Druckseite keine Undichtheit zwi schen benachbarten Arbeitsräumen.
Ferner ist es zweckmässig, für einen raschen Eintritt des zu fördernden Fluidums in die Saugräume zu sorgen, das heisst in jene Räume, welche von der Berührungs stelle am Grunde einer Zahnlücke bis zur Berührungsstelle an den Zahnspitzen ständig an Rauminhalt zunehmen, indem die seitlichen Teile der Zähne an den in der Drehrichtung vorangehenden Zahnflanken des innern Rades oder de seitlichen Teile an den in der Dreh richtung nachkommenden Zahnflanken des äussern Rades abgeschrägt werden, wodurch auf der Saugseite die einzelnen Arbeitsräume miteinander verbunden werden, so dass daselbst ein langgestreckter Arbeitsraum entsteht, wobei aber weder das Profil der miteinander in Eingriff stehenden und gegeneinander ab dichtenden Zahnflächen auf der Druckseite,
noch der treibende Eingriff oder das abdich tende Zusammenarbeiten der Zähne auf der Druckseite eine Änderung erfährt.
Die Epizykloiden und Hypozykloiden der Zahnprofile beider Zahnräder werden zweck mässig durch Rollkreise von einander glei chem Durchmesser erzeugt, deren Durch messer gleich der Exzentrizität der zusam mengebauten Zahnräder ist.
Im weiteren ist es zweckmässig, eine Ein richtung zum Einstellen der Exzentrizität der Zahnräder vorzusehen, um eine richtige gegenseitige Stellung der Zahnräder und ein richtiges Zusammenarbeiten der Radzähne und somit einen guten Wirkungsgrad der Ro tationsmaschine zu erreichen.
Diese Einstellungseinrichtung kann ein fach darin bestehen, dass das innere Zahnrad auf einem an einem Träger sitzenden Zapfen gelagert ist, welcher Träger aus einer Spin del bestehen kann, wobei die Achse des Zapfens exzentrisch zur Achse der Spindel ist und beide Achsen exzentrisch zur Achse des äussern Rades sind.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist auf beiliegender Zeichnung gezeigt, in welcher: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ro tationsmaschine darstellt; Eig. 2 zeigt eine Endansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1 mit abgenommenem Deckel; Fig. 3 zeigt in vergrössertem Massstab eine Ansicht des innern und äussern Rades und stellt schematisch die Zahnformen, die Exzentrizität und die Erzeugung der epi- zyklischen und hypozyklischen Zahnkurven dar; Fig. 4 zeigt die in der Drehrichtung vorausgehenden Zahnflanken des innern Ra des abgeschrägt, um dir Arbeitsräume auf der Saugseite der Maschine untereinander zu verbinden;
Fig. 5 zeit die in der Drehrichtung nachkommenden Zahnflanken des äussern Rades abgeschrägt um die Verbindung der Arbeitsräume miteinander auf der Saugseite der Maschine herzustellen; Fig. 6 zeigt schematisch in ausmezogenen Linien die Teilkreise der Verzahnungen bei richtiger Exzentrizität der Räder und in gestrichelten Linien den Teilkreis des innern Rades, wenn letzteres unrichtig gegenüber dem äussern Rad eingestellt ist.
Das im allgemeinen zylindrisch her gestellte Gehäuse 1 enthält einen zylindri schen Raum 2, welcher auf einer Seite durch den auf irgend eine Art mit dem Gehäuse befestigten Deckel 3 abgeschlossen ist. Auf einer Seite des Gehäuses ist eine Einlass öffnung 4 und auf der andern Seite eine Auslassöffnung 5 vorgesehen, während der Deckel Einlasskanäle 6, durch welche sli, Einlassöffnung 4 mit dem Raum 2 verbunden ist, sowie Auslasskanäle 7 aufweist, die die Verbindung von dem Raum 2 nach der Aus lassöffnung 5 herstellen. Innerhalb des Rau mes 2 befindet sich der Rotor 8, dessen Nabe 9 in einem Kugellager 10 gelagert ist. Die Antriebswelle 13 ist in der Nabe des Rotors festgekeilt, und das äussere Zahnrad 1.1 ist mit dem Rotor fest verbunden.
Mit den Zähnen dieses äussern Zahnrades 14 sind die Zähne des innern Zahnrades 15 im Eingriff. Letzteres ist im Kugellager 16 gelagert, das von einem Zapfen 11 getragen wird; der Zapfen 11 bildet einen Teil der im Deckel 3 befestigten Spindel 17. Spindel 17 und Zap fen 11 sind exzentrisch zueinander, und beide sind exzentrisch zur Achse der Antriebs welle 13, so dass die Achse des innern Rades 15 exzentrisch zur Achse des äussern Rades ist. Letzteres besitzt eine grössere Anzahl Zähne als das innere Rad, und wenn die Räder zusammengebaut und ihre Exzentri zität richtig eingestellt ist, so werden sie das Fördern oder die Kompression eines Flui dums bewirken.
Das äussere Rad 14 besitzt Innen verzahnung mit Zähnen 314 (Fig. 3) und sein äusserer Umfang ist so bemessen, dass das Rad mit wenig Spiel im zylindrischen Gehäuse sieh drehen kann. Das innere Rad besitzt Aussenverzahnung mit Zähnen 315; wie in Fig. 3 gezeigt, hat das innere Rad acht Zähne und das äussere Rad neun Zähne; vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Zähnezahlen beschränkt.
Die Zahnköpfe 325, das heisst die über den Teilkreis 326 hinausragenden Teile der Zähne des innern Zahnrades, sind nach Epi zykloiden begrenzt, das heisst nach Kurven, welche ein Punkt am Umfang eines Kreises 327 beschreibt, wenn letzterer auf der kon vexen Seite des Teilkreises 326 rollt. Die Zahnfüsse 328, das heisst die Teile der Zähne in nerhalb des Teilkreises 326 des innern Rades, sind nach Hypozykloiden begrenzt, das heisst nach Kurven, welche ein Punkt am Umfang eines Kreises 327 beschreibt, wenn letzterer auf der konkaven Seite des Teilkreises 326 rollt.
Die Zahnköpfe 329 der Zähne des äussern Rades sind durch Hypozykloiden ge bildet, das heisst nach Kurven, welche ein Punkt des Umfanges eines Kreises 330 be schreibt, wenn derselbe auf der konkaven Seite des Teilkreises 331 des äussern Rades rollt, während die Zahnfüsse 332 der Zähne des äussern Rades nach Epizykloiden ge bildet sind. das heisst nach Kurven, welche ein Punkt am Umfang eines Kreises 330 beim Rollen auf der konvexen Seite des Teilkreises 331 beschreibt. Die Rollkreise 327 des Teilkreises 326 des innern Rades und die Rollkreise 330 des Teilkreises 331 des äussern Rades, durch welche die Zahn kurven erzeugt werden, haben den gleichen Durchmesser, und letzterer ist gleich der Grösse der Exzentrizität zwischen innerem Rad und äusserem Rad, welche durch den Kreis 342 in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Getriebezähne nach dieser Ausfüh rung kommen an verschiedenen Stellen mit einander in Eingriff, wenn das äussere Rad gedreht wird und das innere Rad antreibt, und die miteinander im Eingriff stehenden Zahnflächen dichten ständig an allen Be rührungsstellen gegeneinander ab; ein Wäl zen der Zahnflanken aufeinander findet praktisch gesprochen an der Stelle statt, an welcher ein Zahnkopf des innern Rades ganz in eine Zahnlücke des äussern Rades ein getreten ist.
Bei der Rotation der Räder im Sinne des in Fig. 3 eingezeichneten Pfeils nimmt der Inhalt der Arbeitsräume zwischen den Zähnen des innern und äussern Rades von der Stelle bei 333, wo ein Zahn des Innenrades den Grund einer Zahnlücke des äussern Rades berührt, das heisst, wo die Halbmesser der beiden Räder in der Zen tralen 335 liegen und die beiden Teilkreise 326 und 331 sich berühren, bis zum Punkt 334, wo die Spitzen der Zähne sich berühren, ständig zu; diese Räume bilden zusammen die Einlass- oder Saugseite der Maschine; dagegen nimmt der Inhalt der Arbeitsräume vom Punkt 334 nach dem Punkt 333 ab; diese Räume bilden die Auslass- oder Druck seite der Maschine.
Wie in Fig. 3 darge stellt, entsteht eine gute Abdichtung zwi schen den miteinander in Eingriff stehenden Zähnen der Räder, wobei die einzelnen, zwi schen den benachbarten Zähnen gebildeten Arbeitsräume weder auf der Saugseite, noch auf der Druckseite miteinander verbunden sind. Diese Abdichtungsstellen auf der Saug seite befinden sich in den Punkten<B>333,</B> 350, 351, 352 und 334 und auf der Druckseite in den Punkten 334, 353, 354, 355 und 333. Infolge der allmählich sich vergrössern den Arbeitsräume auf der Einlass- oder Saugseite tritt das Fluidum, zum Beispiel ein Gas,
in die Maschine ein und wird auf der Druckseite infolge der zunehmenden Verkleinerung der Arbeitsräume auf dieser Seite unter Druck, gesetzt. Die Höhe de Druckes, auf welchen das Gas in der Ma schine gebracht werden kann, hängt vom Abstand der Austrittsöffnung 7 von dem Punkt 334 ab. Je weiter die Öffnung 7 von dem Punkt 334 entfernt ist oder je näher dieselbe dem Punkt 333 zu liegt, desto grö sser ist die erzielte Druckerhöhung, da ja die Arbeitsräume zwischen den Zähnen von den Punkt 33d, in welchem die Zahnspitzen mit einander in Eingriff sind, bis zum Punkt 333 ständig abnehmen und daher der Druck des Gases zwischen diesen Punkten zunimmt, bis das Gas durch die Austrittsöffnung ent weicht.
Ein Schmiermittel kann zwischen die Zähne des innern und äussern Hades gebracht werden; dabei ermöglicht die beschriebene Zahnform, dass das Schmiermittel in den Arbeitsräumen, einschliesslich des Arbeits raumes an der Berührungsstelle der Teil kreise der beiden Räder, verbleibt; dadurch kann eine gute Abdichtung der Arbeits räume über den ganzen Umfang erzielt werden.
Bei den beschriebenen Zahnformen haben die Arbeitsräume ihren maximalen Inhalt und die benötigte Antriebskraft ist verhält- nismässib gering; die Zahnbreite ist so ge wählt, dass die Gefahr des Undichtwerdens und des Zurückfliessens des Gases aus einem Arbeitsraum in den rückwärtigen längs der Seifenflächen der Zähne auf ein Minimum reduziert ist.
Eine mit Zähnen von der beschriebenen Form ausgestattete Rotationsmaschine eignet sich besonders zum Verdichten von Gasen auf einen verhältnismässig hohen Verdirb- tungsdruck. Bei der Verwendung zum För dern von Flüssigkeiten, bei welchen eine Verdichtung nicht stattfindet und ein leich- terer Eintritt der Flüssigkeit in die Pumpe erwünscht ist, werden zweckmässig die seit lichen Teile der Zahnköpfe des innern Rades auf der in der Bewegungsrichtung voreilen dien Zahnflanke abgeschrägt, wie bei 436 in Fig. 4 gezeigt ist, oder es können auch die seitlichen Teile der Zahnköpfe des äussern Rades auf der in der Bewegungsrichtung nachkommenden Zahnflanke abgeschrägt sein, wie bei 537 in Fig. 5 gezeigt.
Da- durech wird auf der Druckseite nur der Raum inhalt der einzelnen Arbeitsräume vergrössert, während auf der Saugseite die einzelnen Ar beitsräume miteinander verbunden werden und einen langgestreckten Arbeitsraum bil den, ohne dass der Eingriff der Zähne oder die Abdichtung derselben auf der Druckseite eine Veränderung erfahrt. Bei der Massenherstellung der Rotations maschine ist es schwierig, die Räder unmit telbar in der mathematisch genauen Exzen trizität zu lagern, so dass die Teilkreise sich genau berühren und die Zähne im richtigen Eingriff sind.
Um nun die Notwendigkeit einer Präzisionsarbeit bei Herstellung der bewünschten Exzentrizität zu vermeiden, ist die Spindel 17, wie oben erwähnt, exzen trisch zur Achse der Antriebswelle 13 und trägt einen Zapfen 11, der exzentrisch zur Spindel und zur Antriebswelle steht. Mit- telst dieser Einrichtung kann die gewünschte Exzentrizität genau eingestellt werden, wie im folgenden anhand von Fig. 6 erläutert ist. In Fig. 6 ist der voll aasgezogene Teil kreis 650 des innern Rades 15 in der Stel lung mit der richtigen Exzentrizität zum Teilkreis 6d0 des äussern Rades 14 gezeigt, in welcher sich beide Teilkreise berühren; die Linie 660 ist die beiden Teilkreisen ge meinsame Tangente.
Ferner ist der Teilkreis 650 des innern Rades gestrichelt in einer Stellung mit unrichtiger Exzentrizität ge zeigt.
Der Punkt 626 stellt die Achse des äussern Rades dar. und der Punkt 627 ist die Achse des innern Rades, also die Achse des Zapfens 11. Der Punkt 62$ ist die Achse der Spindel, welche den Zapfen 11 trägt. Der Radius des Kreises 680 entspricht der richtigen Exzentrizität der Räder. In Fig. 6 muss der die Achse des Zapfens 11 darstel lende und von einem vollausgezogenen Kreis eingeschlossene Punkt 627 auf dem Umfang des Kreises 630 liegen, wenn der Teilkreis 650 in der richtigen exzentrischen Lage zum Teilkreis 640 sich befindet.
In dieser Figur ist der von einem punktierten Kreis ein geschlossene Punkt 627, welcher die Achse des Zapfens 11 darstellt, in einer Stellung gezeigt, welche der in gestrichelten Linien dargestellten, unrichtigen exzentrischen Lage des Teilkreises 650 gegenüber dem Teilkreis 640 entspricht. Durch Drehen der Spindel, deren Achse durch den in einem voll gezogenen Kreis eingeschlossenen Punkt augezogenen Kreis engeschlossen Punkt 628 angedeutet ist, kann der Zapfen so weit verdreht werden, dass seine Achse 627, wel che auch diejenige des innern Rades ist, auf den Kreis 680 fällt, das heisst in einen sol chen Abstand vom Punkt 626 zu liegen kommt, welcher die Achse des äussern Rades darstellt, dass die Räder die richtige Exzen trizität aufweisen und die Teilkreise sich im Punkt 625 berühren.
Die Spindel kann mit irgendwelchen Mit teln zur Drehung und Einstellung versehen sein und nach Einstellung durch irgendwelche Mittel fixiert werden. Durch diese Ausbil dungsart können kleine Ungenauigkeiten in der Exzentrizität der Räder, welche sich bei der Herstellung ergeben, rasch beim Zusam- mnenbau der Teile korrigiert werden, und es kann auch eine nachträgliche Einstellung, falls eine solche nötig werden sollte, vor genommen werden.