DE2943948C2

DE2943948C2 -

Info

Publication number: DE2943948C2
Application number: DE2943948A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dr.-Ing. 8771 Urspringen De Stich; Horst 8770 Lohr De Fischer; Helmut Dipl.-Ing. 5810 Witten De Schulz
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1988-02-04
Also published as: ATE4137T1; JPH0238798B2; DE2943948A1; EP0028349A1; EP0028349B1; US4386892A; JPS5675989A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Zahnradmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Zahnradmaschine der vorgenannten Art weist das Hohlrad eine Trochoidenverzahnung auf. Die Zahnfußbreite der Zähne des Hohlrades ist etwa gleich der doppelten Zahnlückenbreite am Fußkreis. Der Abstand der einander zugekehrten Flanken benachbarter Zähne des Hohlrades auf dem Teilkreis gemessen, ist etwa gleich dem Abstand der Zahnflanken eines Zahnes des Hohlrades auf dem Teilkreis gemessen. Die Zahnflanke des Hohlrades ist im Querschnitt gesehen im überwiegenden Teil konvex gekrümmt und die Zahnflankenradien von dessen Fußkreis und des daran anschließenden Zahnabschnitts geht tangential ineinander über. Das mit dem Hohlrad kämmende Innenzahnrad hat zwei bis drei Zähne weniger als das Hohlrad. Die Zahnflanke des Innenzahnrades ist im Querschnitt gesehen konkav gekrümmt und die Zahnflanken von dessen Fußkreis und dessen daran anschließender Zahnabschnitt gehen tangential ineinander über. Die Zahnflanken eines der Räder sind vom Zahnkopf aus gegenüber der theoretischen Zahnkontur bogenförmig zurückgesetzt. Der nicht zurückgesetzte Teil der Zahnflanken kämmt mit dem anderen Rad mit einem Überdeckungsgrad von etwa 1. Durch das Rücksetzen der Zahnflanken ergibt sich am Zahnkopf eine scharfe Kante. Die zurückgesetzte bogenförmige Zahnflankenkontur geht mit gemeinsamer Tangente in die theoretische Zahnflankenkurve über (DE-OS 26 44 531).

Durch die DE-OS 20 24 339 ist das Verhältnis der Radien des Kopfkreises und der Zahnflanke mit 0,75 bis 0,9 bekannt.

Bei Zahnradmaschinen ist ebenfalls an sich bekannt, daß die Zahnflankenradien tangential ineinander und in den Kopf- bzw. den Fußkreis des Zahnrades übergehen. Außerdem ist bekannt, daß bei einem erzeugenden Innenzahnrad die gerade Anzahl der Zähne im Bereich von 8 bis 14 liegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zahnradmaschine dahingehend auszubilden, daß der hydraulische und mechanische Wirkungsgrad, der mit dem Zahneingriff in Zusammenhang steht, verbessert wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 oder 4 erfindungsgemäß gelöst. Den Anforderungen an den Betrieb hydrostatischer Zahnradmaschinen und auch der Forderung nach deren wirtschaftlicher Fertigung wird eine eine Kreisbogenflanke aufweisende Verzahnung an einem Zahnrad, insbesondere an einem innenverzahnten Zahnrad, am ehesten gerecht. Die Zahnflanke besteht aus mindestens drei ineinander übergehenden Kreisbögen. Durch Variation der Verzahnungsparameter, insbesondere Flankenradien, Eingriffswinkel, Zahnhöhe, Zahndicke und Zähnezahl, des erzeugenden Rades kann für das Gegenrad ein Zahnprofil erhalten werden, das mit sehr guter Annäherung ebenfalls aus mindestens drei Kreisbögen zusammengesetzt ist und damit ebenfalls verhältnismäßig einfach hergestellt werden kann. Eine entsprechend ausgebildete Zahnräder aufweisende Zahnradmaschine erfüllt insbesondere die Forderungen nach geringen Förderströmschwankungen, geringstmöglichem Totvolumen, größtmöglicher Förderleistung, geringstmöglichem Platzbedarf und geringen Leckmengen durch Anordnung eines Füllstückes auf einem verhältnismäßig großen Zentriwinkel, so daß möglichst viele Zahnköpfe dem Füllstück unmittelbar gegenüberliegen. Zugleich ergibt sich ein Überdeckungsgrad, der kleiner als zwei, insbesondere kleiner als 1,5 ist, wo durch sich funktions- und fertigungsbedingte Abweichungen der Achsen der Zahnräder von dem vorgegebenen Maß weniger nachteilig auswirken.

In der Zeichnung ist eine Zahnradpumpe als Ausführungsbei spiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht,

Fig. 2 und 3 jeweils einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab.

In einem ortsfesten Hohlrad 1 mit dreizehn Zähnen 2 ist ein Innenzahnrad 3 mit zehn Zähnen 4 um eine Achse 5 drehbar gelagert. Die Zähne 2 und 4 kämmen in der dargestellten Weise miteinander. Die Zähne 2 und 4 sind wie in den Fig. 3 und 2 im größeren Maßstab dargestellt ausgebildet.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 1 das erzeugende Rad. Aus dem Durchmesser des Wälzkreises 6 ergibt sich bei der vorbestimmten Anzahl der Zähne die Breite oder Dicke S _WH (jeweils auf dem Umfang des Wälzkreises 6 gemessen) jeden Zahnes und damit auch die Zahnhöhe h _H, welche der Zahn dicke gleich ist. Das Verhältnis des Kopfkreisradius r _aH zum Radius des Wälzkreises 6 beträgt etwa 0,9.

Der Eingriffswinkel b im Wälzpunkt C beträgt 35°, wenn die Achsen 5 und 8 der beiden Räder 3 bzw. 1 und der Wälzpumpe C in einer Linie liegen, und das Verhältnis des Kopkreisradius r _aH zu dem Flankenradius r _2H im Bereich des Wälzkreises 0,7. Die Zahnflanken radien gehen tangential ineinander und in den Kopf- oder Fuß kreis über.

Das Verhältnis des Kopfkreisradius r _aH zu einem der beiden anderen Flankradien r _1H und r _3H und zur Zahnhöhe h _H beträgt 35 bzw. 20 bzw. 3,75. Das Verhältnis des Flankenradius r _2H zu einem der beiden übrigen Flankenradien r _1H und r _3H beträgt 50 bzw. 30 und das Verhältnis der beiden Flankenradien r _3H und r _1H beträgt 1,7. Die Flankenform des Hohlrades 2 ist von der Seite gesehen im überwiegenden Teil konvex gekrümmt.

Die von den Zähnen 2 der Verzahnung des Hohlrades 1 erzeugte Verzahnung des Innenzahnrades 3, das zehn Zähne aufweist und dessen Wälzkreis mit 9 bezeichnet ist, ergibt sich dann wie folgt:
Das Verhältnis des Kopfkreisradius r _aR zu einem der vier Flankenradien r _1R, r _2r, r _3r und r _4R beträgt 20 bzw. 0,1 bzw. 35 bzw. 0,1. Das Verhältnis der Wälzkreisradien des Hohlra des 1 und des Innenrades 3 beträgt 1,3. Beim Innenrad ist die Zahnhöhe h _R etwa gleich der Zahndicke S _WR auf dem Wälz kreis des Innenrades gemessen.

Die Flanken der Zähne 4 des Innenrades 3 bilden von der Seite gesehen mit sehr guter Annäherung ebenfalls drei oder vier ineinander und in den Kopf- oder Fußkreis tangential übergehende Kreisbögen. Die Flanke des Zahnes 4 kann im Quer schnitt gesehen sowohl konkav (wenn sie durch drei Radien bestimmt ist) als auch zu etwa gleichen Teilen konvex-konkav verlaufen (wenn sie durch vier Radien bestimmt ist).

Zur Erzeugung eines für die Funktion der Pumpe notwendigen Kopf- und Flankenspiels werden die Flanken der Zähne 2 des Hohlrades 1 und/oder der Zähne 4 des Innenzahnrades 3 in Richtung zur Mitte um wenige 1/100 mm radial verschoben.

Vorteilhafte Durchmesser des Wälzkreises liegen für das Hohl rad zwischen 35 mm bis 20 mm.

In dem freien Raum zwischen dem Hohlrad 1 und dem Innenrad 3 ist in bekannter Weise ein Füllstück 7 vorgesehen. Die Mitte des Hohlrades 1 ist mit 8 bezeichnet.

Günstige Bereiche vorstehend aufgeführter Verhältnisse sind in den Ansprüchen angegeben.

In gleicher Weise wie die vorbeschriebene Zahnradpumpe kann auch ein Zahnradmotor ausgebildet sein.

In der Zeichnung sind noch folgende Größen angegeben:

r _WH und r _WRRadien der Wälzkreise des Hohlrades 1 bzw. des Innenzahnrades 3, r _fH und r _fRRadien der Fußkreise der Zähne des Hohlrades 1 bzw. des Innenzahnrades 3, a _H und a _RZentriwinkel der Dicke s _WH und s _WR der Zähne des Hohlrades 1 und des Innenzahnrades 3.

Wenn das Innenzahnrad das erzeugende Rad ist, ergeben sich folgende Änderungen gegenüber dem vorbeschriebenen Ausführungs beispiel. Die Zähnezahl des erzeugenden Innenzahnrades beträgt 10 und das Verhältnis des Kopfkreisradius r _aR zu den drei Flankenradien r _1R, r _2R und r _3R beträgt 20 bzw. 0,1 bzw. 35.

Das Verhältnis des Flankenradius r _2R zu einem der beiden übrigen Flankenradien r _1R und r _3R beträgt beim Innenzahnrad 200 bzw. 325 und das Verhältnis der beiden Flankenradien r _3R und r _1R beträgt 0,6. Die Flankenform des erzeugenden Innenzahn rades ist entweder im überwiegenden Teil konkav oder etwa zu gleichen Teilen konkav-konvex gekrümmt.

Beim Innenzahnrad verhält sich der Kopfkreisradius r _aR zum Wälzkreisradius r _WR wie 1,175. Die mit einem solchen Innenzahnrad erzeugte Gegenflanke auf dem Hohlrad ist mit sehr guter Näherung ebenfalls eine Kreisbogen flanke, die aus drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien besteht. Die Flanke verläuft im überwiegenden Teil konvex. Beim erzeugten Hohlrad verhält sich dann der Kopfkreisradius r _aH zu den drei Flankenradien r _1H, r _2H und r _3H wie 35 bzw. 0,7 bzw. 20.

Vorstehend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Bereiche, innerhalb der sich einzelne Größen ändern können, sind in den Ansprüchen aufgeführt.

Claims

1. Hydrostatische Zahnradmaschine mit einem innenverzahnten und eine ungerade Anzahl von Zähnen im Bereich von 11 bis 17 aufweisenden Hohlrad (1), mit einem vom Hohlrad umgebenen und mit diesem kämmenden außenverzahnten Innenzahnrad (3) und mit einem Füllstück (7) zwischen dem Hohlrad und dem Innenzahnrad, wobei die Zahnflanken eines der Zahnräder von der Seite gesehen mindestens teilweise als Kreisbögen ausgebildet sind und wobei die Form der wirksamen Zahnflanken des anderen Rades durch das Abwälzen an den Zähnen des ersten Rades bestimmt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugenden Hohlrades (1):

a) der Eingriffswinkel (b) liegt im Bereich von 30° bis 40°,
b) das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aH) zu den drei Radien (r _1H, r _2H, r _3H) der Zahnflanke liegt im Bereich von 30 bis 40 bzw. 0,55 bis 0,9 bzw. 15 bis 25,
c) die Zahnhöhe (h _H) ist etwa gleich der Zahndicke (S _WH) auf dem Wälzkreis,
d) die Zahnflankenradien (r _1H, r _2H, r _3H) gehen tangential ineinander und in den Kopfkreis (r _aH) bzw., wie an sich bekannt, ebenfalls tangential in den Fußkreis (r _fH) des Hohlrades über und
e) die Zahnflanke ist, wie an sich bekannt, im Querschnitt gesehen im überwiegenden Teil konvex gekrümmt.

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim erzeugenden Hohlrad (1) das Verhältnis des zweiten Flankenradius (r _2H) zum ersten und dritten Flankenradius (r _1H und r _3H) im Bereich zwischen 40 bis 60 bzw. 25 bis 35 und des dritten Flankenradius (r _3H) zum ersten Flankenradius (r _1H) im Bereich zwischen 1,5 und 2 liegt, daß das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aH) zur Zahnhöhe (h _H) im Bereich zwischen 3,5 und 4 liegt und daß das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aH) zum Wälzkreisradius (r _WH) etwa 0,9 beträgt.

3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugten Innenzahnrades (3):

a) die Differenz der Zähne des erzeugenden Hohlrades (1) zu den Zähnen des erzeugten Innenzahnrades (3) beträgt 3 bis 5,
b) das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aR) zu einem der beiden kleinen Flankenradien (r _1R, r _3R) liegt im Bereich zwischen 15 und 25 bzw. 30 und 40,
c) das Verhältnis der Wälzkreisradien (r _WH, r _WR) des erzeugenden Hohlrades (1) und des erzeugten Innenzahnrades (3) liegt im Bereich zwischen 1,2 und 1,4,
d) die Zahnhöhe (h _R) ist etwa gleich der Zahndicke (S _WR) auf dem Wälzkreis und
e) die Zahnflankenradien (r _1R, r _2R, r _3R) gehen tangential ineinander und in den Kopfkreis (r _aR) bzw. den Fußkreis (r _fR) des Innenzahnrades (3) über.

4. Hydrostatische Zahnradmaschine mit einem innenverzahnten Hohlrad (1), mit einem vom Hohlrad umgebenen und mit diesem kämmenden außenverzahnten Innenzahnrad (3) und mit einem Füllstück (7) zwischen dem Hohlrad und dem Innenzahnrad, wobei die Zahnflanken eines der Zahnräder von der Seite gesehen mindestens teilweise als Kreisbögen ausgebildet sind und wobei die Form der wirksamen Zahnflanken des anderen Rades durch das Abwälzen an den Zähnen des ersten Rades bestimmt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugenden Innenzahnrades (3):

a) die gerade Anzahl der Zähne liegt im Bereich von 8 bis 14,
b) der Eingriffswinkel (b) liegt im Bereich von 30° bis 40°,
c) das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aR) zu den drei Radien (r _1R, r _2R, r _3R) der Zahnflanke liegt im Bereich von 15 bis 25 bzw. 0,09 bis 0,125 bzw. 30 bis 40,
d) die Zahnhöhe (h _R) ist etwa gleich der Zahndicke (S _WR) auf dem Wälzkreis,
e) die Zahnflankenradien (r _1R, r _2R, r _3R) gehen tangential ineinander und, wie an sich bekannt, ebenfalls tangential in den Kopfkreis (r _aR) bzw. den Fußkreis (r _fR) des Innenzahnrades (3) über,
f) die Zahnflanke ist im Querschnitt gesehen entweder etwa zu gleichen Teilen konkav-konvex oder, wie an sich bekannt, im überwiegenden Teil konkav gekrümmt.

5. Zahnradmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim erzeugenden Innenzahnrad (3) das Verhältnis des zweiten Flankenradius (r _2R) zum ersten und dritten Flankenradius (r _1R und r _3R) im Bereich zwischen 150 bis 250 bzw. 275 bis 375 und des dritten Flankenradius (r _3R) zum ersten Flankenradius (r _1R) im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 liegt, daß das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aR) zur Zahnhöhe (h _R) im Bereich zwischen 3,5 und 4 liegt und daß das Verhältnis des Kopfkreisradius zum Wälzkreisradius (r _WR) im Bereich zwischen 1,1 bis 1,25 liegt.

6. Zahnradmaschine nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale des erzeugten Hohlrades (1):

a) die Differenz der Zähne des erzeugenden Innenzahnrades (3) zu den Zähnen des erzeugten Hohlrades (1) beträgt 3 bis 5,
b) das Verhältnis des Kopfkreisradius (r _aH) zu einem der beiden kleinen Flankenradien (r _1H, r _3H) liegt im Bereich zwischen 30 bis 40 bzw. 15 bis 25,
c) das Verhältnis der Wälzkreisradien (r _WR, r _WH) des erzeugenden Innenzahnrades (3) und des erzeugten Hohlrades (1) liegt im Bereich zwischen 0,7 und 0,85,
d) die Zahnhöhe (h _R) ist etwa gleich der Zahndicke (S _WR) auf dem Wälzkreis und
e) die Zahnflankenradien (r _1H, r _2H, r _3H) gehen tangential ineinander und in den Kopfkreis (r _aH) bzw. Fußkreis (r _fH) des Hohlrades (1) über.

7. Zahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken gegenüber ihrer spielfreien Lage wenige 1/100 mm radial verschoben sind.