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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Sachgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine geräuschreduzierte Innenzahnradpumpe,
die einen inneren Rotor einsetzt, der einen Kopfteil, der durch
eine glatte Kurve gebildet ist, und einen Fußteil, der durch eine Hypozykloide
gebildet ist, einsetzt.
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Beschreibung des Hintergrunds
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Die
veröffentlichte,
japanische Patentanmeldung Tokuhyouhei
11-811935 hat eine Innenzahnradpumpe offenbart, die dazu
vorgesehen ist, das Geräusch
zu verringern, die mechanische Effektivität zu verbessern und die Pumpenlebensdauer
zu erhöhen.
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11 stellt
das Profil der Zahnradzähne
der Innenzahnradpumpe, die in Tokuhyouhei
11-811935 offenbart ist, dar. Die
Pumpe kombiniert einen inneren Rotor, der einen Kopfteil, der durch
eine Epizykloide gebildet ist, und einen Fußteil, der durch eine Hypozykloide
(das Zahnprofil ist in einer punktierten Linie dargestellt) gebildet
ist, besitzt, und einen äußeren Rotor,
der einen Kopfteil, der durch eine Hypozykloide gebildet ist, und
einen Fußteil,
der durch eine Epizykloide (das Zahnprofil ist in einer durchgezogenen
Linie dargestellt) gebildet ist, kombiniert. Ein epizykloidales
Profil fh1 des Kopfteils des äußeren Rotors
ist durch die Stelle eines Punkts an einem ersten Bildungskreis
re1, der durch einen Teilkreis P umschrieben ist und ohne Schlupf
auf dem Kreis P von einem Startpunkt zO aus rollt, gebildet. Ein
epizykloidales Profil fh2 des Kopfteils des inneren Rotors ist durch
die Stelle eines Punkts an einem zweiten Bildungskreis re2, der
durch einen Teilkreis P umschrieben ist und ohne Schlupf auf dem
Kreis P von einem Startpunkt zO' aus
rollt, gebildet. Ein hypozykloidales Profil fr1 des Kopfteils des äußeren Rotors
ist durch den Ort eines Punkts auf einem dritten Bildungskreis rh1
gebildet, der in dem Teilkreis P eingeschrieben ist und ohne Schlupf
auf dem Kreis P von dem Startpunkt zO aus rollt. Ein hypozykloidales
Profil fr2 des Fußteils
des inneren Rotors ist durch die Stelle eines Punkts auf einem vierten
Bildungskreis rh2 gebildet, der in dem Teilkreis P eingeschrieben
ist und ohne Schlupf auf dem Kreis P von dem Startpunkt zO' aus rollt. Die Bildungskreise
re1, re2, rh1 und rh2 haben einen unterschiedlichen Durchmesser.
Der Freiraum bzw. Abstand CR zwischen dem Kopfteil und dem äußeren Rotor
und dem entsprechenden Fußteil
des inneren Rotors ist gleich zu der Differenz in dem Durchmesser
zwischen dem dritten und dem vierten Bildungskreis rh1 und rh2.
Ein Abstand CR' zwischen dem
Fußpunkt
des äußeren Rotors
und dem entsprechenden Kopfteil des inneren Rotors ist gleich zu
der Differenz im Durchmesser zwischen dem ersten und dem zweiten
Bildungskreis re1 und re2. Wenn der Betrag einer Exzentrizität zwischen
dem äußeren und
dem inneren Rotor "e" ist, ist der Abstand
zwischen den zwei Rotoren an der Position, wo sich die zwei Rotoren
am engsten miteinander verzahnen, nahezu gleich zu dem Abstand zwischen
den zwei Rotoren an der Position, wo sich die zwei Rotoren gegenseitig
am losesten verzahnen.
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Bei
einer Innenzahnradpumpe ist es erforderlich, dass sie einen Abstand
zwischen dem äußeren Rotor
und dem inneren Rotor so hat, um den Rotoren zu ermöglichen,
sich störungsfrei
zu drehen. In der Pumpe, die in Tokuhyouhei
11-811935 offenbart ist, ist der
Abstand dadurch gebildet, dass der Abstand in dem Durchmesser zwischen
dem ersten und dem zweiten Bildungskreis re1 und re2 und zwischen dem
dritten und dem vierten Bildungskreis rh1 und rh2 vorgesehen wird.
In diesem Fall existiert, wenn der innere Rotor gegen den äußeren Rotor
an der Position gedrückt
wird, wo die Zähne
der zwei Rotoren in einander greifen, ein minimaler Abstand zwischen
jedem Zahn des inneren Rotors und dem gegenüberliegenden Zahn des äußeren Rotors.
Nachfolgend wird dieser minimale Abstand als ein "Zwischenrotorabstand" bezeichnet, einschließlich des Ausdrucks
in dem Abschnitt "Ansprüche". Die vorliegenden
Erfinder fanden heraus, dass dann, wenn die Pumpe betätigt wird,
sich der Zwischenrotorabstand plötzlich
von Null an dem Eingriffsbereich erhöht, was das Rauschen hervorruft.
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Das
Dokument
EP 0785360 offenbart
eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 2.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Innenzahnradpumpe
zu schaffen, bei der eine plötzliche Änderung
in dem Zwischenrotorabstand beseitigt wird, um das Geräusch weiterhin
zu verringern.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Innenzahnradpumpe auf:
(a) einen inneren Rotor mit einem Kopfteil, der durch eine Epizykloide
gebildet wird, und einem Fußteil,
der durch eine Hypozykloide gebildet wird; und (b) einen äußeren Rotor;
wobei der innere und der äußere Rotor eine
Nenn-Exzentrizität
e zwischen dem Mittelpunkt des inneren Rotors und dem Mittelpunkt
des äußeren Rotors
haben und einen maximalen Wert des Zwischenrotorabstands haben,
der als der minimale Abstand zwischen jedem Zahn des inneren Rotors
und dem gegenüberliegenden
Zahn des äußeren Rotors, wenn
der innere Rotor an den äußeren Rotor
gepresst wird, an der Position definiert ist, an der die Zähne der
zwei Rotoren in Eingriff sind; dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rotor
ein Zahnprofil hat, das durch die folgenden Schritte bestimmt wird: (b1)
Rotieren des Mittelpunkts des inneren Rotors um den Mittelpunkt
des äußeren Rotors
herum, um einen Kreis mit einem Durchmesser von 2e + t zu bilden; (b2)
Drehen des inneren Rotors auf seiner eigenen Achse 1/n-mal, während der
Mittelpunkt des inneren Rotors eine Umdrehung in der kreisförmigen Umlaufbahn
ausführt,
wobei "n" die Anzahl von Zähnen des inneren
Rotors ist; (b3) Zeichnen der Hüllkurve
der Gruppe der Zahnprofilkurven des inneren Rotors, die durch seine
Umdrehung gebildet wird; und (b4) Verwenden der Hüllkurve
als das Zahnprofil des äußeren Rotors.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Innenzahnradpumpe:
einen inneren Rotor mit einem Kopfteil und einem Fußteil, wobei
der Fußteil
durch eine Hypozykloide gebildet wird; und einen äußeren Rotor;
wobei der innere und der äußere Rotor
eine Nenn-Exzentrizität
e zwischen dem Mittelpunkt des inneren Rotors und dem Mittelpunkt
des äußeren Rotors
haben und einen Maximalwert t des Zwischenrotorabstands haben, der
als der minimale Abstand zwischen jedem Zahn des inneren Rotors
und dem gegenüberliegenden
Zahn des äußeren Rotors,
wenn der innere Rotor an den äußeren Rotor
gepresst wird, an der Position definiert ist, an der die Zähne der
zwei Rotoren in Eingriff sind; dadurch gekennzeichnet, dass (a)
der Kopfteil des inneren Rotors durch eine glatte Kurve gebildet
wird, die durch eine Trochoiden-, eine Spline-Kurve oder einen Hauptabschnitt
einer äußeren Hälfte einer
Ellipse umfasst, deren Hauptachse senkrecht zu einem Radius des
inneren Rotors ist, und dadurch, dass (b) der äußere Rotor ein Zahnprofil hat,
das durch die folgenden Schritte bestimmt wird: (b1) Rotieren des
Mittelpunkts des inneren Rotors um den Mittelpunkt des äußeren Rotors
herum, um einen Kreis mit einem Durchmesser von 2e + t auszubilden; (b2)
Drehen des inneren Rotors auf seiner eigenen Achse 1/n-mal, während der
Mittelpunkt des inneren Rotors eine Umdrehung in der kreisförmigen Umlaufbahn
ausführt,
wobei "n" die Anzahl von Zähnen des inneren
Rotors ist; (b3) Zeichnen der Hüllkurve
der Gruppe der Zahnprofilkurven des inneren Rotors, die durch seine
Umdrehung gebildet wird; und (b4) Verwenden der Hüllkurve
als das Zahnprofil des äußeren Rotors.
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Vorzugsweise
wird für
jeden Aspekt dieser Erfindung der Kopfteil des inneren Rotors durch
die folgenden Schritte modifiziert.
- (a1a) Die
Mitte eines provisorischen inneren Rotors wird um den Mittelpunkt
eines provisorischen äußeren Rotors
herum gedreht, um einen Kreis mit einem Durchmesser von 2e + t auszubilden.
- (a1b) Der provisorische innere Rotor wird auf seiner eigenen
Achse 1/n-mal gedreht, während
der Mittelpunkt des provisorischen inneren Rotors eine Umdrehung
in der kreisförmigen
Umlaufbahn ausführt.
- (a1c) Die Hüllkurve
der Gruppe der Zahnprofilkurven des provisorischen inneren Rotors,
die durch seine Umdrehung gebildet wird, wird gezeichnet.
- (a1d) Die Hüllkurve
wird als das Zahnprofil des provisorischen äußeren Rotors verwendet.
- (a1e) Durch Verwenden der Zahnprofile des provisorischen inneren
und äußeren Rotors
wird die Position des hinteren Endes einer Kopfflanke, die erforderlich
ist, um die Pumpenkammer zu verschließen, in dem Kopfteil des provisorischen
inneren Rotors bestimmt. Das vordere Ende der Kopfflanke befindet
sich an der Oberseite des Kopfteils.
- (a1f) Die Position des Zahneingriffspunkts, an dem der provisorische
innere Rotor mit dem provisorischen äußeren Rotor in Eingriff ist,
wird bestimmt.
- (a1g) Die Position einer weiteren Kopfflanke, die an dem Ort
liegt, gegenüber
der Position des beschriebenen hinteren Endes zu dem Zahneingriffspunkt
an eine Stelle im Inneren der Kurve, die das ursprüngliche
Zahnprofil bildet, wird verschoben.
- (a1h) Das Profil nach der Positionsmodifikation wird als das
Zahnprofil des Kopfteils des inneren Rotors verwendet.
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In
der vorstehenden Beschreibung ist der Zahneingriffspunkt der Punkt,
der sich am nächsten zu
der Oberseite des Kopfteils des inneren Rotors in der Zahnfläche des
inneren Rotors, die gegen den äußeren Rotor
gedrückt
wird, befindet, um darauf die Drehkraft aufzubringen, wenn der innere
Rotor den äußeren Rotor
so drückt,
um sich zu drehen.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird das Zahnprofil des äußeren Rotors
durch das nachfolgende Verfahren gebildet. Der innere Rotor wird
auf dem Kreis gedreht, der einen Durchmesser von 2e + t besitzt.
Während
der innere Rotor eine Umdrehung vornimmt, wird er auf seiner Achse
1/n-mal gedreht. Dieser Vorgang erzeugt eine Gruppe von Zahnprofilkurven
des inneren Rotors. Die Hüllkurve
der Gruppe wird dazu verwendet, das Zahnprofil des äußeren Rotors
zu bilden. In diesem Fall erhöht
sich der Zwischenrotorabstand stufenweise von Null zu dem maximalen
Abstand, der zwischen der Oberseite des Kopfteils und dem äußeren Rotor
und der Oberseite des Kopfteils des inneren Rotors gebildet ist.
Mit anderen Worten ist der Betrag einer relativen Bewegung zwischen
den zwei Rotoren während
der Drehung klein. Folglich können
sich die zwei Rotoren weich drehen, was nur unterdrückte Vibrationen
hervorruft. Als eine Folge kann das Betriebsgeräusch der Pumpe im Vergleich
zu herkömmlichen
Pumpen verringert werden. Die verringerte Vibration erhöht die Lebensdauer
der Pumpe.
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Die
Pumpe besitzt, wie beschrieben ist, einen inneren Rotor, dessen
Zahnprofil vorzugsweise durch den folgenden Vorgang modifiziert
ist. Die Hüllkurve
der Gruppe der Zahnprofilkurven eines versuchsweisen, inneren Rotors,
der durch seine Drehung gebildet ist, wird als das Zahnprofil eines
versuchsweisen äußeren Rotors
verwendet. Die Verwendung der Zahnprofile des versuchsweisen inneren
und äußeren Rotors
bestimmt die Position, um die Zahnfläche des Kopfteils des inneren
Rotors zu modifizieren. Die Pumpe besitzt einen äußeren Rotor, dessen Zahnprofil
durch denselben Vorgang, wie er vorstehend beschrieben ist, unter
Verwendung des inneren Rotors gebildet wird, dessen Zahnfläche in der
Po sition modifiziert wird. Die Pumpe unterdrückt die gegenseitige Kollision
der Zähne
des äußeren und
des inneren Rotors an dem Nichteingriffsbereich, wenn die Pumpe
betrieben wird. Als Folge verringert die Pumpe weiterhin das Geräusch.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der Pumpe der vorliegenden
Erfindung darstellt, bei der die Abdeckung der Pumpe entfernt ist.
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2 zeigt
ein Diagramm, das eine Verschiebung des Zahnprofils des inneren
Rotors darstellt, wenn er gedreht wird, während er sich auf seiner eigenen
Achse dreht.
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3 zeigt
ein Diagramm, das das Zahnprofil des äußeren Rotors, gebildet durch
die Hüllkurve der
Gruppe der Zahnprofilkurven des inneren Rotors, darstellt.
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4 zeigt
ein vergrößertes Diagramm,
das den Abstand in dem Zahnprofil zwischen dem äußeren Rotor der vorliegenden
Erfindung und demjenigen nach dem Stand der Technik darstellt.
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5A zeigt
ein Diagramm, das ein Beispiel der Verschiebung des inneren Abstands
der Pumpe, die das Zahnprofil der vorliegenden Erfindung besitzt,
darstellt, und 5B zeigt ein Diagramm, das ein
anderes Beispiel der Verschiebung darstellt.
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6A zeigt
ein Diagramm, das ein Beispiel der Verschiebung des Zwischenrotorabstands
der Pumpe, die das Zahnprofil nach dem Stand der Technik aufweist,
darstellt, und 6B zeigt ein Diagramm, das ein
anderes Beispiel der Verschiebung darstellt.
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7A zeigt
ein Diagramm, das die Wellenform der Vibration in dem Fall der Pumpe
darstellt, die das Zahnprofil der vorliegenden Erfindung besitzt,
während
die Rotoren unter einem bestimmten Zustand gedreht werden, und,
zum Vergleich, zeigt 7B die Pumpe, die das Zahnprofil
nach dem Stand der Technik besitzt, während die Rotoren unter derselben
Bedingung wie in 7A gedreht werden.
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8A zeigt
ein Diagramm, das die Wellenform der Vibration in dem Pumpengehäuse der
Pumpe darstellt, die das Zahnprofil der vorliegenden Erfindung besitzt,
wobei die Rotoren unter einem anderen Zustand gedreht werden, und,
zum Vergleich, zeigt 8B die Pumpe, die das Zahnprofil
nach dem Stand der Technik besitzt, während die Rotoren unter derselben
Bedingung wie in 8A gedreht werden.
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9A zeigt
ein Diagramm, das die Wellenform der Vibration in dem Pumpengehäuse der
Pumpe darstellt, die das Zahnprofil der vorliegenden Erfindung besitzt,
wobei die Rotoren unter einem anderen Zustand gedreht werden, und,
zum Vergleich, zeigt 9B die Pumpe, die das Zahnprofil
nach dem Stand der Technik besitzt, während die Rotoren unter derselben
Bedingung wie in 9A gedreht werden.
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10A zeigt ein Diagramm, das die Wellenform der
Vibration in dem Pumpengehäuse
der Pumpe darstellt, die das Zahnprofil der vorliegenden Erfindung
besitzt, wobei die Rotoren unter einem anderen Zustand gedreht werden,
und, zum Vergleich, zeigt 10B die
Pumpe, die das Zahnprofil nach dem Stand der Technik besitzt, während die
Rotoren unter derselben Bedingung wie in 10A gedreht werden.
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11 zeigt
ein Diagramm, das das Verfahren eines Bildens des Profils der Zahnradzähne der Innenzahnradpumpe
eines Stands der Technik darstellt.
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12 zeigt
ein Diagramm, das das Zahnprofil des inneren Rotors darstellt, bei
dem der Kopfteil durch eine Kurve gebildet ist, die aus einem Hauptbereich
der oberen Hälfte
einer Ellipse besteht, wobei das Diagramm die Zahnfläche darstellt,
bevor sie modifiziert ist.
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13 zeigt
ein Diagramm, das das Zahnprofil des inneren Rotors darstellt, bei
dem der Kopfteil durch eine Kurve gebildet ist, die aus einem Hauptbereich
der oberen Hälfte
einer Ellipse besteht, wobei das Diagramm die Zahnfläche darstellt,
nachdem sie modifiziert ist.
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14 zeigt
ein Diagramm, das das Zahnprofil des inneren Rotors darstellt, wobei
die Zahnfläche
an zwei Stellen modifiziert ist: eine Stelle befindet sich vor der
Mitte der Kurve, die den Kopfteil bildet, wenn der Rotor gedreht
wird, und die andere liegt hinter der Mitte.
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15A zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Verschiebung
des Innenrotorabstands, bevor die Zahnfläche modifiziert ist, darstellt,
und 15B zeigt ein Diagramm, das
ein anderes Beispiel der Verschiebung darstellt.
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16A zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Verschiebung
des Innenrotorabstands, nachdem die Zahnfläche modifiziert ist, darstellt,
und 16B zeigt ein Diagramm, das
ein anderes Beispiel der Verschiebung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
die 1 bis 3 erläutert. Wie in 1 dargestellt
ist, weist eine Innenzahnradpumpe 10 einen inneren Rotor 1,
dessen Anzahl von Zähnen "n" beträgt, einen äußeren Rotor 2, dessen
Anzahl der Zähne "n + 1" beträgt, und
ein Pumpengehäuse
(Gehäuse) 3,
das die zwei Rotoren aufnimmt, auf. Das Pumpengehäuse 3 ist
mit einer Saugöffnung 4 und
einer Zuführöffnung 5 versehen.
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In
der Pumpe 10 ist der innere Rotor 1 ein Antriebszahnrad
und der äußere Rotor 2 ist
ein Abtriebszahnrad. Der innere Rotor 1 besitzt eine Drehmitte
Oi und der äußere Rotor 2 besitzt
eine Drehmitte Oo. Die Mitten Oo und Oi sind um den Betrag von "e" exzentrisch zueinander.
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Der
innere Rotor 1 besitzt ein Zahnprofil, das unter Bezugnahme
auf 11 erläutert
wird. Genauer gesagt besitzt der Kopfteil ein epizykloidales Profil, das
durch den Ort eines Punkts auf dem Bildungskreis rh2 gebildet ist,
der auf dem Teilkreis P eingeschrieben ist und auf dem Kreis rollt.
Der Fußpunkt besitzt
ein hypozykloidales Profil, das durch den Ort eines Punkts auf dem
Bildungskreis rh2 gebildet ist, der auf dem Teilkreis P eingeschrieben
ist und auf dem Kreis rollt.
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Andererseits
besitzt der äußere Rotor 2 ein Zahnprofil,
das durch das Verfahren, das in den 2 und 3 dargestellt
ist, bestimmt ist. Die Mitte Oi des inneren Rotors 1 wird,
wie in 2 dargestellt ist, um die Mitte Oo des äußeren Rotors 2 gedreht,
um so einen Kreis S zu bilden, der einen Durchmesser von 2e + t
besitzt, wobei "t" der maximale Wert
des Zwischenrotorabstands zwischen dem äußeren Rotor 2 und
dem inneren Rotor 1, der gegen den äußeren Rotor 2 gedrückt ist,
ist (siehe 5A und 6A).
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Während die
Mitte Oi des inneren Rotors 1 eine Umdrehung in der kreisförmigen Umlaufbahn
S vornimmt, wird der innere Rotor 1 auf seiner eigenen Achse
1/n-mal gedreht ((360/n) Grad). Abwechselnde lange und kurze, unterbrochene
Linien in 2 stellen eine Zahnprofilkurve
des inneren Rotors an der Position dar, wenn sich die Mitte Oi des
inneren Rotors 1 um einen Winkel von θ Grad um die Mitte Oo des äußeren Rotors
dreht, um sich zu einem Punkt Oi' zu
verschieben, und gleichzeitig wird der innere Rotor 1 auf
seiner eigenen Achse um einen Winkel von (θ/n) Grad gedreht. Die Zahnprofilkurve
variiert, wie in 3 dargestellt ist, entsprechend
der Umdrehung, begleitet durch die Drehung. Die Gruppe der Zahnprofilkurven
besitzt eine Hüllkurve 6,
die dazu verwendet wird, das Zahnprofil des äußeren Rotors 2 zu
bilden.
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4 zeigt
ein vergrößertes Diagramm,
das den Unterschied in dem Zahnprofil zwischen dem äußeren Rotor
der vorliegenden Erfindung, gebildet durch die Hüllkurve der Gruppe der Zahnprofilkurven des
inneren Rotors, wie dies unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert ist,
und dem äußeren Rotor
eines Stands der Technik, gebildet durch das Verfahren, das unter
Bezugnahme auf die 11 erläutert ist, darstellt. In 4 stellt
die durchgezogene Linie das Zahnprofil der Pumpe der vorliegenden
Erfindung dar und die unterbrochene Linie stellt dasjenige nach
dem Stand der Technik dar. Die zwei Profile unterscheiden sich voneinander
offensichtlich in der Nähe
der Grenze zwischen dem Kopfteil und dem Fußteil.
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Die 5A und 5B stellen
Verschiebungen des Zwischenrotorabstands der Pumpe der vorliegenden
Erfindung, wenn der innere Rotor 1 und der äußere Rotor 2,
die die folgenden Merkmale haben, miteinander kombiniert werden,
dar:
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Innerer Rotor:
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- Anzahl der Zähne:
10
- Teilkreis: Durchmesser 62,00 (Einheit ist mm, nachfolgend wird
dasselbe angewandt)
- Epizykloide-Bildungskreis: Durchmesser: 3,10
- Hypozykloide-Bildungskreis: Durchmesser: 3,10
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Äußerer Rotor:
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- Anzahl der Zähne:
11
- Betrag der Exzentrizität
zwischen den zwei Rotoren: 3,10
- maximaler Wert des Zwischenrotorabstands: 0,12.
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Die 6A und 6B stellen
Verschiebungen zwischen dem Rotorabstand der Pumpe eines Stands
der Technik, die das Zahnprofil besitzt, das durch das Verfahren
gebildet ist, das unter Bezugnahme auf 11 erläutert ist,
dar. Die Pumpe besitzt die folgenden Merkmale:
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Innerer Rotor:
-
- Anzahl der Zähne:
10
- Teilkreis: Durchmesser 62,00 (Einheit ist mm, nachfolgend wird
dasselbe angewandt)
- Epizykloide-Bildungskreis: Durchmesser: 3,10
- Hypozykloide-Bildungskreis: Durchmesser: 3,10
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Äußerer Rotor:
-
- Anzahl der Zähne:
11
- Teilkreisdurchmesser: 68,20
- Epizykloide-Bildungskreis: Durchmesser: 3,10
- Hypozykloide-Bildungskreis: Durchmesser: 3,10
- Betrag der Exzentrizität
zwischen den zwei Rotoren: 3,10.
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Die 5A und 6A stellen
Beispiele dar, bei denen die Position des Zwischenrotorabstands
von Null an der Position auftritt, wo die Oberseite des Kopfteils
des inneren Rotors 1 mit der Unterseite des Fußteils des äußeren Rotors 2 übereinstimmt.
Die 5B und 6B stellen
Beispiele dar, bei denen die Position des Zwischenrotorabstands von
Null an der Position auftritt, wo der Boden des Fußteils des
inneren Rotors 1 mit der Oberseite des Kopfsteils des äußeren Rotors 2 übereinstimmt.
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In
dem Fall des Zahnprofils nach dem Stand der Technik, wie es in 6A dargestellt
ist, variiert der Zwischenrotorabstand in der folgenden Reihenfolge:
0 → 0,114 → 0,118 → 0,118 → 0,120 → 0,120 (Einheit
ist mm, nachfolgend wird dies ebenso angewandt). In 6B variiert
der Zwischenrotorabstand in der folgenden Reihenfolge: 0 → 0,105 → 0,116 → 0,117 →, 0,120 → 0,120.
In beiden Fällen
erhöht
sich der Zwischenrotorabstand plötzlich
von Null aus.
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Im
Gegensatz dazu variiert, mit dem Zahnprofil der vorliegenden Erfindung,
wie dies in 5A dargestellt ist, der Zwischenrotorabstand
in der folgenden Reihenfolge: 0 → 0,045 → 0,075 → 0,099 → 0,115 → 0,120.
In 5B variiert der Zwischenrotorabstand in der folgenden
Reihenfolge: 0 → 0,029 → 0,060 → 0,088 → 0,108 → 0,118.
In beiden Fällen
variiert der Zwischenrotorabstand nur gering.
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Die 7A bis 10B stellen die Ergebnisse der Messung dar, um
die Funktionsweise der Pumpe, die das Zahnprofil der vorliegenden
Erfindung besitzt, und der Pumpe, die das Zahnprofil nach dem Stand
der Technik besitzt, zu vergleichen. Die Ergebnisse sind durch die
Wellenform der Vibration in dem Pumpengehäuse, während die Rotoren gedreht werden,
dargestellt. 7A bis 10A stellen
die Wellenform des Zahnprofils der vorliegenden Erfindung dar, und
die 7B bis 10B stellen diejenigen
nach dem Stand der Technik dar. Die Pumpen, die in dem Vergleichstest
verwendet sind, kombinieren den inneren Rotor 1 mit 10
Zähnen
und den äußeren Rotor 2 mit
11 Zähnen,
wobei die Zahnprofile so sind, wie dies in den 5A bis 6B dargestellt
ist.
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Die 7A und 7B stellen
die Testergebnisse unter den folgenden Bedingungen dar: Öltemperatur:
40 °C, Zufuhrdruck:
0,3 MPa, und Anzahl der Umdrehungszahlen: 3.000 U/min.
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Die 8A und 8B stellen
die Testergebnisse unter den folgenden Bedingungen dar: Öltemperatur:
40 °C, Zufuhrdruck:
0,4 MPa, und Anzahl der Umdrehungszahlen: 3.000 U/min.
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Die 9A und 9B stellen
die Testergebnisse unter den folgenden Bedingungen dar: Öltemperatur:
100 °C,
Zufuhrdruck: 0,3 MPa, und Anzahl der Umdrehungszahlen: 3.000 U/min.
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Die 10A und 10B stellen
die Testergebnisse unter den folgenden Bedingungen dar: Öltemperatur:
100 °C,
Zufuhrdruck: 0,4 MPa, und Anzahl der Umdrehungszahlen: 3.000 U/min.
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Wie
anhand dieser Ergebnisse gesehen werden kann, erzeugt die Pumpe,
die das Zahnprofil der vorliegenden Erfindung besitzt, eine geringere
Vibration unter irgendwelchen dieser Bedingungen. Wenn sich die
Vibration verringert, verringert sich das erzeugte Geräusch und
die Lebensdauer der Pumpe wird verlängert.
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Wie
vorstehend erläutert
ist, beseitigt der vorstehende Aufbau der vorliegenden Erfindung
eine plötzliche Änderung
des Zwischenrotorabstands, so dass das Geräusch, das von der plötzlichen
Abstandsänderung
stammt, unterdrückt
werden kann. Allerdings erhöht
sich der Zwischenrotorabstand stufenweise von Null bis zu dem maximalen
Abstand, der durch die Oberseite des Kopfteils des äußeren Rotors
und der Oberseite des Kopfteils des inneren Rotors erzeugt wird.
Als Folge können
die Zähne
des inneren und des äußeren Rotors
gegeneinander an dem Nichteingriffsbereich, insbesondere an einem Bereich,
wo der Zwischenrotorabstand klein ist, aneinander stoßen. Es
ist möglich,
dass diese Kollision eine neue Geräuschquelle wird.
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Dementsprechend
bietet die vorliegende Erfindung auch eine Maßnahme an, um das Geräusch zu
unterdrücken,
das von der Kollision (nachfolgend bezeichnet als "Aufschlagen") der Zähne an dem Nichteingriffsbereich
resultiert. Die Maßnahme
ist dann effektiv, wenn der innere Rotor ein Zahnprofil, ein anderes
als die Zykloide, besitzt.
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Die
Maßnahme,
um das Aufschlagen der Zähne
an dem Nichteingriffsbereich zu unterdrücken, wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf ein konkretes Beispiel erläutert. 12 stellt
das Zahnprofil eines inneren Rotors 1 dar. Das Zahnprofil
besitzt einen Kopfteil 7, der durch eine Kurve, die aus
einem Hauptbereich der oberen Hälfte
einer Ellipse besteht, wenn deren große Achse horizontal positioniert
ist, und einem Fußteil 8,
der durch eine hypozykloidale Kurve gebildet ist, die durch einen
Bildungskreis (innerer Rollkreis) rh (Durchmesser: B) erzeugt ist,
der in dem Teilkreis (Basiskreis) P (Durchmesser: A) eingeschrieben
ist und auf dem Kreis P ohne einen Schlupf gleitet, gebildet ist.
Die Kurve des Teils 7 ist mitten-symmetrisch, und dessen
eines Ende ist mit dem nachlaufenden Ende der Kurve des Fußteils 8 an
einem Punkt C an dem Teilkreis P verbunden, und das andere Ende
ist mit dem Anfangsende der Kurve des Fußteils 8 an einem
Punkt D auf dem Teilkreis P verbunden.
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Wenn
der innere Rotor 1 das Zahnprofil, wie es in 12 dargestellt
ist, besitzt, wird das Zahnprofil des äußeren Rotors durch den folgenden
Vorgang gebildet. Die Mitte des inneren Rotors wird, wie dies unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert wird,
um die Mitte des äußeren Rotors
gedreht, um so einen Kreis zu bilden, der einen Durchmesser von 2e
+ t besitzt. Der innere Rotor wird, während die Mitte des inneren
Rotors eine Umdrehung in der kreisförmigen Umlaufbahn vornimmt,
auf seiner einen Achse 1/n-mal gedreht. Dieser Vorgang erzeugt eine Gruppe
von Zahnprofilkurven des inneren Rotors. Wenn die Hüllkurve
der Gruppe dazu verwendet wird, das Zahnprofil des äußeren Rotors
zu bilden, kann ein Zwischenrotorabstand an bestimmten Nichteingriffsbereichen
zwischen dem Abstand von Null und dem maximalen Abstand, erzeugt
durch die Oberseite des Kopfteils des äußeren Rotors und der Oberseite
des Kopfteils des inneren Rotors, leicht größer als der ursprüngliche,
maximale Abstand gemacht werden.
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Als
Folge kann das Geräusch,
das von der plötzlichen Änderung
eines Zwischenrotorabstands stammt, unterdrückt werden. Zusätzlich kann
das Aufschlagen der Zähne
des inneren und des äußeren Rotors
auch unterdrückt
werden, da der Zwischenrotorabstand an dem Nichteingriffsbereich
zwischen dem Abstand von Null und dem maximalen Abstand, erzeugt
durch die zwei Oberseiten, vergrößert wird. Allerdings
besitzt der äußere Rotor
einen Gleitabstand zu dem Pumpengehäuse. Folglich tendiert die Mitte
des äußeren Rotors
dazu, während
der Drehung zu oszillieren. Wenn die Größe der Oszillation größer als
der Zwischenrotorabstand an einigen Nichteingriffsbereichen ist,
kann das Aufschlagen der Zähne
der zwei Rotoren nicht ausreichend unterdrückt werden.
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Um
weiterhin das vorstehende Aufschlagen des Zahns zu verhindern, wird
die nachfolgende Anordnung eingesetzt. Ein Punkt F wird, wie in 13 dargestellt
ist, als das nachlaufende Ende einer Zahnfläche 7a bestimmt, die
notwendig ist, um die Pumpenkammer zu verschließen. Ein Punkt G wird als ein
Zahneingriffspunkt bestimmt. Eine Zahnfläche 7c, die an der
Stelle von dem Punkt F zu dem Punkt G liegt, wird in der Position
auf eine Stelle modifiziert, die in einer durchgezogenen Linie dargestellt
ist, die innerhalb der ursprünglichen,
elliptischen Kurve liegt, die in abwechselnden langen und kurzen,
unterbrochenen Linien dargestellt ist. Das Profil nach der Positions-Modifikation
wird als das Zahnprofil des inneren Rotors verwendet. In 13 ist
ein Punkt E die Oberseite des Körperteils
und Punkte G und D sind jeweils das voranführende Ende und das nachlaufende
Ende einer Zahnfläche 7b,
die notwendig sind, um in den äußeren Rotor
einzugreifen. Die in der Position modifizierte Zahnfläche 7c besitzt,
wie anhand der 13 gesehen werden kann, einen
Krümmungsradius,
der größer als
derjenige der urprünglichen,
elliptischen Kurve ist. Allerdings ist der Radius nicht auf denjenigen,
der in 13 dargestellt ist, beschränkt.
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Die
vorstehend beschriebene Modifikation des Zahnprofils des inneren
Rotors und die darauffolgende Bestimmung des Zahnprofils des äußeren Rotors,
um mit dem im Zahnprofil modifizierten inneren Motor kombiniert
zu werden, werden durch den nachfolgenden Vorgang durchgeführt.
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Zuerst
wird das Zahnprofil eines versuchsweisen, äußeren Rotors unter Verwendung
einer Hüllkurve
der Gruppe der Zahnprofilkurven eines versuchsweisen, inneren Rotors,
gebildet durch seine Drehung, gebildet. Dieses Verfahren wird nachfolgend
erläutert.
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Ein
versuchsweiser, innerer Rotor, dessen Zahnprofil nicht modifiziert
ist, wird um die Mitte eines versuchsweisen, äußeren Rotors gedreht, um so
einen Kreis zu bilden, der einen Durchmesser von 2e + t besitzt.
Während
die Mitte des versuchsweisen, inneren Rotors eine Umdrehung in der
kreisförmigen Umlaufbahn
vornimmt, wird der versuchsweise, innere Rotor auf seiner eigenen
Achse 1/n-mal gedreht. Dieser Vorgang erzeugt eine Gruppe von Zahnprofilkurven
des versuchsweisen, inneren Rotors. Die Hüllkurve der Gruppe wird dazu
verwendet, das Zahnprofil des versuchsweisen, äußeren Rotors zu bestimmen.
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Als
nächstes
werden die Zahnprofile des versuchsweisen, inneren und äußeren Rotors
dazu verwendet, die Position des nachlaufenden Endes der Zahnfläche 7a des
inneren Rotors, notwendig dazu, die Pumpenkammer zu verschließen (die
Position wird als der Punkt F in den 12 bis 14 bezeichnet),
zu bestimmen.
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Die
Zahnfläche 7c,
die an dem Ort von der Position des nachlaufenden Endes, der Punkt
F, zu dem Zahneingriffspunkt (der Punkt G in den 12 bis 14)
liegt, wird in der Position durch Verschieben davon zu einer Stelle
innerhalb der Kurve, die das ursprüngliche Zahnprofil bildet,
modifiziert. Das Profil nach der Modifikation der Position wird
als das Zahnprofil des Kopfteils des inneren Rotors verwendet.
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Danach
wird die Mitte des inneren Rotors, dessen Kopfteil das abschließend bestimmte
Zahnprofil besitzt, um die Mitte des äußeren Rotors gedreht, dessen
Zahnprofil abschließend
so bestimmt werden soll, um einen Kreis zu bilden, der einen Durchmesser
von 2e + t besitzt. Während
die Mitte des inneren Rotors eine Umdrehung in der kreisförmigen Um laufbahn
vornimmt, wird der innere Rotor auf seiner eigenen Achse 1/n-mal
gedreht. Dieser Vorgang erzeugt eine Gruppe von Zahnprofilkurven des
inneren Rotors. Die Hüllkurve
der Gruppe wird dazu verwendet, um abschließend das Zahnprofil des äußeren Rotors
zu bestimmen.
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Die
Modifikation der Position der Zahnfläche 7c wird in mindestens
einer von zwei Stellen durchgeführt:
eine Stelle liegt vor der Mitte der Kurve, die den Kopfteil 7 bildet,
wenn der Rotor gedreht wird, und die andere liegt hinter der Mitte. 14 stellt
den Fall dar, bei dem die Modifikation in beiden Stellen durchgeführt ist.
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Die
nachlaufende Endposition F der Zahnfläche 7a, die benötigt wird,
um die Pumpenkammer abzuschließen,
variiert entsprechend der Position, an der die Pumpenkammer von
der Saugöffnung
und der Zuführöffnung unterbrochen
ist. Dabei sind zwei Verfahren für
diese Unterbrechung vorhanden: ein Verfahren trennt die Pumpenkammer
von der Saugöffnung
und der Zuführöffnung an
der Position, wo die Pumpenkammer das maximale Volumen erreicht, und
das andere Verfahren trennt die Pumpenkammer von der Saugöffnung und
der Zuführöffnung an
der Position, wo das Volumen der Pumpenkammer beginnt, sich von
dem maximalen Wert zu verringern. Die Zahnfläche 7a besitzt einen
kleineren Bereich in dem letzteren Fall gegenüber demjenigen des ersteren
Falls.
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Die 15A und 15B stellen
Verschiebungen des Zwischenrotorabstands der Pumpe dar, bevor das
Zahnprofil des inneren Rotors modifiziert wird. Die 16A und 16B stellen
Verschiebungen des Zwischenrotorabstands der Pumpe, nachdem das
Zahnprofil des inneren Rotors modifiziert ist, dar.
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Die
Messung der Verschiebungen wurde unter Verwendung des inneren und
des äußeren Rotors durchgeführt, die
die folgenden Merkmale besaßen:
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Innerer Rotor:
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- Anzahl der Zähne:
10
- Kopfteil-Kreis: Durchmesser: 68,20
- Teilkreis: Durchmesser 62,00
- Ellipse, die zum Bilden des Kopfteils verwendet ist: die Hälfte der
kleinen Achse: 4,17655, die Hälfte
der großen
Achse: 4,91633
- Hypozykloide-Bildungskreis zum Bilden des Fußteils: Durchmesser: 3,10
- Krümmungsradius
der modifizierten Zahnfläche:
5,3.
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Äußerer Rotor:
-
- Anzahl der Zähne:
11
- Betrag der Exzentrizität
zwischen den zwei Rotoren: 3,10
- maximaler Wert des Zwischenrotorabstands: 0,12.
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Die 15A und 16A stellen
Beispiele dar, bei denen die Position eines Abstands von Null an
der Position auftritt, wo die Oberseite des Kopfteils des inneren
Rotors mit der Unterseite des Fußteils des äußeren Rotors übereinstimmt.
Die 15B und 16B stellen
Beispiele dar, in denen die Position eines Abstands von Null an
der Position auftritt, wo die Unterseite des Fußteils des inneren Rotors mit der
Oberseite des Kopfteils des äußeren Rotors übereinstimmt.
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In
dem Fall des Zahnprofils, bevor es modifiziert ist, wie es in 15A dargestellt ist, variiert der Zwischenrotorabstand
in der folgenden Reihenfolge: 0 → 0,013 → 0,106 → 0,148 → 0,136 → 0,122 → 0,120. In 15B variiert der Zwischenrotorabstand in der folgenden
Reihenfolge: 0 → 0,052 → 0,137 → 0,144 → 0,128 → 0,120.
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Im
Gegensatz dazu variiert, mit dem Zahnprofil, nachdem es modifiziert
ist, wie dies in 16A dargestellt ist, der Zwischenrotorabstand
in der folgenden Reihenfolge: 0 → 0,013 → 0,114 → 0,238 → 0,210 → 0,120 → 0,120.
In 16B variiert der Zwischenrotorabstand in der folgenden
Reihenfolge: 0 → 0,050 → 0,194 → 0,239 → 0,163 → 0,121.
Wie anhand dieser Daten gesehen werden kann, besitzen der Abstand
an dem Eingriffsbereich und der Zwischenrotorabstand an dem Bereich
mit maximalem Abstand zwischen den zwei Oberseiten nur eine vernachlässigbare
Differenz gegenüber
solchen, die in den 15A und 15B dargestellt
sind. Allerdings ist der Zwischenrotorabstand an den anderen Bereichen
wesentlich größer als
solche, die in den 15A und 15B dargestellt
sind. Als Folge kann das modifizierte Zahnprofil nicht die plötzliche Erhöhung des
Zwischenrotorabstands von dem Abstand mit Null in dem Eingriffsbereich
(und die damit verbundene Erzeugung von Geräusch) verhindern, sondern kann
nur das Aufschlagen des Zahns in dem Nichteingriffsbereich (und
die damit verbundene Erzeugung von Geräusch) unterdrücken.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besitzt der innere
Rotor den Kopfteil mit dem Profil, der durch eine Kurve gebildet
ist, die einen Hauptteil einer oberen Hälfte einer Ellipse bildet. Allerdings
ist das Profil nicht auf diesen Typ beschränkt. Irgendein Profil, das
eine glatte Kurve besitzt, kann verwendet werden, wie beispielsweise eine
epizykloidales Kurve, eine trochoidale Kurve, oder eine Spline-Kurve.