EP1261806B1 - Inverse toothed rotor set - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Verzahnungsrotorsatz für eine Pumpe oder einen Motor, der aus einem drehbaren Außenrotor mit in diesem gelagerten Innenrotor besteht, wobei der Innenrotor Lagertaschen für Planetenräder aufweist. Der Verzahnungsrotorsatz ist ähnlich einer Zahnringpumpe mit verzahnter Ausführung, wobei die Funktion und Wirkungsweise des Verzahnungsrotorsatzes, der einer Zahnringpumpe entspricht.The invention relates to a toothed rotor set for a Pump or a motor, which consists of a rotatable outer rotor with in this mounted inner rotor, wherein the inner rotor Has bearing pockets for planetary gears. The gear rotor set is similar to a gerotor pump with toothed Embodiment, wherein the function and mode of operation of the toothed rotor set, which corresponds to a gerotor pump.
Bei Zahnringpumpen wird der Druckraum vom Saugraum nicht durch ein sichelförmiges Füllstück getrennt, sondern eine besondere Ausbildung der Zähne - basierend auf der Trochoiden-Verzahnung - gewährleistet die Abdichtung zwischen-Zahnring und außenverzahntem Ritzel. Der innenverzahnte Zahnring besitzt einen Zahn mehr als das Ritzel, so daß bei entsprechender Gestaltung der Zähne sich die Zahnköpfe genau gegenüber dem Zahneingriffspunkt berühren. Damit ein Abrollen gewährleistet ist, muß zwischen dem Zahnkopf des Außenläufers und dem Zahnkopf des Innenläufers ein Kopfspiel vorhanden sein. Der Nachteil von Zahnringpumpen ist, daß durch dieses Kopfspiel bei den Zahnringpumpen innere Leckagen und somit ein schlechter volumetrischer Wirkungsgrad auftritt. Hierdurch können bei niedrigen Drehzahlen keine hohen Drücke aufgebaut werden.With gerotor pumps, the pressure chamber from the suction chamber does not separated by a crescent-shaped filler, but a special one Training of the teeth - based on the trochoid toothing - Ensures the seal between-toothed ring and externally toothed pinion. The internal toothed ring has a tooth more than the pinion, so that with appropriate Design of the teeth, the tooth heads exactly opposite touch the tooth engagement point. This ensures unwinding is, must between the tooth head of the external rotor and The head of the inner rotor a head clearance be present. The disadvantage of gerotor pumps is that by this headgear in the gerotor pumps internal leaks and thus a poor volumetric efficiency occurs. hereby can not build up high pressures at low speeds become.
Vorteilhafter im Vergleich zu Zahnringpumpen ist ein Pumpe nach der Lehre der DE-A-196 46 359. Die Pumpe bildet einen Verzahnungsrotorsatz, bestehend aus einem Lagerring mit einer Innenverzahnung und einem darin exentrisch aufgenommenen Zahnrad mit Außenverzahnung, wobei die Innenverzahnung durch im Lagerring drehbar gelagerte Rollen gebildet wird und einen Zahn mehr als die Außenverzahnung aufweist, wobei der Außenverzahnung des Zahnrades eine Feinverzahnung mit einem wesentlich kleineren Modul überlagert ist und jede Rolle auf Ihrem Umfang eine Feinverzahnung mit dem gleichen Modul aufweist, in die die Zähne des Zahnrades eingreifen.More advantageous compared to gerotor pumps is a pump according to the teaching of DE-A-196 46 359. The pump forms a Gear rotor set, consisting of a bearing ring with a Internal teeth and an eccentric recorded therein Gear with external toothing, wherein the internal toothing through in the bearing ring rotatably mounted rollers is formed and a Tooth more than the external teeth, wherein the external teeth of the gear fine teeth with a significant smaller module is superimposed and each roll up Their circumference has a fine toothing with the same module, in which engage the teeth of the gear.
Die Funktion des Verzahnungsrotorsatzes ergibt sich dadurch, daß ein Antriebsmoment über eine Antriebswelle auf den Innenrotor wirkt und diesen dreht. Vom verzahnten Innenrotor wird eine Kraft auf das Planetenrad übertragen, die einerseits eine Stoßkraft durch das Zentrum des Planetenrades und eine Umfangskraft ergibt, die ein Drehmoment des Planetenrades bewirkt. Durch die Stoßkraft, die auf den Lagerring wirkt, wird dieser in Rotation versetzt.The function of the toothed rotor set results from that a drive torque via a drive shaft to the inner rotor works and turns this. From the toothed inner rotor becomes a force transmitted to the planet, on the one hand a Impact force through the center of the planetary gear and a circumferential force results, which causes a torque of the planetary gear. Due to the impact force acting on the bearing ring is this set in rotation.
Der bekannte Verzahnungsrotorsatz weist den Nachteil auf, daß eine hohe Anzahl von Planetenräder eingesetzt werden muß, um die Funktion zu ermöglichen und bedingt durch den Einsatz der hohen Anzahl an Planetenräder ein relativ hoher Reibungsanteil besteht, der durch das Drehmoment einer mit dem Innenrotor verbundenen Antriebswelle überwunden werden muß. Ferner hat sich bei dem bekannten Verzahnungsrotorsatz als nachteilig erwiesen, daß bei einer Drehbewegung des Innenrotors relativ gleichsinnig drehend Schmieröl in den Zahnlücken des Planetenrads von der Druckseite zur Saugseite gefördert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe sinkt.The known Verzahnungsrotorsatz has the disadvantage that a high number of planet gears must be used to to enable the function and conditioned by the use of high number of planet gears a relatively high proportion of friction consisting of the torque of one with the inner rotor connected drive shaft must be overcome. Further has in the known Verzahnungsrotorsatz disadvantageous proved that relative to a rotational movement of the inner rotor in the same direction turning lubricating oil in the tooth gaps of the Planetary gear is conveyed from the pressure side to the suction side, whereby the efficiency of the pump decreases.
Aus den Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe, einen Verzahnungsrotorsatz zu bilden, der so gestaltet ist, daß bei ähnlicher Baugröße eine geringere Anzahl von Planetenrädern zur Verminderung der Reibung eingesetzt wird. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, einen Verzahnungsrotorsatz zu bilden, der ein höheres Fördervolumen und größeren Wirkungsgrad bei vergleichbarer Baugröße des bekannten Verzahnungsrotorsatzes aufweist.From the disadvantages of the prior art, the results Task to make a gear rotor set that style is that with a similar size a smaller number of Planet wheels used to reduce friction. It is another object of the invention to provide a toothed rotor set to form, which has a higher delivery volume and greater efficiency at comparable size of the known gear rotor set having.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Verzahnungsrotorsatz für eine Pumpe oder einen Motor, bestehend aus einem drehbaren Außenrotor, der eine annähernd sternförmige Bohrung mit einer Innenfeinverzahnung und einem in der Bohrung exzentrisch gelagerten Innenrotor, der Lagertaschen für Planetenräder aufweist, die Planetenräder weisen eine Feinverzahnung auf mit der Sie in der Feinverzahnung des Außenrotors abrollen, wobei die Planentenräder eine Verzahnung ergeben, die eine Außenverzahnung bildet, wobei die Außenverzahnung einen Zahn weniger aufweist als die Innenverzahnung des Außenrotors. Der Vorteil eines derart gestalteten Verzahnungsrotorsatzes liegt darin, daß der erfindungsgemäße Verzahnungsrotorsatz im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verzahnungsrotorsatz mit einer geringeren Anzahl von Planetenrädern betrieben werden kann. Dadurch, daß weniger Planetenräder bei gleicher Baugröße eingesetzt werden als bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verzahnungsrotorsatz, bestehen weniger Reibflächen wie beispielsweise zwischen dem Planentenrad und der Lagertasche des Innenrotorssowie zwischen der Verzahnung des Planetenrads und der Verzahnung des Außenrotors. Aufgrund der geringeren Reibung weist eine Pumpe oder ein Motor mit dem erfindungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz einen höheren Wirkungsgrad auf als die aus dem Stand der Technik bekannte Pumpe mit Verzahnungsrotorsatz, da ein geringeres Drehmoment aufgewendet werden muß, um die Reibung im System zu überwinden. Konstruktionsbedingt ermöglicht der erfindungsgemäße Verzahnungsrotorsatz ferner ein größeres Fördervolumen im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verzahnungsrotorsatz.The object is achieved by a toothed rotor set for a pump or a motor consisting of a rotatable outer rotor, which is an approximately star-shaped Bore with an internal fine toothing and one in the bore eccentrically mounted inner rotor, the storage bags for Having planet gears, the planetary gears have a fine toothing on with you in the fine toothing of the outer rotor unroll, whereby the planetary gears give a toothing, which forms an outer toothing, wherein the outer toothing one tooth less than the internal toothing of the Outer rotor. The advantage of a toothed rotor set designed in this way is that the toothed rotor set according to the invention compared to the prior art known Verzahnungsrotorsatz with a smaller number can be operated by planetary gears. As a result of that less planet gears are used with the same size than in the prior art gear rotor set known in the art, There are fewer friction surfaces such as between the planetary gear and the bearing pocket of the inner rotor, and between the teeth of the planet gear and the teeth of the outer rotor. Due to the lower friction has a pump or a motor with the invention Gear rotor set to a higher efficiency than the known from the prior art pump with toothed rotor set, since a lower torque must be expended, to overcome the friction in the system. By design enables the gear rotor set according to the invention also a larger delivery volume compared to the one from the state The technology known Verzahnungsrotorsatz.
Ferner weist der erfindungsgemäße Verzahnungsrotorsatz einen höheren Wirkungsgrad auf, da bei einer Drehung des Innenrotors im Uhrzeigersinn die Planetenräder eine Drehung im Gegendrehsinn durchlaufen und somit zusätzliches Schmieröl in den Zahnlücken der Planetenräder von der Saugseite zur Druckseite gefördert wird.Furthermore, the toothed rotor set according to the invention has a higher efficiency, as with a rotation of the inner rotor clockwise, the planetary gears rotate in the opposite direction go through and thus additional lubricating oil in the tooth gaps of the planet gears from the suction side to the pressure side is encouraged.
Ein weiteres Problem der Feinverzahnung besteht darin, daß die auftretenden Kräfte und Momente bei dem gattungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz nicht optimal durch die bisher verwendete Evolventenverzahnung aufgenommen werden. Insbesondere besteht das Problem, daß die bekannte Verzahnung die Stoß- und Umfangskräfte nicht ohne große Flächenpressung in Form einer Linienführung überträgt. Die bisher bekannten Verzahnungen eignen sich nur für die Übertragung hoher Umfangskräfte und nicht für die Übertragung großer Stoßkräfte, die durch das Zentrum des Planetenrades verlaufen.Another problem of fine toothing is that the forces and moments occurring in the generic Gear rotor set not optimal by the previously used Involute toothing. In particular exists the problem that the known gearing the shock and Circumferential forces not without large surface pressure in the form of a Line management transfers. The previously known gearing are suitable only for the transmission of high circumferential forces and not for the transmission of large impact forces caused by the Run center of the planetary gear.
Als nachteilig erweist sich bei dem gattungsbildenden Verzahnungsrotor, daß nicht unter allen Betriebsbedingungen ein sauberes Abrollen ohne Eingriffsstörungen gewährleistet ist. Die Bewegung der Planetenräder relativ zum Lagering kommt in einer Position zum Stillstand.A disadvantage is found in the generic type toothed rotor, that not under all operating conditions clean unwinding without interference is guaranteed. The movement of the planet wheels relative to the bearing comes in a position to a standstill.
In diesem Zustand, in dem das Planetenrad nahezu stillsteht und gleichzeitig eine große Kraft übertragen wird, besteht die Gefahr, daß der Schmierfilm zwischen Planetenradzahnkopf und Lagerring zusammenbricht, wodurch die Couetteströmung zum Stillstand kommt. Hierbei entsteht Festkörperkontakt durch den Verlust des Schmiermediums im Spalt. Es besteht somit nicht mehr eine günstige hydrodynamische Schmierung, sondern es entstehen Mischreibungszustände und im ungünstigsten Fall Haftreibung. Im Falle der Misch- und Haftreibung treten Verschleißerscheinigungen auf und die Standzeit des Verzahnungsrotorsatzes sinkt.In this state where the planetary wheel is almost stationary and at the same time a large force is transmitted the danger that the lubricating film between Planetenradzahnkopf and bearing ring collapses, whereby the Couetteströmung to Standstill comes. This results in solid state contact the loss of the lubricant in the gap. It exists thus no longer a favorable hydrodynamic lubrication, but Mixed friction states occur and in the worst case Stiction. In the case of mixed and static friction wear occurs on and the service life of the gear rotor set sinks.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Außen- und/oder Innenfeinverzahnung zumindest in Teilbereichen der Zahnform der Verzahnung einen bogenförmigen Anteil aufweist. Der Vorteil eines derart gestalteten Verzahnungsrotorsatzes besteht darin, daß durch den bogenförmigen Anteil an der Zahnform im wesentlichen Rollreibung und keine Gleitreibung auftritt, so daß der Verschleiß an der Verzahnung minimal wird.In an advantageous embodiment of the invention is therefore intended that the outer and / or inner fine toothing at least In some areas of the tooth shape of the toothing an arcuate Share has. The advantage of such a design Verzahnungsrotorsatzes is that through the arcuate Share of the tooth shape essentially rolling friction and no sliding friction occurs, so that the wear on the Gearing is minimal.
Durch den konvex ausgebildeten Zahnkopf des feinverzahnten Planetenrads und den konkav ausgebildeten Zahnfuß des feinverzahnten Außenrotors kommt es zu einer Berührungsfläche und nicht zu einer Berührungslinie. Die Hertzsche Pressung wird durch diese Wälzpaarung sehr stark reduziert. Durch Einbeziehen eines Flankenspiels zwischen dem Zahn des Planetenrads und der Zahnlücke des Außenrotors ist gewährleistet, daß die großen Stoßkräfte nur über Zahnkopf und Zahnfuß übertragen werden. Dadurch wird verhindert, daß auf die Zahnflanken große Keilkräfte wirken, die zur Zerstörung der Flankenoberflächen führen können. Zusätzlich kann durch das Flankenspiel das Fördermedium aus den Zahnlücken abfließen, da es sonst zu Quetschöl kommt, was zu sehr hohem Druckaufbau führen kann.Due to the convex tooth tip of the fine toothed Planetary gear and the concave tooth root of the fine toothed Outer rotor comes to a contact surface and not to a touch line. The Hertzian pressure is greatly reduced by this Wälzpaarung. By inclusion a backlash between the tooth of the planetary gear and the tooth gap of the outer rotor ensures that the large impact forces transmitted only over the tooth head and tooth root become. This prevents large on the tooth flanks Wedge forces act to destroy the flank surfaces being able to lead. In addition, by the backlash drain the fluid from the tooth gaps, otherwise it would be too Quetschöl comes, which can lead to very high pressure build-up.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Bereich des Zahnkopfes und/oder des Zahnfußes die Zahnform bogenförmig ausgebildet ist. Eine Derartige Gestaltung der Zahnform im Bereich des Zahnkopfes und/oder des Zahnfußes ermöglicht es, daß sehr große Stoßkräfte (Radialkräfte) übertragen werden können, wobei der Anteil der zu übertragenden Umfangskraft gering sein kann. Es werden hierbei der Zahnkopf und der Zahnfuß, im Gegensatz zu den bei Verzahnungsrotoren bekannten Evolventenverzahnungen in den Abrollvorgang, d.h. dem Abwälzen der verzahnten Planetenräder auf der verzahnten Außenrotorkurve, mit einbezogen.In an advantageous embodiment of the invention is provided that in the region of the tooth tip and / or the tooth root Tooth shape is arcuate. Such a design the tooth shape in the region of the tooth head and / or the Tooth base makes it possible that very large impact forces (radial forces) be transferred, the proportion of transmitting circumferential force can be low. It will be here the tooth head and the tooth base, unlike those at Verzahnungsrotoren known involute gears in the Rolling process, i. the rolling of the toothed planet wheels on the splined outer rotor curve, with included.
Die konvex gekrümmte Zahnflanke des Planetenrads und die konkav gekrümmte Zahnflanke des Außenrotors bilden beim Zahneingriff eine relativ große Dichtfläche, die beim Übertritt der Verdrängerkammer vom Saugbereich in den Druckbereich die Verdrängerkammer abdichtet. Auch Abweichungen der Rechtwinkligkeit des Rotors führen nicht zu Leckverlusten der Verdrängerkammer.The convexly curved tooth flank of the planetary gear and the concave curved tooth flank of the outer rotor form during meshing a relatively large sealing surface, the passage of the Displacement chamber from the suction in the pressure range, the displacement chamber seals. Also deviations of squareness of the rotor do not lead to leakage of the displacement chamber.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß insbesondere der Bereich des Zahnkopfes und/oder des Zahnfußes die Zahnform der Feinverzahnung eine Abflachung aufweist. In der Hauptzone der Kraftübertragung, in der das Drehmoment durch den Innenrotor über die verzahnten Planetenräder auf den verzahnten Außenrotor wirkt, kommt es, geometrisch bedingt, fast zum Stillstand des Planetenrades. Bei dem beschriebenen relativen Stillstand und der gleichzeitigen Übertragung einer großen Kraft besteht die Gefahr, daß der Schmierfilm zwischen dem Planetenradzahnkopf und der Lagertasche des Innenrotors zusammenbricht. Um dem entgegenzuwirken, wurden die Planetenradzahnköpfe abgeflacht. Die Größe der Abflachung hängt vom Einsatzgebiet des Verzahnungsrotors ab. Bei kleine Drehzahlen und hohen Drücken ist eine starke Abflachungen notwendig, um einen Schmierfilmaufbau auch bei geringen Gleitgeschwindigkeiten zu gewährleisten. Bei großen Drehzahlen und niedrigen Drücken ist eine geringere Abflachung notwendig. Für den Übergang vom Zahnkopf des Planetenrads zur Abflachung, wurde eine spezielle Kurve, eine Zykloide, verwendet, die den Schmierfilmaufbau stärker begünstigt, als ein einfacher Übergangsradius.In an advantageous embodiment of the invention is provided that in particular the region of the tooth head and / or the Tooth base the tooth shape of the fine toothing a flattening having. In the main zone of power transmission in which the Torque through the inner rotor via the toothed planetary gears on the toothed outer rotor acts, it comes, geometrically conditionally, almost to a stop of the planetary gear. at the described relative standstill and the simultaneous Transfer of a large force there is a risk that the Lubricating film between the Planetenradzahnkopf and the bearing pocket of the inner rotor collapses. To counter this, the planet gear teeth were flattened. The size of the flattening depends on the field of application of the toothed rotor. At low speeds and high pressures is a strong flattening necessary to build a lubricant film even at low To ensure sliding speeds. For big ones Speeds and low pressures is less flattening necessary. For the transition from the tooth head of the planetary gear flattening, became a special curve, a cycloid, used, which favors the lubricating film structure more, as a simple transition radius.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß insbesondere der Bereich des Zahnkopfes und/oder des Zahnfußes die Zahnform einen großen Krümmungsradius aufweist. Anstelle einer Abflachung ist es auch zweckmäßig, im Bereich des Zahnkopfes und/oder Zahnfußes eine Fläche mit einem großen Krümmungsradius vorzusehen.In a further advantageous embodiment of the invention provided that in particular the area of the tooth head and / or of the tooth root the tooth shape has a large radius of curvature having. Instead of flattening it is also appropriate in the area of the tooth head and / or tooth root an area with to provide a large radius of curvature.
Durch die Abflachung der Planetenradzahnköpfe wird auch eine Verbesserung der Kraftübertragung (Hertzsche Pressung) vom Planentenrad auf den Innenrotor bewirkt.By flattening the Planetenradzahnköpfe is also a Improvement of power transmission (Hertzian pressure) of Planetary wheel on the inner rotor causes.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der bogenförmige Anteil wenigstens teilweise als Zykloide ausgebildet ist. Die Zykloide hat sich als besonders vorteilhaft in Bezug auf das Abrollverhalten und das Übertragen der Stoßkräfte erwiesen. Diese Zykloidenverzahnung gewährleistet auch bei erheblichen Krümmungsänderungen und kleinen Krümmungsradien einwandfreies gleitarmes Abrollen, das wiederum den Verschleiß herabsetzt.In a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the arcuate portion at least partially is designed as a cycloid. The cycloid has proven to be special advantageous in terms of the rolling behavior and the Transferring the impact forces proved. This cycloid toothing guaranteed even with significant changes in curvature and small radii of curvature impeccable low-friction unrolling, which in turn reduces the wear.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens im Bereich der Zahnflanken die Zahnform als Evolvente ausgebildet ist. Bei dieser Verzahnung werden die Zahnflanken des verzahnten Außenrotors und der verzahnten Planetenräder durch eine Evolvente gebildet, wobei bei dieser Ausführungsform jedoch leichter Eingriffsstörungen auftreten können, als bei einer Ausführungsform, deren Zahnflanken als Zykloide ausgebildet sind.In an advantageous embodiment of the invention is provided that at least in the region of the tooth flanks as the tooth shape Involute is formed. With this gearing, the Tooth flanks of the toothed outer rotor and the toothed Planet wheels formed by an involute, with this Embodiment, however, occur mild intervention disorders can, as in one embodiment, the tooth flanks than Cycloids are formed.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Feinverzahnung eine verschleißarme Oberfläche aufweist. Die verschleißarme Oberfläche kann durch eine chemische, insbesondere thermochemische und/oder physikalische Oberflächenbehandlung erzielt werden. Die Oberfläche kann weiterhin auch galvanisiert sein. Weitere vorteilhafte Öberflächenbehandlungsverfahren sind Caburierung und Nitrierung und/oder Nitrocarburierung, Borieren und/oder Chromieren.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the fine toothing has a low-wear surface. The low-wear surface can be replaced by a chemical, in particular thermochemical and / or physical Surface treatment can be achieved. The surface can continue to be galvanized. Further advantageous surface treatment methods are caburation and nitration and / or nitrocarburizing, boriding and / or chromating.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Bereich der Lagertaschen wenigstens ein Fluidkanal angeordnet ist. Der Fluidkanal kann mit der Druckseite der Pumpe verbunden sein, so daß kontinuierlich Schmieröl zwischen Planentenrad und Lagertasche zugeführt wird, um einen verbesserten Schmierfilmaufbau zu gewährleisten.In an advantageous embodiment of the invention is provided that arranged in the region of the bearing pockets at least one fluid channel is. The fluid channel can communicate with the pressure side of the pump be connected, so that continuously lubricating oil between Planetary and storage bag is fed to an improved Lubricant structure to ensure.
Vorteilhafterweise weisen alle beweglichen Teile des Verzahnungsrotorsatzes, insbesondere der Außenrotor und/oder die Planetenräder und/oder der Innenrotor auf wenigstens einer Stirnseite einen umlaufenden Steg auf. Dieser umlaufende Steg dient als Dichtung innerhalb des Gehäuses, in welchem der Verzahnungsrotorsatz aufgenommen ist. Üblicherweise weisen derartige bewegliche Teile eine Dichtfläche auf ihren Stirnseiten auf, die sich über deren gesamte Fläche erstreckt. Die erfindungsgemäße Dichtung mittels des umlaufenden Steges hat zum Vorteil, daß die bei den bekannten Dichtungen auftretenden hohen Reibungskräfte stark vermindert werden und so der Verzahnungsrotorsatz leichter und damit effizienter arbeitet. Dabei weist der umlaufende Steg eine Breite auf, welche das Optimum zwischen Dichtwirkung und Reibungskraft darstellt.Advantageously, all moving parts of the gear rotor set, in particular the outer rotor and / or the Planetary gears and / or the inner rotor on at least one Front side of a circumferential bridge on. This circular walkway serves as a seal within the housing, in which the Gear rotor set is added. Usually wise Such movable parts have a sealing surface on their end faces on, which extends over the entire surface. The inventive seal by means of the circumferential ridge has to the advantage that occurring in the known seals high friction forces are greatly reduced and so the Gear rotor set lighter and therefore more efficient. In this case, the circumferential ridge has a width which the Represents optimum between sealing effect and friction force.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verzahungsrotorsatzes, wobei dieser in einem Formgebungsverfahren, bevorzugt mittels pulvermetallurgischer Verfahren, Kunststoffspritzguß, Fließpressen, Druckguß, insbesondere Aludruckguß, und Stanzverfahren hergestellt wird. Eine derart aufwendige Verzahnung, wie sie der erfindungsgemäße Verzahnungsrotorsatz aufweist, ist mittels dieser Verfahren einfach und kostengünstig herzustellen. Eine Herstellung durch Zerspanen, beispielsweise durch Schleifen, Fräsen, Stoßen und Sägen, welches bekanntermaßen bei den üblichen Verzahnungen Verwendung findet, kann bei der Erfindung keine Anwendung finden, da die Verzahnung hierzu zu kompliziert ausgebildet ist.Finally, the invention relates to a process for the preparation a toothed rotor set, this being used in a molding process, preferably by means of powder metallurgy Method, plastic injection molding, extrusion, die casting, in particular Aludruckguß, and punching process is produced. Such a complex toothing as the inventive Has Zahnahnungsrotorsatz is by means of these methods simple and inexpensive to produce. A production by machining, for example by grinding, milling, Bumping and sawing, which is known to be commonplace Gears can be used in the invention find no application, because the toothing too complicated is trained.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verzahnungsrotorsatz in einer Pumpe, insbesondere einer Schmierölpumpe für Verbrennungsmotoren, Getrieben, Hydraulikaggregaten und Hochdruckreinigungsanlagen, verwendet wird.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the toothed rotor set in a pump, in particular a Lubricating oil pump for combustion engines, transmissions, hydraulic power units and high pressure cleaning equipment used becomes.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verzahnungsrotorsatz als Motor verwendet wird.In a further advantageous embodiment of the invention provided that the toothed rotor set used as a motor becomes.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Verzahnungsrotorsatz nach dem Stand der Technik,
- Fig. 2
- einen erfindungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz,
- Fig. 2a
- einen erfindungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz in einer zweiten Arbeitsstellung,
- Fig. 2b
- eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz mit Saugseite und Druckseite,
- Fig. 3
- eine Variante I der erfindungsgemäßen Verzahnung gemäß der Einzelheit "X" in Fig. 2,
- Fig. 4
- eine Variante II der erfindungsgemäßen Verzahnung,
- Fig. 5
- eine Variante III der erfindungsgemäßen Verzahnung.
- Fig. 1
- a gearing rotor set according to the prior art,
- Fig. 2
- a toothed rotor set according to the invention,
- Fig. 2a
- a toothed rotor set according to the invention in a second working position,
- Fig. 2b
- a plan view of the toothed rotor set according to the invention with suction side and pressure side,
- Fig. 3
- a variant I of the inventive toothing according to the detail "X" in Fig. 2,
- Fig. 4
- a variant II of the toothing according to the invention,
- Fig. 5
- a variant III of the toothing according to the invention.
Fig. 1 zeigt einen Verzahnungsrotorsatz 0.1 nach dem Stand der Technik, bestehend aus einem drehbaren Außenrotor 0.2 mit Lagertaschen 0.3, in denen drehbar gelagerte Planetenräder 0.4 angeordnet sind, die eine Innenverzahnung bilden, mit einem exzentrisch zum Außenrotor 0.2 gelagerten Innenrotor 0.5 mit annähernd sternförmiger Außenkontur, die mit einer Außenfeinverzahnung 0.6 versehen ist, wobei die sternförmige Au-ßenverzahnung einen Zahn weniger aufweist als die Innenverzahnung. Der Verzahnungsrotorsatz 0.1 weist sieben Planetenräder 0.4 auf. Es zeigt sich als nachteilig, daß bei einer Drehbewegung des Innenrotors 0.5 in Richtung des Uhrzeigersinns Schmieröl in den Kammern, die aus den Zahnlücken des gleichsinnig drehenden Planetenrads und der Wand der Lagertasche 0.3 gebildet werden, von der Druckseite zur Saugseite gefördert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe sinkt.1 shows a toothed rotor set 0.1 according to the state the technology, consisting of a rotatable outer rotor 0.2 with Storage bags 0.3, in which rotatably mounted planet gears 0.4 are arranged, which form an internal toothing, with a eccentric to the outer rotor 0.2 mounted inner rotor 0.5 with approximately star-shaped outer contour, with an outer fine toothing 0.6 is provided, wherein the star-shaped Au ßenverzahnung one tooth less than the internal toothing. The gear rotor set 0.1 has seven planet gears 0.4 on. It turns out to be disadvantageous that in a Rotary movement of the inner rotor 0.5 in the clockwise direction Lubricating oil in the chambers resulting from the tooth spaces of the tooth in the same direction rotating planetary gear and the wall of the storage bag 0.3 are formed, from the pressure side to the suction side is promoted, whereby the efficiency of the pump decreases.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz 1
für eine Pumpe oder einen Motor, bestehend aus einem drehbaren
Außenrotor 2, der eine annähernd sternförmige Bohrung 3
mit einer Innenfeinverzahnung 4 und einem in der Bohrung 3
exzentrisch gelagerten Innenrotor 5, der Lagertaschen 6 für
Planetenräder 7 aufweist, die Planetenräder 7 weisen eine
Feinverzahnung auf mit der sie in der Feinverzahnung des Außenrotors
2 abrollen, wobei die Planetenräder 7 eine Verzahnung
8 ergeben, die eine Außenverzahnung bildet, wobei die
Außenverzahnung einen Zahn weniger aufweist als die Innenverzahnung
4 des Außenrotors 2. Der Verzahnungsrotorsatz 1 weist
einen Saugbereich 9 und einen Druckbereich 10 und Verdrängerkammern
11 auf. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten
verzahnungsrotorsatz 0.1 nach dem Stand der Technik, werden
für den erfindungsgemäßen Verzahnungsrotorsatz 1 nur 6 Planetenräder
7 benötigt, so daß weniger Reibung auftritt.2 shows a toothed rotor set 1 according to the invention
for a pump or a motor, consisting of a rotatable
Über eine Antriebswelle 12 wirkt ein Antriebsmoment M1 auf
den Innenrotor 5. Dadurch wirkt eine Stoßkraft F2 über die
Lagertasche 6 des Innenrotors 5 auf das Planetenrad 7. Die
Stoßkraft F3 im Planetenrad 7 teilt sich in zwei Komponenten,
die Radialkraft F4 und das Drehmoment M4 auf. Die Stoßkraft
F3 wirkt durch das Zentrum des verzahnten Planetenrads 7 auf
den verzahnten Außenrotor 2 und versetzt diesen in Rotation.
Durch das Drehmoment M4 wird das verzahnte Planetenrad 7 in
Rotation versetzt. Das Planetenrad 7 überträgt vor allem die
Stoßkraft F3 und erfährt dabei ein durch Reibung in der Lagertasche
verursachtes geringes Reibmoment MR.A drive torque M1 acts via a
Der erfindungsgemäße Verzahnungsrotor 1 kann als Pumpe zur
Druckerzeugung eingesetzt werden, in dem der Innenrotor 5
über eine Antriebswelle 12 angetrieben wird. Andererseits
kann der erfindungsgemäße Verzahnungsrotorsatz 1 auch als Motor
verwendet werden, in dem der Druckbereich 10 mit Druck
beaufschlagt wird, so daß der Innenrotor 5 in Rotation versetzt
wird und die Antriebswelle 12 antreibt.The
In der Hauptzone der Kraftübertragung 13, in der das Drehmoment
durch den mit Lagertaschen 6 ausgestatteten Innenrotor 5
über das verzahnte Planetenrad 7 auf den verzahnten Außenrotor
2 wirkt, kommt es, geometrisch bedingt, fast zum Stillstand
des Planetenrads 7. Bei dem beschriebenen relativen
Stillstand und der gleichzeitigen Übertragung einer großen
Kraft besteht die Gefahr, daß der Schmierfilm zwischen Planetenradzahnkopf
und Innenrotor 5 zusammenbricht.In the main zone of
Fig. 2a zeigt den Verzahnungsrotorsatz 1 in einer zweiten Arbeitsstellung. Hier ist die Dichtwirkung der Feinverzahnung besonders gut ersichtlich. FIG. 2a shows the toothed rotor set 1 in a second working position. Here is the sealing effect of the fine toothing very clearly visible.
Fig. 2b zeigt eine Aufsicht auf den Verzahnungsrotorsatz 1,
wobei sowohl eine Saugseite 14 als auch eine Druckseite 15
gezeigt sind. In die Saugseite 14 mündet eine Einlaßöffnung
16 ein, die beispielsweise seitlich als Bohrung in das den
Verzahnungsrotorsatz aufnehmende Gehäuse ausgebildet sein
kann. Ebenso mündet in die Druckseite 15 eine Auslaßöffnung
17 ein. Der Durchmesser der Auslaßöffung 17 kann geringer als
derjenige der Einlaßöffnung 16, da bei letzterer eine höhere
Fließgeschwindigkeit gegeben ist. Es ist ferner ersichtlich,
daß bei einer Drehung des Innenrotors 5 im Uhrzeigersinn die
Planetenräder 7 eine Drehung im Gegendrehsinn durchlaufen und
somit zusätzliches Schmieröl in den Zahnlücken der Planetenräder
7 von der Saugseite 9 zur Druckseite 10 gefördert wird.2b shows a plan view of the toothed rotor set 1,
wherein both a
Fig. 3 zeigt eine Variante I der erfindungsgemäßen Verzahnung
gemäß der Einzelheit "X" in Fig. 2. Die in Fig. 2 dargestellte
große Stoßkraft F3 und das nur kleine Reibmoment MR müssen
übertragen werden. Bei dieser Verzahnung werden Zahnkopf 18
und Zahnfuß 19 in den Abrollvorgang, d. h. das Abwälzen des
verzahnten Planetenrads 7 auf der verzahnten Außenrotorkurve
2 mit einbezogen. Bei der in Fig. 3 dargestellten Verzahnung
wurden die Flächenanteile der Verzahnung so gewählt, daß sie
der Kräfteaufteilung entsprechen.Fig. 3 shows a variant I of the toothing according to the invention
according to the detail "X" in Fig. 2. The shown in Fig. 2
large impact force F3 and the only small friction torque MR need
be transmitted. In this toothing are tooth head 18th
and tooth root 19 in the rolling process, d. H. the rolling of the
toothed
Der größte Anteil, der bogenförmige Anteil 23, der Verzahnung
besteht somit am Zahnfuß 19 und Zahnkopf 18, die die Stoßkraft
F3 zwischen dem verzahnten Planetenrad 7 und dem verzahnten
2 Außenrotor übertragen. Nur ein kleiner Anteil der
Verzahnungsflächen besteht aus Gleitflächen im Bereich der
Zahnflanken, die das Reibmoment MR in eine Drehbewegung des
verzahnten Planetenrads 7 umwandeln.The largest share, the
Der Zahnkopf 18.1 des verzahnten Außenrotors 2 ist so berechnet,
daß er sich genau in den Zahnfuß 19.2 des verzahnten
Planetenrads 7 anlegt, und ein problemloses Abrollen gewährleistet.
Umgekehrt greift der Zahnkopf 18.2 des verzahnten
Planetenrads 7 in den Zahnfuß 19.1 des verzahnten Aussenrotors
2 ein. Es kommt durch den konvex gestalteten Zahnkopf
18.1 des verzahnten Außenrotors 2 und den konkav ausgeführten
Zahnfuß 19.2 des verzahnten Planetenrads 7 zu einer
Berührungsfläche und nicht zu einer Berührungslinie. Durch
diese Wälzpaarung wird daher die Hertzsche Pressung stark reduziert.The tooth tip 18.1 of the toothed
Dies gilt auch für die Zahnflanken des verzahnten Außenrotors
2 und des verzahnten Planetenrads 7. Durch Einbeziehen eines
Flankenspiels 20 zwischen Zahn des Planetenrads 4 und Zahnlücke
des Außenrotors 2 ist gewährleistet, daß die große
Stoßkraft F3 nur über Zahnkopf 18 und Zahnfuß 19 übertragen
wird. Dadurch wird verhindert, daß auf die Zahnflanken 21
große Keilkräfte wirken, die zur Zerstörung der Flankenoberflächen
führen können. Zusätzlich kann durch das Flankenspiel
das Fördermedium aus den Zahnlücken 20 abfließen, da es sonst
zu Quetschöl kommt, was zu sehr hohem Druckaufbau führen
kann.This also applies to the tooth flanks of the toothed
Fig. 4 zeigt eine zweite Position der erfindungsgemäßen Verzahnung.
Bei dem vorstehend beschriebenen relativen Stillstand
der Planetenräder 4 und der gleichzeitigen Übertragung
einer großen Kraft besteht die Gefahr, daß der Schmierfilm
zwischen Planetenradzahnkopf 18 und der Lagertasche 6 des Innenrotors
5 zusammenbricht. Dies wird dadurch verhindert, daß
die Planetenradzahnköpfe 18 abgeflacht werden. Die Größe der
Abflachung 22 hängt vom Einsatzgebiet des Verzahnungsrotors 1
ab. Bei kleinen Drehzahlen und hohen Drücken muß eine starke
Abflachung 22 vorgesehen werden. Bei einer großen Drehzahl
und niedrigen Drücken reicht eine mäßige Abflachung 22 aus,
um einen kontinuierlichen Schmierfilm aufzubauen. Für den
Übergang von der Zahnflanke 21 des Planetenrads 7 zur Abflachung
22, wurde eine Zykloide 23 verwendet, die den Schmierfilmaufbau
stärker begünstigt, als ein einfacher Übergangsradius.Fig. 4 shows a second position of the toothing according to the invention.
In the relative standstill described above
the
Durch die Abflachung 22 der Planetenradzahnköpfe 18 wird auch
eine Verbesserung der Kraftübertragung (Hertzsche Pressung)
vom Planetenrad 7 auf die Lagertasche 6 des Innenrotors 5 bewirkt.By the flattening 22 of
Fig. 5 zeigt eine dritte Variante der erfindungsgemäßen Verzahnung,
wobei die Zahnflanken 21 des verzahnten Außenrotors
2 und der verzahnten Planetenräder 7 durch eine Evolvente 24
gebildet werden. Der Zahnkopf 18 des Planetenrads 7 ist dagegen
als Zykloide 25 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform
besteht jedoch eine größere Wahrscheinlichkeit, daß Eingriffsstörungen
auftreten.5 shows a third variant of the toothing according to the invention,
the tooth flanks 21 of the toothed
Claims (10)
- Geared rotor assembly (1) for a pump or motor, consisting of a rotating outer rotor (2) which has a roughly star-shaped hole (3) with an internal fine gearing system (4), and of an inner rotor (5) which is mounted on bearings eccentrically in the hole (3) and which has bearing pockets (6) for planet wheels (7), the planet wheels (7) have a fine gearing system by means of which they roll in the fine gearing of the outer rotor (2), the planet wheels (7) showing a gearing system (8) which forms an external gearing system, the external gearing having one tooth fewer than the internal gearing of the outer rotor (2).
- Geared rotor assembly (1) as in claim 1,
characterised in that
the external and / or internal fine gearing has, at least in some areas of the tooth shape of the gearing system, a curved portion (23). - Geared rotor assembly (1) as in claim 1 or 2,
characterised in that,
in particular in the area of the tooth tip (18) and / or of the tooth base (19), the tooth shape is made in a curved shape. - Geared rotor assembly (1) as in claim 1 to 3,
characterised in that,
in particular in the area of the tooth tip (18) and / or the tooth base (19), the tooth shape has a large radius of curvature. - Geared rotor assembly (1) as in one of claims 1 to 4,
characterised in that,
in particular in the area of the tooth tip (18) and / or the tooth base (19), the tooth shape has a flattened area (22). - Geared rotor assembly (1) as in one of claims 1 to 5,
characterised in that
the curved portion (23) is made at least partly in the form of a cycloid. - Geared rotor assembly (1) as in one of claims 1 to 6,
characterised in that,
at least in the area of the tooth flanks (21), the tooth shape is made in the form of an involute. - Geared rotor assembly (1) as in one of claims 1 to 7,
characterised in that
the fine gearing has a low-abrasion surface. - Geared rotor assembly (1) as in one of claims 1 to 8,
characterised in that
there is at least one fluid channel in the area of the bearing pockets (6). - Geared rotor assembly (1) as in one of claims 1 to 9,
characterised in that
the outer rotor (2) and / or the planet wheels (7) and / or the inner rotor (5) have a circumferential flange on at least one face.
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