DE112012004434T5

DE112012004434T5 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE112012004434T5
Application number: DE112012004434.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Sumitomo Electric Sintered A Uozumi Masato
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-08-21
Also published as: WO2013061820A1; MY166495A; US20140271298A1; KR20140037262A; CN103890398A; JP5674044B2; KR101565263B1; CN103890398B; JP2013092050A; US9541085B2

Abstract

Eine Innenzahnradpumpe umfasst einen Pumpenrotor (4), wobei ein Eingriffspunkt zwischen einem inneren Rotor (2) mit n Zähnen und einem äußeren Rotor (3) mit (n + 1) Zähne, in einer Rotationsrichtung des Rotors, bezogen auf eine exzentrische Achse (CL), entlang der ein Mittelpunkt (OI) des inneren Rotors und ein Mittelpunkt (OO) des äußeren Rotors angeordnet sind, rückwärtig angeordnet ist. Eine Zahnoberflächenkurve an einem Eingriffsabschnitt des äußeren Rotors (3) wird ausgebildet, indem eine Zahnoberflächenform des inneren Rotors (2) an einem Eingriffsabschnitt desselben auf diese dupliziert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit einem Pumpenrotor, der durch Verbinden eines inneren Rotors mit n Zähnen und eines äußeren Rotors mit (n +1) Zähnen gebildet ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Innenzahnradpumpe, bei der ein Eingriffspunkt des inneren Rotors und des äußeren Rotors konstant hinter einer exzentrischen Achse in Drehrichtung angeordnet ist.
Stand der Technik
Eine Innenzahnradpumpe, die durch Anordnen eines Pumpenrotors, der aus einer Verbindung eines inneren Rotors und eines äußeren Rotors, die exzentrisch angeordnet sind, gebildet ist, in einer Rotorkammer eines Gehäuses ausgebildet ist, wird beispielsweise als eine Ölpumpe zum Schmieren eines Fahrzeugmotors oder für ein Automatikgetriebe (AT) verwendet.
Die Innenzahnradpumpe weist einen Ansaugkanal und einen Austrittskanal in einer Endfläche der Rotorkammer des Gehäuses auf. Ein Abschnitt zwischen einem Ende des Ansaugkanals und einem Anfang des Austrittskanals dient als ein Begrenzungsabschnitt, der eine Kammer (d. h. eine Pumpenkammer) zwischen den Zähnen des inneren Rotors und des äußeren Rotors von dem Ansaugkanal und dem Austrittskanal trennt. Während sich die oben genannte Kammer in Richtung des Ansaugkanals bewegt und an Fläche (Volumen) zunimmt, wird Flüssigkeit in die Kammer angesaugt. Zudem wird, während sich die Kammer in Richtung des Austrittskanals bewegt und an Fläche abnimmt, die Flüssigkeit in der Kammer an den Austrittskanal abgegeben.
In Bezug auf diese Innenzahnradpumpe wird das Zahnprofil des inneren Rotors auf Grundlage des folgenden in der Patentliteratur 1 offenbarten Verfahrens gebildet. Im Hinblick auf das auf Grundlage dieses Verfahrens gebildete Zahnprofil (das später im Detail beschrieben wird), kann die Zahnhöhe unbehindert vergrößert werden. Daher kann durch Erhöhen des Kammervolumens, die Abgaberate der Pumpe erhöht werden.
Durch das Verbinden des inneren Rotors, dessen Zahnprofil auf der Grundlage des in der Patentliteratur 1 offenbarten Verfahrens gebildet wird, mit einem äußeren Rotor, dessen Zahnprofil auf der Grundlage des in der Patentliteratur 2 offenbarten folgenden Verfahrens gebildet wird, kann ein Pumpenrotor mit relativ gleichförmiger Drehung realisiert werden. Deshalb wird das Zahnprofil des zu verbindenden äußeren Rotors auf der Grundlage des in der Patentliteratur 2 offenbarten Verfahrens gebildet.
Das in der Patentliteratur 2 offenbarte Verfahren umfasst das Drehen des Mittelpunkts des inneren Rotors entlang eines Kreises mit einem Durchmesser (2e + t) (wobei e ein Maß der Exzentrizität zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor bezeichnet und t ein Kopfspiel zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor bezeichnet), und das Drehen des inneren Rotors (1/n) mal pro Umdrehung. Eine erhaltene Hüllkurve einer Gruppe von Zahnoberflächenkurven des inneren Rotors dient als das Zahnprofil des äußeren Rotors.
Zitationsliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanisches Patent Nr. 4600844
PTL 2: japanische geprüfte Gebrauchsmusteranmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 6-39109

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem Pumpenrotor, der durch das Verbinden des inneren Rotors, dessen Zahnprofil auf der Grundlage des in der Patentliteratur 1 offenbarten Verfahrens gebildet wird, und des äußeren Rotors, dessen Zahnprofil auf der Grundlage des in der Patentliteratur 2 offenbarten Verfahrens gebildet wird, gibt es einen Fall, bei dem der Eingriffspunkt zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor, in der Drehrichtung des Rotors, konstant hinter einer exzentrischen Achse angeordnet ist, entlang der der Mittelpunkt des inneren Rotors und der Mittelpunkt des äußeren Rotors angeordnet sind.
In dem Pumpenrotor in dem der Eingriffspunkt nach hinten gerichtet in der Drehrichtung des Rotors angeordnet ist, nehmen die Schwankungsbreiten des kämmenden Teilkreisdurchmessers und des kämmenden Eingriffswinkels des inneren Rotors und des äußeren Rotors während des Drehens der Rotoren tendenziell zu. Solche großen Schwankungen können zu einer instabilen Drehmomentübertragung zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor, zu einer Erhöhung der Last auf eine Antriebsquelle oder zu einer Beeinträchtigung der Abriebzustände der Zahnoberflächen der Rotoren führen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Leistung der Pumpe durch Unterdrücken der durch Drehung der Rotoren verursachten Schwankungen des kämmenden Teilkreisdurchmessers und des kämmenden Eingriffswinkels zu verbessern.
Lösung des Problems
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Innenzahnradpumpe bereit, die einen Pumpenrotor aufweist, wobei ein Eingriffspunkt zwischen einem inneren Rotor mit n Zähnen und einem äußeren Rotor mit (n + 1) Zähnen, in Rotationsrichtung des Rotors, bezogen auf eine exzentrische Achse, entlang der ein Mittelpunkt des inneren Rotors und ein Mittelpunkt des äußeren Rotors angeordnet sind, rückwärtig angeordnet ist. Eine Zahnoberflächenkurve in der Nähe eines Eingriffsabschnitts des äußeren Rotors wird gebildet, indem eine Zahnoberflächenform in der Nähe eines Eingriffsabschnitts des inneren Rotors auf diese kopiert (dupliziert) wird.
Ein spezielles Beispiel dieser Pumpe verwendet beispielsweise den folgenden inneren Rotor und äußeren Rotor. Das Zahnprofil des inneren Rotors ist auf der Grundlage des folgenden ersten Verfahrens gebildet. Das Zahnprofil des äußeren Rotors ist auf der Grundlage des folgenden zweiten Verfahrens gebildet. Die Zahnoberflächenform in der Nähe des Eingriffsabschnitts des inneren Rotors (d. h. eine Position, die einem Duplizierbereich entspricht) wird auf der Zahnoberflächenkurve des äußeren Rotors zumindest an einer Außendurchmesserseite eines Punkts, an dem sich die positiven und negativen Richtungen eines in der Nähe eines Teilkreises des äußeren Rotors angeordneten Biegeabschnitts ändern, dupliziert.
In diesem Fall umfasst das Duplizieren des Zahnprofils des inneren Rotors zum Beispiel in der Figur, das Fixieren des äußeren Rotors in Position, das Drehen des inneren Rotors in diesem Zustand um einen kleinen Winkel aus der Eingriffsposition (oder das Drehen des äußeren Rotors in die umgekehrte Richtung unter Fixierung des inneren Rotors in Position), und das Entfernen einer Fläche, an der die Zähne des inneren Rotors in die äußere Rotorseite eintreten (d. h., einer Fläche, die die ursprüngliche Zahnfläche des äußeren Rotors überlappt). Somit wird ein Teil der Zahnfläche des äußeren Rotors durch die Zahnoberflächenform des inneren Rotors ersetzt. Das ist die Bedeutung des Begriffs ”Duplizierung”.
Bei der Durchführung dieser Duplizierung, kann der relative Drehwinkel des inneren Rotors und des äußeren Rotors beispielsweise etwa 0,5° bis 1° betragen. Dieser Drehwinkel kann wie folgt eingestellt werden. Insbesondere kann bei einem inneren Drehwinkel (d. h., ein Drehwinkel des inneren Rotors), an dem die Rotoren an der nächstgelegenen Position zur exzentrischen Achse ineinandergreifen, der Drehwinkel auf einen Winkel eingestellt werden, bei dem die Zahnoberflächenform des inneren Rotors auf die Zahnoberflächenkurve des äußeren Rotors zumindest an einer Außendurchmesserseite eines Punkts, an dem sich die positiven und negativen Richtungen eines in der Nähe eines Teilkreises des äußeren Rotors angeordneten Biegeabschnitts ändern, dupliziert wird.
Das Ineinandergreifen der Zähne des inneren Rotors und des äußeren Rotors erfolgt nur an einer Seite eines jeden Zahns. In Bezug auf jeden der beiden Rotoren ist es jedoch oft schwierig, eine Oberfläche von der anderen Oberfläche zu unterscheiden. Daher wird zur Vermeidung von Montagefehlern die Zahnoberfläche symmetrisch korrigiert, so dass es keine Richtwirkung beim Montageverfahren gibt.
Bei der Innenzahnradpumpe der vorliegenden Erfindung ist es, zusätzlich zum Korrigieren der Zahnoberflächenkurve in der Nähe des Eingriffsabschnitts des äußeren Rotors, wie oben beschrieben, bevorzugt, dass der innere Rotor, der zur Bildung der Zahnform des äußeren Rotors verwendet wird, als Vorrotor bestimmt wird, und ein Rotor, der durch Verschmälern der Fußhöhenseite der Zähne des Vorrotors erhalten wird, als Hauptinnenrotor bestimmt wird. Der Hauptinnenrotor ist vorzugsweise mit dem äußeren Rotor, dessen Zahnoberflächenkurve korrigiert wurde, verbunden.
Bei der Korrektur der Zahnoberflächenkurve des äußeren Rotors, wird die Zahnoberfläche auf der Fußhöhenseite des inneren Rotors, der um einen kleinen Winkel aus der Eingriffsposition gedreht wird, manchmal auf die Zahnoberfläche an der Kopfhöhenseite des äußeren Rotors dupliziert. In diesem Fall verschiebt sich abhängig von der Rotorqualität möglicherweise der Eingriffspunkt in Richtung der Fußhöhenseite des inneren Rotors. Durch Verschmälern der Fußhöhenseite des Hauptinnenrotors wird ein Ineinandergreifen an der Fußhöhenseite des inneren Rotors verhindert, wodurch eine Verschiebung des Eingriffspunkts verhindert wird. Dementsprechend können Schwankungen im kämmenden Teilkreisdurchmesser und im kämmenden Eingriffswinkel unterdrückt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei der Innenzahnradpumpe der vorliegenden Erfindung wird, da die Zahnoberflächenkurve am Eingriffsabschnitt des äußeren Rotors eine Form aufweist, die durch Duplizieren der Zahnoberflächenform am Eingriffsabschnitt des inneren Rotors auf diese erhalten wird, eine drastische Verschiebung des Eingriffspunkts verhindert, selbst wenn sich die Rotoren drehen.
Daher können Schwankungen im kämmenden Teilkreisdurchmesser und im kämmenden Eingriffswinkel minimiert werden, so dass die Drehmomentübertragung zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor stabilisiert werden kann, wodurch die Last auf eine Antriebsquelle reduziert sowie ein unregelmäßiger Abrieb der Zahnoberflächen der Rotoren unterdrückt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Stirnflächendiagramm, das ein Beispiel für eine Innenzahnradpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Abdeckung von einem Gehäuse entfernt ist.
2(a) zeigt ein Verfahren zum Bilden eines Zahnprofils eines inneren Rotors der 1 unter Verwendung eines Rollkreises mit einem festgelegten Durchmesser.
2(b) ist ein Bilddiagramm, das zeigt, wie sich der Mittelpunkt des Rollkreises mit dem festgelegten Durchmesser bewegt.
3 zeigt ein Verfahren zum Bilden einer Zahnoberflächenkurve eines äußeren Rotors.
4 zeigt ein Verfahren zum Korrigieren der Zahnoberflächenkurve des äußeren Rotors.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines eingekreisten Abschnitts der 4.
6 zeigt eine Differenz in einer Kopfhöhenseite zwischen einem Vorinnenrotor und einem Hauptinnenrotor.
7(a) zeigt, wie ein kämmender Teilkreisdurchmesser und ein kämmender Eingriffswinkel in einem Pumpenrotor gemäß der Erfindung 1 schwanken.
7(b) zeigt, wie der kämmende Teilkreisdurchmesser und der kämmende Eingriffswinkel in dem Pumpenrotor gemäß der Erfindung 1 schwanken.
7(c) zeigt, wie der kämmende Teilkreisdurchmesser und der kämmende Eingriffswinkel in dem Pumpenrotor gemäß der Erfindung 1 schwanken.
7(d) zeigt, wie der kämmende Teilkreisdurchmesser und der kämmende Eingriffswinkel in dem Pumpenrotor gemäß der Erfindung 1 schwanken.
7(e) zeigt, wie der kämmende Teilkreisdurchmesser und der kämmende Eingriffswinkel in dem Pumpenrotor gemäß der Erfindung 1 schwanken.
8 ist eine graphische Darstellung von Daten, die Schwankungen im kämmenden Eingriffswinkel vergleicht.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Innenzahnradpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen der 1 bis 6 beschrieben.
In einer in der 1 gezeigten Innenzahnradpumpe ist ein Pumpenrotor 4 durch die Verbindung eines inneren Rotors 2 mit n Zähnen und eines äußeren Rotors 3 mit (n + 1) Zähne und durch exzentrisches Anordnen der Rotoren relativ zueinander ausgebildet. Der Pumpenrotor 4 ist in einer Rotorkammer 6 in einem Gehäuse 5 angeordnet, um dabei die Innenzahnradpumpe 1 zu bilden. Das Bezugszeichen O_I bezeichnet den Mittelpunkt des inneren Rotors, das Bezugszeichen O_O bezeichnet den Mittelpunkt des äußeren Rotors, und das Bezugszeichen e bezeichnet einen Grad der Exzentrizität zwischen dem inneren Rotor 2 und dem äußerem Rotor 3. Ein Ansaugkanal 7 und ein Austrittskanal 8 sind an einer Stirnfläche der Rotorkammer 6 vorgesehen.
Ein Zahnprofil des inneren Rotors 2 wird auf der Grundlage des folgenden ersten Verfahrens unter Verwendung eines Fußkreises A, der konzentrisch mit dem inneren Rotor angeordnet ist, eines Kopfhöhenrollkreises B und eines Fußhöhenrollkreises C gebildet. Die Rollkreise B und C weisen jeweils an deren Umfang einen Punkt j auf, der durch einen Schnittpunkt (Referenzpunkt J) zwischen dem Fußkreis A und einer Y-Achse verläuft.
Das erste Verfahren zur Bildung des Zahnprofils des inneren Rotors 2 ist wie folgt. Wie in den 2(a) und 2(b) gezeigt, werden der Kopfhöhenrollkreis B und der Fußhöhenrollkreis C zuerst auf der Grundlage der folgenden Bedingungen (1) bis (3) bewegt. Während dieser Zeit wird von dem Punkt j eine Ortskurve auf jedem der Rollkreise B und C gezogen, die mit dem Referenzpunkt J auf dem Fußkreis A, der konzentrisch um den Mittelpunkt O_I des inneren Rotors angeordnet ist, ausgerichtet ist. Anschließend wird die Ortskurve im Hinblick auf eine Linie L₂, L₃, die sich vom Mittelpunkt O_I des Fußkreises zu einem Kopfhöhenpunkt T_T oder einem Fußhöhenpunkt T_B erstreckt, symmetrisch umgewendet, wobei eine Kopfhöhenzahnoberflächenkurve und/oder eine Fußhöhenzahnoberflächenkurve des inneren Rotors gebildet wird.
Bewegungsbedingungen (1) bis (3) der Rollkreise B und C
(1) Jeder Rollkreis B, C ist so angeordnet, dass der Punkt j auf dem Rollkreis mit dem Referenzpunkt J auf dem Fußkreis A ausgerichtet wird. Ein Mittelpunkt pa, pb des Rollkreises wird zu diesem Zeitpunkt als Bewegungsanfangspunkt Spa, Spb bestimmt. Während des Drehens des Rollkreises B, C aus dem Bewegungsanfangspunkt Spa, Spb mit gleichbleibender Geschwindigkeit, wird der Mittelpunkt pa, pb des Rollkreises entlang einer Rollkreismittelpunkt-Bewegungskurve AC₁, AC₂ bewegt, bis der Mittelpunkt des Rollkreises einen Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb erreicht. Der Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb entspricht einer Position, an der der Punkt j auf dem Rollkreis B, C den Kopfhöhenpunkt T_T oder den Fußhöhenpunkt T_B erreicht. Eine Ortskurve, die auf Grundlage dieser Bedingung (1) von dem Punkt j auf dem Rollkreis B, C gezeichnet wird, dient als das Zahnprofil des inneren Rotors.
(2) In Bezug auf den Abstand in Radialrichtung von dem Mittelpunkt O_I des inneren Rotors bis zum Mittelpunkt pa, pb des Rollkreises, nimmt der Abstand für eine Kopfhöhenzahnoberflächenkurve 2a zu, und nimmt für eine Fußhöhenzahnoberflächenkurve 2b von dem Bewegungsanfangspunkt Spa, Spb zu dem Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb ab.
Dementsprechend bilden in 2(a) die Bewegungskurven AC₁ und AC₂ jeweils eine Kurve, die an der Kopfhöhenseite nach rechts schräg ansteigt und eine Kurve, die an der Fußhöhenseite nach links schräg abfällt. Somit werden eine Kopfhöhe und eine Fußhöhe mit gleichförmigen Kurven, die von dem zuvor genannten Punkts j gezogen wurden, gebildet.
(3) In der Radialrichtung des Fußkreises A, ist der Abstand zwischen dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises und dem Kopfhöhenpunkt (T_T) größer als eine Summe eines Abstands (R_O) zwischen dem Bewegungsanfangspunkt (Spa) des Rollkreises (B) und dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises und des Radius des Rollkreises (B) am Bewegungsanfangspunkt, oder ist der Abstand zwischen dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises und dem Fußhöhenpunkt (T_B) kleiner als eine Differenz, die durch Subtrahieren des Radius des Rollkreises (C) am Bewegungsanfangspunkt von einem Abstand (r_O) zwischen dem Bewegungsanfangspunkt (Spb) des Rollkreises (C) und dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises erhalten wird.
Auf Grundlage dieser Bedingungen, weist ein durch die Ortskurve des Punktes j gezeichneter Zahn eine größere Höhe als ein Zahnprofil einer zykloiden Kurve auf, die von einem entlang des Fußkreises rollenden Rollkreis gezogen wurde.
Jeder Rollkreis B, C ist aus einem Kreis, der sich unter Beibehaltung seines Durchmessers Bd, Cd vom Bewegungsanfangspunkt zum Bewegungsendpunkt bewegt, oder einem Kreis, der sich unter Verringerung seines Durchmessers Bd, Cd vom Bewegungsanfangspunkt zum Bewegungsendpunkt bewegt, ausgewählt. Im Hinblick auf den letzteren Rollkreis, dessen Durchmesser sich bei der Bewegung desselben ändert, beträgt der Durchmesser am Bewegungsendpunkt vorzugsweise das 0,2-fache bis 1-fache des Durchmessers am Bewegungsanfangspunkt.
Obwohl der Bewegungsanfangspunkt Spa, Spb des Mittelpunkts pa, pb eines jeden Rollkreises auf einer Linie L₁ in 2(a) angeordnet ist, kann der Bewegungsanfangspunkt Spa, Spb manchmal vor der Linie L₁ in Bewegungsrichtung des Rollkreises angeordnet sein.
Darüber hinaus ist der Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb des Mittelpunkts pa, pb eines jeden Rollkreises manchmal an einer von der Linie L₂, L₃ versetzten Position angeordnet.
In Bezug auf jede Bewegungskurve AC₁ und AC₂, wird beispielsweise entweder eine Kurve, bei der eine Änderungsrate ΔR' des Abstands vom Mittelpunkt O_I des inneren Rotors zum Mittelpunkt pa, pb des Rollkreises an dem Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb null ist, oder die folgende eine Sinusfunktion verwendende Kurve verwendet.
Beispielsweise erfüllt bei der Kurve, in Radialrichtung des Fußkreises, ein Bewegungsabstand ΔR des Mittelpunkts pa, pb des Rollkreises, der sich vom Bewegungsanfangspunkt Spa, Spb zum Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb bewegt, folgende Relation. ΔR = R × sin{(π/2) × (m/S)} wobei

R:: ein Bewegungsabstand des Rollkreises in Radialrichtung (d. h., (ein Abstand vom Mittelpunkt O_I des inneren Rotors zum Mittelpunkt pa des am Bewegungsendpunkt angeordneten Rollkreises) – (ein Abstand vom Mittelpunkt O_I des inneren Rotors zum Mittelpunkt pa des am Bewegungsanfangspunkt angeordneten Rollkreises)),
S:: die Anzahl der Abschnitte (d. h., die Anzahl der Segmente, in die ein Bewegungswinkel θ_T oder θ_B zwischen dem Bewegungsanfangspunkt und dem Bewegungsendpunkt des Rollkreises gleichmäßig unterteilt ist), und
m:: 0 → S, ist.

Die Bewegungswinkel θ_T und θ_B der Rollkreise B und C werden im Hinblick auf beispielsweise die Anzahl der Zähne und das Flächenverhältnis, auf das die Kopfhöhe und die Fußhöhe eingestellt werden sollen, bestimmt.
Als nächstes wird das Zahnprofil des äußeren Rotors 3 auf der Grundlage des zweiten Verfahrens unter Verwendung des inneren Rotors 2 gebildet, der auf Grundlage des oben erwähnten ersten Verfahrens gebildet wurde. Wie in 3 gezeigt, umfasst das zweite Verfahren das Drehen des Mittelpunkts O_I des inneren Rotors 2 um einen Umlauf entlang eines Kreises mit einem Durchmesser (2e + t), der um den Mittelpunkt O_O des äußeren Rotors 3 zentriert angeordnet ist (e bezeichnet einen Grad der Exzentrizität zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor und t bezeichnet ein Kopfspiel zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor) und das Drehen des inneren Rotors 2 (1/n) mal pro Umdrehung. Eine Hüllkurve einer Gruppe von Zahnoberflächenkurven des inneren Rotors dient zu diesem Zeitpunkt als ursprüngliches Zahnprofil des äußeren Rotors 3.
Dann wird das ursprüngliche Zahnprofil der folgende Korrektur unterworfen. Insbesondere wird die Zahnoberflächenform einer entsprechenden Position des inneren Rotors auf die Zahnoberflächenkurve des ursprünglichen Zahnprofils zumindest an der Außendurchmesserseite eines Punktes, an dem sich die positiven und negativen Richtungen eines Biegeabschnitts in der Nähe eines Teilkreises ändern, kopiert (dupliziert).
Wenn, wie in 1 gezeigt, der äußere Rotor 3 in Position befestigt ist und der innere Rotor 2 in einer Aufwärtsrichtung einer exzentrischen Achse CL (d. h., nach oben in der Zeichnung) in Kontakt mit dem äußeren Rotor bewegt wird, entspricht das Kopfspiel t zwischen dem inneren Rotor und dem äußeren Rotor Lücken, die zwischen den Zähnen des inneren Rotors und des äußeren Rotors entlang der exzentrischen Achse CL an gegenüberliegenden Seiten des Kontaktpunktes ausgebildet sind (d. h., an gegenüberliegenden Seiten quer durch den Rotormittelpunkt).
4 und 5 zeigen ein spezielles Beispiel des oben erwähnten Korrekturverfahrens. Der innere Rotor 2 und der äußere Rotor 3 sind durch e auf der exzentrischen Achse exzentrisch zueinander angeordnet, und die Zähne der beiden Rotoren greifen ineinander. In diesem Zustand wird beispielsweise der äußere Rotor 3 fixiert, wohingegen der innere Rotor um einen kleinen Winkel gedreht wird. Der Drehwinkel kann in diesem Fall beispielsweise etwa 0,5° bis 1° betragen. Aufgrund dieser Drehung wird, wie in 5 gezeigt, die Kopfhöhe des inneren Rotors 2 innerhalb der Zahnoberfläche des äußeren Rotors verschoben.
In den 4 und 5 bezeichnet das Bezugszeichen 3 _Of das ursprüngliche Zahnprofil des äußeren Rotors, das Bezugszeichen 2 _Bf bezeichnet die Zahnoberfläche des inneren Rotors vor der Drehung, das Bezugszeichen 2 _Af bezeichnet die Zahnoberfläche des inneren Rotors nach der Drehung und das Bezugszeichen 9 bezeichnet den Teilkreis des äußeren Rotors.
Die Drehung des inneren Rotors 2 bewirkt, dass ein Teil der Zahnoberfläche des inneren Rotors in das ursprüngliche Zahnprofil 3of des äußeren Rotors eintritt. Dieser Eintritt erfolgt zumindest an der Außenumfangsseite des Rotors relativ zu einem Punkt q, an dem sich die positiven und negativen Richtungen des Biegeabschnitts der Zahnoberflächenkurve in der Nähe des Teilkreises 9 ändern. Die Zahnoberflächenform des inneren Rotors wird auf die Zahnoberfläche des äußeren Rotors kopiert, indem die Position, an der die Zahnoberfläche des inneren Rotors mit dem ursprünglichen Zahnprofil des äußeren Rotors ausgerichtet ist, beseitigt wird.
Folglich wird verhindert, dass sich der Eingriffspunkt zwischen dem inneren Rotor 2 und dem äußeren Rotor stark in Richtung der Kopfhöhenseite beim inneren Rotor oder in Richtung der Fußhöhenseite beim äußeren Rotor bewegt, wodurch Schwankungen im kämmenden Teilkreisdurchmesser und im kämmenden Eingriffswinkel unterdrückt werden.
An einer Position, an der der innere Rotor 2 um einen erwünschten Betrag gedreht wird, kann die Zahnoberfläche 2 _Af des inneren Rotors, abhängig vom Zahnprofil, wie in 5 gezeigt, nach der Drehung manchmal ein wenig in die Kopfhöhenzahnoberfläche des ursprünglichen Zahnprofils 3 _Of des äußeren Rotors an der Innendurchmesserseite des Teilkreises 9 eintreten. In diesem Fall kann die Zahnoberfläche des äußeren Rotors an einer Position, an der die Zahnoberfläche des ursprünglichen Zahnprofils 3 _Of des äußeren Rotors mit dem inneren Rotor ausgerichtet ist, korrigiert und beseitigt werden.
In Bezug auf den inneren Rotor, wird vorzugsweise ein innerer Rotor, der zum Erzeugen des Zahnprofils des äußeren Rotors (d. h., der innere Rotor, dessen Zahnprofil auf der Grundlage des oben erwähnten ersten Verfahrens gebildet wurde) verwendet wird, als ein Vorinnenrotor verwendet, und ein Hauptinnenrotor, der durch Verschmälern der Fußhöhenseite der Zähne des Vorinnenrotors erhalten wird, wie durch eine Strichpunktlinie in 6 gekennzeichnet (eine durchgezogene Linie in dieser Zeichnung bezeichnet das Zahnprofil des Vorinnenrotors), wird vorzugsweise mit dem äußeren Rotor 3 verbunden.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Verschmälern der Fußhöhenseite der Zähne des Vorinnenrotors umfasst das Ändern des Bewegungsbereichs des Rollkreises C in Radialrichtung, der zur Bildung der Fußhöhenseite in dem zuvor beschriebenen ersten Verfahren verwendet wird, relativ zum Fußkreis A. Insbesondere wird ein Winkel θ_m, bei dem sich der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Fußkreises A und dem Mittelpunkt des Rollkreises C ändert, in dem Hauptinnenrotor kleiner als in dem Vorinnenrotor ausgebildet.
Ein alternatives Verfahren zum Verschmälern der Fußhöhenseite des Hauptinnenrotors umfasst das Ziehen des Zahnprofils des Vorinnenrotors auf der Grundlage des oben erwähnten ersten Verfahrens unter Verwendung des Rollkreises C, dessen Durchmesser während der Bewegung desselben abnimmt, und das Bilden des Zahnprofils des Hauptinnenrotors durch Ziehen der Fußhöhenzahnoberflächenkurve, so dass die Durchmesserverringerungsrate des Rollkreises C beim Bilden des Zahnprofils des Hauptinnenrotors auf der Grundlage des oben erwähnten ersten Verfahrens kleiner als jene beim Bilden des Zahnprofils des Vorinnenrotors ist.
Durch Verschmälern der Fußhöhenseite des Hauptinnenrotors relativ zu jener des Vorinnenrotors kann verhindert werden, dass der Eingriffspunkt zwischen der Zahnoberfläche des äußeren Rotors und des Hauptinnenrotors in Richtung der Kopfhöhenseite der Hauptinnenrotors verschoben wird, wodurch Schwankungen im kämmenden Teilkreisdurchmesser und im kämmenden Eingriffswinkel, verglichen mit einem Fall, bei dem einzig die Zahnoberfläche des äußeren Rotors korrigiert wird, weiter verringert werden.
BEISPIELE
Ein innerer Rotor wird auf der Grundlage des oben erwähnten ersten Verfahrens unter den folgenden Bedingungen hergestellt.
Durchmesser des Fußkreises A: 32,9 mm
Halbzahn-Winkel von der Fußhöhe bis zur Kopfhöhe (d. h., der Bewegungswinkel (θ_T, θ_B) vom Bewegungsanfangspunkt zum Bewegungsendpunkt des Rollkreises): 22,5°
Durchmesser Bd des Rollkreises B: 2,056 mm
Durchmesser Cd des Rollkreises C: 2,056 mm
Bewegungsabstand des Rollkreises B in Radialrichtung: 0,029 mm
Bewegungsabstand des Rollkreises C in Radialrichtung: 1,727 mm
Anzahl S der Bewegungsabschnitte eines jeden Rollkreises B, C: 60
Großer Durchmesser: 37,04 mm
Kleiner Durchmesser: 25,4 mm
Anzahl der Zähne: 8
Ein äußerer Rotor wird auf der Grundlage des oben genannten zweiten Verfahrens unter Verwendung des inneren Rotors hergestellt.
Exzentrizitätsgrad e: 2,76 mm
Kopfspiel t: 0,08 mm
Großer Durchmesser: 42,64 mm
Kleiner Durchmesser: 31,6 mm
Anzahl der Zähne: 9
Anschließend werden der innere Rotor und der äußere Rotor verbunden, und die Fußhöhenzahnoberflächenkurve des äußeren Rotors wird in der folgenden Weise korrigiert. Insbesondere wird bei einem inneren Drehwinkel, bei dem der innere Rotor und der äußere Rotor an der nächstliegenden Position zur exzentrischen Achse ineinandergreifen, der innere Rotor, in einem Zustand, bei dem der äußere Rotor in Position befestigt ist, in Drehrichtung um 0,635° aus der Eingriffsposition nach vorne gedreht, so dass die Zahnoberfläche des inneren Rotors nach der Drehung dupliziert wird. Dann werden der korrigierte äußere Rotor und der innere Rotor verbunden, wodurch ein Prototyp eines Pumpenrotors gebildet wird (Erfindung 1).
Ferner wird der innere Rotor, der zur Bildung des Zahnprofils des äußeren Rotors verwendet wird, als ein Vorinnenrotor bestimmt, und ein Hauptinnenrotor, der durch Verschmälern der Fußhöhenseite des Vorinnenrotor erhalten wird, wie durch eine Strichpunktlinie in 6 gekennzeichnet, wird mit dem korrigierten äußeren Rotor verbunden, wobei der Prototyp eines Pumpenrotors gebildet wird (Erfindung 2).
Anschließend werden Schwankungen im kämmenden Teilkreisdurchmesser und im kämmenden Eingriffswinkel für die Pumpenrotoren gemäß der Erfindungen 1 und 2 und für einen Pumpenrotor gemäß einem Vergleichsbeispiel, bei dem das Zahnprofil des äußeren Rotors nicht korrigiert wird, untersucht (aber mit Vorgaben ähnlich denen der Erfindung 1, mit Ausnahme des Zahnprofils des äußeren Rotors).
In Bezug auf den Pumpenrotor gemäß der Erfindung 1 ist ein Zustand, bei dem der innere Rotor an einer Referenzposition angeordnet ist, in 7(a) dargestellt, ist ein Zustand, bei dem der innere Rotor um 10° aus der Referenzposition gedreht wird in Fig. (b) dargestellt, ist ein Zustand, bei dem der innere Rotor um 20° gedreht wird, in 7(c) dargestellt, ist ein Zustand, bei dem der innere Rotor um 30° gedreht wird, in 7(d) dargestellt, und ist ein Zustand, bei dem der innere Rotor um 40° gedreht wird, in 7(e) dargestellt. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen kämmenden Teilkreis, und das Bezugszeichen γ bezeichnet einen kämmenden Eingriffswinkel. Die Drehrichtung des Rotors verläuft im Uhrzeigersinn, wie durch einen Pfeil in jeder Zeichnung gekennzeichnet. An jedem Drehwinkel des inneren Rotors wird der äußere Rotor im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so dass der innere Rotor und der äußere Rotor ineinander eingreifen.
Tabelle I und Tabelle II zeigen Messdaten eines kämmenden Teilkreisdurchmessers und eines kämmenden Eingriffswinkels, die erhalten werden, wenn die Pumpenrotoren gemäß der Erfindung 1, der Erfindung 2 und dem Vergleichsbeispiel jeweils um 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35° und 40° aus einer theoretischen exzentrischen Position gedreht wird. [Tabelle I] Kämmender Teilkreisdurchmesser (Einheit: mm)

Rotordrehwinkel 0° 5° 10° 15°

Erfindung 1 31,592 31,098 30,877 31,064

Erfindung 2 32,696 32,730 32,759 32,903

Vergleichsbeispiel 32,978 33,145 33,327 33,691

20° 25° 30° 35° 40°

32,906 32,908 32,896 32,462 31,863

32,903 32,900 32,879 32,905 32,720

34,203 34,702 32,916 32,904 32,931

[Tabelle II] Kämmender Eingriffswinkel γ (Einheit: °)

Rotordrehwinkel 0° 5° 10° 15°

Erfindung 1 4,15 6,11 6,94 6,26

Erfindung 2 0,53 0,49 0,42 0,22

Vergleichsbeispiel 8,18 14,80 19,91 27,55

20° 25° 30° 35° 40°

0,89 1,05 0,93 1,63 3,31

0,29 0,51 0,31 0,53 0,51

36,12 43,42 3,36 0,85 5,23
8 ist eine graphische Darstellung der Daten der Tabelle II.
Wie es aus diesem Auswertungsergebnis ersichtlich ist, schwankt der kämmende Teilkreisdurchmesser in dem Vergleichsbeispiel relativ stark schwankt zwischen einschließlich 32,904 mm und 34,702 mm. Zudem schwankt auch der kämmende Eingriffswinkel γ erheblich zwischen einschließlich 0,85° und 43,42°.
Obwohl der kämmende Teilkreisdurchmesser der Erfindung 1 zwischen einschließlich 30,877 mm und 32,908 mm schwankt, schwankt im Gegensatz dazu der Eingriffswinkel γ zwischen einschließlich 0,87° und 6,94°, also weniger als im Vergleichsbeispiel ist.
In der Erfindung 2 bewegt sich der kämmende Teilkreisdurchmesser zwischen einschließlich 32,696 mm und 32,903 mm und der kämmende Eingriffswinkel γ liegt zwischen einschließlich 0,29° und 0,53° mm. Somit sind die Schwankungsbreiten sowohl des kämmenden Teilkreisdurchmessers als auch des kämmenden Eingriffswinkels kleiner als jene des Vergleichsbeispiels.
Bezugszeichenliste

1: Innenzahnradpumpe
2: innere Rotor
2a: Kopfhöhenzahnoberflächenkurve
2b: Fußhöhenzahnoberflächenkurve
2_Bf: Zahnoberfläche des inneren Rotors vor der Drehung
2_Af: Zahnoberfläche des inneren Rotors nach der Drehung
3: äußere Rotor
3_Of: ursprüngliches Zahnprofil de äußeren Rotors
4: Pumpenrotor
5: Gehäuse
6: Rotorkammer
7: Ansaugkanal
8: Austrittskanal
9: Teilkreis des äußeren Rotors
10: kämmende Teilkreis
O_I: Mittelpunkt des inneren Rotors (Mittelpunkt des Fußkreises)
O_O: Mittelpunkt des äußeren Rotors
A: Fußkreis
Ad: Durchmesser des Fußkreises
B: Kopfhöhenrollkreis
C: Fußhöhenrollkreis
Bd, Cd: Durchmesser des Rollkreises
AC₁, AC₂: Bewegungskurve, entlang der sich der Mittelpunkt des Rollkreises bewegt
R: Bewegungsabstand des Rollkreises in Radialrichtung
R_O: Abstand zwischen dem Bewegungsanfangspunkt Spa des Rollkreises B und dem Mittelpunkt O_I des Fußkreises
r_O: Abstand zwischen dem Bewegungsanfangspunkt Spb des Rollkreises C und dem Mittelpunkt O_I des Fußkreises
θ_T, θ_B: Bewegungswinkel des Rollkreises
J: Referenzpunkt auf dem Fußkreis
j: Punkt, durch den die Ortskurve gezogen wird
T_T: Kopfhöhenpunk
T_B: Fußhöhenpunkt
L₁: Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des inneren Rotors und dem Referenzpunkt J
L₂: Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des inneren Rotors und der Kopfhöhe
L₃: Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des inneren Rotors und der Fußhöhe
pa, pb: Mittelpunkt des Rollkreises
Spa, Spb: Bewegungsanfangspunkt des Rollkreises
Lpa, Lpb: Bewegungsendpunkt des Rollkreises
S: Anzahl der Abschnitte
e: Grad der Exzentrizität zwischen dem Mittelpunkt des inneren Rotors und dem Mittelpunkt des äußeren Rotors
t: Kopfspiel
q: Punkt, an dem sich die positiven und negativen Richtungen des Biegeabschnitts der Fußhöhenzahnoberflächenkurve des äußeren Rotors ändern
CL: exzentrische Achse

Claims

Innenzahnradpumpe mit einem Pumpenrotor (4), wobei ein Eingriffspunkt zwischen einem inneren Rotor (2) mit n Zähnen und einem äußeren Rotor (3) mit (n + 1) Zähne, in einer Rotationsrichtung des Rotors, bezogen auf eine exzentrische Achse (CL), entlang der ein Mittelpunkt (O_I) des inneren Rotors und ein Mittelpunkt (O_O) des äußeren Rotors angeordnet sind, rückwärtig angeordnet ist, wobei eine Zahnoberflächenkurve des äußeren Rotors (3) in der Nähe eines Eingriffsabschnitts desselben gebildet ist, indem eine Zahnoberflächenform des inneren Rotors (2) in der Nähe eines Eingriffsabschnitts desselben auf diese duplizierbar ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, wobei ein Zahnprofil des inneren Rotors (2) durch ein erstes Verfahren gebildet ist, und ein Zahnprofil des äußeren Rotors (3) durch ein zweites Verfahren gebildet ist, und wobei die Zahnoberflächenform einer entsprechenden Position des inneren Rotors (2) auf die Zahnoberflächenkurve des äußeren Rotors (3) zumindest an einer Außendurchmesserseite eines Punktes (q) duplizierbar ist, an dem sich positive und negative Richtungen eines Biegeabschnitts in der Nähe eines Teilkreises des äußeren Rotors (3) ändern, wobei das erste Verfahren umfasst: Bewegen eines Kopfhöhenrollkreises (B) und eines Fußhöhenrollkreises (C) auf der Grundlage erster bis dritter Bewegungsbedingungen, Ziehen einer Ortskurve eines Punktes (j) auf jedem Rollkreis (B, C), die während der Bewegung mit einem Referenzpunkt (J) auf einem Fußkreis (A), der konzentrisch um den Mittelpunkt (O_I) des inneren Rotors angeordnet ist, ausgerichtet wird, und symmetrisches Umwenden der Ortskurve im Hinblick auf eine Linie (L₂, L₃), die sich vom Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises zu einem Kopfhöhenpunkt (T_T) oder einem Fußhöhenpunkt (T_B) erstreckt, um eine Zahnoberflächenkurve des inneren Rotors zu erhalten, wobei die Bewegungsbedingungen eines jeden Rollkreises (B, C) umfassen: die erste Bewegungsbedingung, bei der jeder Rollkreis (B, C) so angeordnet ist, dass der Punkt (j) auf dem Rollkreis mit dem Referenzpunkt (J) auf dem Fußkreis A ausgerichtet ist, ein Mittelpunkt (pa, pb) des Rollkreises zu diesem Zeitpunkt als Bewegungsanfangspunkt (Spa, Spb) bestimmt ist, und der Rollkreis (B, C) aus dem Bewegungsanfangspunkt (Spa, Spb) mit gleichbleibender Geschwindigkeit gedreht wird, während der Mittelpunkt des Rollkreises entlang einer Rollkreismittelpunkt-Bewegungskurve (AC₁, AC₂) bewegt wird, bis der Mittelpunkt des Rollkreises einen Bewegungsendpunkt Lpa, Lpb erreicht; die zweite Bewegungsbedingung, bei der ein Abstand in Radialrichtung von dem Mittelpunkt O_I des inneren Rotors zu der Bewegungskurve (AC₁, AC₂) für eine Kopfhöhenzahnoberflächenkurve (2a) zunimmt, und für eine Fußhöhenzahnoberflächenkurve (2b) von dem Bewegungsanfangspunkt (Spa, Spb) zu dem Bewegungsendpunkt (Lpa, Lpb) abnimmt, und die dritte Bewegungsbedingung, bei der in Radialrichtung des Fußkreises (A), ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises und dem Kopfhöhenpunkt (T_T) größer als eine Summe eines Abstands (R_O) zwischen dem Bewegungsanfangspunkt (Spa) des Rollkreises (B) und dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises und des Radius des Rollkreises (B) am Bewegungsanfangspunkt ist, oder ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises und dem Fußhöhenpunkt (T_B) kleiner als eine Differenz ist, die durch Subtrahieren des Radius des Rollkreises (C) am Bewegungsanfangspunkt von einem Abstand (r_O) zwischen dem Bewegungsanfangspunkt (Spb) des Rollkreises (C) und dem Mittelpunkt (O_I) des Fußkreises erhalten wird, und wobei das zweite Verfahren umfasst: Drehen des Mittelpunkts (O_I) des inneren Rotors um einen Umlauf entlang eines Kreises mit einem Durchmesser (2e + t), der um den Mittelpunkt (O_O) des äußeren Rotors zentriert angeordnet ist, und Drehen des inneren Rotors (1/n) mal pro Umdrehung, um eine Hüllkurve einer Gruppe von Zahnoberflächenkurven des inneren Rotors zu diesem Zeitpunkt als Zahnprofil des äußeren Rotors zu verwenden, wobei e einen Exzentrizitätsgrad bezeichnet und t ein Kopfspiel bezeichnet.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der innere Rotor, der zur Bildung eines Zahnprofils des äußeren Rotors (3) verwendet wird, als ein Vorinnenrotor bestimmt ist, und ein Rotor, der durch Verschmälern einer Fußhöhenseite der Zähne des Vorinnenrotors erhalten wird, als ein Hauptinnenrotor bestimmt ist, und wobei der äußere Rotor, dessen Fußhöhe korrigiert wurde, und der Hauptinnenrotor verbunden sind.