DE19548613A1 - Zahnradmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Zahnradmaschinen zeichnen sich dadurch aus, daß sie gemessen an ihrem Bauvolumen eine hohe Verdrängung bei relativ geringer systembedingter Volumenstrompulsation bereitstellen.

Man erreicht die hierfür notwendigen hohen und schlanken Zahnformen durch eine zumindest teilweise Abkehr von der üblichen Evolventenform der Zahnflanken.

Das für eine hohe Verdrängung erforderliche große zu übertragende Drehmoment bewirkt hohe Hertzsche Pressungen an den im Eingriff befindlichen Zahnflanken und ruft hohe Biegebeanspruchungen am jeweiligen Zahnfuß hervor, die zu elastischen Einfederungen der jeweils kämmenden Zähne führt.

Zudem findet bei den bekannten Verzahnungsauslegungen ein periodischer Wechsel zwischen Einfach- und Doppeleingriff statt, was zu einer synchron erfolgenden, sprunghaften Änderung der Übertragungssteifigkeit zwischen den kämmenden Zähnen führt. Die zyklisch wechselnde Elastizität im Übertragungsweg führt zu Drehschwingungen an den getriebenen Zahnrädern, die deren Gleichlauf stört und Druckpulsationen im Fördermedium auslöst. Beides wirkt dem Bestreben zur Senkung des Betriebsgeräuschs einer Zahnradmaschine entgegen.

Aus der Schrift DE 37 37 403 C2 ist eine Zahnradmaschine mit einer in Bezug auf deren Pulsations- und Geräuschentwicklung optimierten Verzahnung bekannt. Die Zahnflanken der Zahnräder sind dabei so ausgebildet, daß sie eine Eingriffslinie erzeugen, die den Verlauf von zwei im Wälzpunkt aneinandergesetzten und entgegengesetzt gekrümmten Spiralen aufweist. Die beiden Spiralen können archimedische oder logarithmische Spiralen, aber auch Kreisbögen sein. Wesentlich ist, daß die Eingriffslinie der Zahnradpaarung im Wälzpunkt einen relativ kleinen Eingriffswinkel von ca. 6° ermöglicht, der mit zunehmender Entfernung des Eingriffspunkts vom Wälzpunkt zunimmt. Die mit dieser Auslegung erreichte Verlängerung der Eingriffsstrecke erlaubt eine Erhöhung des Überdeckungsgrads, wodurch die Belastung des kämmenden Zahnradpaars über weite Bereiche des Eingriffs relativ gleichmäßig bleibt. Dies verbessert das Betriebsgeräusch der Zahnradmaschine. Nach wie vor findet jedoch ein bzgl. der Geräuschentwicklung für manche Einsatzfälle unerwünschter periodischer Wechsel zwischen Einfach- und Doppeleingriff statt.

Es gilt daher eine Verzahnung darzustellen, die hinsichtlich eines hohen Überdeckungsgrades und einer großen Verdrängung optimiert ist, bei der die Belastungen von treibendem und getriebenen Zahnrad möglichst gering und über die Eingriffsstrecke möglichst gleichmäßig sind, ohne daß sich dabei das Bauvolumen der Zahnradmaschine vergrößert.

Vorteile der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie einen Überdeckungsgrad von größer als 2.0 bietet, ohne daß bzgl. Bau- und/oder Verdrängungsvolumen der Zahnradmaschine Einschränkungen vorzunehmen sind.

Zudem sind die Zahnflanken der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine relativ preiswert herstellbar.

Ein wesentlicher Vorteil von in permanentem Doppeleingriff kämmenden Verzahnungen ist, daß die auf zwei Zahnpaare verteilte Belastung zu einer relativen Erhöhung der Steifigkeit zwischen den im Eingriff befindlichen Zahnrädern führt. Dadurch rotieren die getriebenen Zahnräder mit einer gleichmäßigeren Umfangsgeschwindigkeit und erlauben somit eine stetige Drehmomentübertragung. Im Druckmittel entstehen deshalb nur noch geringe Druckpulsationen. Ferner wird die aus dem zu übertragenden Drehmoment resultierende Hertzsche Preßung auf mehrere Zahnflanken verteilt, so daß diese eine höhere Lebensdauer aufweisen. Durch diese einzelnen Verbesserungen wird die Entstehung von geräuscherzeugenden Eingriffstößen, die immer dann auftreten können, wenn ein Zahn in oder aus dem Eingriff tritt, weitgehend vermieden, was das Betriebsgeräusch der Zahnradmaschine deutlich verbessert.

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

So ist es z. B. für eine über die Eingriffslänge gleichmäßige Übertragungssteifigkeit besonders vorteilhaft, wenn über die gesamte Eingriffslänge genau zwei Zahnradpaare im mechanischen Eingriff stehen, weil dadurch kein periodischer Wechsel zwischen Doppel- und Dreifacheingriff, der wiederum Geräusche verursachen würde, stattfindet.

Dieser exakte Doppeleingriff wird auf besonders einfache Weise durch einen gezielten Einzug im Kopfbereich der Zähne der Zahnradpaare ermöglicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine teilweise Seitenansicht zweier im Außeneingriff miteinander kämmender Zahnräder.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 sind mit 10 und 11 die beiden Zahnräder einer Zahnradpaarung bezeichnet, wie sie in einer ansonsten üblich aufgebauten Zahnradmaschine vorhanden sind. Deren Gehäuseaufbau und die Lagerung der Zahnräder 10, 11 ist herkömmlich bekannt und wird daher im Folgenden nicht wiederholt.

Das Zahnrad 10 ist in der Zeichnung als Antriebsrad vorgesehen und dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinn.

Mit 12 ist der Wälzpunkt der beiden Zahnräder 10, 11 bezeichnet. In ihm berühren sich die vereinfacht als aufeinander abwälzende Zylinder gedachten Zahnräder 10, 11, wobei die Wälzkreisdurchmesser dieser Zylinder mit 13, 14 bezeichnet sind. Die in der Zeichnung dargestellte Stellung der Zahnräder 10, 11 weist neben dem Wälzpunkt 12 zwei weitere Eingriffspunkte A und E auf. In A beginnt gerade der Eingriff eines Zahnpaars, in E endet der Eingriff eines anderen Zahnpaars. Aus der Zeichnung ist somit entnehmbar, daß sich in jeder anderen möglichen Stellung der Zahnräder 10, 11 zueinander mindestens zwei Zahnpaare im Eingriff befinden. Im Verlauf einer Zahnradumdrehung folgen die jeweiligen Eingriffspunkte 12, A, E dabei dem Verlauf einer Eingriffslinie 15, die durch die Kontur der Zahnflanken 16, 17 festgelegt wird. Im vorliegenden Fall zeichnet sich dieser Verlauf dadurch aus, daß die Eingriffslinie 15 im Bereich des Wälzpunktes 12 einen im wesentlichen geraden und unter einem kleinen Eingriffswinkel 18 verlaufenden Abschnitt 21 aufweist. An dessen Enden schließen sich tangential Abschnitte von entgegengesetzt gekrümmten Spiralen 19, 20, insbesondere von logarithmischen Spiralen, an. Die nicht gezeichneten Fortsetzungen dieser Spiralen 19, 20 verlaufen durch ihre zugeordneten und als Kreuze dargestellten Mittelpunkte der Zahnradachsen 22 und 23.

Von ausschlaggebender, aber aus der Zeichnung nur indirekt erkennbarer Bedeutung dieser Verzahnung ist, daß durch die besondere Ausbildung der Zahnflanken 16, 17 ohne Einschränkungen bzgl. der Baugröße der Zahnradmaschine, ein Überdeckungsgrad von größer als 2.0 erreicht wird. Da dies bereits mit einer Zähnezahl im Bereich bis maximal 16 möglich ist, ist vorteilhafterweise auch bzgl. dem Verdrängungsvolumen der Zahnradmaschine keine Einschränkung notwendig.

Selbstverständlich sind Änderungen an der beschriebenen Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist es zum Beispiel denkbar, daß die Eingriffslinie 15 einen zum Wälzpunkt 12 unsymmetrischen Verlauf aufweist. Hiermit könnte der unterschiedlichen Beanspruchung von treibendem und getriebenen Zahnrad 10, 11 während ihres Betriebs Rechnung getragen werden.

Ebenso denkbar wäre es, den Verlauf der Eingriffslinie 15 mathematisch, d. h. mittels eines Polynoms zu beschreiben.

Claims (6)

1. Zahnradmaschine mit wenigstens zwei im Außeneingriff kämmenden Zahnrädern (10, 11), deren Zahnflankenprofil eine Eingriffslinie (15) zugeordnet ist, deren Eingriffswinkel (18) im Wälzpunkt (12) klein ist und der im wesentlichen mit wachsendem Abstand des jeweiligen Eingriffspunkts (12, A, E) zum Wälzpunkt (12) größer wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausgestaltung von Zahnflankenprofil, Zahndicke und Zahnhöhe über die gesamte Eingriffsstrecke der Zahnräder (10, 11) stets wenigstens zwei Zahnpaare miteinander im mechanischen Eingriff sind, und daß die Zähnezahl an beiden Zahnrädern (10, 11) bis maximal 16 Zähne beträgt.

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zahnflankenprofil zugeordnete Eingriffslinie (15) Abschnitte von entgegengesetzt gekrümmten Spiralen (19, 20), insbesondere logarithmischen Spiralen aufweist.

3. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl der jeweiligen Zahnräder (10, 11) vorzugsweise 12 bis 14 Zähne beträgt.

4. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffslinie (15) im Bereich des Wälzpunkts (12) des Zahnpaars den Verlauf einer Parabel höherer Ordnung, insbesondere 3.Ordnung aufweist.

5. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte Eingriffsstrecke der Zahnräder (10, 11) genau zwei Zahnpaare miteinander im mechanischen Eingriff sind.

6. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnflankenprofil aus wenigstens drei Profilformabschnitten gebildet ist, die tangential ineinander übergehen.