EP1340913A2 - Gear pump - Google Patents
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- EP1340913A2 EP1340913A2 EP03003179A EP03003179A EP1340913A2 EP 1340913 A2 EP1340913 A2 EP 1340913A2 EP 03003179 A EP03003179 A EP 03003179A EP 03003179 A EP03003179 A EP 03003179A EP 1340913 A2 EP1340913 A2 EP 1340913A2
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- F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
- F04C2/088—Elements in the toothed wheels or the carter for relieving the pressure of fluid imprisoned in the zones of engagement
-
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
- F04C2/084—Toothed wheels
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- F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
Definitions
- the invention relates to a toothing of a gear, further one with the gear formed gear set and finally one formed with the gear set Gear machine.
- gear machine which is preferably an internal axis Gear machine, it can be a motor or preferably a Act positive displacement pump.
- Gerotor pumps with a gear wheel set consisting of a are known externally toothed inner rotor and an internally toothed outer rotor, which together in a meshing tooth mesh.
- Form the toothing of the two rotors rotating, expanding and compressing delivery cells for a working fluid.
- the for Formation of the intermeshing toothing cells have epi and / or Hypocycloids or trochoids formed tooth tips and tooth feet. If alternating, for example, one of the two toothed teeth is formed by epicycloids and hypocycloids, one results from kinematic Derivation according to the gearing law also produces counter gearing as Interlocking of alternating epicycloids and hypocycloids.
- both theoretical tooth profiles thus obtained cannot roll on each other and would due to the deepest meshing in the area complete coverage of the base of the tooth base and the top of the tooth head cannot be controlled Cause noise problems due to pinch oil effects.
- EP 1 016 784 A1 proposes that together intermeshing toothings of the inner rotor and the outer rotor each as To form cycloid interlocking with complete epi- and hypocycloids, but the Epicycloids of internal rotor teeth with smaller pitch circles than that Epicycloids of the outer rotor and the hypocycloids of the teeth of the outer rotor with smaller rolling circles than the hypocycloids of the teeth of the inner rotor produce.
- the backlash is increased in the same way as space for squeeze oil. Noises are at the expense of the volumetric Efficiency reduced.
- a gerotor pump that has been tried and tested in practice is described, for example, in EP 0 552 443 B1 described.
- the intermeshing gears are designed as cycloid gears, however, for the purpose of flattening, they are shortened epicycloids and Hypocycloids formed. Because the epicycloids and hypocycloids on the pitch circle because of the Shortening no longer meet seamlessly, the transitions are through Line pieces bridged. However, discontinuities occur at the transition points in turn cause noise problems. Furthermore, the squeeze rooms are still not ideal.
- a gear has a toothing, the abutting tooth heads and tooth bases of curves of second or higher order are formed that point tangentially towards each other at their ends.
- the tooth profile at the transition points between the curves forming the tooth heads and the curves forming the tooth bases are not only continuous, but also differentiable.
- the profile contour of the toothing can preferably be continuously differentiated everywhere.
- the curves that form the tooth tips, or at least the curves that form the Form tooth bases, no cycloids whereby the term cycloid in the sense of Invention can also be understood as a shortened or elongated cycloid (trochoid) should.
- That the profile contour of the tooth tips and / or the tooth feet is not cycloid means that the curves in question are not on a non-slip rolling of Rolling circles are based on a fixed circle, for example by initially acting as a cycloid shaped and then processed with an offset to a required Get tooth play.
- the toothing preferably comprises at least four teeth. It extends preferentially over the entire inner or outer circumference of the gear.
- the one according to the invention Form toothing in such a way that the tooth tips of cycloids and the tooth feet of each are formed by a curve of at least second order, preferably one Curve of a conic section, in particular an arc of a circle or an ellipse or an arc of an ellipse-like curve that is tangent to the ends of the curve neighboring cycloid arches point so that there are no kinks at the transitions arise.
- the tooth heads of the counter toothing can be made of cycloids and the tooth feet are preferably also each formed by a curve of at least second order. Between the curves and the engaging cycloids of the two gears would advantageous pinch oil spaces are formed.
- a toothing formed from cycloids and non-cycloids preferably the tooth bases from the non-cycloid curves of the second or higher order educated.
- the tooth tips of non-cycloid curves can also second or higher order and the tooth feet are formed cycloid.
- both the tooth heads and the tooth feet are not from Cycloids formed, neither by epi- and hypcycloids nor by shortened or elongated epi- or hypocycloids.
- the tooth tips and are particularly preferred Nodules are also not formed by other curves that are created with the help of rolling circles that roll smoothly on the pitch or pitch circle of the gear.
- the profile contour of the tooth heads is a conical arc. Even more preferred is the profile contour of the tooth feet, one curve curve each Conic section, i.e. a circular arc, elliptical arch, hyperbolic arch or a parabolic arch.
- ellipse-like curves for example, a Cassini curve in its elliptical shape, which is also the Profile contour of the tooth tips and / or the tooth feet can form.
- a Cassini curve in its elliptical shape
- An aspect ratio ranging from 1.25 to 1.6 particularly preferred.
- the tooth heads and the tooth feet are each formed by elliptical arcs, but the curved arcs of Tooth tips of a different ellipse than the curve arcs of the tooth feet are taken.
- an arc of a curve of a first type forms the tooth heads, preferably each an ellipse arc or an arc of an ellipse-like curve, and each an arc of a curve of a different type, the tooth feet, preferably an arc each.
- the same curve arcs for the tooth tips and each same curve curves are used for the tooth feet of the toothing.
- a gear has a toothing, the abutting tooth heads and tooth bases of curves of second or higher order are formed, the curves pointing tangentially to one another at their ends and the curves that form the flanks of the tooth tips, arcs of an ellipse with uneven ones Main axes or arcs of an ellipse-like curve, preferably a Cassini curve in their elliptical shape.
- the crowns of the tooth heads are quite flattened and / or the tooth flanks with the tooth feet through short straight sections connected, it is preferred if the elliptical or ellipse-like Arches not only the flanks of the tooth tips, but also their apices in one single continuous curve up to the two connection points with the form adjacent tooth feet.
- a feature specific to the first aspect of the invention is described, such a feature also forms the gear according to the second aspect the invention further advantageous, unless it is contrary to the second aspect of Invention stands. It is therefore particularly preferred if the gear wheel follows a gear wheel is both aspects of the invention.
- the tooth heads and tooth gaps on the pitch circle or pitch circle of the Gear measured have different thicknesses, with flow pulsations with in comparison to the tooth bases of wider tooth heads of the gear according to the invention, but can also be reduced with tooth heads that are narrower than the tooth feet can, as in EP 0 552 443 B1 and EP 1 016 784 A1 for other profiles has already been described.
- the flow pulsations are already caused by the Training the toothing according to the invention compared to the known solutions diminished, so that a toothing of tooth heads and tooth feet that are the same thickness are already advantageous.
- the curves that form the tooth tips or tooth tip flanks preferably meet directly to the curves that form the tooth bases, so that the tooth profile is everywhere has finite curvature.
- the two curves could also be connected by straight lines. Indeed in such an embodiment of the toothing, every connecting straight line that is connected to the Extend the curves following the ends of the straight line tangentially or into these two Enter curves tangentially. There is one everywhere for the sliding movement of the tooth flanks curved course, however, cheaper.
- the curved curves of the tooth tips and the curved curves of the tooth feet preferably meet on the pitch circle of the gear wheel and are nestled there. It is but also possible, the joints between the tooth tip curves and the tooth root curves to move a little bit from the pitch circle outwards or inwards and not only in the less preferred version, in which the curve ends are over straight sections are interconnected, but also in the preferred embodiment of the immediate clash.
- the invention further relates to a gear wheel set consisting of at least two gear wheels exists, which are in mesh or can be brought to roll against each other. At least one of the gears has teeth of the type according to the invention.
- the counter toothing of the other gear of the at least two gears is above it entire profile or it will be preferred only your tooth base profile after the Gearing law kinematically derived from the gearing according to the invention.
- the noise of the Gear wheel set is therefore combined with high volumetric efficiency reduced.
- the profile of the tooth feet Counter toothing according to the toothing law kinematically from the invention Gearing derived, while the profile of the tooth heads of the counter gearing Envelope cuts of the tooth profile of the toothing according to the invention is obtained.
- the curve of the tooth heads of the counter-toothing is the connecting line of points Tooth curve of the toothing according to the invention.
- the tooth tip curve of the Counter toothing envelops the tooth tooth of the counter toothing concerned turned tooth tip curves of the toothing according to the invention.
- the the Tooth profile of the counter toothing connecting line of these points can especially a spline function.
- the profile of the tooth feet flatten the gearing according to the invention, i.e. the tooth feet in their respective Bring the vertex area closer to the pitch circle of the gear.
- the result of this resulting deviation from, for example, the exact circular arc shape or the otherwise selected tooth root curve is preferably such that the tooth root curve nevertheless continuous, particularly preferably at least piecewise twice continuously, differentiable is.
- the at least two, preferably exactly two, meshing Gear teeth of the gear wheel set preferably each have such a tooth profile contour, that the rolling tooth flanks of the gears sealed against each other Form cells.
- the gear wheel set is an internal axis set and all fluid cells only be formed by the toothing, as is preferably the case when the Difference in the number of teeth of the gears is one, so the tooth heads are the Gears shaped in such a way that at the point of minimal tooth engagement a radially narrow one Gap remains. Basically, this also applies when using a sickle internal-axis gear sets where the difference in the number of teeth is greater than one is.
- the Gearing of a gear according to the invention is specified as a master gearing and the counter-toothing is designed based on this specification so that the tight Fluid cells and the rolling flanks are formed.
- the rolling flanks of the Counter teeth are by Kinematic derivation based on the gearing law.
- Forming the tooth bases of the toothing according to the invention as circular arcs results the cavity or squeeze space at the point of the deepest meshing of the Gearing by itself.
- the cavity can also be made with an indentation of the tooth feet of the gearwheel gearing according to the invention are formed.
- the gear with Counter-toothing in his tooth feet each has an indentation to form the Have cavity.
- the toothing according to the invention can be used for the indentations each have a discontinuity in the derivation or also at the transitions of the curve curves according to the invention in and out of the indentation be continuously differentiable.
- the toothing according to the invention preferably does not have such indentations so that their tooth profile contour not only on the tooth heads, but also in the Tooth feet each by a smooth, continuous curve of an inventive Curve is formed.
- the counter toothing can advantageously be based on interpolating spline functions Support points can be obtained.
- the support points of the tooth root curve are preferred by kinematic derivation of the gearing according to the invention Gearing law and that of the tooth tip curve preferably from envelope cuts Tooth curve of the master toothing determined. If the tooth tips of the Master gear teeth are flattened compared to their generation curve, that is Envelope cutting process, however, carried out with the generation curve not flattened. If for example, if the generation curve is an ellipse, the envelope cuts determined by means of the ellipse arc.
- An interpolating spline function is preferred at least grade three, preferably grade three.
- the support points can in particular formed by contact points of the rolling tooth flanks of the gear wheels become.
- the spline functions in one corresponding to the pitch of the counter toothing The number are put together, if necessary adjusted at the transition points, that at least continuously differentiable transitions are obtained.
- Counter toothing as such represents a toothing according to the invention, since its tooth profile is formed by a function that is continuously differentiable at least twice in parts.
- the spline functions are preferred at or very close to the vertices in the Put the feet together where there is no rolling.
- the tooth tip profile of the counter toothing is used formed by a spline function, whose support points are the envelope intersection points, while the tooth root profile of the counter-toothing is a polygon that consists of the Gearing law connects points of the tooth base profile obtained. From the Interlocking law can easily make the points of the tooth root profile so tight can be determined side by side that a simple polyline as a connecting line enough. For the counter toothing, this means that an alternating spline function for a tooth profile and a polygon for the tooth profile are put together and continuously differentiable, i.e. tangential, merge.
- a gear of the moving set according to the invention for example the gear with the Counter-toothing, preferably after the shaping with a so-called offset provided by the toothing in question normal to their formed according to the invention Tooth profile exit contour equidistant over the entire contour of a given piece is withdrawn far.
- both gears can also be equidistant be withdrawn compared to the initial contour generated according to the invention.
- Backlash of the meshing teeth i.e. a backlash in Circumferential direction, can in particular be achieved by an equidistant withdrawal from receive one or both tooth profile contours compared to the generation specification become.
- the intermeshing Gears formed according to their respective generation regulations so that they are in Circumferential direction on "zero clearance" are generated. Because of the preferred generation of the Tooth curve of the counter toothing from envelope cuts of the tooth profile of the This also applies to master teeth for the required radial play of the teeth the point of least tooth mesh. To the required radial tooth play, i.e. the It can do that to maintain a tooth play in the area of the smallest tooth mesh Tooth profile of the counter-toothing in relation to one of the generation instructions from Envelope cuts formed tooth tip profile be flattened, so that the radial tooth play is not only formed by an equidistant withdrawal.
- Preferred uses of a gear pump according to the invention are, for example that of a lubricating oil pump of an internal combustion engine or a lubricating oil pump of a Gearbox of a wind power generator.
- FIG. 1 shows a gerotor pump in a view perpendicular to a gear wheel set, which is rotatably received in a gear chamber of a pump housing 1. On Cover of the pump housing is omitted, so that the gear chamber with the Gear wheel set is recognizable.
- the gerotor pump has an outer rotor 3 with an internal toothing 3i and one Inner rotor 4 with an external toothing 4a, which form the gear wheel set.
- the External toothing 4a has one tooth less than the internal toothing 3i.
- the number of teeth the internal toothing of such internal-axis pumps is at least four and preferably at most fifteen, preferably the number of teeth is between five and ten; in the exemplary embodiment, the internal toothing 3i has nine teeth.
- An axis of rotation 5 of the outer rotor 3 runs parallel spaced, i.e. eccentric, too an axis of rotation 6 of the inner rotor 4.
- the eccentricity i.e. the distance between the two axes of rotation 5 and 6, is designated by "e”.
- the inner rotor 4 and the outer rotor 3 form a fluid delivery space between them.
- This Fluid delivery chamber is divided into delivery cells 7 which are sealed off from one another in a pressure-tight manner.
- the individual conveyor cells 7 are each between two successive teeth of the inner rotor 4 and the internal toothing 3i of the outer rotor 3 formed by two successive teeth of the inner rotor 4 head or flank contact with two each have successive, opposite teeth of the internal toothing 3i. Between the tooth heads 4k and 3k there can be a slight tooth mesh at the point there is little play, with the fluid being pumped between each other opposite tooth heads 4k and 3k of the two toothings 4a and 3i one Sealing film forms.
- the growing conveyor cells 7 form in pump operation a low pressure side and the shrinking delivery cells 7 one High pressure side.
- the low pressure side is with a pump inlet and the High pressure side connected to a pump outlet.
- In the housing 1 are in the side Area of the feed cells 7 closely adjacent, kidney-shaped slot openings 8 and 9 except that are separated from one another by webs.
- the opening 8 covers Delivery cells 7 on the low pressure side and accordingly forms an inflow opening, in pump operation, a low pressure opening, and the other opening 9 forms accordingly a high pressure opening. In an engine operation with such a Gear machine is also possible, the situation would of course be reversed.
- the housing forms a sealing web between the adjacent inlet and Drain openings 8 and 9.
- the pump receives its rotary drive from a rotary drive member 2, which by a Drive shaft is formed.
- the inner rotor 4 is connected to the rotary drive member 2 non-rotatably connected.
- the drive shaft 2 usually directly to the crankshaft or the output shaft of a gearbox, the input shaft of which is the crankshaft of the engine.
- a balance shaft for a force balance or Torque compensation of the motor can by a balance shaft for a force balance or Torque compensation of the motor are formed.
- Other rotary drive members are however also conceivable, especially in other uses of the pump, for example as a hydraulic pump for a servo drive of a motor vehicle.
- the outer rotor 3 could also be driven in rotation and at take the inner rotor 4 with it when it rotates.
- Figure 2 shows the profile contours of the teeth 3i and 4a at the point of the deepest Tooth engagement.
- the tooth heads 3k of the internal toothing 3i are elliptical arcs and Tooth feet 3f of the internal toothing 3i are designed as circular arcs.
- the ellipse arches and the arcs meet directly on the pitch circle T3 of the internal toothing 3i to each other and are nestled there so that they are so direct to each of the formed seams have the same slope.
- the left-hand and right-hand derivatives are therefore the same for both curves, i.e. the tooth profile contour of the internal toothing 3i is everywhere, even on the Transition points, continuously differentiable function.
- the laws of the axes of the ellipse forming the ellipse arcs are from the basic gear data module and Number of teeth of the outer rotor 3 derived.
- the internal toothing 3i of the outer rotor 3 is Output gear or master gear.
- the Zalm foot profile contour of the inner rotor 4 is kinematically based on the tooth profile profile contour of the internal toothing 3i Gear Act derived.
- the tooth tip profile contour of the inner rotor 4 is made Obtain envelope cuts of the tooth profile profile contour of the internal toothing 3i.
- the profile contour the external toothing 4a is in total by spline functions and polygon formed, which are placed along the pitch circle T4 of the external toothing 4a. The spline functions are obtained at support points.
- the gearing law provides the support points for the polygons of the tooth feet 4f
- the envelope cut method provides the support points for the spline function of the tooth tips 4k.
- the snapshot of FIG. 1 shows the support points 10-16 for the tooth heads 4k.
- the support points 10 to 16 are the current contact points of the rolling flanks of the two Gears 3i and 4a and in the snapshot of FIG. 1 form just that Sealing points between the individual fluid cells 7.
- the external toothing 4a be the master toothing and in this case the Internal gearing 3i through spline functions and polygons or just through Spline functions, namely one for the tooth tips and another for the tooth feet, to be discribed. If the external toothing 4a is the master toothing, their Tooth tips 4k are formed as described above for the tooth tips 3k, and there are their tooth bases 4f are formed as described above for the tooth bases 3f.
- the area of deepest tooth engagement is shown enlarged in FIG. Clear to see is a cavity H1, which is in the area of the vertices between the straight in deepest tooth engagement tooth head 4k of the inner rotor 4 and the receiving Tooth root 3f of the outer rotor 3 results.
- Aspect ratios up to 6: 5 or even 10: 9 are however also still beneficial.
- the two toothings 4a and 3i combine the noise advantages of one Gerotors with the volumetric advantages of a gear wheel set like the one from EP 0 552 443 B1 is known.
- Figure 3 shows the location of the deepest meshing for a gear set
- the Inner rotor 3 has the same internal toothing 3i as the inner rotor 3 of the gear wheel set of Figures 1 and 2.
- the external toothing 4a is also the same Curved curves are formed like the external toothing 4a of the first exemplary embodiment, however, indentations are formed in the tooth bases 4f, which provide additional cavities Create H2 for the fluid.
- the tooth bases 4f are the Variant of Figure 3, however, identical to the tooth feet 4f of the first Embodiment.
- the internal toothing 3i has the same tooth heads 3k as the internal toothing 3i of the first embodiment.
- the tooth feet 3f however formed by elliptical arches. These elliptical arches are in the range of theirs Provide an indentation in the apex. If because of the elliptical arches formed tooth feet 3f at the location of the deepest tooth engagement a sufficient Squeeze chamber not just because of the difference in the number of teeth between the two Toothings 3i and 4a can be created by the indentations of the tooth feet 3f nevertheless, a cavity H3 of sufficient size can be created. Basically, however, it is assumed that the inventive predetermined toothing, in the exemplary embodiment the internal toothing 3i, and the Counter-toothing formed according to the invention already without indentations at the point of the deepest tooth mesh sufficient squeeze space is created.
- FIG. 5 shows the profile contour of an individual tooth head 3k of the master toothing 3i.
- Figure 6 shows the same tooth head 3k and a tooth base 3f, which is on the pitch circle T3 the master toothing 3i runs tangentially into the tooth head 3k.
- P1 is the intersection with Tangent common to pitch circle T3.
- P2 is the radial of the Pitch circle T3 designated by the center of the circle that the profile contour of Tooth base 3f forms.
- the ellipse arc of the tooth head 3k is an ellipse with a large semiaxis a and a small semiaxis b taken.
- the small semi-axis b is a radial of the pitch circle T3.
- the large semiaxis a is a tangent to the pitch circle T3.
- the arc of the ellipse located within the pitch circle T3 forms the profile contour of the tooth head 3k. It ends on the pitch circle T3.
- the profile shift determines the ratio of the tooth head to the tooth base and in particular the curvature of the ellipse arch forming the tooth heads 3k.
- the constants C1 and C2 can either be used to create the gap between the Master toothing 3i and the counter toothing 4a are used or for adjustment the curvature of the ellipse or for both purposes at the same time. If they are for generation of the gap is used, the semiaxes a and b are changed by the same Amount advantageous in order to be as uniform as possible along the ellipse arc Maintain gap spread.
- FIG. 7 shows the profile contour of FIG. 6 together with the profile contour of a tooth head 4k of the counter toothing 4a in the area of the deepest tooth engagement, where for squeezing fluid Cavity H1 between the profile contours of the tooth base 3f and the tooth head 4k remains.
- the profile contour of the adjacent tooth base of the counter toothing 4a is not located. According to the gearing law, it is created from the ellipse of the Tooth head 3k derived from the master toothing 3i.
- the envelope cut method for generating the profile contour of the tooth tips 4k Counter toothing 4a is illustrated in FIG. 8.
- the profile contour of the tooth tips 4k is in the plane of the pitch circle T4 the connecting line that the envelope intersection of the Tooth tip curves 3k, i.e. the elliptical arches, the master teeth 3i with each other combines.
- Each of the points is the intersection of one of the tooth tip curves 3k with one Straight line V, which is the center point M of the respective ellipse and the intersection point C of the Radials connects with the pitch circle T4.
- the relevant radial through the intersection C has the same on the pitch circle T4 to the tooth bases 4f adjacent on both sides Distance on.
- intersection point of the ellipse axes a and b understood.
- intersection point C pitch point
- Touch points are obtained in sufficient numbers that serve as support points for the profile contour of the tooth tips 4k to be generated.
- the envelope intersection points are obtained by rotating tooth tip curves of the master toothing 3i about the pitch circle axis 6 of the counter toothing 4a, the tooth tip curves 3k of the master toothing 3i each being rotated onto the same tooth of the counter toothing 4a.
- the master toothing 3i is known.
- the position of the pitch circle axis 6 of the counter toothing 4a relative to the master toothing 3i is also known.
- the number of teeth of the counter toothing 4a is known, so that one can position a star from radial starting from the pitch circle axis 6 of the counter toothing 4a to the apexes of the tooth heads 4k to be produced relative to the master toothing 3i.
- the tooth tip curves 3k of the toothing according to the invention are then rotated about the pitch circle axis 6 of the counter toothing 4a into one of the radial lines.
- a set of tooth tip curves of the master toothing 3i is obtained which envelop the tooth tip curve 4k to be generated, for example the tooth tip curves 3k 1 to 3k 5 of FIG. 8
- Tooth curve 3k 1 to 3k 5 can be the tooth curve with the contact points 11 to 15 from the snapshot of Figure 1.
- This procedure is repeated for different relative positions of the two toothings 3i and 4a, the pitch circle axes 5 and 6 of course maintaining their positions.
- the master toothing 3i is rotated about the pitch circle axis 6 of the counter toothing 4a in such a way that the respective radials of the counter toothing 4a are always overlapped with the same, once defined radial.
- the pitch circle diameter and the tip circle diameter of the counter toothing 4a are also given.
- the following applies to the diameter of the pitch circle T4: d 4 m 4 * Z 4 .
- FIG. 9 shows an example of how the cavity H1 is flattened by the tooth root curve 3f the master toothing can be reduced to reduce the dead volume.
- the profile contour of the tooth feet 3f compared to the Ellipse arc of the tooth heads 3k suitably chosen circular arc in the apex area flattened.
- the flattening is shown in dashed lines.
Landscapes
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verzahnung eines Zahnrads, ferner einen mit dem Zahnrad gebildeten Zahnradlaufsatz und schließlich eine mit dem Zahnradlaufsatz gebildete Zahnradmaschine. Bei der Zahnradmaschine, die vorzugsweise eine innenachsige Zahnradmaschine ist, kann es sich um einen Motor oder vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe handeln.The invention relates to a toothing of a gear, further one with the gear formed gear set and finally one formed with the gear set Gear machine. In the gear machine, which is preferably an internal axis Gear machine, it can be a motor or preferably a Act positive displacement pump.
Bekannt sind Zahnringpumpen mit einem Zahnradlaufsatz bestehend aus einem außenverzahnten Innenrotor und einem innenverzahnten Außenrotor, die miteinander in einem kämmenden Zahneingriff stehen. Die Verzahnungen der beiden Rotoren bilden umlaufende, expandierende und komprimierende Förderzellen für ein Arbeitsfluid. Die zur Bildung der Förderzellen miteinander kämmenden Verzahnungen weisen von Epiund/oder Hypozykloiden oder -trochoiden gebildete Zahnköpfe und Zahnfüße auf. Falls die eine der zwei in Zahneingriff stehenden Verzahnungen abwechselnd beispielsweise von Epizykloiden und Hypozykloiden gebildet wird, ergibt sich eine durch kinematische Ableitung nach dem Verzahnungsgesetz erzeugte Gegenverzahnung ebenfalls als Verzahnung aus abwechselnd aneinandergesetzten Epizykloiden und Hypozykloiden. Die beiden so erhaltenen theoretischen Zahnprofile können in der Praxis jedoch nicht aufeinander abwälzen und würden aufgrund der im Bereich tiefsten Zahneingriffs vollkommenen Überdeckung von Zahnfußgrund und Zahnkopfscheitel nicht beherrschbare Geräuschprobleme aufgrund von Quetschöleffekten verursachen.Gerotor pumps with a gear wheel set consisting of a are known externally toothed inner rotor and an internally toothed outer rotor, which together in a meshing tooth mesh. Form the toothing of the two rotors rotating, expanding and compressing delivery cells for a working fluid. The for Formation of the intermeshing toothing cells have epi and / or Hypocycloids or trochoids formed tooth tips and tooth feet. If alternating, for example, one of the two toothed teeth is formed by epicycloids and hypocycloids, one results from kinematic Derivation according to the gearing law also produces counter gearing as Interlocking of alternating epicycloids and hypocycloids. The In practice, however, both theoretical tooth profiles thus obtained cannot roll on each other and would due to the deepest meshing in the area complete coverage of the base of the tooth base and the top of the tooth head cannot be controlled Cause noise problems due to pinch oil effects.
Zur Lösung des Geräuschproblems schlägt die EP 1 016 784 A1 vor, die miteinander kämmenden Verzahnungen des Innenrotors und des Außenrotors zwar jeweils als Zykloidenverzahnung mit vollständigen Epi- und Hypozykloiden zu formen, aber die Epizykloiden der Verzahnung des Innenrotors mit kleineren Rollkreisen als die Epizykloiden des Außenrotors und die Hypozykloiden der Verzahnung des Außenrotors mit kleineren Rollkreisen als die Hypozykloiden der Verzahnung des Innenrotors zu erzeugen. Hierdurch wird jedoch in gleicher Weise das Zahnflankenspiel erhöht wie Raum für Quetschöl geschaffen wird. Geräusche werden allenfalls auf Kosten des volumetrischen Wirkungsgrads vermindert.To solve the noise problem, EP 1 016 784 A1 proposes that together intermeshing toothings of the inner rotor and the outer rotor each as To form cycloid interlocking with complete epi- and hypocycloids, but the Epicycloids of internal rotor teeth with smaller pitch circles than that Epicycloids of the outer rotor and the hypocycloids of the teeth of the outer rotor with smaller rolling circles than the hypocycloids of the teeth of the inner rotor produce. As a result, however, the backlash is increased in the same way as space for squeeze oil. Noises are at the expense of the volumetric Efficiency reduced.
Eine in der Praxis bewährte Zahnringpumpe wird beispielsweise in der EP 0 552 443 B1 beschrieben. Um das grundsätzlich nicht vermeidbare Zahnspiel zwischen den Verzahnungen zu minimieren, sind die Zahnköpfe des Innenrotors und die Zahnköpfe des Außenrotors und gegebenenfalls die mit den Zahnköpfen zusammenwirkenden Zahnfüße des jeweils anderen Rotors zu dem Wälzkreis des betreffenden Rotors hin abgeflacht. Die miteinander kämmenden Verzahnungen sind als Zykloidenverzahnungen ausgebildet, allerdings sind sie zum Zwecke der Abflachung als verkürzte Epizykloiden und Hypozykloiden gebildet. Da die Epizykloiden und Hypozykloiden am Teilkreis wegen der Verkürzung nicht mehr nahtlos aneinanderstoßen, werden die Übergänge durch Geradenstücke überbrückt. An den Übergangsstellen entstehen jedoch Unstetigkeiten, die ihrerseits Geräuschprobleme verursachen. Ferner sind die Quetschräume nach wie vor nicht ideal.A gerotor pump that has been tried and tested in practice is described, for example, in EP 0 552 443 B1 described. To the basically unavoidable backlash between the The tooth tips of the inner rotor and the tooth tips of the External rotor and, if applicable, the tooth bases interacting with the tooth heads of the other rotor is flattened towards the pitch circle of the rotor in question. The intermeshing gears are designed as cycloid gears, however, for the purpose of flattening, they are shortened epicycloids and Hypocycloids formed. Because the epicycloids and hypocycloids on the pitch circle because of the Shortening no longer meet seamlessly, the transitions are through Line pieces bridged. However, discontinuities occur at the transition points in turn cause noise problems. Furthermore, the squeeze rooms are still not ideal.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Zahnrad zu schaffen, das bei einer bevorzugten Verwendung als Förderrad einer Zahnradpumpe oder Abtriebsrad eines Zahnradmotors zur Verringerung von Geräuschen im Betrieb der Pumpe oder des Motors beiträgt.It is an object of the invention to provide a gear that is preferred in one Use as a feed wheel of a gear pump or driven gear of a gear motor Reduction of noise in the operation of the pump or motor contributes.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Zahnrad eine Verzahnung auf, deren aneinanderstoßenden Zahnköpfe und Zahnfüße von Kurven zweiter oder höherer Ordnung gebildet werden, die an ihren Enden tangential aufeinander zu weisen. Dies bedeutet, dass das Zahnprofil an den Übergangsstellen zwischen den die Zahnköpfe bildenden Kurven und den die Zahnfüße bildenden Kurven nicht nur stetig, sondern auch differenzierbar ist. Bevorzugt ist die Profilkontur der Verzahnung überall stetig differenzierbar. Ferner sind wenigstens die Kurven, die die Zahnköpfe bilden, oder wenigstens die Kurven, die die Zahnfüße bilden, keine Zykloiden, wobei unter dem Begriff der Zykloide im Sinne der Erfindung auch eine verkürzte oder verlängerte Zykloide (Trochoide) verstanden werden soll. Dass die Profilkontur der Zahnköpfe und/oder der Zahnfüße nicht zykloid ist, bedeutet, dass die betreffenden Kurven auch nicht auf einem gleitungsfreien Abrollen von Rollkreisen auf einem Festkreis beruhen, beispielsweise indem sie zunächst als Zykloide geformt und anschließend mit einem Offset abgearbeitet werden, um ein erforderliches Zahnspiel zu erhalten.According to a first aspect of the invention, a gear has a toothing, the abutting tooth heads and tooth bases of curves of second or higher order are formed that point tangentially towards each other at their ends. This means that the tooth profile at the transition points between the curves forming the tooth heads and the curves forming the tooth bases are not only continuous, but also differentiable. The profile contour of the toothing can preferably be continuously differentiated everywhere. Furthermore are at least the curves that form the tooth tips, or at least the curves that form the Form tooth bases, no cycloids, whereby the term cycloid in the sense of Invention can also be understood as a shortened or elongated cycloid (trochoid) should. That the profile contour of the tooth tips and / or the tooth feet is not cycloid, means that the curves in question are not on a non-slip rolling of Rolling circles are based on a fixed circle, for example by initially acting as a cycloid shaped and then processed with an offset to a required Get tooth play.
Die Verzahnung umfasst vorzugsweise mindestens vier Zähne. Sie erstreckt sich bevorzugt über den gesamten Innen- oder Außenumfang des Zahnrads.The toothing preferably comprises at least four teeth. It extends preferentially over the entire inner or outer circumference of the gear.
Obgleich weniger bevorzugt, ist es grundsätzlich denkbar, die erfindungsgemäße Verzahnung so auszubilden, dass deren Zahnköpfe von Zykloiden und deren Zahnfüße je von einer Kurve wenigstens zweiter Ordnung gebildet werden, vorzugsweise einem Kurvenbogen eines Kegelschnitts, insbesondere einem Kreisbogen oder Ellipsenbogen oder einem Bogen einer ellipsenähnlichen Kurve, die an ihren Enden tangential auf die benachbarten Zykloidenbögen weisen, so dass keine Knickstellen an den Übergängen entstehen. Die Zahnköpfe der Gegenverzahnung können von Zykloiden und die Zahnfüße bevorzugt ebenfalls je von einer Kurve wenigstens zweiter Ordnung gebildet werden. Zwischen den Kurven und den eingreifenden Zykloiden der beiden Verzahnungen würden vorteilhafte Quetschölräume gebildet werden. Wie in dieser Ausführung beispielhaft geschildert, werden bei einer aus Zykloiden und Nichtzykloiden gebildeten Verzahnung vorzugsweise die Zahnfüße von den nichtzykloiden Kurven zweiter oder höherer Ordnung gebildet. Grundsätzlich können jedoch auch die Zahnköpfe von nichtzykloiden Kurven zweiter oder höherer Ordnung und die Zahnfüße zykloid gebildet sein.Although less preferred, it is basically conceivable to use the one according to the invention Form toothing in such a way that the tooth tips of cycloids and the tooth feet of each are formed by a curve of at least second order, preferably one Curve of a conic section, in particular an arc of a circle or an ellipse or an arc of an ellipse-like curve that is tangent to the ends of the curve neighboring cycloid arches point so that there are no kinks at the transitions arise. The tooth heads of the counter toothing can be made of cycloids and the tooth feet are preferably also each formed by a curve of at least second order. Between the curves and the engaging cycloids of the two gears would advantageous pinch oil spaces are formed. As an example in this version are described with a toothing formed from cycloids and non-cycloids preferably the tooth bases from the non-cycloid curves of the second or higher order educated. In principle, however, the tooth tips of non-cycloid curves can also second or higher order and the tooth feet are formed cycloid.
In bevorzugten Ausführungen sind sowohl die Zahnköpfe als auch die Zahnfüße nicht von Zykloiden gebildet, weder von Epi- und Hypzykloiden noch von verkürzten oder verlängerten Epi- oder Hypozykloiden. Besonders bevorzugt werden die Zahnköpfe und Zahnfüße auch nicht von anderen Kurven gebildet, die mit Hilfe von Rollkreisen erzeugt werden, die auf dem Teil- oder Wälzkreis des Zahnrads gleitungsfrei abrollen. In bevorzugten Ausführungen ist die Profilkontur der Zahnköpfe ein Kegelschnittbogen. Noch bevorzugter ist auch die Profilkontur der Zahnfüße je ein Kurvenbogen eines Kegelschnitts, d.h. ein Kreisbogen, Ellipsenbogen, Hyperbelbogen oder ein Parabelbogen. Ein weiteres bevorzugtes Beispiel sind ellipsenähnliche Kurven höherer Ordnung, beispielsweise eine Cassinische Kurve in ihrer ellipsenähnlichen Form, die ebenfalls die Profilkontur der Zahnköpfe und/oder der Zahnfüße bilden kann. Bildet eine Ellipse oder ellipsenähnliche Kurve die Profilkontur, so beträgt das Verhältnis der Länge der großen Hauptachse zu der Länge der kleinen Hauptachse vorzugsweise wenigstens 1.1 und vorzugsweise höchstens 2. Ein Längenverhältnis aus dem Bereich von 1.25 bis 1.6 wird besonders bevorzugt.In preferred embodiments, both the tooth heads and the tooth feet are not from Cycloids formed, neither by epi- and hypcycloids nor by shortened or elongated epi- or hypocycloids. The tooth tips and are particularly preferred Nodules are also not formed by other curves that are created with the help of rolling circles that roll smoothly on the pitch or pitch circle of the gear. In preferred designs, the profile contour of the tooth heads is a conical arc. Even more preferred is the profile contour of the tooth feet, one curve curve each Conic section, i.e. a circular arc, elliptical arch, hyperbolic arch or a parabolic arch. Another preferred example is higher order ellipse-like curves, for example, a Cassini curve in its elliptical shape, which is also the Profile contour of the tooth tips and / or the tooth feet can form. Forms an ellipse or elliptical curve the profile contour, the ratio of the length of the large Major axis to the length of the minor major axis preferably at least 1.1 and preferably at most 2. An aspect ratio ranging from 1.25 to 1.6 particularly preferred.
Vorteilhaft ist die Bildung der Profilkontur der Zahnköpfe je durch einen Kurvenbogen einer ersten Form und die Bildung der Profilkontur der Zahnfüße je durch einen Kurvenbogen einer anderen, zweiten Form. So können die Zahnköpfe und die Zahnfüße beispielsweise je durch Ellipsenbögen gebildet werden, wobei jedoch die Kurvenbögen der Zahnköpfe einer anderen Ellipse als die Kurvenbögen der Zahnfüße entnommen sind. Noch bevorzugter bildet je ein Bogen einer Kurve eines ersten Typs die Zahnköpfe, vorzugsweise je ein Ellipsenbogen oder ein Bogen einer ellipsenähnlichen Kurve, und je ein Bogen einer Kurve eines anderen Typs, die Zahnfüße, vorzugsweise je ein Kreisbogen. Selbstverständlich werden je die gleichen Kurvenbögen für die Zahnköpfe und je die gleichen Kurvenbögen für die Zahnfüße der Verzahnung verwendet.It is advantageous to form the profile contour of the tooth heads each by means of a curved curve a first shape and the formation of the profile contour of the tooth feet each by one Curve of a different, second form. So can the tooth heads and the tooth feet for example, are each formed by elliptical arcs, but the curved arcs of Tooth tips of a different ellipse than the curve arcs of the tooth feet are taken. Even more preferably, an arc of a curve of a first type forms the tooth heads, preferably each an ellipse arc or an arc of an ellipse-like curve, and each an arc of a curve of a different type, the tooth feet, preferably an arc each. Of course, the same curve arcs for the tooth tips and each same curve curves are used for the tooth feet of the toothing.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Zahnrad eine Verzahnung auf, deren aneinander stoßenden Zahnköpfe und Zahnfüße von Kurven zweiter oder höherer Ordnung gebildet werden, wobei die Kurven an ihren Enden tangential aufeinander zu weisen und die Kurven, die die Flanken der Zahnköpfe bilden, Bögen einer Ellipse mit ungleichen Hauptachsen oder Bögen einer ellipsenähnlichen Kurve, vorzugsweise einer Cassinikurve in ihrer ellipsenähnlichen Form, sind. Obgleich die Scheitel der Zahnköpfe durchaus abgeflacht und/oder die Zahnkopfflanken mit den Zahnfüßen durch kurze Geradenstücke verbunden sein können, wird es bevorzugt, wenn die elliptischen oder ellipsenähnlichen Bögen nicht nur die Flanken der Zahnköpfe, sondern auch deren Scheitel in je einem einzigen kontinuierlichen Bogen bis zu den beiden Anschlusspunkten mit den benachbarten Zahnfüßen bilden. Soweit im vorstehenden und nachstehenden sowie in den Ansprüchen ein Merkmal speziell in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wird, bildet solch ein Merkmal auch das Zahnrad nach dem zweiten Aspekt der Erfindung vorteilhaft weiter, soweit es nicht im Widerspruch zum zweiten Aspekt der Erfindung steht. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn das Zahnrad ein Zahnrad nach beiden Aspekten der Erfindung ist.According to a second aspect of the invention, a gear has a toothing, the abutting tooth heads and tooth bases of curves of second or higher order are formed, the curves pointing tangentially to one another at their ends and the curves that form the flanks of the tooth tips, arcs of an ellipse with uneven ones Main axes or arcs of an ellipse-like curve, preferably a Cassini curve in their elliptical shape. Although the crowns of the tooth heads are quite flattened and / or the tooth flanks with the tooth feet through short straight sections connected, it is preferred if the elliptical or ellipse-like Arches not only the flanks of the tooth tips, but also their apices in one single continuous curve up to the two connection points with the form adjacent tooth feet. As far as in the above and below as well as in the Claims a feature specific to the first aspect of the invention is described, such a feature also forms the gear according to the second aspect the invention further advantageous, unless it is contrary to the second aspect of Invention stands. It is therefore particularly preferred if the gear wheel follows a gear wheel is both aspects of the invention.
Insbesondere können die Zahnköpfe und Zahnlücken auf dem Teilkreis bzw. Wälzkreis des Zahnrads gemessen unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei Förderstrompulsationen mit im Vergleich zu den Zahnfüßen breiteren Zahnköpfen des erfindungsgemäßen Zahnrads, aber auch mit im Vergleich zu den Zahnfüßen schmaleren Zahnköpfen verringert werden können, wie dies in der EP 0 552 443 B1 und der EP 1 016 784 A1 für andere Profile bereits beschrieben ist. Andererseits werden die Förderstrompulsationen bereits durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verzahnung gegenüber den bekannten Lösungen vermindert, so dass auch eine Verzahnung aus Zahnköpfen und Zahnfüßen, die gleich dick sind, bereits vorteilhaft ist.In particular, the tooth heads and tooth gaps on the pitch circle or pitch circle of the Gear measured have different thicknesses, with flow pulsations with in comparison to the tooth bases of wider tooth heads of the gear according to the invention, but can also be reduced with tooth heads that are narrower than the tooth feet can, as in EP 0 552 443 B1 and EP 1 016 784 A1 for other profiles has already been described. On the other hand, the flow pulsations are already caused by the Training the toothing according to the invention compared to the known solutions diminished, so that a toothing of tooth heads and tooth feet that are the same thickness are already advantageous.
Die Kurven, die die Zahnköpfe oder Zahnkopfflanken bilden, stoßen vorzugsweise unmittelbar an die Kurven, die die Zahnfüße bilden, so dass das Zahnprofil überall eine endliche Krümmung aufweist. Grundsätzlich möglich, obgleich weniger bevorzugt, könnten die beiden Kurven jedoch auch durch Geradenstücke verbunden sein. Allerdings müsste in solch einer Ausführung der Verzahnung jede Verbindungsgerade die sich an den beiden Geradenenden anschließenden Kurven tangential verlängern bzw. in diese beiden Kurven tangential einlaufen. Für die Gleitbewegung der Zahnflanken ist ein überall gekrümmter Verlauf jedoch günstiger.The curves that form the tooth tips or tooth tip flanks preferably meet directly to the curves that form the tooth bases, so that the tooth profile is everywhere has finite curvature. Basically possible, although less preferred, however, the two curves could also be connected by straight lines. Indeed in such an embodiment of the toothing, every connecting straight line that is connected to the Extend the curves following the ends of the straight line tangentially or into these two Enter curves tangentially. There is one everywhere for the sliding movement of the tooth flanks curved course, however, cheaper.
Die Kurvenbögen der Zahnköpfe und die Kurvenbögen der Zahnfüße stoßen vorzugsweise auf dem Teilkreis des Zahnrads aneinander und sind dort aneinander angeschmiegt. Es ist aber auch möglich, die Stoßstellen zwischen den Zahnkopfkurven und den Zahnfußkurven ein kleines Stück weit vom Teilkreis nach außen oder innen zu verlegen und zwar nicht nur in der weniger bevorzugten Ausführung, in der die Kurvenenden über Geradenstücke miteinander verbunden sind, sondern auch in der bevorzugten Ausführung des unmittelbaren Aneinanderstoßens. The curved curves of the tooth tips and the curved curves of the tooth feet preferably meet on the pitch circle of the gear wheel and are nestled there. It is but also possible, the joints between the tooth tip curves and the tooth root curves to move a little bit from the pitch circle outwards or inwards and not only in the less preferred version, in which the curve ends are over straight sections are interconnected, but also in the preferred embodiment of the immediate clash.
Die Erfindung betrifft ferner einen Zahnradlaufsatz, der aus wenigstens zwei Zahnrädern besteht, die in Zahneingriff stehen oder bringbar sind, um aneinander abzuwälzen. Wenigstens eines der Zahnräder weist eine Verzahnung der erfindungsgemäßen Art auf.The invention further relates to a gear wheel set consisting of at least two gear wheels exists, which are in mesh or can be brought to roll against each other. At least one of the gears has teeth of the type according to the invention.
Die Gegenverzahnung des anderen Zahnrads der wenigstens zwei Zahnräder wird über ihr gesamtes Profil oder es wird in bevorzugter Ausführung nur ihr Zahnfußprofil nach dem Verzahnungsgesetz kinematisch von der erfindungsgemäßen Verzahnung abgeleitet. Bildet der Zahnradlaufsatz Förderräder einer Zahnringpumpe oder Abtriebsräder eines Zahnringmotors, so werden zwischen der erfindungsgemäßen Verzahnung und der derart gebildeten Gegenverzahnung aufgrund der Differenz der Zähnezahlen der beiden in Eingriff stehenden Verzahnungen ein stetiges Abwälzen und Abgleiten der Zahnflanken und ausreichend Quetschräume für das Arbeitsfluid erhalten. Die Geräuschentwicklung des Zahnradlaufsatzes wird daher bei gleichzeitig hohem volumetrischen Wirkungsgrad reduziert.The counter toothing of the other gear of the at least two gears is above it entire profile or it will be preferred only your tooth base profile after the Gearing law kinematically derived from the gearing according to the invention. forms the gear wheel set conveyor wheels of a gerotor pump or driven wheels of a Toothed ring motor, so between the toothing according to the invention and that counter toothing formed due to the difference in the number of teeth of the two in Interlocking gears a constant rolling and sliding of the tooth flanks and get enough pinch spaces for the working fluid. The noise of the Gear wheel set is therefore combined with high volumetric efficiency reduced.
In besonders bevorzugter Ausführung wird nur das Profil der Zahnfüße der Gegenverzahnung nach dem Verzahnungsgesetz kinematisch von der erfindungsgemäßen Verzahnung abgeleitet, während das Profil der Zahnköpfe der Gegenverzahnung aus Hüllschnitten des Zahnkopfprofils der erfindungsgemäßen Verzahnung erhalten wird. Die Kurve der Zahnköpfe der Gegenverzahnung ist die Verbindungslinie von Punkten auf Zahnkopfkurven der erfindungsgemäßen Verzahnung. Die Zahnkopfkurve der Gegenverzahnung hüllt die auf den betreffenden Zahnkopf der Gegenverzahnung gedrehten Zahnkopfkurven der erfindungsgemäßen Verzahnung ein. Die das Zahnkopfprofil der Gegenverzahnung bildende Verbindungslinie dieser Punkte kann insbesondere eine Spline-Funktion sein.In a particularly preferred embodiment, only the profile of the tooth feet Counter toothing according to the toothing law kinematically from the invention Gearing derived, while the profile of the tooth heads of the counter gearing Envelope cuts of the tooth profile of the toothing according to the invention is obtained. The The curve of the tooth heads of the counter-toothing is the connecting line of points Tooth curve of the toothing according to the invention. The tooth tip curve of the Counter toothing envelops the tooth tooth of the counter toothing concerned turned tooth tip curves of the toothing according to the invention. The the Tooth profile of the counter toothing connecting line of these points can especially a spline function.
Da durch die derart zwischen den Zahnfüßen der erfindungsgemäßen Verzahnung und den Zahnköpfen der Gegenverzahnung gebildeten Hohlräume einerseits zwar vorteilhafter Raum für Quetschfluid geschaffen, andererseits aber ein Totvolumen von Arbeitsfluid umlaufend transportiert wird, kann es durchaus vorteilhaft sein, das Profil der Zahnfüße der erfindungsgemäßen Verzahnung abzuflachen, d.h. die Zahnfüße in ihrem jeweiligen Scheitelbereich näher zum Teilkreis des Zahnrads hereinzuholen. Die sich hieraus ergebende Abweichung von beispielsweise der exakten Kreisbogenform oder der anderweitig gewählten Zahnfußkurve ist vorzugsweise derart, dass die Zahnfußkurve dennoch stetig, besonders bevorzugt wenigstens stückweise zweimal stetig, differenzierbar ist.Because of the so between the tooth bases of the toothing according to the invention and the Cavities of the counter-toothing cavities formed on the one hand more advantageous Space for squeezing fluid was created, but on the other hand a dead volume of working fluid is transported around the circumference, it can be quite advantageous, the profile of the tooth feet flatten the gearing according to the invention, i.e. the tooth feet in their respective Bring the vertex area closer to the pitch circle of the gear. The result of this resulting deviation from, for example, the exact circular arc shape or the otherwise selected tooth root curve is preferably such that the tooth root curve nevertheless continuous, particularly preferably at least piecewise twice continuously, differentiable is.
Die wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei in Zahneingriff befindlichen Verzahnungen des Zahnradlaufsatzes weisen bevorzugt je solch eine Zahnprofilkontur auf, dass die aneinander abwälzenden Zahnflanken der Zahnräder gegeneinander abgedichtete Zellen bilden. Falls der Zahnradlaufsatz ein innenachsiger Laufsatz ist und alle Fluidzellen nur durch die Verzahnungen gebildet werden, wie dies vorzugsweise der Fall ist, wenn der Unterschied in der Zähnezahl der Verzahnungen eins beträgt, so sind die Zahnköpfe der Verzahnungen so geformt, dass an der Stelle geringsten Zahneingriffs ein radial enger Spalt verbleibt. Grundsätzlich gilt dies auch bei Verwendung einer Sichel bei innenachsigen Zahnradlaufsätzen, bei denen die Differenz der Zähnezahlen größer als eins ist. Vorzugsweise existiert ein minimales Laufspiel, so dass zwar einerseits Fertigungstoleranzen kompensiert, andererseits aber durch den Spalt entstehende Verluste im Bereich des geringsten Zahneingriffs oder zwischen den Zahnköpfen und einer Sichel minimiert werden. In dem Bereich tiefsten Zahneingriffs, in dem ein Zahnkopf der einen Verzahnung mit einem tiefsten Eingriff in einen Zahnfuß der anderen Verzahnung eingreift, wird erfindungsgemäß ein als Quetschraum dienender Hohlraum für das Arbeitsfluid der Zahnradmaschine gebildet.The at least two, preferably exactly two, meshing Gear teeth of the gear wheel set preferably each have such a tooth profile contour, that the rolling tooth flanks of the gears sealed against each other Form cells. If the gear wheel set is an internal axis set and all fluid cells only be formed by the toothing, as is preferably the case when the Difference in the number of teeth of the gears is one, so the tooth heads are the Gears shaped in such a way that at the point of minimal tooth engagement a radially narrow one Gap remains. Basically, this also applies when using a sickle internal-axis gear sets where the difference in the number of teeth is greater than one is. There is preferably a minimal running game, so that on the one hand Manufacturing tolerances compensated, but on the other hand, losses caused by the gap in the area of the slightest tooth engagement or between the tooth heads and a sickle be minimized. In the area of deepest tooth engagement, in which one tooth head of the one Gearing with a deepest engagement in a tooth base of the other gearing engages, according to the invention, a cavity serving as a squeeze space for the Working fluid of the gear machine is formed.
Die vorstehend genannten Kriterien werden vorzugsweise dadurch erfüllt, dass die erfindungsgemäße Verzahnung des einen Zahnrads als Masterverzahnung vorgegeben und die Gegenverzahnung anhand dieser Vorgabe so ausgebildet wird, dass die dichten Fluidzellen und die Wälzflanken gebildet werden. Insbesondere die Wälzflanken der Gegenverzahnung, soweit die Wälzflanken zur Zahnfußkurve gehören, werden durch kinematische Ableitung nach dem Verzahnungsgesetz gebildet. Bei einer bevorzugten Ausbildung der Zahnfüße der erfindungsgemäßen Verzahnung als Kreisbögen ergibt sich der Hohlraum bzw. Quetschraum an der Stelle des tiefsten Zahneingriffs der Verzahnungen von selbst. The above-mentioned criteria are preferably met in that the Gearing of a gear according to the invention is specified as a master gearing and the counter-toothing is designed based on this specification so that the tight Fluid cells and the rolling flanks are formed. In particular the rolling flanks of the Counter teeth, as far as the rolling flanks belong to the tooth root curve, are by Kinematic derivation based on the gearing law. In a preferred one Forming the tooth bases of the toothing according to the invention as circular arcs results the cavity or squeeze space at the point of the deepest meshing of the Gearing by itself.
Der Hohlraum kann auch durch je eine Einbuchtung der Zahnfüße des Zahnrads mit der erfindungsgemäßen Verzahnung gebildet werden. Stattdessen oder in Kombination mit solchen Einbuchtungen bei der erfindungsgemäßen Verzahnung, kann das Zahnrad mit der Gegenverzahnung in seinen Zahnfüßen je eine Einbuchtung zur Ausbildung des Hohlraums aufweisen. Die erfindungsgemäße Verzahnung kann bei den Einbuchtungen jeweils eine Unstetigkeit in der Ableitung aufweisen oder auch an den Übergängen der erfindungsgemäßen Kurvenbögen in und aus der Einbuchtung stetig differenzierbar sein. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Verzahnung jedoch solche Einbuchtungen nicht auf, so dass ihre Zahnprofilkontur nicht nur an den Zahnköpfen, sondern auch in den Zahnfüßen je durch einen glatten, durchgehenden Kurvenbogen einer erfindungsgemäßen Kurve gebildet wird.The cavity can also be made with an indentation of the tooth feet of the gearwheel gearing according to the invention are formed. Instead, or in combination with such indentations in the toothing according to the invention, the gear with Counter-toothing in his tooth feet each has an indentation to form the Have cavity. The toothing according to the invention can be used for the indentations each have a discontinuity in the derivation or also at the transitions of the curve curves according to the invention in and out of the indentation be continuously differentiable. However, the toothing according to the invention preferably does not have such indentations so that their tooth profile contour not only on the tooth heads, but also in the Tooth feet each by a smooth, continuous curve of an inventive Curve is formed.
Die Gegenverzahnung kann vorteilhafterweise durch interpolierende Spline Funktionen auf Stützstellen gewonnen werden. Die Stützstellen der Zahnfußkurve werden vorzugsweise durch kinematische Ableitung der erfindungsgemäßen Verzahnung nach dem Verzahnungsgesetz und die der Zahnkopfkurve vorzugsweise aus Hüllschnitten der Zahnkopfkurve der Masterverzahnung ermittelt. Falls die Zahnköpfe der Masterverzahnung gegenüber ihrer Erzeugungskurve abgeflacht sind, wird das Hüllschnittverfahren jedoch mit der nicht abgeflachten Erzeugungskurve ausgeführt. Falls die Erzeugungskurve beispielsweise ein Ellipsenbogen ist, so werden die Hüllschnitte mittels des Ellipsenbogens ermittelt. Bevorzugt wird eine interpolierende Spline Funktion wenigstens vom Grade drei, vorzugsweise genau vom Grade drei. Die Stützstellen können insbesondere von Berührpunkten der abwälzenden Zahnflanken der Zahnräder gebildet werden. Die Splinefunktionen in einer der Teilung der Gegenverzahnung entsprechenden Anzahl werden so aneinander gesetzt, gegebenenfalls an den Übergangsstellen angepasst, dass zumindest stetig differenzierbare Übergänge erhalten werden. Insoweit stellt die Gegenverzahnung als solche eine erfindungsgemäße Verzahnung dar, da ihr Zahnprofil von einer zumindest stückweise zweimal stetig differenzierbaren Funktion gebildet wird. Bevorzugt werden die Splinefunktionen in oder sehr nahe der Scheitelpunkte in den Zahnfüßen aneinander gesetzt, wo ein Abwälzen nicht stattfindet. The counter toothing can advantageously be based on interpolating spline functions Support points can be obtained. The support points of the tooth root curve are preferred by kinematic derivation of the gearing according to the invention Gearing law and that of the tooth tip curve preferably from envelope cuts Tooth curve of the master toothing determined. If the tooth tips of the Master gear teeth are flattened compared to their generation curve, that is Envelope cutting process, however, carried out with the generation curve not flattened. If for example, if the generation curve is an ellipse, the envelope cuts determined by means of the ellipse arc. An interpolating spline function is preferred at least grade three, preferably grade three. The support points can in particular formed by contact points of the rolling tooth flanks of the gear wheels become. The spline functions in one corresponding to the pitch of the counter toothing The number are put together, if necessary adjusted at the transition points, that at least continuously differentiable transitions are obtained. To that extent Counter toothing as such represents a toothing according to the invention, since its tooth profile is formed by a function that is continuously differentiable at least twice in parts. The spline functions are preferred at or very close to the vertices in the Put the feet together where there is no rolling.
In besonders bevorzugter Ausführung wird nur das Zahnkopfprofil der Gegenverzahnung von einer Spline-Funktion gebildet, deren Stützstellen die Hüllschnittpunkte sind, während das Zahnfußprofil der Gegenverzahnung ein Polygonzug ist, der die aus dem Verzahnungsgesetz gewonnenen Punkte des Zahnfußprofils verbindet. Aus dem Verzahnungsgesetz können die Punkte des Zahnfußprofils ohne weiteres so dicht nebeneinander ermittelt werden, dass ein einfacher Polygonzug als Verbindungslinie genügt. Für die Gegenverzahnung bedeutet dies, dass alternierend eine Spline-Funktion für ein Zahnkopfprofil und ein Polygonzug für das Zahnfußprofil aneinandergesetzt sind und jeweils stetig differenzierbar, d.h. tangential, ineinander übergehen.In a particularly preferred embodiment, only the tooth tip profile of the counter toothing is used formed by a spline function, whose support points are the envelope intersection points, while the tooth root profile of the counter-toothing is a polygon that consists of the Gearing law connects points of the tooth base profile obtained. From the Interlocking law can easily make the points of the tooth root profile so tight can be determined side by side that a simple polyline as a connecting line enough. For the counter toothing, this means that an alternating spline function for a tooth profile and a polygon for the tooth profile are put together and continuously differentiable, i.e. tangential, merge.
Ein Zahnrad des erfindungsgemäßen Laufsatzes, zum Beispiel das Zahnrad mit der Gegenverzahnung, wird nach der Formung vorzugsweise mit einem sogenannten Offset versehen, indem die betreffende Verzahnung normal zu ihrer erfindungsgemäß gebildeten Zahnprofilausgangskontur äquidistant über die gesamte Kontur ein vorgegebenes Stück weit zurückgenommen wird. Grundsätzlich können auch beide Zahnräder äquidistant gegenüber der erfindungsgemäß erzeugten Ausgangskontur zurückgenommen sein. Ein Zahnflankenspiel der miteinander kämmenden Verzahnungen, d.h. ein Zahnspiel in Umfangsrichtung, kann insbesondere allein durch eine äquidistante Zurücknahme von einer oder beiden Zahnprofilkonturen gegenüber der Erzeugungsvorschrift erhalten werden. In solch einer bevorzugten Ausführung werden die miteinander kämmenden Verzahnungen ihrer jeweiligen Erzeugungsvorschrift nach so gebildet, dass sie in Umfangsrichtung auf "Nullspiel" erzeugt sind. Aufgrund der bevorzugten Erzeugung der Zahnkopfkurven der Gegenverzahnung aus Hüllschnitten der Zahnkopfprofile der Masterverzahnung gilt dies auch für das erforderliche radiale Spiel der Verzahnungen an der Stelle des geringsten Zahneingriffs. Um das erforderliche radiale Zahnspiel, d.h. das Zahnkopfspiel im Bereich des geringsten Zahneingriffs, zu erhalten, kann das Zahnkopfprofil der Gegenverzahnung gegenüber einem der Erzeugungsvorschrift nach aus Hüllschnitten gebildeten Zahnkopfprofil abgeflacht sein, so dass das radiale Zahnspiel nicht nur durch eine äquidistante Zurücknahme gebildet wird. A gear of the moving set according to the invention, for example the gear with the Counter-toothing, preferably after the shaping with a so-called offset provided by the toothing in question normal to their formed according to the invention Tooth profile exit contour equidistant over the entire contour of a given piece is withdrawn far. In principle, both gears can also be equidistant be withdrawn compared to the initial contour generated according to the invention. On Backlash of the meshing teeth, i.e. a backlash in Circumferential direction, can in particular be achieved by an equidistant withdrawal from receive one or both tooth profile contours compared to the generation specification become. In such a preferred embodiment, the intermeshing Gears formed according to their respective generation regulations so that they are in Circumferential direction on "zero clearance" are generated. Because of the preferred generation of the Tooth curve of the counter toothing from envelope cuts of the tooth profile of the This also applies to master teeth for the required radial play of the teeth the point of least tooth mesh. To the required radial tooth play, i.e. the It can do that to maintain a tooth play in the area of the smallest tooth mesh Tooth profile of the counter-toothing in relation to one of the generation instructions from Envelope cuts formed tooth tip profile be flattened, so that the radial tooth play is not only formed by an equidistant withdrawal.
Bevorzugte Verwendungen einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe sind beispielsweise die einer Schmierölpumpe eines Verbrennungsmotors oder einer Schmierölpumpe eines Getriebes eines Windkraftgenerators.Preferred uses of a gear pump according to the invention are, for example that of a lubricating oil pump of an internal combustion engine or a lubricating oil pump of a Gearbox of a wind power generator.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. An
den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder
Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche vorteilhaft weiter. Es zeigen:
Figur 1 zeigt eine Zahnringpumpe in einer Ansicht senkrecht auf einen Zahnradlaufsatz, der in einer Zahnradkammer eines Pumpengehäuses 1 drehbar aufgenommen ist. Ein Deckel des Pumpengehäuses ist weggelassen, so dass die Zahnradkammer mit dem Zahnradlaufsatz erkennbar ist.FIG. 1 shows a gerotor pump in a view perpendicular to a gear wheel set, which is rotatably received in a gear chamber of a pump housing 1. On Cover of the pump housing is omitted, so that the gear chamber with the Gear wheel set is recognizable.
Die Zahnringpumpe weist einen Außenrotor 3 mit einer Innenverzahnung 3i und einen
Innenrotor 4 mit einer Außenverzahnung 4a auf, die den Zahnradlaufsatz bilden. Die
Außenverzahnung 4a hat einen Zahn weniger als die Innenverzahnung 3i. Die Zähnezahl
der Innenverzahnung solcher innenachsigen Pumpen beträgt mindestens vier und
vorzugsweise höchstens fünfzehn, bevorzugt beträgt die Zähnezahl zwischen fünf und
zehn; im Ausführungsbeispiel hat die Innenverzahnung 3i neun Zähne.The gerotor pump has an outer rotor 3 with an internal toothing 3i and one
Inner rotor 4 with an
Eine Drehachse 5 des Außenrotors 3 verläuft parallel beabstandet, d.h. exzentrisch, zu einer Drehachse 6 des Innenrotors 4. Die Exzentrizität, d.h. der Abstand zwischen den beiden Drehachsen 5 und 6, ist mit "e" bezeichnet.An axis of rotation 5 of the outer rotor 3 runs parallel spaced, i.e. eccentric, too an axis of rotation 6 of the inner rotor 4. The eccentricity, i.e. the distance between the two axes of rotation 5 and 6, is designated by "e".
Der Innenrotor 4 und der Außenrotor 3 bilden zwischen sich einen Fluidförderraum. Dieser
Fluidförderraum ist in gegeneinander druckdicht abgeschlossene Förderzellen 7 unterteilt.
Die einzelnen Förderzellen 7 sind jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Zähnen
des Innenrotors 4 und der Innenverzahnung 3i des Außenrotors 3 gebildet, indem je zwei
aufeinander folgende Zähne des Innenrotors 4 Kopf- oder Flankenberührung mit je zwei
aufeinander folgenden, gegenüberliegenden Zähnen der Innenverzahnung 3i haben.
Zwischen den Zahnköpfen 4k und 3k kann an der Stelle geringsten Zahneingriffs ein
geringes Spiel bestehen, wobei das geförderte Fluid zwischen den einander
gegenüberliegenden Zahnköpfen 4k und 3k der beiden Verzahnungen 4a und 3i einen
Dichtfilm bildet.The inner rotor 4 and the outer rotor 3 form a fluid delivery space between them. This
Fluid delivery chamber is divided into
Von einem Ort tiefsten Zahneingriffs bis zu dem Ort geringsten Zahneingriffs werden die
Förderzellen 7 in Drehrichtung D zunehmend größer, um anschließend von dem Ort
geringsten Zahneingriffs wieder abzunehmen. Die größer werdenden Förderzellen 7 bilden
im Pumpenbetrieb eine Niederdruckseite und die kleiner werdenden Förderzellen 7 eine
Hochdruckseite. Die Niederdruckseite ist mit einem Pumpeneinlass und die
Hochdruckseite mit einem Pumpenauslass verbunden. In dem Gehäuse 1 sind seitlich im
Bereich der Förderzellen 7 dicht angrenzende, nierenförmige Nutöffnungen 8 und 9
ausgenommen, die durch Stege voneinander getrennt sind. Die Öffnung 8 überdeckt
Förderzellen 7 auf der Niederdruckseite und bildet dementsprechend eine Zuflussöffnung,
im Pumpenbetrieb eine Niederdrucköffnung, und die andere Öffnung 9 bildet
dementsprechend eine Hochdrucköffnung. In einem Motorbetrieb, der mit solch einer
Zahnradmaschine ebenfalls möglich ist, würden die Verhältnisse natürlich umgekehrt. Im
Bereich des Orts tiefsten Zahneingriffs und im Bereich des Orts geringsten Zahneingriffs
bildet das Gehäuse je einen Dichtsteg zwischen den angrenzenden Zu- und
Abflussöffnungen 8 und 9.From a place of deepest tooth meshing to the place of lowest tooth meshing
Bei einem Drehantreiben des einen der Rotoren 3 und 4 wird durch die expandierenden
Förderzellen 7 auf der Niederdruckseite Fluid durch die Öffnung 8 angesaugt, über den Ort
geringsten Zahneingriffs transportiert und auf der Hochdruckseite unter höherem Druck
wieder durch die Öffnung 9 zum Pumpenauslass abgefördert. Im Ausführungsbeispiel
erhält die Pumpe ihren Drehantrieb von einem Drehantriebsglied 2, das durch eine
Antriebswelle gebildet wird. Der Innenrotor 4 ist mit dem Drehantriebsglied 2
verdrehsicher verbunden. In einer bevorzugten Verwendung der Pumpe als Schmieröl-
bzw. Motorölpumpe für einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Hubkolbenmotor,
handelt es sich bei der Antriebswelle 2 üblicherweise unmittelbar um die Kurbelwelle oder
die Ausgangswelle eines Getriebes, dessen Eingangswelle die Kurbelwelle des Motors ist.
Ebenso kann sie durch eine Ausgleichswelle für einen Kraftausgleich oder
Drehmomentenausgleich des Motors gebildet werden. Andere Drehantriebsglieder sind
jedoch ebenfalls denkbar, insbesondere in anderen Verwendungen der Pumpe,
beispielsweise als Hydraulikpumpe für einen Servoantrieb eines Kraftfahrzeugs. Anstatt
den Innenrotor 4 anzutreiben, könnte auch der Außenrotor 3 drehangetrieben sein und bei
seiner Drehbewegung den Innenrotor 4 mitnehmen.When one of the rotors 3 and 4 is driven in rotation by the expanding
Figur 2 zeigt die Profilkonturen der Verzahnungen 3i und 4a an der Stelle des tiefsten
Zahneingriffs. Die Zahnköpfe 3k der Innenverzahnung 3i sind als Ellipsenbögen und die
Zahnfüße 3f der Innenverzahnung 3i sind als Kreisbögen ausgebildet. Die Ellipsenbögen
und die Kreisbögen stoßen auf dem Teilkreis T3 der Innenverzahnung 3i unmittelbar
aneinander und sind dort einander angeschmiegt, so dass sie an jeder der derart unmittelbar
gebildeten Nahtstellen die gleiche Steigung aufweisen. An den Übergangsstellen der
beiden Kurvenbögen sind daher die linksseitigen und rechtseitigen Ableitungen gleich, d.h.
die Zahnprofilkontur der Innenverzahnung 3i ist eine überall, auch an den
Übergangsstellen, stetig differenzierbare Funktion. Die Gesetzmäßigkeiten für die Achsen
der die Ellipsenbögen bildenden Ellipse sind von den Grundverzahnungsdaten Modul und
Zähnezahl des Außenrotors 3 abgeleitet. Figure 2 shows the profile contours of the
Im Ausführungsbeispiel ist die Innenverzahnung 3i des Außenrotors 3 die
Ausgangsverzahnung bzw. Masterverzahnung. Die Zalmfußprofilkontur des Innenrotors 4
wird aus der Zahnkopfprofilkontur der Innenverzahnung 3i kinematisch nach dem
Verzahnungsgesetz abgeleitet. Die Zahnkopfprofilkontur des Innenrotors 4 wird aus
Hüllschnitten der Zahnkopfprofilkontur der Innenverzahnung 3i erhalten. Die Profilkontur
der Außenverzahnung 4a wird im Gesamten durch Spline-Funktionen und Polygonzüge
gebildet, die entlang dem Teilkreis T4 der Außenverzahnung 4a aneinandergesetzt sind.
Die Spline-Funktionen werden auf Stützstellen gewonnen. Das Verzahnungsgesetz liefert
die Stützstellen für die Polygonzüge der Zahnfüße 4f, und die Hüllschnittmethode liefert
die Stützstellen für die Spline-Funktion der Zahnköpfe 4k. Aus beispielsweise der
Momentaufnahme von Figur 1 ergeben sich für die Zahnköpfe 4k die Stützstellen 10-16.
Die Stützstellen 10 bis 16 sind die momentanen Berührpunkte der Wälzflanken der beiden
Verzahnungen 3i und 4a und bilden in der Momentaufnahme der Figur 1 gerade die
Abdichtstellen zwischen den einzelnen Fluidzellen 7. Werden die beiden Zahnräder 3 und
4 um einen geringen Winkel weitergedreht kann ein nächster Satz von Stützstellen
gewonnen werden. Je größer die Anzahl der Stützstellen ist bzw. je dichter die Stützstellen
nebeneinander liegen, umso genauer werden die Zahnköpfe 4k der Außenverzahnung 4a je
durch die gleiche interpolierende Spline-Funktion approximiert.In the exemplary embodiment, the internal toothing 3i of the outer rotor 3 is
Output gear or master gear. The Zalm foot profile contour of the inner rotor 4
is kinematically based on the tooth profile profile contour of the internal toothing 3i
Gear Act derived. The tooth tip profile contour of the inner rotor 4 is made
Obtain envelope cuts of the tooth profile profile contour of the internal toothing 3i. The profile contour
the
Anstatt die Innenverzahnung 3i als Masterverzahnung vorzugeben, kann ebenso gut auch
die Außenverzahnung 4a die Masterverzahnung sein und in diesem Falle die
Innenverzahnung 3i durch Spline Funktionen und Polygonzüge oder auch nur durch
Spline-Funktionen, nämlich eine für die Zahnköpfe und eine andere für die Zahnfüße,
beschrieben werden. Falls die Außenverzahnung 4a die Masterverzahnung ist, werden ihre
Zahnköpfe 4k gebildet wie vorstehend für die Zahnköpfe 3k beschrieben, und es werden
ihre Zahnfüße 4f gebildet wie vorstehend für die Zahnfüße 3f beschrieben.Instead of specifying the internal toothing 3i as the master toothing, it can just as well
the
In Figur 2 ist der Bereich tiefsten Zahneingriffs vergrößert dargestellt. Deutlich zu sehen
ist ein Hohlraum H1, der sich im Bereich der Scheitelpunkte zwischen dem gerade im
tiefsten Zahneingriff befindlichen Zahnkopf 4k des Innenrotors 4 und des aufnehmenden
Zahnfußes 3f des Außenrotors 3 ergibt. Das Längenverhältnis zwischen der langen und der
kurzen Achse der Ellipse, welche die Ellipsenbögen der Innenverzahnung 3i bildet, beträgt
im Ausführungsbeispiel 3:2. Längenverhältnisse bis 6:5 oder gar 10:9 sind jedoch ebenfalls
noch vorteilhaft. Die beiden Verzahnungen 4a und 3i verbinden die Geräuschvorteile eines
Gerotors mit den volumetrischen Vorteilen eines Zahnradlaufsatzes wie er aus der EP 0
552 443 B1 bekannt ist.The area of deepest tooth engagement is shown enlarged in FIG. Clear to see
is a cavity H1, which is in the area of the vertices between the straight in
deepest tooth
Figur 3 zeigt die Stelle des tiefsten Zahneingriffs für einen Zahnradlaufsatz, dessen
Innenrotor 3 die gleiche Innenverzahnung 3i wie der Innenrotor 3 des Zahnradlaufsatzes
der Figuren 1 und 2 aufweist. Die Außenverzahnung 4a wird ebenfalls von den gleichen
Kurvenbögen wie die Außenverzahnung 4a des ersten Ausführungsbeispiels gebildet,
allerdings sind in den Zahnfüßen 4f Einbuchtungen gebildet, die zusätzliche Hohlräume
H2 für das Fluid schaffen. Von den Einbuchtungen abgesehen sind die Zahnfüße 4f der
Variante der Figur 3 jedoch identisch mit den Zahnfüßen 4f des ersten
Ausführungsbeispiels.Figure 3 shows the location of the deepest meshing for a gear set, the
Inner rotor 3 has the same internal toothing 3i as the inner rotor 3 of the gear wheel set
of Figures 1 and 2. The
In der Variante der Figur 4 weist die Innenverzahnung 3i die gleichen Zahnköpfe 3k wie
die Innenverzahnung 3i des ersten Ausführungsbeispiels auf. Die Zahnfüße 3f werden
jedoch von Ellipsenbögen gebildet. Diese Ellipsenbögen sind je im Bereich ihres
Scheitelpunkts mit einer Einbuchtung versehen. Falls wegen der von Ellipsenbögen
gebildeten Zahnfüße 3f an der Stelle des tiefsten Zahneingriffs ein ausreichender
Quetschraum nicht bereits allein wegen des Unterschieds der Zähnezahlen der beiden
Verzahnungen 3i und 4a geschaffen wird, kann durch die Einbuchtungen der Zahnfüße 3f
dennoch je ein Hohlraum H3 in einer ausreichenden Größe geschaffen werden.
Grundsätzlich wird jedoch davon ausgegangen, dass durch das erfindungsgemäß
vorgegebene Verzahnung, im Ausführungsbeispiel die Innenverzahnung 3i, und die
erfindungsgemäß gebildete Gegenverzahnung bereits ohne Einbuchtungen an der Stelle
des tiefsten Zahneingriffs ausreichend Quetschraum geschaffen wird.In the variant of FIG. 4, the internal toothing 3i has the same tooth heads 3k as
the internal toothing 3i of the first embodiment. The
Der Vollständigkeit wegen sei auch darauf hingewiesen, dass Einbuchtungen in jeder der
beiden Verzahnungen 3i und 4a in einem einzigen Zahnradlaufsatz verwirklicht sein
können. For completeness, it should also be noted that indentations in each of the
two
Anhand der Figuren 5 bis 8 soll eine bevorzugte, jedoch nur beispielhaft zu verstehende
Erzeugungsvorschrift für die beiden Verzahnungen 3i und 4a detaillierter veranschaulicht
werden.A preferred, but only exemplary, example should be used with reference to FIGS. 5 to 8
Generation rule for the two
Figur 5 zeigt die Profilkontur eines einzelnen Zahnkopfes 3k der Masterverzahnung 3i.
Figur 6 zeigt den gleichen Zahnkopf 3k und einen Zahnfuß 3f, der auf dem Teilkreis T3
der Masterverzahnung 3i tangential in den Zahnkopf 3k einläuft. Die im Schnittpunkt mit
dem Teilkreis T3 gemeinsame Tangente ist mit P1 bezeichnet. Mit P2 ist die Radiale des
Teilkreises T3 durch den Mittelpunkt des Kreises bezeichnet, der die Profilkontur des
Zahnfußes 3f bildet.FIG. 5 shows the profile contour of an
Der Ellipsenbogen des Zahnkopfes 3k ist, wie in Figur 5 dargestellt, einer Ellipse mit einer
großen Halbachse a und einer kleinen Halbachse b entnommen. Die kleine Halbachse b ist
eine Radiale des Teilkreises T3. Die große Halbachse a ist eine Tangente an den Teilkreis
T3. Der innerhalb des Teilkreises T3 gelegene Bogen der Ellipse bildet die Profilkontur
des Zahnkopfes 3k. Er endet auf dem Teilkreis T3.As shown in FIG. 5, the ellipse arc of the
Die Grundverzahnungsdaten der Masterverzahnung 3i sind:
- Modul m3
- Zähnezahl z3
- Profilverschiebung x3
- Module m 3
- Number of teeth z 3
- Profile shift x 3
Modul und Zähnezahl bestimmen den Durchmesser des Teilkreises T3 zu
Die Profilverschiebung bestimmt das Verhältnis von Zahnkopf zu Zahnfuß und
insbesondere die Krümmung des die Zahnköpfe 3k bildenden Ellipsenbogens. Die Summe
der Profilverschiebung von Außenverzahnung und Innenverzahnung ist gleich 1:
Die Erzeugungsvorschrift der Ellipse lautet:
Der Kopfkreis der Masterverzahnung 3i berechnet sich damit zu:
Die Konstanten C1 und C2 können entweder zur Erzeugung des Spalts zwischen der
Masterverzahnung 3i und der Gegenverzahnung 4a benutzt werden oder zur Einstellung
der Krümmung der Ellipse oder zu beiden Zwecken gleichzeitig. Falls sie zur Erzeugung
des Spalts verwendet wird, ist eine Änderung der Halbachsen a und b je um den gleichen
Betrag vorteilhaft, um entlang des Ellipsenbogens eine möglichst gleichmäßige
Spaltverbreitung zu erhalten.The constants C1 and C2 can either be used to create the gap between the
Master toothing 3i and the
Nimmt man die Radiale P2 als y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems mit dem
Mittelpunkt des Teilkreises T3 als Koordinatenursprung, so berechnet sich der Fußkreis
der Masterverzahnung 3i zu:
Figur 7 zeigt die Profilkontur der Figur 6 zusammen mit der Profilkontur eines Zahnkopfes
4k der Gegenverzahnung 4a im Bereich des tiefsten Zahneingriffs, wo für Quetschfluid der
Hohlraum H1 zwischen den Profilkonturen des Zahnfußes 3f und des Zahnkopfes 4k
verbleibt. Die Profilkontur des benachbarten Zahnfußes der Gegenverzahnung 4a ist nicht
eingezeichnet. Sie wird nach dem Verzahnungsgesetz aus dem Ellipsenbogen des
Zahnkopfes 3k der Masterverzahnung 3i abgeleitet. FIG. 7 shows the profile contour of FIG. 6 together with the profile contour of a
Die Hüllschnittmethode zur Erzeugung der Profilkontur der Zahnköpfe 4k der
Gegenverzahnung 4a ist in Figur 8 veranschaulicht. Die Profilkontur der Zahnköpfe 4k ist
in der Ebene des Teilkreises T4 die Verbindungslinie, die die Hüllschnittpunkte der
Zahnkopfkurven 3k, d.h. der Ellipsenbögen, der Masterverzahnung 3i miteinander
verbindet. Jeder der Punkte ist der Schnittpunkt einer der Zahnkopfkurven 3k mit einer
Geraden V, die den Mittelpunkt M der jeweiligen Ellipse und den Schnittpunkt C der
Radialen mit dem Teilkreis T4 verbindet. Die betreffende Radiale durch den Schnittpunkt
C weist auf dem Teilkreis T4 zu den beidseits benachbarten Zahnfüßen 4f den gleichen
Abstand auf. Als Mittelpunkt M der Ellipse wird der Schnittpunkt der Ellipsenachsen a und
b verstanden. Indem eine genügend große Anzahl der die Zahnköpfe 3k bildenden
Ellipsenbögen auf den gleichen Schnittpunkt C (Wälzpunkt) gedreht werden, können
Hüllschnittpunkte, d.h. Berührpunkte, in ausreichend großer Anzahl gewonnen werden, die
als Stützstellen der zu erzeugenden Profilkontur der Zahnköpfe 4k dienen.The envelope cut method for generating the profile contour of the
Die Hüllschnittpunkte werden durch Drehung von Zahnkopfkurven der Masterverzahnung
3i um die Wälzkreisachse 6 der Gegenverzahnung 4a gewonnen, wobei die
Zahnkopfkurven 3k der Masterverzahnung 3i je auf den gleichen Zahn der
Gegenverzahnung 4a gedreht werden. Hierfür stelle man sich den Zahnradlaufsatz in der
Wälzkreisebene vor. Bekannt ist die Masterverzahnung 3i. Bekannt ist ferner die Position
der Wälzkreisachse 6 der Gegenverzahnung 4a relativ zu der Masterverzahnung 3i. Ferner
ist die Zähnezahl der Gegenverzahnung 4a bekannt, so dass man einen Stern von Radialen
ausgehend von der Wälzkreisachse 6 der Gegenverzahnung 4a zu den Scheitelpunkten der
zu erzeugenden Zahnköpfe 4k relativ zu der Masterverzahnung 3i positionieren kann.
Anschließend werden die Zahnkopfkurven 3k der erfindungsgemäßen Verzahnung um die
Wälzkreisachse 6 der Gegenverzahnung 4a in eine der Radialen gedreht. Auf diese Weise
erhält man für eine bestimmte Position, welche die beiden Verzahnungen 3i und 4a relativ
zueinander einnehmen, einen Satz von Zahnkopfkurven der Masterverzahnung 3i, die die
zu erzeugende Zahnkopfkurve 4k einhüllen, beispielsweise die Zahnkopfkurven 3k1 bis
3k5 der Figur 8. Die Zahnkopfkurven 3k1 bis 3k5 können die Zahnkopfkurven mit den
Berührpunkten 11 bis 15 aus der Momentaufnahme der Figur 1 sein. Diese Prozedur wird
für unterschiedliche Relativlagen der beiden Verzahnungen 3i und 4a wiederholt, wobei
die Wälzkreisachsen 5 und 6 selbstverständlich ihre Positionen beibehalten. Für jede der
Momentaufnahmen wird die Masterverzahnung 3i um die Wälzkreisachse 6 der
Gegenverzahnung 4a so gedreht, dass die jeweiligen Radialen der Gegenverzahnung 4a
stets mit der gleichen, einmal festgelegten Radialen in Überdeckung gebracht werden.The envelope intersection points are obtained by rotating tooth tip curves of the master toothing 3i about the pitch circle axis 6 of the
Der Vollständigkeit wegen seien noch der Teilkreisdurchmesser und der
Kopfkreisdurchmesser der Gegenverzahnung 4a angegeben. Für den Durchmesser des
Teilkreises T4 gilt:
Da die Beziehung:
Figur 9 zeigt beispielhaft, wie der Hohlraum H1 durch Abflachung der Zahnfußkurve 3f
der Masterverzahnung reduziert werden kann, um das Totvolumen zu verringern. Hierfür
wird im Beispielfall die Profilkontur der Zahnfüße 3f im Vergleich zu dem zum
Ellipsenbogen der Zahnköpfe 3k passend gewählten Kreisbogen im Scheitelbereich
abgeflacht. Die Abflachung ist strichliniert eingezeichnet.FIG. 9 shows an example of how the cavity H1 is flattened by the
Claims (22)
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
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