DE4242217C2 - Gear machine (pump or motor) - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Zahnradmaschinen ist es allgemein bekannt, daß es durch die Ungleichförmigkeit des Volumenstroms zu Druckpulsationen mit damit verbundener Geräuschentwicklung kommt. Frequenz und Höhe der Druckpulsationen sind unter anderem von der Drehzahl der Maschine und der Zahnradgeometrie der Zahnräder abhängig.The invention relates to a gear machine (pump or Engine) according to the genus of the main claim. For gear machines it is common knowledge that it is due to the non-uniformity of the volume flow to pressure pulsations with associated Noise is coming. Frequency and amount of Pressure pulsations include the speed of the Machine and the gear geometry of the gears.
Bei einer aus der DE-PS 9 73 994 bekannten Zahnradmaschine mit zwei Zahnradpaaren, die durch eine Zwischenplatte getrennt werden, ist es bekannt, die Zahnradpaare um eine halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt anzuordnen. So ergibt sich die Wirkung von zwei Einzelpumpen mit gemeinsamem Saug- und Druckanschluß, wobei die Pulsation der einzelnen Förderströme um eine halbe Periode gegeneinander versetzt ist. Dadurch verringert sich zwar die Amplitude der Druckpulsation, wodurch eine Geräuschreduzierung erreicht wird, es entsteht dabei jedoch eine harmonisch verlaufende Druckpulsation doppelter Frequenz. In ungünstigen Fällen kann es daher zu einer Anregung der Pumpe und/oder angeschlossener Anlagen zu Schwingungen und damit erhöhtem Geräusch kommen. Es ist weiterhin eine Zahnradmaschine mit nur einem Zahnradpaar bekanntgeworden, deren Zahnräder unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Dadurch wird das aus dem hydraulischen Druck resultierende Drehmoment so auf die beiden Zahnräder aufgeteilt, daß ein möglichst hoher Anteil des Drehmoments direkt am treibenden Zahnrad entsteht. Der mechanische Wirkungsgrad wird dadurch verbessert. Die Problematik der Druckpulsationen ist jedoch dort nicht angesprochen (DE 38 09 721 C1).In a gear machine known from DE-PS 9 73 994 two pairs of gears separated by an intermediate plate it is known to reduce the gear pairs by half Tooth pitch to be staggered. So it turns out the effect of two single pumps with common suction and Pressure connection, the pulsation of the individual flow rates around half a period is offset from each other. Thereby the amplitude of the pressure pulsation decreases, whereby noise reduction is achieved, but it does occur a harmonic pressure pulsation of double frequency. In unfavorable cases, the pump can therefore be excited and / or connected systems to vibrations and thus increased noise. It is still a gear machine with only one pair of gears known, the gears have different numbers of teeth. This will make the hydraulic pressure resulting torque so on the two Gears divided that the highest possible proportion of the Torque is generated directly on the driving gear. Of the mechanical efficiency is thereby improved. The However, the problem of pressure pulsations is not there addressed (DE 38 09 721 C1).
Weiterhin ist aus der DE 30 04 918 A1 eine Zahnradmaschine mit zwei miteinander kämmenden Zahnradpaaren bekannt, deren Zahnradpaare wahlweise antreibbar sind, und deren Übersetzungsverhältnis nicht gleich eins ist. Zusätzlich wird vorgeschlagen, die Breite des einen Zahnradpaares unterschiedlich zur Breite des anderen Zahnradpaares auszubilden. Die Zahnradmaschine dient primär zur Erzeugung unterschiedlich großer Volumenströme. Inwieweit die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses der beiden Zahnradpaare und die Wahl der Zahnradbreiten einen Einfluß auf die Druckpulsationen hat wird jedoch nicht dargelegt.Furthermore, from DE 30 04 918 A1 is a gear machine two meshing pairs of gears known, the Gear pairs are optionally driven, and their Gear ratio is not equal to one. In addition, suggested the width of a pair of gears different from the width of the other gear pair to train. The gear machine is primarily used for production volume flows of different sizes. To what extent the selection of the Gear ratio of the two gear pairs and the choice the gear width has an influence on the pressure pulsations however, is not spelled out.
Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merk malen der beiden unabhängigen Ansprüche 1 und 4 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kombination von Zahnradpaaren mit unter schiedlichen Zähnezahlen ein geräuscharmer Betrieb erreicht wird. Durch das angestrebte unharmonische Verhalten der Förderstrompulsa tion der Zahnradmaschine wird die Anregung zu Schwingungen nahezu vollständig verhindert. Vorteilhaft ist auch, daß auf schon vorhan dene Zahnradpaare zurückgegriffen werden kann. Dadurch kann die Zahnradmaschine konstruktiv einfach ausgeführt und preiswert herge stellt werden.The gear machine according to the invention with the characteristic note paint the two independent claims 1 and 4 has the other hand Advantage that the combination of gear pairs with under different numbers of teeth a quiet operation is achieved. Due to the inharmonious behavior of the flow pulse tion of the gear machine, the excitation to vibrations is almost completely prevented. It is also advantageous that it already exists whose gear pairs can be used. This allows the Gear machine of simple design and inexpensive be put.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Weiterbildungen sind Verbesserungen der in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmale möglich. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Zähnezahlen der Zahnradpaare so zu wählen, daß Zahnräder eines Zahnradpaares jeweils n-Zähne besitzen und die Zahnräder des anderen Zahnradpaares jeweils n+1-Zähne. Dadurch wiederholt sich der Verlauf der Förderstrompulsation erst nach einer vollständigen Um drehung (2 π) der Zahnräder.Through the training courses listed in the subclaims Improvements to the features specified in claims 1 and 4 possible. It turned out to be particularly advantageous to choose the number of teeth of the gear pairs so that gears one Gear pair each have n teeth and the gears of the other Gear pair each n + 1 teeth. This repeats the process the flow pulsation only after a complete change rotation (2 π) of the gears.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Duozahnradpumpe, Fig. 2 und 3 Längs schnitte in Richtung II/II bzw. III/III nach Fig. 1, Fig. 4 ein Dia gramm des Verlaufs der Förderstrompulsationen Q1 und Q2 über dem Drehwinkel (2 π) der Zahnräder der Zahnradpaare nach Fig. 2 und 3 sowie deren Gesamtförderstrompulsationen Q3, Fig. 5 ein Detail eines Schnitts durch eine Duozahnradpumpe in Abwandlung nach Fig. 1, Fig. 6 und 7 Längsschnitte mit anderen Zähnezahlen und Fig. 8 ein Diagramm des Verlaufs der Förderstrompulsationen Q4 und Q5 über dem Drehwinkel (2 π) der Zahnräder der Zahnradpaare nach Fig. 6 und 7 sowie deren Gesamtförderstrompulsationen Q6. Fig. 1 shows a section through a Duozahnradpumpe, Fig. 2 and 3 are longitudinal sections in the direction II / II and III / III according to Fig. 1, Fig. 4 a slide program of the course of flow fluctuations Q1 and Q2 via the angle of rotation (2 π ) of the gears of the gear pairs according to Fig. 2 and 3 as well as their Gesamtförderstrompulsationen Q3, Fig. 5 shows a detail of a section through a Duozahnradpumpe in a modification of Fig. 1, Fig. 6 and 7 are longitudinal sections with different numbers of teeth, and FIG. 8 is a diagram of the course of the flow pulsations Q4 and Q5 over the angle of rotation (2 π) of the gears of the gear pairs according to FIGS. 6 and 7 and their total flow pulsations Q6.
Eine in der Fig. 1 dargestellte Duozahnradpumpe 10 besteht aus einem Gehäuse 11, das an den jeweiligen Stirnseiten von einer Grund platte 12 bzw. einer Stirnplatte 13 abgeschlossen ist. Das Gehäuse 11 hat eine durchgehende Ausnehmung 14, in der die Zahnräder 16, 17, 18 und 19 angeordnet sind. Die Zahnräder 16 und 17, die sich im Außeneingriff befinden, bilden das Zahnradpaar 20. Die Zahnräder 18 und 19 befinden sich ebenfalls im Außeneingriff und bilden das Zahn radpaar 21. Die Zahnradpaare 20 und 21 werden durch eine Zwischen platte 22 getrennt. Es ergeben sich somit zwei getrennte Förderein heiten mit einem gemeinsamen Saugraum 23 und Druckraum 24. Eine Aus führung mit zwei sich in jeweils einem eigenen Gehäuse befindlichen Fördereinheiten ist auch denkbar. Dabei besitzt jede Fördereinheit einen eigenen Saugraum und Druckraum. Die Volumenströme der Förder einheiten werden dann an anderer Stelle zusammengeführt. Die Zahn räder 16 und 18 werden über eine gemeinsame Antriebswelle 25 ange trieben. Die Antriebswelle 25 wird von einem nicht dargestellten Motor angetrieben und ist in den Lagerkörpern 26 und 27 gelagert. Die Wellenzapfen der Zahnräder 16, 17, 18 und 19 sind in Lagerkör pern 26, 27, 28 und 29 gelagert. Eine Dichtung 30 stellt die Ab dichtung der Antriebswelle 25 zur Stirnplatte 13 sicher.A duo gear pump 10 shown in FIG. 1 consists of a housing 11 , which is closed on the respective end faces of a base plate 12 or an end plate 13 . The housing 11 has a continuous recess 14 in which the gears 16 , 17 , 18 and 19 are arranged. The gear wheels 16 and 17 , which are in external engagement, form the gear wheel pair 20 . The gears 18 and 19 are also in external engagement and form the toothed wheel pair 21st The gear pairs 20 and 21 are separated by an intermediate plate 22 . There are thus two separate conveying units with a common suction chamber 23 and pressure chamber 24 . A version with two conveyor units each in its own housing is also conceivable. Each delivery unit has its own suction and pressure chamber. The volume flows of the conveyor units are then merged elsewhere. The toothed wheels 16 and 18 are driven via a common drive shaft 25 . The drive shaft 25 is driven by a motor, not shown, and is mounted in the bearing bodies 26 and 27 . The shaft journals of the gears 16 , 17 , 18 and 19 are stored in bearing bodies 26 , 27 , 28 and 29 . A seal 30 ensures the seal from the drive shaft 25 to the end plate 13 .
In den Fig. 2 und 3 sind die Zahnradpaare 20 und 21 näher darge stellt. Die Zahnräder 16, 17 des Zahnradpaares 20 besitzen jeweils zwölf Zähne, die Zahnräder 18, 19 des Zahnradpaares 21 jeweils zehn Zähne. Werden nun die Zahnräder 16 und 18 durch die Antriebswelle 25, zum Beispiel im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so bewegen sich die komplementären Zahnräder 17 und 19 im Uhrzeigersinn, und ein über den Saugraum 23 angesaugtes Druckmittel wird in den Zahnlücken bei gleichzeitigem Druckaufbau in den Druckraum 24 gefördert.In FIGS. 2 and 3, the gear pairs 20 and 21 provides greater detail Darge. The gears 16 , 17 of the pair of gears 20 each have twelve teeth, the gears 18 , 19 of the pair of gears 21 each have ten teeth. If the gears 16 and 18 are now rotated by the drive shaft 25 , for example counterclockwise, the complementary gears 17 and 19 move clockwise, and a pressure medium sucked in via the suction space 23 is conveyed into the tooth spaces while pressure builds up in the pressure space 24 .
Fig. 4 stellt die entstehenden Förderstrompulsationen dar. Q1 kenn zeichnet dabei den Verlauf der Förderstrompulsationen des Zahnrad paares 20 und Q2 den Verlauf der Förderstrompulsationen des Zahnrad paares 21. Entsprechend den unterschiedlichen Zähnezahlen der Zahn räder 16, 17, 18, 19 der Zahnradpaare 20 und 21 weist die Kurve Q1 Förderstrompulsationen geringerer Amplitude, jedoch höherer Frequenz im Vergleich zu der Kurve der Förderstrompulsationen Q2 auf. Sowohl die Förderstrompulsationen Q1 als auch die Förderstrompulsationen Q2 wiederholen sich während der vollständigen Umdrehung (2 π) der Zahnradpaare 20, 21 hinsichtlich Frequenz und Amplitude regelmäßig. Die Kurve der Gesamtförderstrompulsationen Q3 ergibt sich durch Addition der Kurven der Förderstrompulsationen Q1 und Q2 beim je weiligen Drehwinkel. Der Verlauf der Förderstrompulsationen Q3 ändert sich bis zur halben Umdrehung (π) der Zahnräder 16, 17, 18, 19 ständig hinsichtlich seiner Frequenz und Amplitude. Dieses Ver halten ist in Bezug auf die Geräuschemission vorteilhaft, da keiner lei Frequenz oder Amplitude bevorzugt wird. Da nach jeweils einer halber Umdrehung (π) der Zahnräder die Ausgangssituation der Zähne zueinander wieder gleich ist, wiederholt sich der Kurvenverlauf der Förderstrompulsationen Q3 ebenfalls nach jeder halben Umdrehung. Da sich die Förderstrompulsation Q3 aus den Förderstrompulsationen Q1 und Q2 ergeben, zeigen sich bei anderer Wahl der Zähnezahlen der Zahnräder 16, 17, 18, 19 auch andere Verläufe der Förderstrompulsa tionen Q1, Q2 und Q3. Je nach Anwendungsfall kann so das Geräusch verhalten günstig beeinflußt werden. Fig. 4 shows the resulting flow pulsations. Q1 indicates the course of the flow pulsations of the gear pair 20 and Q2 the flow of the flow pulsations of the gear pair 21st Corresponding to the different number of teeth of the gear wheels 16 , 17 , 18 , 19 of the gear pairs 20 and 21 , the curve Q1 has flow pulsations of lower amplitude but higher frequency compared to the curve of the flow pulsations Q2. Both the delivery flow pulsations Q1 and the delivery flow pulsations Q2 are repeated during the complete revolution (2π) of the gear pairs 20 , 21 with respect to frequency and amplitude. The curve of the total flow pulsations Q3 results from adding the curves of the flow pulsations Q1 and Q2 at the respective angle of rotation. The course of the flow pulsations Q3 changes up to half a revolution (π) of the gears 16 , 17 , 18 , 19 with regard to its frequency and amplitude. This behavior is advantageous in terms of noise emission, since no lei frequency or amplitude is preferred. Since after every half revolution (π) of the gearwheels the initial situation of the teeth is the same again, the curve of the delivery flow pulsations Q3 is also repeated after every half revolution. Since the flow rate pulsation Q3 results from the flow rate pulsations Q1 and Q2, other courses of the number of teeth of the gears 16 , 17 , 18 , 19 also show other courses of the flow rate pulsations Q1, Q2 and Q3. Depending on the application, the noise can be influenced in a favorable manner.
Fig. 5 stellt ein Detail eines Ausführungsbeispieles dar, bei dem die Zähnezahlen der Zahnräder 16, 17, 18, 19 so gewählt sind, daß mindestens drei der Zahnräder 16, 17, 18, 19 unterschiedliche Zähne zahlen aufweisen. In diesem Fall ist es notwendig, die unterschied lichen Übersetzungsverhältnisse der Zahnradpaare 20, 21 durch einen zusätzlichen Lagerkörper 31 an einem der Zahnräder 16, 17, 18, 19, z. B. am Zahnrad 19, auszugleichen. Fig. 5 shows a detail of an embodiment in which the number of teeth of the gears 16 , 17 , 18 , 19 are selected so that at least three of the gears 16 , 17 , 18 , 19 have different numbers of teeth. In this case, it is necessary to the different ratios of the gear pairs 20 , 21 by an additional bearing body 31 on one of the gears 16 , 17 , 18 , 19 , z. B. on the gear 19 to compensate.
Fig. 6 und 7 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel einer Duozahn radpumpe 10a, wobei die Zahnräder 16a, 17a des Zahnradpaares 20a je weils zwölf Zähne und die Zahnräder 18a, 19a des Zahnradpaares 21a jeweils elf Zähne besitzen. Entsprechend ihrer unterschiedlichen Zähnezahl ergeben sich in Fig. 8 die Kurven der Förderstrompulsa tionen Q4 und Q5 sowie der Gesamtförderstrompulsationen Q6. Hierbei setzt sich die Kurve der Gesamtförderstrompulsationen Q6 wie beim Diagramm nach der Fig. 4 als Addition der Förderstrompulsationen Q4 und Q5 zusammen. Es zeigt sich, daß sich in diesem Fall der Verlauf der Gesamtförderstrompulsationen Q6 erst wieder nach einer voll ständigen Umdrehung (2 π) der Zahnräder wiederholt. Da sich nach einer vollständigen Umdrehung der Zahnräder die Ausgangslage der Zahnräder zueinander, unabhängig von den Zähnezahlen der einzelnen Zahnräder, wiederholt, stellt dies gleichzeitig auch den Fall einer möglichst lang andauernden unharmonischen Gesamtförderstrompulsation dar. Dieser Fall tritt aus geometrischen Gründen immer dann auf, wenn sich die Zähnezahlen der Zahnräder 16a, 17a, 18a, 19a der Zahn radpaare 20a, 21a um eins unterscheiden. FIGS. 6 and 7 show another embodiment of a Duozahn wheel pump 10 a, the gear wheels 16 a, 17 a of the gear pair 20 a depending weils twelve teeth and the gear wheels a pair of gears 21a, respectively eleven teeth have 18 a, 19. In accordance with their different number of teeth, the curves of the delivery flow pulsations Q4 and Q5 and the total delivery flow pulsations Q6 result in FIG. 8. Here, the curve of the total flow pulsations Q6 is composed as in the diagram according to FIG. 4 as an addition of the flow pulsations Q4 and Q5. It can be seen that in this case the course of the total flow pulsations Q6 is repeated only after a complete continuous rotation (2π) of the gearwheels. Since after one complete rotation of the gearwheels the starting position of the gearwheels is repeated relative to one another, regardless of the number of teeth of the individual gearwheels, this also represents the case of a long-lasting inharmonic total flow pulsation. This case always occurs for geometrical reasons when the number of teeth of the gears 16 a, 17 a, 18 a, 19 a of the gear pairs 20 a, 21 a differ by one.
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