-
Die
Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
-
Flügelzellenpumpen
der vorgenannten Art sind beispielsweise aus der
DE 199 57 886 A1 bekannt,
und zwar als verstellbare Flügelzellenpumpen. Gegenüber Konstantpumpen
ergeben sich dadurch im praktischen Einsatz mit der Möglichkeit
der Anpassung der Pumpenleistung an den jeweiligen Bedarf zwar eine
geringere Energieaufnahme und auch niedrigere Öltemperaturen. Kritisch sind
aber, in Verbindung mit den in der Regel verwendeten, mit Zentrierung über die
Zahnflanken arbeitenden Kerbverzahnungen und den gegebenen Zahnspielen
zwischen Welle und Rotor, die auftretenden Pulsationen und die höhere Geräuschemission,
zumal in Verbindung mit ständig
steigenden Leistungsanforderungen auch das Bauvolumen solcher Pumpen
möglichst
klein gehalten werden soll und in Verbindung damit bei geringen
Wandstärken
die spezifischen Materialbeanspruchungen steigen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe der eingangs
genannten Art in ihrer Verzahnungsverbindung insbesondere im Hinblick
auf das Geräuschverhalten,
aber auch im Hinblick auf Verschleiß und Festigkeit, zu optimieren.
-
Gemäß der Erfindung
wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 und/oder des Anspruches
2 erreicht, demzufolge die zueinander im wechselseitigen Eingriff
stehenden, rotorseitigen und wellenseitigen Zähne unterschiedliche – in Umfangsrichtung
gemessene – Dicke
aufweisen und die Kopfflächen
der dickeren Zähne
Zentrierflächen
in der radialen Abstützung
zwischen Rotor und Welle bilden, und/oder die Zahnhöhe der in
wechselseitigem Eingriff stehenden Zähne kleiner ist als die Zahndicke der
kopfzentrierenden Zähne.
-
Durch
die größere Dicke
der kopfzentrierenden Zähne
der rotorseitigen oder der wellenseitigen Zahngruppe sowie auch,
gegebenenfalls ergänzend, die
im Verhältnis
zur Dicke der kopfzentrierenden Zähne geringe Höhe der zueinander
in Eingriff stehenden Zähne
lassen sich verhältnismäßig große Abstützflächen schaffen,
mit entsprechend reduzierter spezifischer Belastung und der dadurch
gegebenen Möglichkeit,
auch Materialgegebenheiten Rechnung zu tragen, so insbesondere auch
Materialien geringerer Härte
zu verwenden. Dies kann insbesondere bei Ausbildung der rotorseitigen
Verzahnung von Interesse sein, wenn für den Rotor Materialien eingesetzt
werden, die vorrangig den durch die Führung der Flügel im Rotor
bedingten Anforderungen Rechnung tragen.
-
Ferner
können
die dickeren Zähne
aber auch der Welle zugeordnet sein, beispielsweise im Hinblick
auf die Verwendung von Wellenmaterialien, die besonders auf die
schwingungsbedingten Belastungsgegebenheiten abgestimmt sind. Insgesamt
ermöglicht
die Ausführung
der Verzahnungsverbindung mit, in Zuordnung zum jeweiligen Rotor
bzw. zur jeweiligen Welle, Zähnen
unterschiedlicher Dicke somit erweiterte konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten, die
sich auch durch die Nutzung der Kopfflächen als Zentrierflächen fertigungstechnisch
in vorteilhafter Weise nutzen lassen, da, je nach Zuordnung, der
Außenumfang
bei wellenseiti ger Zuordnung der dickeren Zähne oder der Innenumfang bei
rotorseitiger Zuordnung der dickeren Zähne schleifend bearbeitet werden
kann.
-
Durch
eine solche schleifende Bearbeitung der jeweiligen, als Zentrierflächen dienenden
Kopfflächen
lässt sich
in einfacher und günstiger
Weise eine Anpassung an den Durchmesser der jeweiligen Gegenfläche erreichen,
wobei die Gegenfläche
bevorzugt auf dem Fußkreisdurchmesser
der Verzahnung mit dünneren
Zähnen
liegt und durch die Fußfläche der
jeweiligen Zahnlücken
gebildet ist, sowie durch Räumen
erzeugt werden kann. Die im Rahmen einer solchen Ausgestaltung mit
geringem Aufwand erreichbare Reduzierung der Toleranzbandbreite
zwischen Rotor und Welle macht es möglich, radiale Bewegungen des
Rotors zu minimieren, und damit auch daraus resultierende Geräusche weitgehend
zu vermeiden.
-
Weitere
Vorteile einer Ausgestaltung der Verzahnungsverbindung mit Zähnen unterschiedlicher Dicke
und Nutzung der Kopfflächen
der dickeren Zähne
als Zentrierflächen
sind in der Übertragung hoher
Querkräfte,
einem verringerten Zerspanungsvolumen und einem besseren Verschleißverhalten
zu sehen, wozu im Rahmen der Erfindung auch eine bezogen auf den
Modul geringe Zahnhöhe
vorteilhaft ist, bei entsprechenden kopfseitigem Freigang der dünneren Zähne, beispielsweise
durch Hinterschneiden des Fußkreises
der dickeren Zähne.
-
Im
Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung liegen
Zahndicken der dickeren Zähne,
deren Dicke bis in den Bereich des Doppelten der dünneren Zähne reichen
und auch darüber
hinausgehen kann, wobei im Rahmen der Erfindung für die dickeren
Zähne insbesondere
Zahndicken in Frage kommen, die bis in den Bereich des Anderthalbfachen
der Dicke der dünneren
Zähne reichen.
-
Die
Höhe der
Zähne ist
im Rahmen der Erfindung bevorzugt kleiner als der Verzahnungsmodul gewählt, wobei
ein bevorzugtes Höhenmaß dann gegeben
ist, wenn die Höhe
der Zähne
kleiner als die fußseitigen
Dicke der dünneren
Zähne ist
oder dieser etwa entspricht. Die kopfseitige Dicke der dickeren Zähne kann
im Rahmen der Erfindung bevorzugt etwa an das Doppelte der fußseitigen
Dicke der dünneren
Zähne heranreichen.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt es, den Rotor und/oder
die Welle als über
die Verzahnung verbundene Partner über die Breite der Verzahnungsverbindung
ballig auszugestalten, so dass beispielsweise im Rahmen fertigungsbedingter
Toleranzen auftretende Schränkungen
in der Lage des Rotors zu den seitlich angrenzenden Wänden des
Gehäuses
der Flügelzellenpumpe
weitgehend verspannungsfrei abgefangen werden können. Herstellungstechnisch
ist eine solche Balligkeit gut zu beherrschen und bleibt auch ohne
Einfluss auf die Größe der fußkreisseitigen
Zahnlücke,
ungeachtet der in Verbindung mit der Balligkeit gegen die Stirnenden der
Verzahnung radial entsprechend der Balligkeit zurückgenommenen
Zahnkontur.
-
Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner
wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, wobei
-
1 im
Schema einen Sektor aus einer zwischen Welle und Rotor gegebenen
Verzahnungsverbindung einer ansonsten nicht dargestellten, bekannten
Flügelzellenpumpe
im Querschnitt zeigt,
-
2 im
Halbschnitt eine Schemadarstellung einer einen nicht dargestellten
Rotor einer Flügelzellenpumpe
tragenden Welle mit in Längsrichtung
der Welle bal ligem Verlauf des zugehörigen Verzahnungsbereiches
zeigt,
-
3 eine
stirnseitige Ansicht der Welle gemäß 3 in Richtung
des Pfeiles III in 2, und
-
4 eine
der 1 entsprechende Darstellung mit einer abweichend
zu 1 gestalteten Verzahnungsverbindung.
-
1 bezieht
sich auf einen Querschnitt einer verstellbaren Flügelzellenpumpe
2 und
zeigt den zur Achse
1 der Flügelzellenpumpe
2 benachbarten Bereich
dieses Sektors, wobei die Welle der Flügelzellenpumpe
2 mit
3 und
der Rotor mit
4 bezeichnet sind. Welle
2 und Rotor
4 sind über einen
Verzahnungsbereich
5 drehfest und zentriert miteinander verbunden,
und die Welle
3 ist ihrerseits mit ihren axial an den Verzahnungsbereich
5 anschließenden Endbereichen
6 und
7 in
seitlichen Abstützungen
der Flügelzellenpumpe,
insbesondere in deren die zwischen den Flügeln liegenden Arbeitskammern
stirnseitig begrenzenden Wänden
gelagert. Flügelzellenpumpen
dieses Grundaufbaus sind bekannt und beispielsweise in der
DE 199 57 886 A1 mit
weiteren hier nicht interessierenden Einzelheiten beschrieben.
-
Die
zwischen Welle 3 und Rotor 4 liegende Verzahnungsverbindung 5 umfasst
im dargestellten Ausführungsbeispiel
wellenseitige Zähne 8 und
rotorseitige Zähne 9,
wobei die dargestellte erfindungsgemäße Lösung, wie insbesondere 1 erkennen lässt, von
einer größeren Dicke
der wellenseitigen Zähne 8 im
Vergleich zu den rotorseitigen Zähnen 9 ausgeht.
Die Zahnflanken sind gerade dargestellt, können im Rahmen der Erfindung
aber auch evolventenförmig
ausgebildet sein.
-
Die
dicken, hier wellenseitigen Zähne 8 weisen
Kopfflächen 10 auf,
denen seitens der entsprechenden rotorseitigen Zahnlücken 11 Gegenflächen 12 entsprechen,
die auf dem Fußkreis
der rotorseitigen Zähne 9 liegen,
der, idealisiert und ohne Berücksichtigung
von Toleranzen, dem Kopfkreis der wellenseitigen Zähne 8 entspricht,
jeweils zylindrischen Verlauf der angesprochenen Kopf- und Fußkreise
unterstellt.
-
Im
Ausführungsbeispiel
sind die wellenseitigen Zähne 8,
jeweils bezogen auf die Kopfflächen 10, fast
dreimal so dick wie die rotorseitigen Zähne 9, und das Verhältnis der
Dicke der rotorseitigen Zähne 9 auf
Höhe des
Fußkreises
entspricht etwa der Hälfte der
Dicke der wellenseitigen Zähne 8 in
Höhe deren Kopfkreises.
Es sind somit, wie gezeigt, durchaus erhebliche Dickenunterschiede,
bezogen auf die jeweiligen Kopfkreise, zwischen den wellenseitigen
Zähnen 8 und
den rotorseitigen Zähnen 9 möglich, im Rahmen
der Erfindung können
diese aber auch wesentlich kleiner als gezeigt sein. Im Ausführungsbeispiel
bilden die dickeren wellenseitigen Zähne 8 mit ihren Kopfflächen 10 Zentrierflächen für die rotorseitigen
Gegenflächen 12.
Damit ist es möglich,
bei einfachen Bearbeitungsvorgängen
eine eng tolerierte radiale Abstützung
zwischen Rotor 4 und Welle 3 vorzusehen, da beispielsweise
eine auf den Radius des jeweiligen Fußkreises der rotorseitigen
Zähne 9 abgestimmte
Bearbeitung der durch die Kopfflächen 10 gebildeten
Zentrierflächen
vorgenommen kann. Prinzipiell gilt dies auch bei nicht dargestellter
umgekehrter und ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegender Anordnung
der dickeren Zähne
am Rotor 4 und der dünneren
Zähne an
der Welle 3. Insgesamt erweist es sich dabei jeweils als
zweckmäßig, den
Partner, Rotor oder Welle, der die dickeren Zähne mit den kopfseitigen Zentrierflächen aufweist,
zumindest bezüglich
der Zentrierfläche
gehärtet
auszuführen
und schleifend zu bearbeiten. Anstelle, gegebenenfalls auch ergänzend zur
Härtung
des Zentrierflächenbereiches
der Zähne,
kann bevorzugt auch der die dickeren Zähne aufweisende Partner aus
härterem Material
bestehen als der andere Partner.
-
Die
Darstellung gemäß 1 geht
bezogen auf den Antrieb und die Drehrichtung der Pumpe von einer
Drehung der Welle 3 in Richtung des Pfeiles 13 aus,
so dass, wie angedeutet, die in Drehrichtung (Pfeil 13)
der Welle 3 vorne liegenden Flanken der dickeren Zähne 8 gegen
die anschließenden
Flanken der rotorseitigen, dünneren
Zähne 9 anliegen
und abgestützt
sind. Entgegen der Drehrichtung (Pfeil 13) kann, in Abhängigkeit
auch von den Toleranzen, ein Zahnspiel gegeben sein.
-
Ferner
ist kopfseitig zwischen den dünneren, hier
rotorseitigen Zähnen 9 und
der Fußfläche 14 der wellenseitigen
Zahnlücken
radiales Spiel vorgesehen, da die zentrierende Abstützung über die
Kopfflächen 10 der
dickeren Zähne,
hier der wellenseitigen Zähne 8 erfolgt.
Bezogen auf die Dicke der dickeren, hier wellenseitigen Zähne 8 ist
die Höhe
der wellenseitigen und der rotorseitigen Zähne 8 und 9 verhältnismäßig klein
und entspricht im Ausführungsbeispiel etwa
der halben Dicke der wellenseitigen Zähne 8.
-
Geht
die vorstehende, weitgehend auf 1 bezogene
Erläuterung
davon aus, dass die kopf- und fußseitigen Hüllkreise für die Zähne 8 und 9 auf
Zylindermänteln
liegen, so zeigt 2 eine Ausgestaltung, bei der – zum Zwecke
der beispielsweisen Darstellung – der wellenseitige Verzahnungsbereich 5 über die
Breite der Verzahnung ballig ausgeführt ist und dementsprechend
im längsmittleren
Bereich gegenüber
den stirnseitigen Endbereichen radial überhöht ist.
-
Bezogen
auf eine unveränderte
Zahnkontur der angedeuteten wellenseitigen Zähne 8 bedeutet dies,
dass die Zähne 8 bezogen
auf die Radien der Kopf- und Fußkreise
entsprechend der Balligkeit in ihrem radialen Abstand zur Achse 1 gegen
die Stirnenden 15 und 16 radial zurückgenommen
sind, bei gleicher Größe der Zahnlücken, so
dass, wie in der Ansicht gemäß 3 ersichtlich,
die Kanten 17 an den der jeweiligen Zahnlücke zugeordneten
Zahnfüßen parallel
verlaufen. Der durch die Balligkeit erreichte radiale Versatz der
Zahnkonturen führt
dazu, dass bezogen auf eine Ausbildung des Partners, hier des Rotors 4,
mit auf einem Zylindermantel liegenden Kopf- und Fußkreisen
seiner Zähne 9 gegen
die Stirnenden der balligen, wellenseitigen Verzahnung sowohl das
Radialspiel wie auch das Spiel in Umfangsrichtung vergrößert ist,
wenn auch, bezogen auf die geringfügige Balligkeit, nur in geringfügigem Maße.
-
Dennoch
ist dadurch eine zwar zentrierte, aber entsprechend der geringfügigen Balligkeit
in geringem Umfange taumelfähige
Abstützung
zwischen der Welle 3 und dem Rotor 4 erreichbar,
wie sie zweckmäßig sein
kann, um durch Toleranzen bedingte Fluchtungsfehler und Desachsierungen
auszugleichen. Es sei nochmals betont, dass entsprechend den im
Rahmen üblicher
Tolerierungen sich ergebenden Fluchtungs- und Desachsierungsfehlern
auch nur eine geringfügige,
in der Zeichnung überzeichnet dargestellte
Balligkeit zweckmäßig sein
kann, wobei eine derartige Balligkeit entsprechende Anpassungen
ermöglicht
und unter Festigkeitsgesichtspunkten unkritisch ist, wenn auch durch
die Balligkeit sich die durch Pressung bedingten Spannungen erhöhen. Insbesondere
bleibt aber die über
die Kopfflächen
erreichte Zentrierung, ungeachtet der geringen Balligkeit, um die
Mitte des Verzahnungsbereiches über den
größeren Teil
von dessen Breite erhalten.
-
Die
Zuordnung der Zähne
größerer Dicke und
kleinerer Dicke kann ungeachtet des Ausführungsbeispieles sowohl zur
Welle wie auch zum Rotor erfolgen, und im Grunde gilt dies auch
bezüglich der
Balligkeit, die bei Zuordnung zur Welle allerdings entgegenge setzt
wie bei der Zuordnung zum Rotor gewölbt ist, so dass sich bei Zuordnung
der Balligkeit zum Rotor über
die Breite des Verzahnungsbereiches eine Wölbung mit radial nach außen verlaufenden
Endbereichen ergibt, entgegengesetzt zur Zuordnung zur Welle, bei
der, wie 2 zeigt, die Endbereiche radial
nach innen zurückgenommen
sind.
-
4 zeigt
bei prinzipiell der 1 entsprechender, aber weiter
vereinfachter Darstellung eine Lösung,
bei der die rotorseitigen Zähne 19 die
dickeren Zähne
bilden und dementsprechend auch mit ihren Kopfflächen 18 die Zentrierflächen. Entsprechend
bilden die wellenseitigen Zähne 20 die
dünneren
Zähne,
wobei die Zahnhöhen
im Vergleich zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 deutlich
kleiner sind. Die fußseitige
Dicke der dünneren
Zähne 20 entspricht
in diesem Ausführungsbeispiel
etwa der kopfseitigen Dicke der dickeren Zähne 19. Die Höhe der Zähne 19, 20 liegt
bei etwa einem Drittel der kopfseitigen Dicke der dickeren Zähne 19 und
bei etwa der Hälfte
der fußseitigen
Dicke der dünneren
Zähne 20.
Die kopfseitige Dicke der dünneren
Zähne entspricht
etwa zwei Drittel der kopfseitigen Dicke der dickeren Zähne 19.
Bezogen auf den Durchmesser der Welle 3 liegt die Zahnhöhe etwa
beim 15ten Teil des Durchmessers der Welle.