EP0614510B1 - Zahnradmaschine - Google Patents

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Publication number
EP0614510B1
EP0614510B1 EP92923390A EP92923390A EP0614510B1 EP 0614510 B1 EP0614510 B1 EP 0614510B1 EP 92923390 A EP92923390 A EP 92923390A EP 92923390 A EP92923390 A EP 92923390A EP 0614510 B1 EP0614510 B1 EP 0614510B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tooth
region
involute
machine according
geared machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP92923390A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0614510A1 (de
Inventor
Horst Weidhaas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
John S Barnes GmbH
Original Assignee
John S Barnes GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by John S Barnes GmbH filed Critical John S Barnes GmbH
Publication of EP0614510A1 publication Critical patent/EP0614510A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0614510B1 publication Critical patent/EP0614510B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19949—Teeth
    • Y10T74/19963—Spur
    • Y10T74/19972—Spur form

Definitions

  • the invention relates to a gear machine with at least two meshing gears according to the preamble of claim 1.
  • gear machine refers to both gear pumps and motors that have at least one pair of meshing gears (e.g. FR-A-2368622 or FR-A-2151943). With the two meshing gears, both an external toothing and an internal toothing can be provided.
  • an externally toothed spur gear referred to as an outer gear meshes with an internally toothed spur gear referred to as a ring gear.
  • the tooth flanks of the meshing wheels are provided with different curve sections and thus create a so-called cyclovent toothing.
  • a common involute is provided in the central region of the tooth flank, which continues toward the head region of the tooth in an arc region which merges tangentially into a subsequent straight section. This then immediately cuts the top surface of the tooth. Overall, this creates a straight line of engagement at the pitch point in the area of the involute ensured. Due to the design of the tooth flank of the tooth, in the operation of the gear machine, even in the event of manufacturing errors or in the event of load-related deformations of the individual teeth that are in engagement with one another, engagement shocks can be avoided. This results in the machine running very quietly.
  • An embodiment of the gear machine is particularly preferred in which the arc region is designed as a circular arc, the radius of curvature of which corresponds to the radius of curvature of the involute region immediately adjacent to the arc region, the involute and the arc region preferably merging tangentially.
  • This configuration results in a very uniform power transmission from a gear connected to a drive to the driven gear. The vibration excitation of the two meshing gears is reduced to a minimum.
  • An embodiment of the gear machine is particularly preferred in which the distances of the transition between the straight area and the arc area or the arc area and the involute measured from the end face of the tooth head are approximately in a ratio of 1: 2. Because of this configuration, a particularly uniform power transmission results near the head of a tooth, so that vibration excitation, which leads to noise within the gear machine, is also minimal.
  • an embodiment of the gear machine is particularly preferred in which the tooth flank in the region of the tooth base is designed in the form of a cycloid-like curve, in particular a cycloid, which directly adjoins the involute provided in the central region of the tooth flank in order to avoid an undercut.
  • the right tooth flanks 7 and 9 have in the area of the tooth tip 10 an involute 13 extending from the end face 11 of the tooth tip, which extends from the tooth tip over the central area of the tooth flank to the foot area 15.
  • a conventional undercut 17 is provided in the foot area itself, an edge 19 being clearly visible in the transition area between the involute 13 and the undercut 17. The undercut serves to prevent an entry shock when a new tooth of another gear assigned to the gear 1 enters.
  • FIG. 1 shows that the left tooth flanks 21 have a modified profile compared to known flanks 7 and 9.
  • An involute 25 is again provided in the central region of the tooth flank, to which an arc region 27 adjoins in the upper section facing the tooth tip 10, which in turn continues into a straight section 29.
  • the straight section 29 continues directly up to the end face 11 of the gear wheels 3 and 5, so that an edge 31, which forms a negative cutting edge, is formed here alone — outside of the active tooth flank.
  • the involute 25 in the foot region 15 of tooth 3 or 5 is continuously transitioned.
  • a cycloid 33 adjoins the involute 25, which results in an extension of the active tooth flank.
  • cycloids are used to address a cycloid-like curve which therefore deviates from a drochoid and is preferably designed as a cycloid in order to achieve a particularly smooth transition.
  • the course of the left flank 21 is shown even more clearly from the enlarged illustration of an individual tooth, for example tooth 5, shown in FIG.
  • the transition between the central region designed as involute 25 and the circular arc 27 is marked with x1.
  • the transition point between the arc region 27 and the straight section 29 is indicated in FIG. 2 by x2.
  • the transition between the involute and the subsequent cycloid 33 is marked with x3.
  • FIG. 2 a few auxiliary lines are also shown in broken lines, which are explained in more detail below:
  • an imaginary, first straight line G1 is drawn which intersects the tooth flank at the point x1.
  • a second imaginary straight line G2 runs parallel to the end face 11 and intersects the tooth flank at the point x2.
  • the distance between the end face 11 and the straight line G1 is identified by L y1 , the distance between the end face 11 and the straight line G2 by L y2 .
  • the tangent T to the straight line section 29 is drawn in the region of the edge 31 which intersects the end face 11 at an angle ⁇ .
  • the curvature of the arc region 27 is clearly recognizable by the auxiliary line G3.
  • This is preferably designed as a circular arc, the radius of curvature of the circular arc being selected to be as large as the radius of curvature of the involute 25 before it reaches the transition x1.
  • the flank sections 25 and 27 are formed tangentially merging into one another, so that there is a particularly soft transition between the different tooth flank regions at point x1.
  • the curve bend 27 also merges seamlessly into the straight section 29, since the two flank sections at point x2 are tangent to each other.
  • the angle ⁇ of the tangent T to the straight line section 29 in the region of the edge 31 is chosen to be as large as possible. It is in the range of approximately 45 ° and can vary by approximately + 5 ° to 10 °.
  • the center of the tooth M is shown by a dashed line.
  • the distance from the edge 31 to the center of the tooth is identified by L x1 , the distance from the corresponding edge 32 of the right tooth flank 9 by L x2 .
  • L x1 is smaller than the distance L x2 , that is to say that the tooth edge 31 springs back with respect to the edge 32, which is known in the prior art. In this way 25 entry shocks are avoided during operation of the gear machine using the tooth flank described here.
  • the radii of curvature of the cycloids 33 and that of the involutes 25 are preferably selected to be approximately the same size in the region of the transition x3. Practically identical radii of curvature have proven particularly useful.
  • the active tooth flank 21 is extended far into the region of the tooth base 15. This means that during operation of the gear machine, the forces to be transmitted can be transmitted over a very large tooth flank area, so that the gear machine runs very smoothly.
  • the radius of the circle tangent to the tooth flank in the area x2 is chosen so large that the imaginary one The center of this circle lies within the tooth.
  • the circle tangent to the tooth flank in the area x3 has a larger radius which is chosen so large that the imaginary center of this circle comes to lie outside the tooth.
  • the shape of the cycloid 33 is chosen so that when a new tooth enters, an engagement shock with the edge 31 is avoided, but on the other hand a very early power transmission is possible.
  • the tooth profile is composed of several different curve sections, which are selected so that a straight line of engagement is formed at the pitch point in the area of the involute, which, based on the pitch point, merges into a curved line of engagement in the area of the cycloid .
  • FIG. 3 shows two gears 40 and 50 of a gear machine.
  • An external toothing is shown here as an example.
  • Reference numerals in the figures 1 and 2 have already been used, are reused in Figure 3. The description of the associated parts can be omitted here. While FIGS. 1 and 2 show teeth which have the flank according to the invention on one side and a known flank on the other side, in FIG. 3 all teeth of the two gear wheels 40 and 50 are equipped on both sides with the flanks according to the invention.
  • a tooth 51 is in engagement between two teeth 41 and 43. Because the involute of the central tooth flank 25 is continued in the region of the tooth tip 10 of the tooth 43 by a curved curve 27 or by a straight section 29, the edge 31 jumps of the tooth 43 so far back that an engagement shock is reliably avoided in the region of the tooth base 15 of the tooth 53 adjacent to the tooth 51.
  • an undercut as is shown, for example, in FIG. 1, is avoided in the region of the tooth base at tooth 53. Rather, its central flank area, or its involute 25, is continued by a cycloid 33, against which the active flank 25 of tooth 43 is almost still in contact.
  • the gear 50 has a further tooth 55 to the left of the tooth 51, which almost touches the tooth 41 of the gear 40.
  • a fluid enclosed in the interdental space 61 increases comes under pressure and exits under high pressure through the remaining gap 63 between the head 10 of the tooth 41 and the foot 15 of the tooth 55.
  • the fluid or oil under high pressure has proven to be extraordinarily strong. This reduces friction between tooth 41 and tooth 55 to a minimum.
  • noise reduction is optimal, since head interferences largely be avoided.
  • a further reduction in noise occurs in that the lubrication is not penetrated by the lubricating film build-up when the teeth 41 and 55 converge, even in the further course of the involutes of the teeth 41 and 55.
  • edge 31 strikes the cycloid 33 of an adjacent tooth, but that this edge 31 can be used as a cutting edge, so that a very good radial run-in is obtained while maintaining the advantages of the Cyclovent teeth is guaranteed.
  • the edge 31 can serve as a cutting edge and remove material from the machine or pump housing.
  • this edge 31 can act on a filler piece customary in pumps with internal teeth and there ensure a good radial run-in.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Gears, Cams (AREA)
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine mit mindestens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Mit dem Begriff Zahnradmaschine sind sowohl Zahnradpumpen als auch -motoren angesprochen, die mindestens ein untereinander in Eingriff stehendes Zahnradpaar aufweisen (z.B. FR-A-2368622 bzw. FR-A-2151943). Bei den beiden miteinander kämmenden Zahnrädern kann sowohl eine Außenverzahnung als auch eine Innenverzahnung vorgesehen sein. Bei der zuletzt genannten Ausführungsform kämmt ein als Außenrad bezeichnetes außenverzahntes Stirnrad mit einem als Hohlrad bezeichnetes innenverzahntes Stirnrad.
  • Bei Zahnradmaschinen der hier angesprochenen Art hat es sich häufig als nachteilig erwiesen, daß im Betrieb starke Geräusche auftreten, die unter anderem auf einem sogenannten Eintrittsstoß beruhen. Derartige Stöße treten immer dann auf, wenn ein neuer Zahn eines Zahnrads mit der Zahnflanke des zugehörigen zweiten Zahnrads in Eingriff tritt. Ein Eintrittsstoß beruht beispielsweise auf Teilungsabweichungen, die entweder fertigungsbedingt sind oder auf einer Deformation der miteinander in Eingriff stehenden Zähne beruht. Im Betrieb einer Zahnradmaschine sind derartige Deformationen, die auf einer Zahnfederung beruhen, unter Belastung praktisch nicht vermeidbar. Auch in den Fällen, in denen Fertigungsfehler auf ein Minimum reduziert sind, kann beim Zurückbleiben des getriebenen Zahnrads aufgrund lastbedingter Deformationen eine Eingriffsstörung auftreten, die sich eben in einem Eingriffsstoß äußert.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zahnradmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Geräuschentwicklung wesentlich reduziert ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Zahnradmaschine der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Ausgehend von einer üblichen Evolventenverzahnung ist vorgesehen, die Zahnflanken der miteinander kämmenden Räder mit unterschiedlichen Kurvenabschnitten zu versehen und damit eine sogenannte Zykloventen-Verzahnung zu schaffen. Im Mittelbereich der Zahnflanke ist eine übliche Evolvente vorgesehen, die sich zum Kopfbereich des Zahns hin in einem Bogenbereich fortsetzt, der tangential in einen sich anschließenden Geradenabschnitt übergeht. Dieser schneidet dann unmittelbar die Kopffläche des Zahns. Insgesamt wird auf diese Weise am Wälzpunkt im Bereich der Evolvente eine gerade Eingriffslinie sichergestellt. Aufgrund der Ausgestaltung der Zahnflanke des Zahns können im Betrieb der Zahnradmaschine auch bei Fertigungsfehlern oder bei lastbedingten Deformationen der einzelnen miteinander in Eingriff stehenden Zähne Eingriffsstöße vermieden werden. Damit ergibt sich ein sehr geräuscharmer Lauf der Maschine.
  • Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform der Zahnradmaschine, bei welcher der Bogenbereich als Kreisbogen ausgestaltet ist, dessen Krümmungsradius mit dem Krümmungsradius des sich unmittelbar an den Bogenbereich anschließenden Evolventenbereichs übereinstimmt, wobei vorzugsweise die Evolvente und der Bogenbereich tangential ineinander übergehen. Aufgrund dieser Ausgestaltung ergibt sich eine sehr gleichmäßige Kraftübertragung von einem mit einem Antrieb verbundenen Zahnrad auf das angetriebene Zahnrad. Die Schwingungsanregung der beiden miteinander kämmenden Zahnräder wird damit auf ein Minimum reduziert.
  • Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform der Zahnradmaschine, bei welcher die von der Stirnfläche des Zahnkopfs aus gemessenen Abstände des Übergangs zwischen dem Geradenbereich und dem Bogenbereich beziehungsweise dem Bogenbereich und der Evolvente etwa im Verhältnis 1:2 stehen. Aufgrund dieser Ausgestaltung ergibt sich nahe des Kopfs eines Zahns eine besonders gleichmäßige Kraftübertragung, so daß auch hierdurch Schwingungsanregungen, die zu Geräuschen innerhalb der Zahnradmaschine führen, minimal sind.
  • Weiterhin wird eine Ausführungsform der Zahnradmaschine besonders bevorzugt, bei welcher die Zahnflanke im Bereich des Zahnfußes zur Vermeidung einer Unterschneidung in Form einer zykloidenartigen Kurve, insbesondere einer Zykloide ausgebildet ist, die sich unmittelbar an die im Mittelbereich der Zahnflanke vorgesehene Evolvente anschließt. Es ergibt sich dadurch eine Verlängerung der aktiven Zahnflanke, die zu einer besonders gleichmäßigen Kraftübertragung zwischen den beiden einander zugeordneten Zahnrädern führt, was wiederum zur Vermeidung von Schwingungsanregungen beiträgt.
  • Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrads;
    Figur 2
    einen einzelnen vergrößerten Zahn des in Figur 1 dargestellten Zahnrads und
    Figur 3
    einen Ausschnitt zweier miteinander in Eingriff stehender Zahnräder einer Zahnradmaschine mit Außenverzahnung.
  • Bei der Darstellung des Ausschnitts eines Zahnrads 1 gemäß Figur 1 sind jeweils die rechten Flanken der dargestellten Zähne 3 und 5 in bekannter Weiser ausgestaltet, während die linken Flanken der Zähne 3 und 5 die erfindungsgemäße Ausgestaltung aufweisen.
  • Die rechten Zahnflanken 7 und 9 weisen im Bereich des Zahnkopfs 10 eine von der Stirnfläche 11 des Zahnkopfs ausgehende Evolvente 13 auf, die sich vom Zahnkopf über den Mittelbereich der Zahnflanke bis zum Fußbereich 15 erstreckt. Im Fußbereich selbst ist ein üblicher Unterschnitt 17 vorgesehen, wobei im Übergangsbereich zwischen der Evolvente 13 und dem Unterschnitt 17 deutlich sichtbar eine Kante 19 ausgebildet ist. Der Unterschnitt dient dazu, bei Eintritt eines neuen Zahns eines dem Zahnrad 1 zugeordneten weiteren Zahnrads einen Eintrittstoß zu vermeiden.
  • Die Darstellung gemäß Figur 1 zeigt, daß die linken Zahnflanken 21 gegenüber bekannten Flanken 7 und 9 einen abgewandelten Verlauf haben. Ausgehend von der Stirnfläche 11 des Zahnkopfs 10 bis hin zum Übergangsbereich 23 zweier benachbarter Zähne ergibt sich ein durchgehender Flankenverlauf ohne irgendwelche Absätze oder Knicke. Im Mittelbereich der Zahnflanke ist wiederum eine Evolvente 25 vorgesehen, an die sich im oberen, dem Zahnkopf 10 zugewandten Abschnitt ein Bogenbereich 27 anschließt, der sich seinerseits in einen geraden Abschnitt 29 fortsetzt. Der Geradenabschnitt 29 setzt sich unmittelbar bis zur Stirnfläche 11 der Zahnräder 3 und 5 fort, so daß allein hier -also außerhalb der aktiven Zahnflanke- eine Kante 31 gebildet wird, die eine negative Schneidkante bildet.
  • Der Übergang der Evolvente 25 im Fußbereich 15 des Zahns 3 beziehungsweise 5 erfolgt kontinuierlich. An die Evolvente 25 schließt sich eine Zykloide 33 an, die eine Verlängerung der aktiven Zahnflanke ergibt. Ein Unterschnitt 17, wie er bei dem Stand der Technik im Bereich der rechten Zahnflanke 7 beziehungsweise 9 zu erkennen ist, wird hier vermieden.
  • Mit Zykloide wird in diesem Zusammenhang eine zykloidenartige Kurve angesprochen, die also von einer Drochoide abweicht und vorzugsweise zur Erreichung eines besonders weichen Übergangs als Zykloide ausgebildet ist.
  • Nach allem ergibt sich also vom Zahnkopf 10 bis zum Zahnfuß 15 ein kontinuierlicher Zahnflankenverlauf, insbesondere dadurch, daß die an die Evolvente 25 angrenzenden Fußbereiche des Zahnkopfs beziehungsweise Zahnfußes tangential in die Evolvente übergehen.
  • Aus der in Figur 2 wiedergegebenen vergrößerten Darstellung eines einzelnen Zahns, beispielsweise des Zahns 5, ergibt sich der Verlauf der linken Flanke 21 noch deutlicher. Der Übergang zwischen dem als Evolvente 25 ausgebildeten Mittelbereich und dem Kreisbogen 27 ist mit x1 gekennzeichnet. Die Übergangsstelle zwischen dem Bogenbereich 27 und dem Geradenabschnitt 29 ist in Figur 2 mit x2 angedeutet. Der Übergang zwischen der Evolvente und der sich anschließenden Zykloide 33 ist mit x3 gekennzeichnet.
  • In Figur 2 sind zusätzlich einige Hilfslinien gestrichelt eingezeichnet, die im folgenden näher erläutert werden: Parallel zur Stirnfläche 11 des Zahnkopfs 10 ist eine gedachte, erste Gerade G1 eingezeichnet, die die Zahnflanke an der Stelle x1 schneidet. Parallel zur Stirnfläche 11 verläuft eine zweite gedachte Gerade G2, die die Zahnflanke an der Stelle x2 schneidet. Der Abstand zwischen der Stirnfläche 11 und der Geraden G1 ist mit Ly1, der Abstand zwischen der Stirnfläche 11 und der Geraden G2 mit Ly2 gekennzeichnet.
  • Die Kante 31, die durch den Schnitt des Geradenabschnitts 29 durch die Stirnfläche 11 des Zahnkopfs 10 gebildet wird, wird durch eine gedachte Gerade G3 mit der Stelle x1 verbunden. Zusätzlich ist die Tangente T an den Geradenabschnitt 29 im Bereich der Kante 31 eingezeichnet, die die Stirnfläche 11 unter einem Winkel α schneidet.
  • Durch die Hilfslinie G3 wird die Krümmung des Bogenbereichs 27 deutlich erkennbar. Dieser ist vorzugsweise als Kreisbogen ausgebildet, wobei der Krümmungsradius des Kreisbogens so groß gewählt ist, wie der Krümmungsradius der Evolvente 25 bevor diese den Übergang x1 erreicht. Darüber hinaus sind die Flankenabschnitte 25 und 27 tangential ineinander übergehend ausgebildet, so daß sich an der Stelle x1 ein besonders weicher Übergang zwischen den verschiedenen Zahnflankenbereichen ergibt.
  • Ebenso übergangslos geht der Kurvenbogen 27 in den Geradenabschnitt 29 über, da die beiden Flankenabschnitte an der Stelle x2 tangential zueinander verlaufen.
  • Der Winkel α der Tangente T an den Geradenabschnitt 29 im Bereich der Kante 31 wird möglichst groß gewählt. Er liegt im Bereich von etwa 45° und kann um etwa + 5° bis 10° variieren.
  • Um im Bereich des Zahnkopfs 10 bei der Berührung der zugehörigen Zahnflanke 21 mit dem entsprechenden Zahn eines weiteren Zahnrads eine optimale Kraftübertragung gewährleisten zu konnen, sind die Abstände Ly1 und Ly2 aufeinander abgestimmt. Ausgehend von der Beziehung Ly1 = 0,4·Modul wird der Abstand Ly1 vorzugsweise doppelt so groß gewählt wie der Abstand Ly2. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich ein Verhältnis von fast 3:1. Betrachtet man den Abstand d der Geraden G1 und G2 zueinander, so ergibt sich etwa folgendes Abstandsverhältnis:
    Ly2:d ist etwa 40:60 bis 60:40, vorzugsweise 55:45 bis 45:55 und insbesondere 50:50.
  • In Figur 2 ist durch eine gestrichelte Linie die Zahnmitte M eingezeichnet. Der Abstand der Kante 31 zur Zahnmitte ist mit Lx1 gekennzeichnet, der Abstand der entsprechenden Kante 32 der rechten Zahnflanke 9 mit Lx2. Es ist aus der Skizze gemäß Figur 2 ohne weiteres ersichtlich, daß der Abstand Lx1 kleiner ist als der Abstand Lx2, daß also die Zahnkante 31 gegenüber der Kante 32, die im Stand der Technik bekannt ist, zurückspringt. Auf diese Weise werden im Betrieb der Zahnradmaschine unter Verwendung der hier beschriebenen Zahnflanke 25 Eintrittsstöße vermieden.
  • Andererseits kann, aufgrund der zurückspringenden Kante 31 im Bereich des Zahnfusses 15 der aus dem Stand der Technik bekannte Unterschnitt 17 entfallen. Statt dessen schließt sich, wie oben bereits beschrieben, an die Evolvente 25 die Zykloide 33 an. Der Übergang zwischen diesen beiden Flankenabschnitten erfolgt stoßfrei, da die Abschnitte an die Stelle x3 tangential ineinander übergehen.
  • Vorzugsweise werden die Krümmungsradien der Zykloide 33 und der der Evolvente 25 im Bereich des Übergangs x3 etwa gleich groß gewählt. Besonders bewährt haben sich praktisch identische Krümmungsradien. Dadurch wird die aktive Zahnflanke 21 bis weit in den Bereich des Zahnfusses 15 hinein verlängert. Das heißt, im Betrieb der Zahnradmaschine können die zu übertragenden Kräfte über einen sehr großen Zahnflankenbereich übertragen werden, so daß sich ein sehr gleichmäßiger Lauf der Zahnradmaschine ergibt. Gleichzeitig ist ersichtlich, daß an den Übergangsstellen x1, x2 und x3 keine Knicke im Flankenverlauf gegeben sind, so daß auch ein sehr gleichmäßiger Kraftübergang gewährleistet ist, so daß also sehr geringe Schwingungsanregungen auftreten. Dies trägt dazu bei, daß ein sehr geräuscharmer Lauf sichergestellt ist.
  • Der Radius des die Zahnflanke im Bereich x2 tangierenden Kreises ist so groß gewählt, daß der gedachte Mittelpunkt dieses Kreises innerhalb des Zahns liegt. Der die Zahnflanke im Bereich x3 tangierende Kreis hat einen größeren Radius der so groß gewählt ist, daß der gedachte Mittelpunkt dieses Kreises außerhalb des Zahns zu liegen kommt. Schließlich ist noch festzuhalten, daß der Radius des Kreises, der den Übergangsbereich 23 tangiert kleiner ist als die beiden bereits genannten Radien.
  • Die Form der Zykloide 33 ist nach allem so gewählt, daß bei Eintritt eines neuen Zahns ein Eingriffsstoß mit der Kante 31 vermieden wird, daß andererseits aber eine sehr frühe Kraftübertragung möglich ist.
  • Insgesamt ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Zahnform im oberen Zahnkopfbereich 25,27,29 in Abhängigkeit steht zur Zahnform im unteren Zahnbereich 25,33,23 und umgekehrt. Auf diese Weise wird ein Abwälzen ohne Eingriffsstörungen vermieden.
  • Aus dem oben Gesagten wird ersichtlich, daß das Zahnprofil aus mehreren verschiedenen Kurvenabschnitten zusammengesetzt ist, die so gewählt sind, daß am Wälzpunkt im Bereich der Evolvente eine gerade Eingriffslinie entsteht, die -bezogen auf den Wälzpunkt- im Bereich der Zykloide in eine gekrümmte Eingriffslinie übergeht.
  • Figur 3 zeigt zwei Zahnräder 40 und 50 einer Zahnradmaschine. Beispielhaft ist hier eine Außenverzahnung dargestellt. Bezugsziffern, die in den Figuren 1 und 2 bereits verwendet wurden, werden in Figur 3 wiederverwendet. Auf die Beschreibung der zugehörigen Teile kann hier insoweit verzichtet werden. Während in den Figuren 1 und 2 Zähne dargestellt sind, die auf der einen Seite die erfindungsgemäße Flanke und auf der anderen Seite eine bekannte Flanke aufweisen, sind in Figur 3 sämtliche Zähne der beiden Zahnräder 40 und 50 auf beiden Seiten mit den erfindungsgemäßen Flanken ausgestattet.
  • Gemäß Figur 3 befindet sich ein Zahn 51 in Eingriff zwischen zwei Zähnen 41 und 43. Dadurch, daß im Bereich des Zahnkopfs 10 des Zahns 43 die Evolvente der mittleren Zahnflanke 25 durch einen Kurvenbogen 27 beziehungsweise durch einen Geradenabschnitt 29 fortgesetzt wird, springt die Kante 31 des Zahns 43 so weit zurück, daß im Bereich des Zahnfußes 15 des dem Zahn 51 benachbarten Zahns 53 ein Eingriffsstoß sicher vermieden wird. Dabei wird hier auf eine Unterschneidung, wie sie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist, im Bereich des Zahnfußes beim Zahn 53 vermieden. Vielmehr wird dessen mittlerer Flankenbereich, beziehungsweise dessen Evolvente 25, durch eine Zykloide 33 fortgesetzt, an welcher die aktive Flanke 25 des Zahns 43 fast noch anliegt.
  • Das Zahnrad 50 hat links von dem Zahn 51 einen weiteren Zahn 55, der den Zahn 41 des Zahnrads 40 fast berührt. Bei einer Drehung des Zahnrads 40 im Uhrzeigersinn ist davon auszugehen, daß bei der Verwendung der Zahnradmaschine als Zahnradpumpe ein im Zahnzwischenraum 61 eingeschlossenes Fluid zunehmend unter Überdruck gerät und unter hohem Druck durch den verbleibenden Spalt 63 zwischen dem Kopf 10 des Zahns 41 und dem Fuß 15 des Zahns 55 austritt. Das unter hohem Druck stehende Fluid beziehungsweise Öl hat sich als außerordentlich tragkräftig erwiesen. Reibungen zwischen dem Zahn 41 und dem Zahn 55 werden dadurch auf ein Minimum reduziert.
  • Es wird im übrigen davon ausgegangen, daß die Funktion einer Zahnradpumpe bekannt ist, so daß darauf hier nicht weiter eingegangen wird.
  • Insbesondere aus dem Zusammenspiel der Zähne 41 und 55 in Figur 3 ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zahnflanken quasi eine Einlaufkufe geschaffen wird, die für einen optimalen Schmierfilmaufbau günstig ist. Gleichzeitig wird durch die Verlängerung der aktiven Kante im Fußbereich aufgrund der dort vorgesehenen Zykloide eine über einen weiten Bereich erfolgende Kraftübertragung möglich. Ein Überdeckungsgrad bis nahe 2 wird hier realisiert.
  • Durch die Vermeidung eines Eingriffstoßes und durch den überaus tragfähigen Schmierfilm zwischen dem Zahn 41 und dem Zahn 45 werden Einlaufgrübchen und sogenanntes Einlauffressen stark vermindert, wodurch auch der Verschleiß bei der hier beschriebenen Zahnradmaschine sehr stark zurückgeht.
  • Gleichzeitig wird deutlich, daß die Geräuschreduzierung optimal ist, da Kopfeingriffstöße weitgehend vermieden werden. Eine weitere Geräuschreduzierung tritt dadurch ein, daß durch den Schmierfilmaufbau während des Zusammenlaufens der Zähne 41 und 55 auch im weiteren Ablauf der Evolventen der Zähne 41 und 55 aufeinander die Schmierung nicht durchschlagen wird.
  • Es hat sich im übrigen gezeigt, daß zwar einerseits vermieden wird, daß die Kante 31 auf die Zykloide 33 eines benachbarten Zahns auftrifft, daß aber diese Kante 31 als Schneidkante verwendet werden kann, so daß bei Erhaltung der Vorteile der ZykloventenVerzahnung ein sehr guter radialer Einlauf gewährleistet ist. Die Kante 31 kann bei einer Zahnradmaschine mit Außenverzahnung als Schneidkante dienen und Material am Maschinen- bzw. Pumpengehäuse abtragen. Bei einer Zahnradmaschine mit Innenverzahnung kann diese Kante 31 auf ein bei Pumpen mit Innenverzahnung übliches Füllstück einwirken und dort für einen guten radialen Einlauf sorgen.

Claims (12)

  1. Zahnradmaschine mit mindestens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, deren Zahnprofil sich aus verschiedenen Profilformen zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken (21) der einzelnen Zähne (3;5;40,50) im Mittelbereich eine Evolvente (25) und daran anschließend einen Bogenbereich (27) aufweisen, der tangential in einen unmittelbar die Stirnfläche (11) des Zahns schneidenden Geradenabschnitt (29) übergeht, so daß am Wälzpunkt im Bereich der Evolvente eine gerade Eingriffslinie entsteht.
  2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenbereich (27) vorzugsweise als Kreisbogen ausgebildet ist.
  3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein sanfter Übergang zwischen der Evolvente (25) des Mittelbereichs und dem Bogenbereich (27) dadurch gegeben ist, daß der Krümmungsradius des Bogenbereichs etwa so groß ist wie der Krümmungsradius der Evolvente vor Übergang in den Bogenbereich, und daß die Evolvente und der Bogenbereich vorzugsweise tangential ineinander übergehen.
  4. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Evolvente (25) tangential in den Bogenbereich (27) übergeht, und daß der Krümmungsradius des Bogenbereichs identisch ist, wie der des Bereichs der sich unmittelbar anschließenden Evolvente des Mittelbereichs.
  5. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste gedachte parallel zur Stirnfläche (11) eines Zahns (3,5) verlaufende, den Übergang zwischen Evolvente (25) und Bogenbereich (27) schneidende Gerade (G1), von der Stirnfläche einen Abstand (Ly) aufweist, der etwa doppelt so groß ist wie der Abstand einer zweiten gedachten parallel zur Kopffläche verlaufenden, den Übergang zwischen Kreisbogen (27) und Geradenabschnitt (29) schneidenden Geraden (G2).
  6. Zahnradmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Abstände der gedachten Geraden zur Kopffläche im Bereich von 40:60 bis 60:40, vorzugsweise von 55:45 bis 45:55 liegt und insbesondere 50:50 beträgt.
  7. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken (21) der einzelnen Zähne (3,5) im Zahnfußbereich (15) einen zykloidenartigen Kurvenverlauf, vorzugsweise eine Zykloide (33) aufweisen.
  8. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Zykloide (33) etwa dem Krümmungsradius des angrenzenden Bereichs der Evolvente (25) entspricht.
  9. Zahnradmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Zykloide (33) und der unmittelbar angrenzende Bereich der Evolvente (25) identisch sind.
  10. Zahnradmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zykloide (33) tangential in die zum Zahnfußbereich des benachbarten Zahns führende Kurve übergeht.
  11. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnform im oberen Zahnkopfbereich (25,27,29) in Abhängigkeit zur unteren Zahnform (25,33,23) steht.
  12. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder für eine Innen- oder Außenverzahnung heranziehbar sind.
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