DE2729208A1

DE2729208A1 - HYDRAULIC GEAR MACHINE

Info

Publication number: DE2729208A1
Application number: DE19772729208
Authority: DE
Inventors: John Alexander Currie
Original assignee: UK Secretary of State for Industry
Current assignee: UK Secretary of State for Industry
Priority date: 1976-06-29
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1979-05-17
Also published as: GB1579928A

Description

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE Dipl. ing.K. HÖLZERDipl. Ing.K. WOODS

- WELSER -STKASSE- WELSER -STKASSE

8900 AUGSIJUKG8900 AUGSIJUKG

TELEFON S1647B TELKX 533202 patol dTELEPHONE S1647B TELKX 533202 patol d

M. 596M. 596

Augsburg, den 2h. Juni 1977Augsburg, the 2h. June 1977

Secretary of State for Industry in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Nothern Ireland, 1, Victoria Street, London SWl, EnglandSecretary of State for Industry in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, 1, Victoria Street, London SWl, England

Hydraulische ZahnradmaschineHydraulic gear machine

909820/0007909820/0007

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Zahnradmaschine mit mindestens zwei Zahnradpaaren, die beide mit engem Spiel in einem Gehäuse angeordnet sind und jeweils einen Bereich, in welchem ein höherer Druck herrscht, von einem Bereich trennen, in welchem ein niedrigerer Druck herrscht.The invention relates to a hydraulic gear machine with at least two pairs of gears, both of which are arranged with close play in a housing and each have an area in which a higher pressure prevails, separate from an area in which there is a lower pressure.

Dabei bezieht sich die Erfindung sowohl auf als Pumpen als auch auf als Motoren arbeitende Zahnradmaschinen. The invention relates both to pumps and to gear machines operating as motors.

Bei Zahnradpumpen und -motoren findet die Energieumwandlung mittels eines Paares miteinander in Eingriff stehender Zahnräder statt. Dabei wird bei Zahnradpumpen das Zahnradpaar über eine Welle angetrieben und erzeugt eine Flüssigkeitsströmung. Andererseits werden bei Zahnradmotoren die beiden miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder durch eine strömende Hydraulikflüssigkeit angetrieben und erzeugen eine Abtriebsdrehung an einer Welle. In gear pumps and motors, the energy conversion takes place by means of a pair stationary gears instead. In gear pumps, the gear pair is driven via a shaft and creates a flow of liquid. On the other hand, in gear motors, the two are engaged with each other stationary gears driven by a flowing hydraulic fluid and generate an output rotation on a shaft.

Bei einer einfachen hydraulischen Zahnradpumpe mit nur einem einzigen Zahnradpaar sind die beiden mitein ander in Eingriff stehenden Zahnräder mit engem Spiel in einem Gehäuse untergebracht und transportieren in den durch die Zahnlücken und die Gehäusewand gebildetenIn a simple hydraulic gear pump with only a single pair of gears, the two are included other engaged gears with close play housed in a housing and transport in that formed by the tooth gaps and the housing wall

909820/0007909820/0007

Räumen die Hydraulikflüssigkeit von einer Einlaßkammer zu einer Auslaßkammer. Bei einer allgemein bekannten Bauform sind zwei außenverzahnte Zahnräder vorhanden, die sich gegensinnig drehen. Bei einer anderen allgemein bekannten Bauform, die oftmals als Innenzahnradpumpe bezeichnet wird, steht ein verhältnismäßig kleines, außenverzahntes Zahnrad mit einem relativ großen, innenverzahnten Zahnrad in Eingriff. Bei dieser letzteren Anordnung weisen die Achsen der beiden Zahnräder einen Abstand voneinander auf und zwischen den beiden Zahnrädern liegt ein halbmondförmiger Gehäuseteil. Der Transport des Hydraulikmittels findet in den von den Zahnlücken der Zahnräder und dem halbmondförmigen Gehäuseteil gebildeten Hohlräumen statt.Evacuate hydraulic fluid from an inlet chamber to an outlet chamber. At a well-known one There are two externally toothed gears that rotate in opposite directions. With another in general known design, which is often referred to as an internal gear pump, is a relatively small, externally toothed gear with a relatively large, internally toothed gear in mesh. At this In the latter arrangement, the axes of the two gears are spaced apart and between a crescent-shaped housing part lies between the two gears. The transport of the hydraulic medium takes place in the cavities formed by the gaps between the teeth of the gears and the crescent-shaped housing part.

Die Auslaßströmung des Hydraulikmittels schwankt bei Zahnradpumpen zyklisch mit der Durchlauffrequenz der Zahnradzähne in der Auslaßkammer. Wenn eine Anzahl von Zahnradpaaren zur Bildung einer mehrstufigen Zahnradpumpe hintereinander geschaltet ist, wird die Anordnung so getroffen, daß die Ausgangsströmung jeder Stufe synchron mit der Aufnahmefähigkeit der nächstfolgenden Stufe schwankt, d.h. daß, wenn der Auslaßdruck einer Stufe hoch ist, die nächstfolgende Stufe sich gerade in einer zur Strömungsaufnahme bestmöglichenThe outlet flow of the hydraulic medium fluctuates in the case of gear pumps, cyclically with the throughput frequency of the gear teeth in the outlet chamber. If a number of gear pairs is connected in series to form a multi-stage gear pump, the Arrangement made so that the output flow of each stage is synchronized with the absorption capacity of the next Stage fluctuates, i.e. when the outlet pressure of one stage is high, the next following stage will be especially in one that is best possible for flow absorption

909820/0007909820/0007

Stellung befindet. Dies führt bei mehrstufigen Pumpen zu der Beschränkung, daß alle Zahnradpaare, d.h. alle Pumpenstufen, miteinander phasensynchron laufen müssen. Entsprechendes gilt bei mehrstufigen Zahnradmotoren.Position. In the case of multistage pumps, this leads to the restriction that all gear wheel pairs, i.e. all Pump stages, must run phase-synchronously with each other. The same applies to multi-stage gear motors.

In der Vergangenheit sind auch schon Versuche unternommen worden, das von der flüssigkeit stammende Geräusch hydraulischer Zahnradpumpen und -motoren dadurch zu verringern, daß der Ausbildung der Zahnprofile und anderer miteinander zusammenwirkender Plachen besondere Beachtung geschenkt wird, jedoch war der Erfolg dieser Versuche sehr beschränkt.Attempts have also been made in the past to find the source of the liquid Reduce the noise of hydraulic gear pumps and motors by forming the tooth profiles and other interacting planes particular attention is paid, however, the success of these attempts has been very limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Maschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß weniger Geräusche als bei den bekannten Maschinen erzeugt werden.The invention is based on the object of providing a hydraulic machine of the type mentioned at the outset to improve that less noise than the known machines are generated.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Maschine nur einen einzigen, beiden Zahnradpaaren gemeinsamen Bereich höheren Druckes aufweist und daß der Zahneingriff bei einem der beiden Zahnradpaare um einen Bruchteil der Zahnteilung gegenüber dem Zahneingriff beim anderen Zahnradpaar phasenverschoben ist.This object is achieved according to the invention in that the machine has only a single, two pairs of gears common area of higher pressure and that the meshing of one of the two gear pairs is phase shifted by a fraction of the tooth pitch compared to the meshing of the other gear pair.

909820/0007909820/0007

?729208? 729208

Obwohl nachstehend in der Hauptsache die Anwendung der erfindungsgemäßen Maschine als Pumpe beschrieben wird, kann die Erfindung selbstverständlich gleichermaßen bei hydraulischen Pumpen und Motoren Anwendung finden. Bei gemäß der Erfindung ausgebildeten hydraulischen Motoren ist die Amplitude der zeitlichen Schwankungen des erzeugten Drehmoments kleiner als bei bekannten hydraulischen Zahnradmotoren.Although the application of the machine according to the invention as a pump is mainly described below the invention can of course be applied equally to hydraulic pumps and motors Find. In hydraulic motors designed according to the invention, the amplitude is the temporal Fluctuations in the torque generated are smaller than in known hydraulic gear motors.

Nachstehend wird nur noch auf die Anwendung als Pumpe Bezug genommen.In the following, reference will only be made to the application as a pump.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist eine einstufige Zahnradpumpe mit drei gleichartigen Zahnradpaaren versehen, die zueinander parallel angeordnet sind, wobei ein Zahnrad jedes Zahnradpaares auf einer gemeinsamen Welle sitzt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die drei gleichartigen, auf der Welle sitzenden Zahnräder gegenüber dem jeweils benachbarten Zahnrad auf der Welle um jeweils den gleichen Bruchteil der Zahnteilung winkelversetzt sind, so daß bei Drehung der Welle die Auslaßströmungen der drei Zahnradpaare entsprechend gegeneinander phasenverschoben sind. Eine mehrstufige Pumpe kann dadurch hergestellt werden, daß zwei oder noch mehrAccording to an advantageous embodiment of the invention is a single-stage gear pump with three similar gear pairs provided, which are arranged parallel to each other, one gear each Gear pair sits on a common shaft. The arrangement is such that the three similar, Gears seated on the shaft relative to the respective adjacent gear on the shaft by in each case the same fraction of the tooth pitch are angularly offset, so that when the shaft rotates, the outlet flows of the three gear pairs are correspondingly out of phase with one another. A multi-stage pump can be made by having two or more

909820/0007909820/0007

derartige, jeweils drei Zahnradpaare aufweisende Pumpenanordnungen hintereinander geschaltet werden. Alternativ dazu können die Pumpenstufen anstelle von drei Zahnradpaaren auch beispielsweise zwei oder vier jeweils phasenverschoben arbeitende Zahnradpaare enthalten.such pump assemblies, each having three pairs of gears can be connected in series. Alternatively, the pump stages can be used instead of three pairs of gears also contain, for example, two or four gear pairs, each working out of phase.

Der Ersatz einer herkömmlichen Zahnradpumpe, bei welcher alle Zahnradpaare phasengleich miteinander arbeiten, durch eine Zahnradpumpe nach der Erfindung hat gezeigt, daß das durch die Flüssigkeit erzeugte Geräusch beträchtlich herabgesetzt werden kann. Beispielsweise hat ein Vergleich des flüssigkeitsbedingten Geräusches einer herkömmlichen, gleichphasig arbeitenden Pumpe bei der Grundfrequenz mit dem Geräusch einer erfindungsgemäßen Pumpe bei der gleichen Frequenz eine Geräuschverringerung von bis zu 45 dB ergeben. Außerdem ist das flüssigkeitsbedingte Geräusch bei der erfindungsgemäßen Pumpe bei Vielfachen der Grundfrequenz sehr viel schwächer als das Geräusch der herkömmlichen, gleichphasig arbeitenden Pumpen bei der Grundfrequenz. The replacement of a conventional gear pump in which all gear pairs are in phase with each other work, by a gear pump according to the invention has shown that the generated by the liquid Noise can be reduced considerably. For example, a comparison of the liquid-related The sound of a conventional, in-phase pump at the fundamental frequency with the sound of a pump according to the invention result in a noise reduction of up to 45 dB at the same frequency. In addition, the liquid-related noise in the pump according to the invention is a multiple of the fundamental frequency much weaker than the noise of conventional pumps working in phase at the fundamental frequency.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, for example. Show it:

909820/0007909820/0007

Fig. 1 einen Schnitt durch eine einstufige Innenzahnradpumpe,1 shows a section through a single-stage internal gear pump,

Fig. 2 eine Stirnansicht einer Welle mit den darauf sitzenden Antriebszahnrädern einer einstufigen Innenzahnradpumpe nach der Erfindung, undFig. 2 is an end view of a shaft with the drive gears seated on it a single-stage internal gear pump according to the invention, and

Fig. 3a und 3b Blockschaltbilder einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen dreistufigen Zahnradpumpe.3a and 3b are block diagrams of a conventional one and a three-stage gear pump according to the invention.

Gemäß Fig. 1 sitzt auf einer Welle 2 ein angetriebenes Zahnrad 4, das mittels eines Keiles 6 drehfest mit der Welle verbunden ist. Die Verzahnung des Zahnrads Ί steht mit der Verzahnung eines ringförmigen, innenverzahnten Zahnrades 8 in Eingriff, das innerhalb eines Gehäuses 10 drehbar ist. Das Gehäuse 10 weist ein halbmondförmiges Teil 12 auf, das auf einer Seite mit dem Zahnrad 4 und auf seiner anderen Seite mit dem Innenzahnrad 8 zusammenwirkt. Das Gehäuseteil trennt den zwischen den Zahnrädern ¹I und 8 befindlichen Raum in eine Einlaßkammer 14, die einen Niederdruckbereich bildet, und eine Auslaßkammer 16, die einenAccording to FIG. 1, a driven gear 4 is seated on a shaft 2 and is connected to the shaft in a rotationally fixed manner by means of a wedge 6. The toothing of the gear wheel Ί is in engagement with the toothing of an annular, internally toothed gear 8 which is rotatable within a housing 10. The housing 10 has a crescent-shaped part 12 which cooperates on one side with the gear 4 and on its other side with the internal gear 8. The housing part separates the ^{space located between the gears 1} I and 8 into an inlet chamber 14, which forms a low-pressure region, and an outlet chamber 16, which one

909820/0007909820/0007

Hochdruckbereich darstellt. In die Einlaßkammer 11 mündet eine Einlaßleitung 20, während die Auslaßkammer mit einer Auslaßleitung 22 in Verbindung steht.Represents high pressure area. Into the inlet chamber 11 an inlet line 20 opens, while the outlet chamber is in communication with an outlet line 22.

Im Betrieb der Pumpe wird die Welle 2 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und durch die Einlaßleitung 20 wird Hydraulikmittel mit einem Einlaßdruck P zugeführt. Aufgrund der Bewegung der Zahnräder 4 und 8 wird Hydraulikmittel am halbmondförmigen Gehäuseteil 12 vorbei in die Auslaßkammer 16 transportiert. Aufgrund des Eingriffs der beiden Zahnräder miteinander kann das Hydraulikmittel nicht in die Einlaßkammer zurückgelangen. Außerdem umschließt das Gehäuse 10 die Zahnräder so eng, daß ein Durchtritt von Hydraulikmittel an den Seitenflächen der Zahnräder praktisch vermieden wird. Bei einem in der Auslaßleitung 22 vorhandenen Strömungswiderstand baut sich in der Auslaßkammer 16 ein Auslaßdruck Pl auf, da kontinuierlich Hydraulikmittel durch die Zähne der Zahnräder 4 und 6 in die Auslaßkammer gefördert wird.In operation of the pump, the shaft 2 is rotated counterclockwise and through the inlet conduit 20 hydraulic medium is supplied with an inlet pressure P. Due to the movement of the gears 4 and 8 becomes Hydraulic medium is transported past the crescent-shaped housing part 12 into the outlet chamber 16. Because of the engagement of the two gears with one another, the hydraulic medium cannot get back into the inlet chamber. In addition, the housing 10 encloses the gears so closely that hydraulic fluid can pass through practically avoided on the side surfaces of the gears will. If there is a flow resistance in the outlet line 22, it builds up in the outlet chamber 16 an outlet pressure Pl, as continuously hydraulic fluid through the teeth of the gears 4 and 6 in the Outlet chamber is promoted.

Durch Umkehren der Drehrichtung der Welle 2 kann Hydraulikmittel aus der Auslaßkammer 16 in die Einlaßkammer IM zurückgepumpt werden, falls die Flüssigkeitszufuhr durch die Auslaßleitung 22 erfolgt.By reversing the direction of rotation of the shaft 2, hydraulic medium can be fed from the outlet chamber 16 into the inlet chamber IM pumped back in case of hydration takes place through the outlet line 22.

909820/0007909820/0007

ΛΟΛΟ

In Pig. 2 ist eine Welle 2 dargestellt, auf welcher mit gegenseitigen Abständen drei angetriebene Zahnräder 4a, 4b und 4c drehfest angeordnet sind. Die Welle mit den drei Zahnrädern kann in drei parallel angeordneten Gehäusen angeordnet sein, mit denen ein Einlaßverteiler und ein Auslaßsammeirohr verbunden sind.In Pig. 2, a shaft 2 is shown, on which three driven at mutual distances Gears 4a, 4b and 4c are rotatably arranged. the Shaft with the three gears can be arranged in three parallel housings, with which a Inlet manifold and outlet manifold are connected.

Die drei angetriebenen Zahnräder 4a, 4b und 4c stehen mit innenverzahnten Zahnrädern in Eingriff, von denen in jedem Gehäuse eines angeordnet ist.The three driven gears 4a, 4b and 4c mesh with internal gears, from which one is arranged in each housing.

Die drei angetriebenen Zahnräder 4a, 4b und 4c sind jeweils um einen Bruchteil der Zahnteilung gegeneinander winkelversetzt auf der Welle 2 angeordnet. Das bedeutet, daß die Zähne dieser Zahnräder jeweils einen entsprechenden Umfangsversatz gegeneinander haben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zähne der Zahnräder 4a, 4b und 4c jeweils um den gleichen Betrag gegeneinander versetzt. Die Innenzahnräder in den drei Gehäusen 3ind um eine gemeinsame Achse drehbar, so daß ihr Eingriff mit den Verzahnungen der drei Zahnräder 4a, 4b und 4c entsprechend dem Winkelversatz der angetriebenen Zahnräder auf der Welle phasenverschoben ist. Es ist klar, daß phasenverschobene Eingriffe der Zahnradpaare auch dadurch erzielbar sind,The three driven gears 4a, 4b and 4c are each against each other by a fraction of the tooth pitch Arranged angularly offset on the shaft 2. That means that the teeth of these gears respectively have a corresponding circumferential offset from one another. In the illustrated embodiment, the teeth are of the gears 4a, 4b and 4c each offset from one another by the same amount. The internal gears in the three housings 3ind rotatable about a common axis so that their engagement with the teeth of the three Gears 4a, 4b and 4c out of phase with the angular displacement of the driven gears on the shaft is. It is clear that phase-shifted interventions of the gear pairs can also be achieved by

909820/0007909820/0007

daß die Verzahnungen der angetriebenen Zahnräder auf der Welle 2 koaxial, jedoch die Drehachsen der Innenzahnräder in verschiedenen Winkelpositionen mit Bezug auf die Welle 2 angeordnet werden.that the teeth of the driven gears on the shaft 2 are coaxial, but the axes of rotation of the internal gears be arranged in different angular positions with respect to the shaft 2.

Fig. 3a zeigt eine herkömmliche dreistufige Zahnradpumpe, bei welcher die Auslaßströmung der ersten Pumpe 30 mit einem Druck Pl einer zweiten Stufe 32 zugeführt wird. Die Auslaßströmung der zweiten Stufe wird mit einem Druck P2 einer dritten Stufe 3¹I zugeführt, deren Auslaßströmung den Druck P3 aufweist. Die Pumpe ist nur als schematisches Blockschaltbild dargestellt und in der Praxis sitzen die angetriebenen Zahnräder aller drei Stufen auf einer gemeinsamen Welle, wobei die Verzahnungen der drei angetriebenen Zahnräder genau miteinander fluchten.3a shows a conventional three-stage gear pump in which the outlet flow of the first pump 30 is fed to a second stage 32 at a pressure P1. The outlet flow of the second stage is fed at a pressure P2 to a third stage 3 ¹ I, the outlet flow of which has the pressure P3. The pump is only shown as a schematic block diagram and in practice the driven gears of all three stages sit on a common shaft, the teeth of the three driven gears being exactly aligned with one another.

Fig. 3b zeigt eine dreistufige Zahnradpumpe nach der Erfindung, wobei jede Stufe drei Zahnradpaare umfaßt. Die Zahnradpaare der ersten Stufe sind mit 36» 38 und bezeichnet und die angetriebenen Zahnräder dieser drei Zahnradpaare sind in der in Fig. 2 gezeigten Weise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Die zweite und die dritte Stufe sind ähnlich aufgebaut und können ebenso wie im Falle der herkömmlichen Pumpe auf derFig. 3b shows a three-stage gear pump according to the invention, each stage comprising three pairs of gears. The gear pairs of the first stage are with 36 »38 and and the driven gears of these three pairs of gears are in the manner shown in FIG arranged on a common shaft. The second and third stages have a similar structure and can just like in the case of the conventional pump on the

909820/0007909820/0007

gleichen Antriebswelle angeordnet sein.be arranged the same drive shaft.

Eine zweistufige Pumpe nach der Erfindung wurde mit einer Wellendrehzahl von 18OO U/min betrieben und ergab einen Förderstrom von H¹J l/min bei einem DruckA two-stage pump according to the invention was operated with a shaft speed of 1800 rpm and gave a flow rate of H ¹ J l / min at one pressure

2
von 210 kp/cm . Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel mit größerer Kapazität wurden 3¹JO l/min bei etwas geringerer Wellendrehzahl gefördert.2
of 210 kp / cm. In a further exemplary embodiment with a larger capacity, 3 ¹ JO l / min were conveyed at a slightly lower shaft speed.

909820/0007909820/0007

Claims

1. Hydraulic gear machine with at least two pairs of gears, both with close play in one housing are arranged and each separate an area in which there is a higher pressure from an area, in which there is a lower pressure, characterized in that the machine only one, two Gear pairs (4, 8) common area (16) has higher pressure and that the meshing with one of the two gear pairs by a fraction of the tooth pitch compared to the meshing of the other gear pair is out of phase.

2. Hydraulic gear machine according to claim 1, characterized by at least three gear pairs, whose Tooth meshes in each case by the same fraction or a multiple of the tooth pitch against each other are out of phase.

3. Hydraulic gear machine according to claim 1 or 2, characterized in that the same with further Similar gear machines are interconnected to form a multi-stage arrangement (Fig. 3).

909820/0007

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED