DE3417824A1 - Zahnradpaare fuer rotationskolbenmaschinen - Google Patents

Description

• Zahnradpaare für Rotationskolbenmaschinen.
• Die Erfindung betrifft Zahnpumpen herkömmlicher Bauarten mit 2 oder mehreren Zahnrädern im Eingriff in einem starren oder einem mit Axialspaltnachstellung ausgestatteten Gehäuse. Es ist bekannt, daß seitlich in das Gehäuse im Eingriffsbereich der Verzahnungen Nuten eingearbeitet sind, um die durch die Verdrängung auftretenden Wechselkräfte zu reduzieren. In den aber immer noch kleinen Durchflußquerschnitten treten sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf, die hohe Druckverluste, relativ hohe Wechselkräfte und ein schlechtes Ansaugverhalten bewirken.
• Das im Stand der Technik beschriebene Problem wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorder- und Rückflanken der Verzahnungen mit Nuten versehen sind. Solche haben gegenüber den seitlichen Zulaufnuten den Vorteil, daß mit wachsender Zahnradbreite auch die Zulaufnuten größere Zulaufquerschnitte bieten. Die Zahnflankennuten können allein oder zusammen mit seitlichen Zu- und Ablaufnuten vorgesehen werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten und die sich daraus ergebenden Größen gehen wesentlich zurück. In ihrer geometrischen Gestaltung sind die Nuten so auf die Eingriffsverhältnisse abgestimmt, daß kein hydraulischer Kurzschluß auftreten kann, sie reichen maximal bis zu der Flankenlinie, die durch den Eingriffspunkt der Trennstellung geht.Ferner muß während des Fluidtransportes vom Saug- in den Druckraum die Dichtfunktion gegenüber dem Gehäuse durch hinreichende Breite des Zahnkopfes erhalten bleiben. Dabei hängen die Abmessungen der Nuten, die von den Eingriffsverhältnissen bestimmt werden, im wesentlichen davon ab, ob die Verzahnung spielfrei oder spielbehaftet ausgeführt ist.
• Bilder: Fig. 1: Zahnflankennuten in spielfreier Evolventen-Verzahnungen.
• Fig. 2: Zahnflankennuten in spielbehafteter Evolventen-Verzahnungen.
• Bei herkömmlichen Zahnmaschinen, Pumpen und Motoren, sind im Eingriffsbereich der Verzahnungen seitlich im Gehäuse bzw. in entsprechenden an den Stirnflächen der Zahnräder dichtenden Bauelementen Nuten vorgesehen, die für den Ablauf bzw. den Zulauf der Fluide aus den sich verkleinernden bzw. vergrößernden Zahnlücken seitliche Strömungsquerschnitte öffnen.
• Nuten in den leistungsübertragenden Zahnflanken dürfen sich über mehr als 50 % der Zahnbreite erstrecken ohne daß deren Festigkeit negativ beeinflußt wird. Auf der Rückflanke der Verzahnung können die Nuten bis auf einen schmalen Steg, der die eindeutige geometrische Zuordnung der Radkörper wahrnimmt, fast die gesamte Zahnbreite einnehmen. So stehen kurz vor und nach Durchlaufen des kleinsten Kammervolumens große, und wenn seitliche Zulaufnuten ebenfalls vorhanden sind, noch größere Strömungsquerschnitte zum Ladungswechsel der Kammern zur Verfügung. Die Strömungsgeschwindigkeiten, die Druckverluste, die Wechselkräfte und damit die Wirkungsgrade werden wesentlich verbessert.
• Die Realisation von Zahnflankennuten ist von der Zahnflankenkontur unabhängig und daher auf alle gängigen Verzahnungen übertragbar. Sie müssen immer auf die entsprechenden Eingriffsverhältnisse abgestimmt sein und die Mindestdichtlänge am Zahnkopf muß erhalten bleiben.
• Fig. 1 und 2 stellen mit Nuten modifizierte Evolventen-Verzahnungen dar. Es wird zwischen spielfrei und spielbehaftet ausgeführten Verzahnungen unterschieden.
• Die Fig. 1 zeigt ein spielfrei ausgeführtes Zahnradpaar.
• Die Zu- und Ablaufnuten in den Zahnflanken sind wie die seitlichen Zulaufnuten auf die Trennstellungen, d.h. die Kammern 1 bzw. 2 haben ihr Volumenminimum erreicht, abgestimmt. Die Nuten erstrecken sich im günstigsten Fall vom Zahnkopf bzw. Zahnfuß bis zu den Flankenlinien, die durch die Zahnflankeneingriffspunkte der Trennstellungen laufen. Die Nutbreite ist so zu wählen, daß keine Lebensdauersenkung durch die Schwächung der im Mehrfach-Eingriff stehenden Zahnflankenzonen gegenüber anderen Zahnflankenbereichen besteht. Das ist der Fall, wenn die dann herrschende Wälzpressung nicht wesentlich höher als die am Beginn des Einzeleingriffes ist.
• Die Nuttiefe und die Kontur der Nut sind beliebig. Wesentlich ist, daß eine Mindestkopfbreite von etwa 15 % des Moduls bestehen bleibt, die beim Transport des Fluids vom Saug- in den Druckbereich die Abdichtung der Zahnlücke gegenüber dem Gehäuse vornimmt.
• Die Nuten können, wie gezeichnet, bezogen auf die Zahnmittellinie spiegelsymmetrisch angeordnet sein, sie dürfen aber auch unterschiedliche Konturen aufweisen.
• Für spielbehaftet arbeitende Verzahnungen, bei denen die Rückflanke keine Dichtfunktion hat und ein Volumenaustausch zwischen Kammer 1 und 2 herrscht, ist die Trennstellung dann erreicht, wenn die Summe der Kammervolumina der Kammern 1 und 2 ihr Minimum erreicht. In einem solchen Fall, wie in Fig. 2 dargestellt, erstrecken sich die Nuten auf den Zahnvorderflanken wieder bis zu den Flankenlinien zu den Flankeneingriffspunkten der Trennstellung. Die Rückflanke, die keine Dichtfunktion wahrnimmt, kann über ihre gesamte Höhe, also von Zahnkopf bis Zahnfuß, so gestaltet werden, daß möglichst große Strömungsquerschnitte für den Volumenaustausch zwischen den Kammer 1 und 2 zur Verfügung stehen. Nur um die eindeutige Winkelzuordnung der Zahnräder weiterhin zu gewährleisten, muß ein schmaler Steg mit dem Verzahnungsprofil verbleiben.
• Unter Berücksichtigung des sich ändernden hydraulischen Wirkungsgrades sind die gemachten Angaben auch auf Verzahnungen mit von Geradverzahnungen abweichenden Flankenlinien übertragbar.

Claims (5)

1. Ansprüche: 1. Verzahnung ohne Flankenspiel für Außen- und Innenverzahnungen für Umlaufverdränger dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken am Zahnkopf oder Zahnfuß mit Nuten versehen werden, die geometrisch so gestaltet sind, daß die Mindestkopfbreite und die durch die Flankeneingriffspunkten der Trennstellungen laufenden Flankenlinien bestehen bleiben.
2. 2. Verzahnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zahnflankennuten bis an die Stirnflächen der Zahnräder erstrecken.
3. 3. Uerzahnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflankennuten so breit gewählt werden, dald der geschwächte Flankenbereich keine wesentliche Oeeinträchtigung der Lebensdauer gegenüber vergleichbaren, herkömmlichen Verzahnungen erfährt.
4. 4. Verzahnung mit Flankenspiel für Außen- und Innenverzahnungen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflanken abweichend davon Nuten aufweisen, die sich über die gesamte Zahnhöhe erstrecken können.
5. 5. Verzahnung nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflankennuten auf der Rückflanke so breit sind, daß nur noch eine schmale Zone der Rückflanke zur eindeutigen Lagezuordnung der Zahnräder verbleibt.