DE10003735A1

DE10003735A1 - Hydraulische Zahnradmaschine

Info

Publication number: DE10003735A1
Application number: DE2000103735
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schwuchow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2000-11-16

Abstract

Es wird eine hydraulische Zahnradmaschine mit einem Triebwerk (10) aus wenigstens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern (12, 14) vorgeschlagen, deren Verzahnungen zur Dämpfung der Pulsation im Förderstrom besonders ausgebildet sind. Die Zahnräder (12, 14) kämmen im Einflankenkontakt miteinander und sind mit asymmetrischen Evolventenverzahnungen versehen. Die Zahnradvorderflanken (16) dieser Evolventenverzahnungen sind derart ausgebildet, daß der Eingriffswinkel (34) der von den Zahnradvorderflanken (16) erzeugten Eingriffslinie (26) während des gesamten Zahneingriffs größer ist als der Eingriffswinkel (36) der virtuellen Eingriffslinie (32) der Zahnradrückflanken (22).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Eine derartige Zahnradmaschine ist beispielsweise aus der DE 43 09 859 A1 bereits bekannt. Diese bekannte Zahnradmaschine weist ein Triebwerk aus zwei in Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnrädern auf, durch das ein Druckmittel von einem Einlaß zu einem Auslaß strömt. Dabei übertragen die Vorderflanken der Zahnräder ein An- bzw. Abtriebsdrehmoment; zwischen den Rückflanken der Zahnräder besteht ein Rückflankenspiel. Dadurch tragen diese Rückflanken nicht zur Druckmittelförderung bei.

Nachteiligerweise erzeugen derartige Zahnradmaschinen systembedingt einen periodisch mit der Zahneingriffsfrequenz pulsierenden Druckmittelstrom. Die sich dadurch im Förderstrom einstellende Druckpulsation regt das gesamte, an die Zahnradmaschine angeschlossene Leitungsnetz zu Körperschallschwingungen und zu Luftschallabstrahlung an. Dabei hängt die Pulsation wesentlich von der Ausdehnung der hydraulischen Eingriffslinie der Vorderflanken ab. Mit zunehmender Länge dieser Eingriffslinie erhöht sich die Pulsation.

Aus der DE 196 18 948 A1 ist darüber hinaus eine Zahnradmaschine bekannt, deren Zahnräder zur Verringerung dieser Pulsation mechanisch spielfrei miteinander kämmen. Damit dabei die Zahnradrückflanken keine hydraulische Förderfunktion haben, sind diese mit Ausnehmungen versehen, die zwei aufeinanderfolgende Zahnkammern hydraulisch miteinander koppeln. Die Zahnradvorderflanken fördern somit unverändert über dem gesamten Zahneingriff, so daß die erreichte Pulsationssenkung für Anwendungsfälle mit besonders hohen Anforderungen an die zulässige Geräuschentwicklung noch nicht ausreichend ist.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist eine Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß durch eine spezielle Geometrie der Zahnflanken die Eingriffslinie der Zahnradvorderflanken steiler als die virtuelle Eingriffslinie der Zahnradrückflanken verläuft. Durch die unterschiedlich großen Eingriffswinkel wird eine Pulsationssenkung erreicht, ohne daß die Dicke des Zahnkopfes einen die Abdichtung der Zahnkammern gegenüber dem Gehäuse bestimmenden Mindestwert unterschreitet. Unterschiedliche Eingriffswinkel erlauben eine optimale Anpassung der Flankengeometrie an die verschiedenen Funktionen der Zahnradvorder- und der Zahnradrückflanken, als da im Falle der Zahnradvorderflanken die pulsationsarme Förderung und die Sicherstellung der Bewegungsübertragung sowie im Falle der Zahnradrückflanken die Einhaltung der kinematischen Verhältnisse bei einem etwaigen Abheben der Zahnradvorderflanken oder beim Zurückdrehen der Zahnräder sind.

Zudem sinkt bei der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine die Flankenpressung an den Zahnradvorderflanken und die Verschleißbeanspruchung verringert sich. Ferner wird die Gefahr von festigkeitsverringerndem Unterschnitt im Zahnfußbereich der Zahnräder reduziert.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Der Grundgedanke der Erfindung ist auf Zahnradmaschinen, das heißt auf Zahnradpumpen und auf Zahnradmotoren mit außen- oder innenverzahnten Triebwerken gleichermaßen anwendbar. Besonders gute Eigenschaften werden erreicht, wenn die Zahnräder annähernd identische Radabmessungen und gleiche Zähnezahlen haben und wenn der Eingriffswinkel der Zahnradvorderflanken Werte über 30° und der der Zahnradrückflanken Werte unter 20° annimmt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils zwei Zahnräder eines Triebwerkes im Zahneingriff, wobei in Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Flankengeometrie und in Fig. 2 eine erfindungsgemäße Flankengeometrie dargestellt sind.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Triebwerks 10 einer Zahnradmaschine. Dieses Triebwerk 10 besteht aus jeweils zwei Zahnrädern 12 und 14, die im Außeneingriff miteinander kämmen. Das treibende Zahnrad ist mit der Positionsnummer 12 versehen und wird entgegen dem Uhrzeigersinn (Richtungspfeil R) angetrieben. Die in Drehrichtung vorauseilenden Zahnradvorderflanken 16 der beiden Zahnräder 12, 14 berühren sich zum dargestellten Zeitpunkt an den Eingriffspunkten 18 und 20. Zwischen den Zahnradrückflanken 22 besteht ein Rückflankenspiel 24, so daß diese Zahnradrückflanken 22 nicht an der hydraulischen Druckmittelförderung beteiligt sind.

Die beiden Eingriffspunkte 18 und 20 der Zahnradvorderflanken 16 liegen auf einer gemeinsamen ersten Eingriffslinie 26, entlang der sie sich im weiteren Verlauf der Zahnraddrehung bewegen. In Fig. 1 verläuft diese erste Eingriffslinie 26 von links oben nach rechts unten. Der Verlauf der Eingriffslinie 26 ist durch die Kontur der Zahnflanken 16 vorgegeben. Gerade Eingriffslinien sind typisch für Evolventenverzahnungen, die sich bekanntlich durch ihre einfache Herstellbarkeit und ihre Unempfindlichkeit gegenüber Achsabstandsschwankungen auszeichnen.

Darüber hinaus ist in den Fig. 1 und 2 noch eine horizontal verlaufende Hilfslinie 28 eingezeichnet, die die Eingriffslinie 26 im Wälzpunkt 30 schneidet. In diesem Wälzpunkt 30 liegen die beiden nicht eingezeichneten Wälzkreise der Zahnräder 12, 14 aneinander an, so daß die Hilfslinie 28 eine Tangente an diese beiden Wälzkreise bildet.

Des weiteren ist gestrichelt eine zweite Eingriffslinie 32 in die Fig. 1 und 2 eingezeichnet. Diese zweite Eingriffslinie 32 verläuft entgegengesetzt diagonal, das heißt von links unten nach rechts oben, zur ersten Eingriffslinie 26 und schneidet ebenfalls den Wälzpunkt 30. Entlang dieser zweiten Eingriffslinie 32 würden sich die Eingriffspunkte der Zahnradrückflanken 22 bewegen, sofern diese Zahnradrückflanken 22 miteinander im Eingriff stünden und kein Rückflankenspiel 24, wie im Ausführungsbeispiel, vorhanden wäre. Die Eingriffslinie 32 ist aufgrund des Rückflankenspiels 24 real nicht existent und ist deshalb im Folgenden auch als virtuelle Eingriffslinie bezeichnet.

Die zwei Eingriffslinien 26 und 32 begrenzen mit der Hilfslinie 28 zwei Eingriffswinkel 34 und 36. In Fig. 1 sind beide Eingriffswinkel 34, 36 gleich groß, was durch die symmetrische Ausbildung der beiden Zahnflanken 16, 22 bedingt ist. Im Unterschied dazu ist in Fig. 2 der Eingriffswinkel 34 der Zahnradvorderflanken 16 erfindungsgemäß deutlich größer als der der Zahnradrückflanken 22 ausgebildet. Dies wird durch eine asymmetrische Ausgestaltung der Zahnradflanken 16, 22 erreicht. Die Zahnradvorderflanken 16 verlaufen, verglichen zu den Zahnradrückflanken 22 flacher.

Die asymmetrische Ausbildung der beiden Zahnflanken 16, 22 nach Fig. 2 beeinflußt die Länge der beiden hydraulisch aktiven Eingriffslinien 26 und 32, die durch den Abstand zwischen dem Eingriffspunkt 18 zu Beginn eines hydraulischen Zahneingriffs und dem Wälzpunkt 30 festgelegt ist. Mit zunehmender Länge dieser hydraulischen Eingriffslinie 16 erhöht sich die Breite der Pulsation, das heißt die Änderung des vom Triebwerk 10 pro Zahneinheit geförderten Druckmittelvolumens.

Mit steilerer erster Eingriffslinie 26, was gleichbedeutend mit größerem Eingriffswinkel 34 und flacherer Zahnradvorderflanke 16 ist, verändern sich die Eingriffsverhältnisse derart, daß sich die Eingriffspunkte 18, 20 langsamer auf dieser Eingriffslinie 26 bewegen und daß der Abstand zwischen Eingriffsbeginn und Wälzpunkt 30 abnimmt. Damit sinkt gleichfalls die Volumenstromänderung pro Zeiteinheit und respektive die Pulsation des Triebwerks 10.

Allerdings gehen größere Eingriffswinkel 34 aufgrund der flacheren Zahnradflanken 16 mit abnehmenden Zahnkopfdicken einher. Weil eine Mindestzahnkopfdicke jedoch zur Abdichtung der einzelnen Zahnkammern gegenüber dem Gehäuse erforderlich ist, wird vorgeschlagen, nur die Eingriffswinkel 34 der Zahnradvorderflanken 16 zu erhöhen und gleichzeitig die Eingriffswinkel 36 an den Zahnradrückflanken 22 möglichst klein auszuführen. Besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf das Pulsationsverhalten eines Triebwerks 10 wurden mit Eingriffswinkeln 34 an den Zahnradvorderflanken 16 von mehr als 30° in Verbindung mit Eingriffswinkeln 36 an den Zahnradrückflanken 22 von weniger als 20° erreicht.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Diesbezüglich ist anzumerken, daß die Erfindung nur exemplarisch anhand eines im Pumpenbetrieb arbeitenden Triebwerks 10 beschrieben ist, ohne aber darauf eingeschränkt zu sein. Ein Motorbetrieb wäre ebenso vorstellbar. Darüber hinaus ist die Erfindung auch auf ein Triebwerk 10 einer Innenzahnradmaschine übertragbar, bei dem ein außenverzahntes Zahnrad mit einem innenverzahnten Hohlrad kämmt.

Claims

1. Hydraulische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem aus wenigstens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern (12, 14) gebildeten Triebwerk (10), durch das ein Druckmittel von einem Einlaß zu einem Auslaß strömt, wobei die Zahnräder (12, 14) zur Übertragung eines An- beziehungsweise Abtriebsdrehmoments mit ihren Vorderflanken (16) in Eingriffspunkten (18, 20) hydraulisch dicht aneinander anliegen und zwischen ihren Rückflanken (22) ein Rückflankenspiel (24) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (12, 14) asymmetrisch ausgeführte Evolventenverzahnungen aufweisen und daß die Zahnflanken (16, 22) der Zahnräder (12, 14) derart geformt sind, daß der Eingriffswinkel (34) zwischen einer von den Zahnradvorderflanken (16) erzeugten Eingriffslinie (26) und einer durch einen Wälzpunkt (30) des Triebwerks gehenden Tangente (28) größer ist, als der Eingriffswinkel (36) zwischen einer virtuellen zweiten, den Zahnradrückflanken (22) zugeordneten Eingriffslinie (32) und dieser Tangente (28).

2. Hydraulische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnräder (12, 14) zumindest annähernd identische Radabmessungen und gleiche Zähnezahlen haben.

3. Hydraulische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (12, 14) im Außeneingriff miteinander kämmen.

4. Hydraulische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffswinkel (34) der Vorderflanken (16) größer als 30° ist.

5. Hydraulische Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingriffswinkel (36) der Rückflanken (22) kleiner als 20° ist.