ES2292867T3

ES2292867T3 - Bomba de engranajes.

Info

Publication number: ES2292867T3
Application number: ES03003179T
Authority: ES
Inventors: Christof Dr. Lamparski; Sven Peters
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2008-03-16
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: EP1340913A2; JP4155841B2; US20040009085A1; DE10208408A1; ATE372462T1; EP1340913A3; US7427192B2; DE50308093D1; EP1340913B1; JP2003254409A

Abstract

Dentado de ruedas dentadas constituido por cabezas de diente y pies de diente que se forman por curvas de segundo orden o de orden superior, estando orientadas las curvas tangencialmente unas hacia otras en sus extremos y formándose las cabezas de diente (3k) o los flancos de las cabezas de diente (3k) por arcos de una elipse o de una curva de Cassini en su forma elipsoidal más parecida, caracterizado porque los pies de diente (3f) o los flancos de los pies de diente (3f) se forman por arcos circulares.

Description

Bomba de engranajes.

La invención se refiere a un dentado de una rueda dentada así como a un juego de rodadura de ruedas dentadas formado con la rueda dentada y, finalmente, a una máquina de engranajes formada con el juego de rodadura de ruedas dentadas. La máquina de engranajes que es, preferentemente, una máquina de engranajes de eje interior puede ser un motor o, preferentemente, una bomba de desplazamiento.

Se conocen las bombas de anillo dentado con un juego de rodadura de ruedas dentadas, compuesto por un rotor interior con dentado exterior y un rotor exterior con dentado interior cuyos dientes engranan entre sí. Los dentados de los dos rotores forman celdas de transporte rotatorias de expansión y compresión para un fluido de trabajo. Los dentados engranados entre sí para formar las celdas de transporte forman cabezas de diente y pies de diente, formados por epicicloides y/o hipocicloides. Si uno de los dos dentados engranados es formado, por ejemplo, por epicicloides e hipocicloides de forma alternativa, resulta un contradentado originado por deducción cinemática según la ley de dentados, también como dentado formado alternando por epicicloides e hipocicloides sucesivos. Sin embargo, en la práctica, los dos perfiles dentados teóricos, obtenidos de esta manera, no pueden rodar uno sobre otro y, debido a la congruencia total del fondo del pie de diente y el vértice de la cabeza de diente en la zona del engrane más profundo del dentado, causarían problemas de ruidos indomables por los efectos de aceite exprimido.

Para solucionar el problema de ruidos, el documento EP 1 016 784 A1 propone formar los dentados engranados del rotor interior y del rotor exterior respectivamente como dentado cicloidal con epicicloides e hipocicloides completos, pero realizar los epicicloides del dentado del rotor interior con círculos de rodadura más pequeños que los epicicloides del rotor exterior, y los hipocicloides del dentado del rotor exterior con círculos de rodadura más pequeños que los hipocicloides del dentado del rotor interior. De esta manera, sin embargo, el juego de flancos de dientes aumenta en la misma medida en que se proporciona espacio para aceite comprimido. Los ruidos se reducen como mucho a costa del grado de eficacia volumétrico.

Una bomba de anillo dentado acreditada en la práctica se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 552 443 B1. Para minimizar el juego de dientes generalmente inevitable entre los dentados, las cabezas de diente del rotor interior y las cabezas de diente del rotor exterior y, dado el caso, los pies de diente del otro rotor, que cooperan con las cabezas de diente, se aplanan hacia el círculo de rodadura del rotor correspondiente. Los dentados que engranan entre sí están configurados como dentados cicloidales, pero con el objetivo del aplanamiento están realizados como epicicloides e hipocicloides acortados. Dado que los epicicloides y los hipocicloides ya no chocan sin hueco entre sí en el círculo primitivo debido al acortamiento, las transiciones se puentean mediante tramos rectos. En los puntos de transición, sin embargo, se producen irregularidades que a su vez causan problemas de ruidos. Además, tampoco en este caso son ideales los espacios de compresión.

El documento US 2.960.884 tiene por objeto dentados de juegos de rodadura de ruedas dentadas de eje interior. Partiendo de un dentado maestro que presenta cabezas de diente formadas respectivamente por un arco circular o un arco elíptico, el contradentado es generado por la rodadura de los círculos de rodadura de las dos ruedas dentadas del juego de rodadura de ruedas dentadas.

En el documento US 2.389.728, asimismo, se describen juegos de rodadura de ruedas dentadas de eje interior, con un rotor exterior que forma el dentado maestro y cuyas cabezas de diente se definen como arcos elípticos. Partiendo de las cabezas de diente elípticas del dentado maestro se generan las cabezas y los pies de diente del contradentado, es decir, del rotor interior. Mediante las cabezas de diente del rotor interior se generan los pies de diente del dentado maestro.

La invención tiene el objetivo de proporcionar una rueda dentada que, siendo usada preferentemente como rueda transportadora de una bomba de rueda dentada o como rueda impulsora de un motor de engranajes para reducir los ruidos durante el funcionamiento de la bomba o del motor. El dentado de la rueda dentada debe ser preciso pero sencillo y económico en su fabricación.

Según la invención, una rueda dentada presenta un dentado cuyas cabezas de diente y pies de diente adyacentes son formados por curvas de segundo orden o de orden superior, estando orientados tangencialmente unos hacia otros en sus extremos. Esto significa que, en los puntos de transición entre las curvas que forman las cabezas de diente y las curvas que forman los pies de diente, el perfil de diente no sólo es constante, sino también diferenciable. Preferentemente, el contorno del perfil del dentado puede diferenciarse de manera constante en cualquier lado. Además, al menos las curvas que forman las cabezas de diente o al menos las curvas que forman los pies de diente no son cicloides, entendiéndose por el término de los cicloides, en el sentido de la invención, también un cicloide acortado o prolongado (trocoides). El hecho de que el contorno de perfil de las cabezas de diente y/o de los pies de diente no es cicloidal significa que las curvas correspondientes no se basan tampoco en la rodadura sin deslizamiento de círculos de rodadura en un círculo fijo, por ejemplo, de tal forma que, en primer lugar, son formados como cicloides y, a continuación, se acaban con un offset para obtener el juego de dientes necesario.

Preferentemente, el dentado comprende al menos cuatro dientes. Se extiende, preferentemente por todo el contorno interior o exterior de la rueda dentada.

Según un primer aspecto de la invención, respectivamente un arco de una curva de un primer tipo forma las cabezas de diente, a saber, respectivamente un arco elíptico o un arco de una curva elipsoidal y respectivamente un arco de una curva de otro tipo forma los pies de diente, a saber, respectivamente un arco circular. Evidentemente, se usan respectivamente los mismos arcos de curva para las cabezas de diente y los mismos arcos de curva para los pies de diente del dentado.

Según un segundo aspecto de la invención, una rueda dentada presenta un dentado, cuyas cabezas y pies de diente que chocan entre sí son formados por curvas de segundo orden o de orden superior, estando orientadas las curvas tangencialmente unas hacia otras en sus extremos, y siendo las curvas que forman los flancos de las cabezas de diente, los arcos de una elipse con ejes principales desiguales o arcos de una curva elipsoidal, preferentemente de una curva de Cassini en su forma elipsoidal. Aunque es posible sin problemas que los vértices de las cabezas de diente estén aplanados y/o que los flancos de cabeza estén unidos con los pies de diente por tramos rectos cortos, resulta preferible que los arcos elípticos o elipsoidales no sólo formen los flancos de las cabezas de diente, sino también su vértice, respectivamente en un solo arco continuo hasta los dos puntos de conexión con los pies de diente contiguos. Cuando tanto en lo anterior como en lo sucesivo, así como en las reivindicaciones se describe una característica especialmente con respecto al primer aspecto de la invención, tal característica se refiere de manera ventajosa también a la rueda dentada según el segundo aspecto de la invención, a no ser que sea contradictoria al segundo aspecto de la invención. Por lo tanto, resulta especialmente preferible que la rueda dentada sea una rueda dentada según ambos aspectos de la invención.

En el contorno de perfil elegido como elipse o como curva elipsoidal, la relación de la longitud del eje principal grande respecto a la longitud del eje principal pequeño asciende, preferentemente, como mínimo a 1,1 y, preferentemente, como máximo a 2. Una relación de longitud del intervalo de 1,25 a 1,6 resulta especialmente preferible.

Especialmente, las cabezas de diente y los entredientes, medidos en el círculo primitivo o de paso de la rueda dentada, pueden presentar grosores diferentes, pudiendo reducirse las pulsaciones de la corriente de transporte con cabezas de diente más anchas en comparación con los pies de diente, de la rueda dentada según la invención, pero también con cabezas de diente más estrechas en comparación con los pies de diente, tal como se describe ya para otro perfiles en los documentos EP 0 552 443 B1 y EP 1 016 784 A1. Por otra parte, las pulsaciones de corriente de transporte se reducen ya por la configuración del dentado según la invención en comparación con las soluciones conocidas, por lo que resulta ventajoso incluso también un dentado constituido por cabezas de diente y pies de diente del mismo grosor.

Preferentemente, las curvas que forman las cabezas de diente o los flancos de cabeza de diente son directamente adyacentes con las curvas que forman los pies de diente, de forma que el perfil de diente presente por todas partes una curvatura finita. Generalmente es posible, aunque menos preferible, que las dos curvas estén unidas por tramos rectos. Sin embargo, en caso de esta realización del dentado, cada recta de unión tendría que prolongar las dos curvas situadas a continuación de los dos extremos de las rectas, o entrar tangencialmente en estas dos curvas. Para el movimiento de deslizamiento de los flancos de diente, sin embargo, resulta más favorable una extensión curvada por todas partes.

Preferentemente, los arcos de curva de las cabezas de diente y los arcos de curva de los pies de diente chocan entre sí en el círculo primitivo de la rueda dentada, ciñéndose uno a otro allí. Sin embargo, asimismo es posible desplazar los puntos de choque entre las dos curvas de cabeza de diente y las curvas de pie de diente un poco hacia fuera o hacia dentro partiendo del círculo primitivo, a saber, no sólo en la realización menos preferible en la que los extremos de curva están unidos entre sí por tramos rectos, sino también en la realización preferible de choque directo entre sí.

Además, la invención se refiere a un juego de rodadura de ruedas dentadas, constituido por al menos dos ruedas dentadas que están en engrane o se pueden poner en engrane para rodar una en la otra. Al menos una de las ruedas dentadas presenta un dentado del tipo según la invención.

El contradentado de la otra de las al menos dos ruedas dentadas se deduce por todo su perfil cinemáticamente del dentado según la invención conforme a la ley de dentados o, según una forma de realización preferible, se deduce de esta forma sólo su perfil de pies de dientes. Si el juego de rodadura de ruedas dentadas constituye las ruedas transportadoras de una bomba de anillo dentado o las ruedas impulsoras de un motor de anillo dentado, entre el dentado según la invención y el contradentado realizado de esta manera, debido a la diferencia de los números de dientes de los dos dentados engranados, se obtiene una rodadura y un deslizamiento constantes de los flancos de dientes y espacios de compresión suficientes para el fluido de trabajo. Por lo tanto, se consigue una reducción del ruido causado por el juego de rodadura de ruedas de dentado, a la vez de un elevado grado de eficacia volumétrico.

Según una forma de realización especialmente preferible, sólo el perfil de los pies de diente del contradentado se deduce cinemáticamente del dentado según la invención, conforme a la ley de dentados, mientras que el perfil de las cabezas de diente del contradentado se obtiene mediante cortes envolventes del perfil de cabezas de diente del dentado según la invención. La curva de las cabezas de diente del contradentado es la línea de unión de puntos en curvas de cabeza de diente del dentado según la invención. La curva de cabezas de diente del contradentado envuelve las curvas de cabezas de diente del dentado según la invención, giradas hacia la cabeza de diente correspondiente del contradentado. La línea de unión de estos puntos, que forma el perfil de cabezas de diente del contradentado, puede ser especialmente una función "spline".

Dado que los espacios huecos formados de esta manera entre los pies de diente del dentado según la invención y las cabezas de diente del contradentado, por una parte, generan de manera ventajosa espacio para el fluido de compresión, pero por otra parte, se transporta de forma rotatoria un volumen muerto de fluido de trabajo, puede resultar ventajoso aplanar el perfil de los pies de diente del dentado según la invención, es decir, llevar los pies de diente más hacia dentro, hacia el círculo primitivo de la rueda dentada, en su correspondiente zona de vértice. La desviación que resulta de esta forma, por ejemplo, con respecto a la forma exacta de arco circular o a la curva del pie de diente elegido en cada caso, es preferentemente tal que, a pesar de ella, la curva de pie de diente sea diferenciable de forma constante, de manera especialmente preferible, de forma doblemente constante al menos por tramos.

Los al menos dos, preferentemente justo dos, dentados del juego de rodadura de ruedas dentadas que se encuentran engranados, presentan preferentemente tal contorno de perfil de dientes que los flancos de diente de las ruedas dentadas, que ruedan unos sobre otros, formen celdas estanqueizadas entre sí. Si el juego de rodadura de ruedas dentadas es un juego de rodadura de eje interior, que es el caso preferible, siendo la diferencia del número de dientes de los dentados igual a uno, las cabezas de diente de los dentados están formados de tal forma que en el punto del menor engrane de dientes quede una estrecha hendidura radial. Esto es aplicable generalmente también al usar una hoz con juegos de rodadura de ruedas dentadas de eje interior, en los que la diferencia de los números de dientes sea superior a uno. Preferentemente, existe un juego de rodadura mínimo, de modo que, aunque por una parte se compensan las tolerancias de fabricación, por otra parte, se minimizan las pérdidas originadas por la hendidura, en la zona del menor engrane de dientes o entre las cabezas de diente y una hoz. En la zona del engrane de dientes más profundo, en la que una cabeza de diente de un dentado engrana con la mayor profundidad en el pie de diente del otro dentado, según la invención queda formado un espacio hueco que sirve de espacio de compresión para el fluido de trabajo de la máquina de engranajes.

Los criterios mencionados anteriormente se cumplen, preferentemente, de tal forma que el dentado según la invención de una rueda dentada se predefine como dentado maestro, siendo configurado el contradentado conforme a esta definición de tal forma que queden formadas las celdas de fluido estancas y los flancos de rodadura. Especialmente los flancos de rodadura del contradentado, si los flancos de rodadura forman parte de la curva de pies de diente, se forman mediante la deducción cinemática según la ley de dentados. Según una configuración preferible de los pies de diente del dentado según la invención como arcos circulares, el espacio hueco o de compresión resulta automáticamente en el punto del engrane de dientes más profundo de los dentados.

El espacio hueco puede formarse también respectivamente mediante una escotadura de los pies de diente de la rueda dentada con el dentado según la invención. En su lugar o en combinación con este tipo de escotaduras en el dentado según la invención, la rueda dentada con el contradentado puede presentar en sus pies de diente una correspondiente escotadura para realizar el espacio hueco. El dentado según la invención puede presentar en las escotaduras respectivamente una irregularidad de la deducción o ser diferenciable de forma constante también en las transiciones de los arcos de curva según la invención en y saliendo de la escotadura. Preferentemente, sin embargo, el dentado según la invención no presenta este tipo de escotaduras, de modo que su contorno de perfil de dientes quede formado, no sólo en las cabezas de diente, sino también en los pies de diente, por un arco continuo, liso de una curva según la invención.

El contradentado puede obtenerse, de manera ventajosa, mediante funciones "spline" de interpolación. Los puntos de apoyo de la curva de pies de diente se determinan, preferentemente, mediante la deducción cinemática del dentado según la invención conforme a la ley de dentados, y la curva de cabezas de diente se determina, preferentemente, a partir de cortes envolventes de la curva de cabezas de diente del dentado maestro. Si las cabezas de diente del dentado maestro están aplanadas con respecto a su curva de generación, el procedimiento de cortes envolventes, sin embargo, se realiza con la curva de generación no aplanada. Si la curva de generación es, por ejemplo, un arco elíptico, los cortes envolventes se determinan mediante el arco elíptico. Resulta preferible una función spline de interpolación de tercer grado, como mínimo, preferentemente exactamente de tercer grado. Los puntos de apoyo pueden formarse especialmente por los puntos de contacto de los flancos de diente de rodadura de las ruedas dentadas. Las funciones spline en una cantidad correspondiente a la división del contradentado se ponen de tal forma entre sí, eventualmente de forma adaptada en los puntos de transición, que se obtengan transiciones diferenciables al menos de forma constante. De esta manera, el contradentado como tal constituye un dentado según la invención, ya que su perfil de dientes es formado por una función diferenciable de forma doblemente constante, al menos por tramos. Preferentemente, las funciones spline se ponen entre sí en o muy cerca de los puntos culminantes en los pies de diente donde no tenga lugar ninguna rodadura.

Según una forma de realización especialmente preferible, sólo el perfil de cabezas de diente del contradentado es formado por una función spline, cuyos puntos de apoyo son los puntos de corte envolvente, mientras que el perfil de pies de diente del contradentado es una línea poligonal que une los puntos del perfil de pies de diente, obtenidos por la ley de dentados. Por la ley de dentados, los puntos del perfil de pies de dientes pueden determinarse sin problemas tan cerca unos de otros, que sea suficiente una línea poligonal simple como línea de unión. Para el contradentado, esto significa que se ponen alternando una función spline para un perfil de cabezas de diente y una línea poligonal para el perfil de pies de diente, pudiendo ser diferenciadas respectivamente de forma constante, es decir, de forma tangencial, o convirtiéndose una en otra.

Una rueda dentada del juego de rodadura según la invención, por ejemplo la rueda dentada con el contradentado, se prové después de la conformación, preferentemente, con un llamado offset, normalmente de tal forma que el dentado en cuestión se desplaza hacia atrás en un tramo determinado de forma equidistante por todo el contorno, respecto a su contorno inicial de perfil de dientes, conformado según la invención. Generalmente, también pueden desplazarse hacia atrás ambas ruedas dentadas de forma equidistante con respecto al contorno inicial formado según la invención. Un juego de flancos de diente de los dentados engranados, es decir, un juego de dientes en el sentido circunferencial, puede obtenerse especialmente sólo mediante un desplazamiento equidistante hacia atrás de uno o de ambos contornos de perfil de dientes con respecto a la norma de generación. Según esta forma de realización preferible, los dentados engranados son formados según su norma de generación correspondiente, de tal forma que en el sentido circunferencial estén generados para un "juego cero". Debido a la generación preferible de las curvas de cabezas de diente del contradentado a partir de cortes envolventes de los perfiles de cabeza de diente del dentado maestro, esto es aplicable también para el juego radial necesario de los dentados en el punto del menor engrane de dientes. Para obtener el juego radial de dientes necesario, es decir, el juego de cabezas de diente en la zona del menor engrane de dientes, el perfil de cabezas de diente del contradentado puede estar aplanado con respecto a un perfil de cabezas de diente formado por cortes envolventes según la norma de generación, de modo que el juego radial de dientes no sólo quede formado por un desplazamiento equidistante hacia atrás.

Las aplicaciones preferibles de una bomba de engranajes según la invención son, por ejemplo, la de una bomba de aceite lubricante de un motor de combustión interna o la de una bomba de aceite lubricante de un engranaje de un generador de energía eólica.

A continuación, se describen algunos ejemplos de realización de la invención con la ayuda de las figuras. Las características descritas en los ejemplos de realización forman, respectivamente de manera individual y en cualquier combinación de características, los objetos de las reivindicaciones. Muestran:

La figura 1 una vista de una bomba de engranajes, en la que se puede ver una cámara de ruedas dentadas con un juego de rodadura de ruedas dentadas,

la figura 2 un detalle de los perfiles de diente engranados del juego de rodadura de ruedas dentadas de la figura 1,

la figura 3 un detalle de perfiles de diente engranados de una variante de realización,

la figura 4 un detalle de perfiles de diente engranados de otra variante de realización,

la figura 5 un perfil de cabezas de diente de un dentado maestro, que es formado por un arco elíptico,

la figura 6 el perfil elíptico de cabezas de diente de la figura 5 y un perfil de pies de diente conectado a éste, que es formado por un arco circular,

la figura 7 el perfil de la figura 6 y un perfil de cabezas de diente de un contradentado,

la figura 8 la formación del perfil de cabezas de diente del contradentado a partir de cortes envolventes y

la figura 9 una modificación del perfil de dientes de las figuras 5 y 6.

La figura 1 muestra una bomba de anillo dentado en una vista perpendicular hacia un juego de rodadura de ruedas dentadas, que está alojado de forma giratoria en una cámara de ruedas dentadas de la carcasa 1 de una bomba. La tapa de la carcasa de bomba se ha omitido para que se pueda ver la cámara de ruedas dentadas con el juego de rodadura de ruedas dentadas.

La bomba de anillo dentado presenta un rotor exterior 3 con un dentado interior 3i y un rotor interior 4 con un dentado exterior 4a, que forman el juego de rodadura de ruedas dentadas. El dentado exterior 4a tiene un diente menos que el dentado interior 3i. El número de dientes del dentado interior de este tipo de bombas de eje interior es de cuatro, como mínimo, y preferentemente, de quince, como máximo, siendo preferible que el número de dientes se sitúe entre cinco y diez; en el ejemplo de realización, el dentado interior 3i tiene nueve dientes.

Un eje de giro 5 del rotor exterior 3 se extiende paralelamente a una distancia, es decir, de forma excéntrica con respecto a un eje de giro 6 del rotor interior 4. La excentricidad, es decir, la distancia entre los dos ejes de giro 5 y 6 está designada por "e".

El rotor interior 4 y el rotor exterior 3 forman respectivamente entre sí un espacio de transporte de fluido. Dicho espacio de transporte de fluido está dividido en celdas de transporte 7 cerradas unas respecto a otras de forma estanca a la presión. Las distintas celdas de transporte 7 están formadas respectivamente entre dos dientes sucesivos del rotor interior 4 y del dentado interior 3i del rotor exterior 3, de tal forma que respectivamente dos dientes sucesivos del rotor interior 4 tengan contacto de cabeza o de flanco respectivamente con dos dientes opuestos, siguientes, del dentado interior 3i. Entre las cabezas de diente 4k y 3k, en el punto del menor engrane de dientes puede existir un ligero juego, formando el fluido transportado, entre las cabezas de diente 4k y 3k opuestas de los dos dentados 4a y 3i, una película estanqueizante.

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Desde el lugar del engrane de dientes más profundo hasta el lugar del menor engrane de dientes, las celdas de transporte 7 aumentan paulatinamente en el sentido de giro D, para volver a disminuir, a continuación, a partir del lugar del menor engrane de dientes. Las celdas de transporte 7 crecientes forman durante el funcionamiento de la bomba un lado de baja presión, y las celdas de transporte 7 decrecientes forman un lado de alta presión. El lado de baja presión está conectado con una entrada de bomba y el lado de alta presión está conectado con una salida de la bomba. En la carcasa 1, lateralmente en la zona de las celdas de transporte 7, están realizados unos orificios de ranura 8 y 9 reniformes, adyacentes, que están separados entre sí por almas. El orificio 8 cubre las celdas de transporte 7 en el lado de baja presión, formando por tanto un orificio de entrada, durante el funcionamiento de la bomba un orificio de baja presión, mientras que el otro orificio 9 forma un orificio de alta presión. Durante el funcionamiento de un motor, que también es posible con una máquina de engranajes de este tipo, los hechos evidentemente se invertirían. En la zona del lugar del engrane más profundo de los dientes y en la zona del lugar del menor engrane de los dientes, la carcasa forma respectivamente un puente de estanqueización entre los orificios de entrada y de salida 8 y 9 adyacentes.

Durante el accionamiento giratorio de uno de los rotores 3 y 4, por las celdas de transporte 7 expansoras en el lado de baja presión se aspira fluido por el orificio 8, se transporta a través del lugar del menor engrane de dientes y, en el lado de alta presión, se vuelve a descargar bajo una presión más elevada por el orificio 9 hacia la salida de la bomba. En el ejemplo de realización, la bomba recibe su accionamiento giratorio de un elemento de accionamiento giratorio 2 formado por un árbol de accionamiento. El rotor interior 4 está unido a prueba de torsión con el elemento de accionamiento giratorio 2. Según un uso preferible de la bomba como bomba de aceite lubricante o bomba de aceite de motor para un motor de combustión interna, especialmente para un motor de émbolo de levantamiento, en el árbol de accionamiento 2 se trata habitualmente directamente del cigüeñal o del árbol de salida de un engranaje, cuyo árbol de entrada es el cigüeñal del motor. Asimismo, puede estar constituido por un árbol de compensación para una compensación de fuerzas o una compensación del par de giro del motor. Sin embargo, son posibles otros elementos del accionamiento de giro, especialmente en otras aplicaciones de la bomba, por ejemplo, como bomba hidráulica para un servoaccionamiento de un automóvil. En lugar de accionar el rotor interior 4, también podría ser accionado de forma giratoria el rotor exterior 3 arrastrando durante su movimiento de giro el rotor interior 4.

La figura 2 muestra los contornos de perfil de los dentados 3i y 4a en el lugar del engrane de dientes más profundo. Las cabezas 3k de diente del dentado interior 3i están realizadas como arcos elípticos y los pies 3f de diente del dentado interior 3i están realizados como arcos circulares. Los arcos elípticos y los arcos circulares chocan directamente entre sí en el círculo primitivo T3 del dentado interior 3i, ciñéndose allí de tal forma unos a otros que en cada punto de unión formado de esta manera presenten el mismo paso. En los puntos de transición de los dos arcos de curva, por tanto, las deducciones son iguales a la izquierda y la derecha, es decir que el contorno de perfil de dientes del dentado interior 3i es una función diferenciable de manera constante en todas partes, también en los puntos de transición. Las normas para los ejes de la elipse que forma los arcos elípticos se deducen de los datos de base del dentado, a saber, el módulo y el número de dientes, del rotor exterior 3.

En el ejemplo de realización, el dentado interior 3i del rotor exterior 3 es el dentado de salida o el dentado maestro. El contorno del perfil de pies de diente del rotor interior 4 se deduce cinemáticamente del contorno de perfil de cabezas de diente del dentado interior 3i, según la ley de dentados. El contorno del perfil de cabezas de diente del rotor interior 4 se obtiene a partir de cortes envolventes del contorno del perfil de cabezas de diente del dentado interior 3i. El contorno del perfil del dentado exterior 4a se forma, en su conjunto, mediante funciones spline y líneas poligonales que se suceden a lo largo del círculo primitivo T4 del dentado exterior 4a. Las funciones spline se obtienen en puntos de apoyo. La ley de dentados proporciona los puntos de apoyo para las líneas poligonales de los pies de diente 4f, y el procedimiento de cortes envolventes facilita los puntos de apoyo para la función spline de las cabezas de diente 4k. Por ejemplo, de la toma instantánea de la figura 1, para las cabezas de diente 4k resultan los puntos de apoyo 10-16. Los puntos de apoyo 10 a 16 son los puntos de contacto instantáneos de los flancos de rodadura de los dos dentados 3i y 4a y están formando, en la toma instantánea de la figura 1, los puntos de estanqueización entre las distintas celdas 7 de fluido. Al seguir girando las dos ruedas dentadas 3 y 4 en un pequeño ángulo, se obtiene otro juego de puntos de apoyo. Cuánto mayor sea el número de los puntos de apoyo, o cuánto más densas uno al lado de otro se encuentren los puntos de apoyo, tanto más precisa será la aproximación de las cabezas de diente 4k del dentado exterior 4a por la misma función spline de interpolación.

En lugar de predefinir el dentado interior 3i como dentado maestro, igualmente el dentado exterior 4a puede ser el dentado maestro, en cuyo caso el dentado interior 3i se describe por funciones spline y líneas poligonales o sólo mediante funciones spline, a saber, una para las cabezas de diente y otra para los pies de diente. Si el dentado exterior 4a es el dentado maestro, sus cabezas de diente 4k se forman tal como se ha descrito anteriormente para las cabezas de diente 3k y sus pies de diente 4f se forman tal como se ha descrito anteriormente para los pies de diente 3f.

En la figura 2, la zona del engrane más profundo de los dientes está representada a escala ampliada. Se puede ver claramente un espacio hueco H1 que resulta en la zonas de los puntos culminantes entre la cabeza de diente 4k del rotor interior 4, que se está encontrando en el engrane más profundo, y el pie de diente 3f receptor del rotor exterior 3. En el ejemplo de realización, la relación de longitudes entre el eje largo y el eje corto de la elipse que forma los arcos elípticos del dentado interior 3i es de 3:2. Sin embargo, asimismo resultan ventajosas unas relaciones de longitud hasta 6:5 o incluso 10:9. Los dos dentados 4a y 3i unen las ventajas de ruidos de un gerotor con las ventajas volumétricas de un juego de rodadura de ruedas dentadas, tal como se conoce por el documento EP 0 552 443 B1.

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La figura 3 representa el lugar del engrane de dientes más profundo para un juego de rodadura de ruedas dentadas, cuyo rotor interior 3 presenta el mismo dentado interior 3i que el rotor interior 3 del juego de rodadura de ruedas dentadas de las figuras 1 y 2. El dentado exterior 4a también es formado por los mismos arcos de curva que el dentado exterior 4a del primer ejemplo de realización, pero en los pies de diente 4f están formadas escotaduras que crean espacios huecos adicionales H2 para el fluido. Aparte de las escotaduras, los pies de diente 4f de la variante de la figura 3, sin embargo, son idénticos a los pies de diente 4f del primer ejemplo de realización.

En la variante de la figura 4, el dentado interior 3i presenta las mismas cabezas de diente 3k que el dentado interior 3i del primer ejemplo de realización. Los pies de diente 3f, sin embargo, son formados por arcos elípticos. Estos arcos elípticos están provistos de una escotadura, respectivamente en la zona de su punto culminante. Si debido a los pies de diente 3f formados por arcos elípticos en el lugar del engrane de dientes más profundo no se crea un espacio de compresión suficiente por la sola diferencia de los números de dientes de los dos dentados 3i y 4a, mediante las escotaduras de los pies de diente 3f, no obstante, puede crearse un espacio hueco H3 del tamaño suficiente. Generalmente, sin embargo, se supone que por el dentado según la invención, en el ejemplo de realización el dentado interior 3i, y el contradentado según la invención se crea el espacio de compresión suficiente incluso sin escotaduras en el punto del engrane de dientes más profundo.

Para mayor integridad, cabe señalar que pueden estar realizadas escotaduras en cada uno de los dos dentados 3i y 4a en un solo juego de rodadura de ruedas dentadas.

Con la ayuda de las figuras 5 a 8 se va a describir en detalle y a título de ejemplo una norma de generación para los dos dentados 3i y 4a.

La figura 5 muestra el contorno de perfil de una cabeza de diente 3k individual del dentado maestro 3i. La figura 6 muestra la misma cabeza de diente 3k y un pie de diente 3f que en el círculo primitivo T3 del dentado maestro 3i entra tangencialmente en la cabeza de diente 3k. La tangente común en el punto de intersección con el círculo primitivo T3 está designada por P1. Por P2 está designada la radial del círculo primitivo T3 por el punto central del círculo que forma el contorno de perfil del pie de diente 3f.

El arco elíptico de la cabeza de diente 3k está tomado, tal como está representado en la figura 5, de una elipse con un semieje grande a y un semieje pequeño b. El semieje pequeño b es una radial del círculo primitivo T3. El semieje grande a es una tangente al círculo primitivo T3. El arco de la elipse, situado dentro del círculo primitivo T3, forma el contorno de perfil de la cabeza de diente 3K. Finaliza en el círculo primitivo T3.

Los datos básicos del dentado maestro 3i son:

-: Módulo m_{3}

-: Número de dientes Z_{3}

-: Desplazamiento de perfil x_{3}

El módulo y el número de dientes determinan el diámetro del círculo primitivo T3 con

: d_{3} = m_{3} * z_{3}.

El desplazamiento de perfil determina la relación entre la cabeza de diente y el pie de diente y, en particular, la curvatura del arco elíptico que forma las cabezas de diente 3K. La suma del desplazamiento de perfil del dentado exterior y el dentado interior es igual a 1:

: \Sigma (x_{3}; x_{4}) = 1

La norma de generación de la elipse es:

: a = m_{3} + C_{1}

: b = (m_{3} + C1) * x_{3} + C_{2}.

El círculo de cabeza del dentado maestro 3i se calcula, por tanto, de la siguiente manera:

: dk_{3} = d_{3} - 2 * ((m_{3} + C1) * x_{3} + C_{2}).

Las constantes C1 y C2 pueden usarse para generar la hendidura entre el dentado maestro 3i y el contradentado 4a o para ajustar la curvatura de la elipse o para ambos fines a la vez. Si se usa para generar la hendidura, resulta ventajoso modificar los semiejes a y b respectivamente en el mismo valor para obtener un ensanchamiento lo más homogéneo posible de la hendidura a lo largo del arco elíptico.

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Tomando la radial P2 como eje "y" de un sistema de coordenadas cartesianas con el punto central del círculo primitivo T3 como origen de las coordenadas, el círculo de pie del dentado maestro 3i se calcula de la siguiente manera:

: df_{3} = 2 * (x1 + y1),

siendo x1 a y1 las coordenadas del punto de intersección de la tangente P1 con el círculo primitivo T3 (figura 6).

La figura 7 muestra el contorno del perfil de la figura 6 junto al contorno de perfil de una cabeza de diente 4k del contradentado 4a en la zona del engrane de dientes más profundo, quedando para el fluido de compresión el espacio hueco H1 entre los contornos de perfil del pie de diente 3f y de la cabeza de diente 4k. El contorno de perfil del pie de diente contiguo del contradentado 4a no está dibujado. Se deduce según la ley de dentados del arco elíptico de la cabeza de diente 3k del dentado maestro 3i.

El procedimiento de cortes envolventes para generar el contorno de perfil de las cabezas de diente 4k del contradentado 4a está representado en la figura 8. El contorno de perfil de las cabezas de diente 4k es, en el plano del círculo primitivo T4, la línea de unión que une entre sí los puntos de corte envolvente de las curvas 3k de cabeza de diente, es decir, del dentado maestro 3i. Cada punto es el punto de intersección de una de las curvas 3k de cabeza de diente con una recta V que une el punto central M de la elipse correspondiente y el punto de intersección C de la radial con el círculo primitivo T4. La radial correspondiente por el punto de intersección C presenta en el círculo primitivo T4 la misma distancia hacia los pies de diente 4f contiguos a ambos lados. Por punto central M de la elipse se entiende el punto de intersección de los ejes elípticos a y b. Girando un número suficientemente grande de los arcos elípticos que forman las cabezas de diente 3k, hacia el mismo punto de intersección C (punto de rodadura), pueden obtenerse puntos de cortes envolventes, es decir, puntos de contacto en una cantidad suficientemente grande, que sirvan de puntos de apoyo del contorno de perfil a generar de las cabezas de diente 4k.

Los puntos de cortes envolventes se obtienen girando las curvas de cabeza de diente del dentado maestro 3i alrededor del eje 6 del círculo de rodadura del contradentado 4a, siendo giradas las curvas 3k de cabezas de diente del dentado maestro 3i respectivamente hacia el mismo diente del contradentado 4a. Para ello, hay que imaginarse el juego de rodadura de ruedas dentadas en el plano del círculo de rodadura. Se conoce el dentado maestro 3i. Asimismo, se conoce la posición del eje 6 del círculo de rodadura del contradentado 4a en relación con el dentado maestro 3i. Además, se conoce el número de dientes del contradentado 4a, de modo que se puede posicionar una estrella de radiales partiendo del eje 6 del círculo de rodadura del contradentado 4a hacia los puntos culminantes de las cabezas de diente 4k, que se han de generar, en relación con el dentado maestro 3i. A continuación, las curvas 3k de las cabezas de diente del dentado según la invención se hacen girar a una de las radiales alrededor del eje 6 del círculo de rodadura del contradentado 4a. De esta manera, para una determinada posición que adoptan los dos dentados 3i y 4a uno respecto al otro se obtiene un juego de curvas de cabezas de diente del dentado maestro 3i que envuelven la curva 4k de cabezas de diente que se ha de generar, por ejemplo, las curvas de cabezas de diente 3k_{1} a 3k_{5} de la figura 8. Las curvas de cabezas de diente 3k_{1} a 3k_{5} pueden ser las curvas de cabezas de diente con los puntos de contacto 11 a 15 de la toma instantánea de la figura 1. Este procedimiento se repite para diferentes posiciones relativas de los dos dentados 3i y 4a, manteniendo los ejes de rodadura 5 y 6 evidentemente sus posiciones. Para cada una de las tomas instantáneas, el dentado maestro 3i se hace girar alrededor del eje 6 el círculo de rodadura del contradentado 4a, de tal forma que las radiales correspondientes del contradentado 4a se pongan siempre en congruencia con la misma radial, una vez fijada la misma.

Para mayor integridad, cabe indicar el diámetro del círculo primitivo y el diámetro del círculo de cabeza del contradentado 4a. Para el diámetro del círculo primitivo T4 es aplicable:

: d_{4} = m_{4} * z_{4},

siendo el módulo m_{4} = m_{3} y el número de dientes z_{4} = z_{3} - 1. El diámetro del círculo de cabeza resulta de la siguiente manera:

: dk_{4} = d_{4} + 2 * ((m_{4} - C1) * x_{4} - C2).

Al ser aplicable la relación:

: e + dk_{4}/2 < df_{3}

resultan los espacios huecos H1 entre los pies de diente 3f del dentado maestro 3i y las cabezas de diente 4k del contradentado 4a. Por lo tanto, por la norma de generación resulta espacio para el fluido de compresión, lo que contribuye a la reducción del ruido.

La figura 9 muestra a modo de ejemplo como se puede reducir el espacio hueco H1 aplanando la curva 3f de pies de diente del dentado maestro, para reducir el volumen muerto. Para este fin, en el caso del ejemplo, el contorno de perfil de los pies de diente 3f se aplana en la zona del vértice en comparación con el arco circular elegido a juego con el arco elíptico de las cabezas de diente 3k. El aplanamiento está dibujado con líneas y puntos.

Claims

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1. Dentado de ruedas dentadas constituido por cabezas de diente y pies de diente que se forman por curvas de segundo orden o de orden superior, estando orientadas las curvas tangencialmente unas hacia otras en sus extremos y formándose las cabezas de diente (3k) o los flancos de las cabezas de diente (3k) por arcos de una elipse o de una curva de Cassini en su forma elipsoidal más parecida,

caracterizado porque

los pies de diente (3f) o los flancos de los pies de diente (3f) se forman por arcos circulares.
2. Dentado de ruedas dentadas según la reivindicación 1, caracterizado porque un contorno de perfil de dientes formado por las curvas es diferenciable de forma constante, preferentemente diferenciable de forma doblemente constante, al menos por tramos.
3. Dentado de ruedas dentadas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dentado presenta escotaduras en los pies de diente (3f) y las curvas forman, al menos hasta las escotaduras, un contorno de perfil de dientes que es diferenciable de forma constante, preferentemente diferenciable de forma doblemente constante, al menos por tramos.
4. Juego de rodadura de ruedas dentadas para una máquina de ruedas dentadas (bomba o motor), comprendiendo el juego de rodadura de ruedas dentadas:

a)

una primera rueda dentada (3) con un primer dentado (3i),

b)

y al menos una segunda rueda dentada (4) con un segundo dentado (4a), que está en engrane o se puede poner en engrane con el primer dentado (3i),

c)

presentando al menos uno de los dentados (3i, 4a) pies de diente (3f; 4f) que están conformados de tal forma que, en un engrane más profundo de una cabeza de diente (3k; 4k) de los otros dentados (3i, 4a) formen respectivamente un espacio hueco (H1; H2; H3),

caracterizado porque

e)

el primer dentado (3i) es un dentado según una de las reivindicaciones precedentes.
5. Juego de rodadura de ruedas dentadas según la reivindicación precedente, caracterizado porque para la rodadura de los dentados (3i, 4a), el segundo dentado (4a) presenta pies de diente (4f) formados por la deducción cinemática del primer dentado (3i) según la ley de dentados.
6. Juego de rodadura de ruedas dentadas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el contorno de perfil de las cabezas de diente (4k) del segundo dentado (4a) se obtiene a partir de cortes envolventes del contorno de perfil de las cabezas de diente (3k) del primer dentado (3i).
7. Juego de rodadura de ruedas dentadas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el contorno de perfil de las cabezas de diente (4k) y/o de los pies de diente (4f) del segundo dentado (4a) es formado por funciones spline al menos de tercer grado, preferentemente exactamente de tercer grado.
8. Juego de rodadura de ruedas dentadas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo dentado (4a) presenta en sus pies de diente (4f) respectivamente una escotadura para formar el espacio hueco (H2).
9. Juego de rodadura de ruedas dentadas según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera rueda dentada (3) es un rotor exterior o un estator exterior, el primer dentado (3i) es un dentado interior, la segunda rueda dentada (4) es un rotor interior y el segundo dentado (4a) es un dentado exterior del juego de rodadura de ruedas dentadas de eje interior.
10. Máquina de anillo dentado (bomba o motor), que comprende:

a)

una carcasa (1) que comprende una cámara de ruedas dentadas que presenta al menos un orificio de entrada (10) y al menos un orificio de salida (11) para un fluido de trabajo,

b)

un rotor o estator exterior (3) alojado en la cámara de ruedas dentadas, que presenta un eje (5) de círculo de rodadura y, alrededor del eje (5) de círculo de rodadura, un dentado interior (3i),

c)

un rotor interior (4) alojado en la cámara de ruedas dentadas, que está alojado de forma giratoria alrededor de un eje de giro (6) excéntrico respecto al eje (5) del círculo de rodadura del rotor o estator exterior (3) y que presenta un dentado exterior (4a) que está en engrane con los dientes del dentado interior (3i),
```
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```
d)

presentando el dentado interior (3i) al menos un diente más que el dentado exterior (4a) y realizando el dentado interior (3i) y el dentado exterior (4a), durante un movimiento giratorio ejercido por el rotor interior (4) en relación con el rotor o estator exterior (3), unas celdas de transporte (7) expansoras y compresoras que llevan un fluido desde el al menos un orificio de entrada (10) hasta el al menos un orificio de salida (11),

e)

y presentando al menos uno de los dentados (3i, 4a) pies de diente (3f; 4f) conformados de tal forma que en un engrane más profundo de una cabeza de diente (3k; 4k) del otro de los dentados (3i; 4a) formen respectivamente un espacio hueco (H1; H2; H3),

caracterizada porque

f)

uno del dentado interior (3i) y del dentado exterior (4a) es un dentado según una de las reivindicaciones 1 a 3.