DE102012205406A1

DE102012205406A1 - Hydrostatische Verdrängermaschine mit gekrümmter Eingriffslinie und Flankenlinienrücknahme

Info

Publication number: DE102012205406A1
Application number: DE102012205406A
Authority: DE
Inventors: Marc Laetzel; Stefan Cerny; Christoph Kessler; Michael Wilhelm; Dietmar Schwuchow; Philippe Fischer; Jürgen Breuninger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-10
Also published as: EP2647845A3; EP2647845A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einem ersten und einem zweiten drehbaren Zahnrad (10), welche ineinander eingreifen, wobei sie von einem Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss derart umgeben sind, dass eine Drehbewegung der Zahnräder mit einem Fluidstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss einhergeht, wobei die Form der Zahnflanken (14) des ersten und des zweiten Zahnrades (10) so ausgebildet sind, dass sich deren Kontaktpunkt bei deren Drehung entlang einer Eingriffslinie bewegt, die gekrümmt verläuft. Erfindungsgemäß weicht die Flankenlinie (15) des ersten und/oder des zweiten Zahnrades (10) von der Geraden ab.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydrostatische Verdrängermaschine mit einem ersten und einem zweiten drehbaren Zahnrad, welche miteinander kämmen, wobei sie von einem Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss derart umgeben sind, dass eine Drehbewegung der Zahnräder mit einem Fluidstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss einhergeht. Derartige Verdrängermaschinen werden auch als Zahnradpumpen oder Zahnradmotoren bezeichnet.
Die Zahnflanken der Zahnräder derartiger Verdrängermaschinen können unterschiedliche Profilformen aufweisen, welche durch eine Eingriffslinie charakterisiert werden können. Die Eingriffslinie ist dabei die Linie, entlang derer sich der Kontaktpunkt zwischen den beiden Kraft übertragenden Zahnflanken bewegt. In den weitaus meisten Fällen wird eine gerade Eingriffslinie bevorzugt, da die entsprechende Evolventenverzahnung einfach und mit hoher Genauigkeit herstellbar ist. Dieser Vorteil wiegt umso schwerer, wenn die Verdrängermaschine mit hohen Drücken betrieben werden soll, wie es beispielsweise in der Hydraulik üblich ist, da nur durch eine hohe Fertigungsgenauigkeit Leckagen am Zahnradeingriff weitgehend vermieden werden können.
Der Nachteil der Evolventenverzahnung besteht in der übermäßigen Geräuschbildung beim Betrieb der Verdrängermaschine. Diese ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass das Volumen des Quetschraums, also des Raums, der durch die im Eingriff befindlichen Zähne begrenzt wird, schwankt. Wenn in diesem Quetschraum eine im Wesentlichen inkompressible Flüssigkeit, beispielsweise Hydrauliköl, eingeschlossen ist, kommt es zu Druckschwankungen, welche die genannten Geräusche verursachen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die genannten Druckschwankungen durch veränderte Formen der Zahnflanken zu minimieren. Hierzu wird beispielhaft auf die DE 43 30 085 A1 verwiesen. Die dort gezeigte Verdrängermaschine ist jedoch für hohe Drücke wenig geeignet, da die Abdichtungsverhältnisse zwischen den Zahnrädern nicht optimal sind. Typischerweise verwendet man in der Hydraulik Verzahnungen, deren Eingriffslinie nur wenig von der Geraden abweicht, um die genannte Geräuschbildung zumindest zu vermindern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Geräuschbildung an einer hydrostatischen Verdrängermaschine weiter zu vermindern.
Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Flankenlinie des ersten und/oder des zweiten Zahnrades von der Geraden abweicht. Die Flankenlinie ist dabei die Linie, die sich ergibt, wenn man die durch die Zahnflanke definierte Fläche mit einem Kreiszylinder schneidet, dessen Mittelachse mit der Drehachse des betreffenden Zahnrades zusammenfällt. Für die weiteren Betrachtungen wird der genannte Kreiszylinder mit der Flankenlinie zu einer Ebene aufgerollt. Bei einem gerade verzahnten Zahnrad ist die Flankenlinie typischerweise eine Gerade, die parallel zur Drehachse des Zahnrades verläuft. Bei einem schräg verzahnten Zahnrad verläuft die Flankenlinie typischerweise ebenfalls gerade, aber geneigt zur Drehachse des Zahnrades. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Flankenlinie von der Geraden abweicht. Durch eine geeignete Auswahl der genannten Abweichung kann das Geräuschverhalten der Verdrängermaschine optimiert werden. Weiter kann die Tragfähigkeit der Zähne optimiert werden.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Die genannte Flankenlinie kann im mittleren Bereich gerade oder ballig verlaufen, wobei sie an den beiden gegenüberliegenden Randbereichen von der Geraden zur Mitte des Zahnes hin abweicht. Hierdurch wird vermieden, dass sich an den Rändern des Zahnrades Belastungsspitzen ergeben, welche vermeidbare Geräusche verursachen und gleichzeitig die Lebensdauer der Verdrängermaschine herabsetzen. Im geraden mittleren Bereich ist demgegenüber weiterhin das bevorzugte optimale Dichtverhalten zwischen den Zahnflanken gegeben.
Die Flankenlinie kann in den genannten Randbereichen von einer Geraden gebildet werden, die mit einer Neigung geneigt zu der Flankenlinie im mittleren Bereich verläuft. Eine derartige Flankenlinie ist besonders einfach herstellbar.
Die Neigung kann zwischen 0,001 und 0,05 betragen. In diesem Wertebereich ergibt sich nur eine geringe Verschlechterung des Dichtverhaltens zwischen den Zahnflanken, wobei gleichzeitig die genannten Belastungsspitzen weit überproportional herabgesetzt werden. Unter Neigung soll dabei, wie üblich, das Verhältnis zwischen dem Maß, um dass die Flankenlinie von der Geraden abweicht, und der Länge, auf dem diese Abweichung stattfindet, verstanden werden.
Die Breite des Randbereichs kann zwischen 2% und 20% der Breite des Zahnrades betragen. In diesem Wertebereich sind die zusätzlichen Leckagen durch das verschlechterte Dichtverhalten in den Randbereichen noch gering, wobei gleichzeitig die genannten Belastungsspitzen minimiert werden.
Das erste und das zweite Zahnrad können schräg verzahnt sein. Insbesondere soll der gerade mittlere Bereich der Flankenlinie schräg zur Drehachse des betreffenden Zahnrades verlaufen. Schräg verzahnte Zahnräder verursachen in einer Verdrängermaschine weniger Betriebsgeräusche als gerade verzahnte Zahnräder.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
1 eine perspektivische Ansicht eines Zahnes eines Zahnrades einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Verdrängermaschine;
2 eine perspektivische Ansicht eines Zahnrades einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Verdrängermaschine; und
3 einen Ausschnitt aus 2, der dort entsprechend gekennzeichnet ist.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zahnes 12 eines Zahnrades (Nr. 10; 2) einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Verdrängermaschine. Die Form der Zahnflanke 14 weicht von der Evolvente ab. Dementsprechend verläuft die Eingriffslinie dieser Verzahnung nicht auf einer Geraden. Im Randbereich 17 des Zahnrades ist die Form der Zahnflanke 14 modifiziert, so dass die Flankenlinie 15 nicht mehr entlang einer Geraden verläuft, sie weicht vielmehr zur Mitte 13 des Zahnes 12 hin von der Geraden ab. Die Flankenlinie 15 verläuft im Randbereich 17 entlang einer Geraden, deren Neigung 18 beispielsweise 0,02 beträgt, wobei sie in 1 stark übertrieben dargestellt ist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zahnrades 10 einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Verdrängermaschine. Das Zahnrad 10 ist schräg verzahnt ausgeführt. Die Flankenlinie weicht an beiden gegenüberliegenden Randbereichen 17 von der Geraden ab, wobei die Breite der Randbereiche 17 beispielsweise 5% der Breite 11 des Zahnrades 10 beträgt.
An dem Zahnrand 10 aus Stahl sind zwei kreiszylindrische Lagerzapfen 19 einstückig vorgesehen, welche in einem Gehäuse der hydrostatischen Verdrängermaschine drehbar aufgenommen sind. Eine entsprechende hydrostatische Verdrängermaschine ist beispielsweise in der EP 563 608 A1 beschrieben, deren gesamter Inhalt in Bezug genommen und zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
3 zeigt einen Ausschnitt aus 2, der dort entsprechend gekennzeichnet ist. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Flankenlinie 15 sowohl im mittleren 16 als auch im Randbereich 17 entlang einer Geraden verläuft, wobei der Randbereich zur Mitte 13 des Zahnes 12 hin geneigt ausgebildet ist.
Anzumerken ist, dass die vorliegende Erfindung nicht nur für die gezeigten Außenzahnräder anwendbar ist, sondern auch für die Innenzahnräder einer Innenzahnradpumpe bzw. eines Innenzahnradmotors.
Bezugszeichenliste

10: Zahnrad
11: Breite des Zahnrades
12: Zahn
13: Mitte des Zahnes
14: Zahnflanke
15: Flankenlinie
16: mittlerer Bereich
17: Randbereich
18: Neigung des Randbereichs
19: Lagerzapfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4330085 A1 [0004]
EP 563608 A1 [0019]

Claims

Hydrostatische Verdrängermaschine mit einem ersten und einem zweiten drehbaren Zahnrad (10), welche miteinander kämmen, wobei sie von einem Gehäuse mit einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss derart umgeben sind, dass eine Drehbewegung der Zahnräder mit einem Fluidstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss einhergeht, wobei die Form der Zahnflanken (14) des ersten und des zweiten Zahnrades (10) so ausgebildet sind, dass sich deren Kontaktpunkt bei deren Drehung entlang einer Eingriffslinie bewegt, die von der Geraden abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenlinie (15) des ersten und/oder des zweiten Zahnrades (10) von der Geraden abweicht.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Flankenlinie (15) im mittleren Bereich (16) gerade oder ballig verläuft, wobei sie an den beiden gegenüberliegenden Randbereichen (17) von der Geraden zur Mitte (13) des Zahnes (12) hin abweicht.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenlinie (15) in den genannten Randbereichen (17) von einer Geraden gebildet wird, die mit einer Neigung (18) geneigt zu der Flankenlinie (15) im mittleren Bereich (16) verläuft.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung (18) zwischen 0,001 und 0,05 beträgt.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (17) des Randbereichs zwischen 2% und 20% der Breite (11) des Zahnrades (10) beträgt.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Zahnrad (10) schräg verzahnt sind.