DE2318753C2

DE2318753C2 - Zahnradmaschine

Info

Publication number: DE2318753C2
Application number: DE19732318753
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. 4960 Aulendorf Eisenmann; Hermann 7960 Aulendorf Härle; Kurt 7480 Sigmaringen Sickinger
Original assignee: Eisenmann Siegfried Dipl Ing 7960 Aulendorf
Current assignee: Haerle Hermann Eisenmann Siegfried Dipl-Ing
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1984-11-08
Also published as: CA995062A; JPS5463411A; SE437404B; FR2225615B1; JPS5610472B2; ES424792A1; DK133994C; DE2318753A1; FR2225615A1; IT1009785B; JPS5463410A; CH607851A5; JPS5463408A; DK133994B; PL93567B1; SE432287B; ATA299474A; JPS5048353A; NL7404623A; BE813035A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine (Zahnradpumpe oder Zahnradmotor) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine derartige Zahnradmaschine — vorzugsweise eine Zahnradpumpe — bei welcher die Zähne des Zahnkranzes sich vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin stetig mit konvex gewölbten Zahnflanken auf weniger als ein Drittel der Dicke des Zahnes an dessen Fuß verjüngen, wobei die Zahnhöhe des Zahnkranzes und des Ritzels etwa gleich einem Zehntel des Fußkreisdurchmessers des Zahnkranzes ist

Derartige Zahnradmaschinen sind aus der US-PS 77 688 bekannt. Diese Maschinen sind schon deswegen für die Praxis wenig brauchbar, weil die Zähne des Zahnkranzes von dem sie tragenden Ring axial abragen, deswegen leicht umströmt werden können und daher Anlaß für einen schlechttn Wirkungsgrad sind. Die axial abragenden Zähne erlauben auch nicht die Ausbildung eines hydrodynamischen Lagers für den Zahnkranz, so daß die Maschine nicht für hohe Drücke verwendbar ist.

Beim Bau von Zahnradmaschinen hoher Leistung legt man Wert auf eine niedrige Zähnezahl, da eine solche eine niedrige Zahneingriffsfrequenz und damit ein niederfrequentes Arbeitsgeräusch aufweist. Eine geringe Zähnezahl ist auch deswegen erwünscht, weil sie große Zahnlücken und damit ein großes Fördervolumen mit sich bringt. Derartige Überlegungen führten wohl zur Konstruktion von Zahnradpumpen gemäß der genannten US-PS. Ein maximales Fördei volumen wird bei der Maschine nach der US-PS dennoch nicht erreicht, weil das Füllstück relativ dick ist und damit die Zahnhöhe beschränkt

Die durch die Zahnkranzausbildung nach der US-PS bewirkten Nachteile sind bei einer aus der DE-AS 12 66134 bekannten Zahnradmaschine nicht vorhanden, da der Zahnkranz als innen verzahntes Hohlrad

to ausgebildet ist Diese Maschine soll auch für höhere Drücke geeignet sein. Sie besitzt daher ein sehr dickes Füllstück, dessen maximale Dicke weit über der Zahnhöhe liegt Dementsprechend sind auch hier die Zahnzwischenräume klein, was ein geringes Fördervolumen bedeutet

Würde man bei den bekannten Maschinen ein schmales Füllstück verwenden, um so die Durchsatzmenge zu erhöhen, so würde bei Hochdruckbetrieb das Füllstück in Schwingungen geraten, da insbesondere das nicht gleichzeitige Außereingriffkommen der nacheilenden Zahnkanten mit dem Füllstück das Füllstückende pulsierend einseitig belastet Das würde zu raschem Verschleiß und Dauerbrüchen am Füllstückende führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zahnradmaschine dahingehend zu verbessern, daß trotz relativ schmalen Füllstucks hohe Arbeitsdrücke möglich werden, ohne daß Verbiegungen der Füllstückenden unter dem Einfluß des Arbeitsdrucks auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die Weiterbildung der gattungsgemäßen Zahnradmaschine gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Füllstück wird durch die Erfindung auch bei den hohen Drücken, für welche Zahnradmaschinen gemäß der Erfindung in erster Linie gedacht sind (mehrere hundert ata), durch den Flüssigkeitsdruck nicht mehr verbogen werden. Durch die Erfindung werden zumindest am in Drehrichtung der Zahnräder weisenden Ende des Füllstücks jeweils zwei einander gegenüberliegende Flüssigkeit transportierende Zahnlücken gleichzeitig zum, in Drehrichtung der Maschine gesehen, folgenden Raum hin — bei Pumpen also zum Druckraum hin — geöffnet. Dadurch wird das entsprechende Füllstückende von beiden Seiten gleichzeitig bei einer Pumpe mit dem Hochdruck und bei einem Motor mit dem Niederdruck beaufschlagt, so daß die anderenfalls auftretenden kurzzeitigen Verbiegungen oder Schwingungen verhindert werden. Geringes Spiel zwischen den Zahnköpfen und dem Füllstück sowie die Ausbildung des Zahnkranzes als Hohlrad verringern die Rückströmverluste in der Maschine drastisch, so daß trotz hohen Druckes der hydraulische Wirkungsgrad sehr gut ist

Bildet man die Maschine symmetrisch in bezug auf die beiden Achsen derselben aus, so wird das der Drehrichtung entgegengewandte Ende des Füllstücks ebenfalls von beiden Seiten immer mit dem gleichen Druck beaufschlagt, was bei reversierbarer Ausbildung der Pumpe besonders vorteilhaft ist.
Vorzugsweise besitzt das Hohlrad elf oder neun Zähne. Der Modul ist dadurch entsprechend groß.

Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß im eingriffsfreien Bereich keine Druckschwingungen auftreten können und daß der Druckraum und der Saugraum nahezu konstante Größe haben können, so daß das Fördervolumen nur um etwa 1% schwankt. Ein derartiger Wert konnte bisher bei vergleichbaren Pumpen nicht erreicht werden. Insbesondere durch die Anordnung eines langen Füllslücks mit entsprechender End-

gestaltung bei einer Verzahnung, die eine schleifenförmige Eingriffslinie, also einen örtlich nahezu festen Eingriffspunkt besitzt, wird das erreicht Die Pumpe ist fast pulsationsfrei und hat nur eine geringe Geräuschentwicklung.

Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Pumpe gemäß der Erfindung als erläuterndes Beispiel anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht auf die wesentlichen Teile (Gehäuse, Hohlrad, Ritzel, Ritzelwelle) einer Zahnradpumpe gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die Befestigung eines schmalen Füllstücks in den Stirnwänden der Pumpe.

Die in der Zeichnung gezeigte Pumpe besitzt ein in einem Gehäuse 1 mit seiner Umfangsfläche 5 drehbar gslagertes Hohlrad 4, welches elf Zähne 6 aufweist Der Teilkreis des Hohlrades ist durch den strichpunktierten Kreis 13 angedeutet, der des Ritzels 8 durch den strichpunktierten Kreis 14. Da der Teilkreisdurchmesser im Ausführutigsbeispiel gleich 500 mm ist, beträgt der Modul der Verzahnung rund 9,1. Der Kopf kreis des Hohlrades ist bei 15, der des Ritzels bei 17 gezeigt

Vorzugsweise haben die Zähnezahlen von Hohlrad und Ritzel keinen gemeinsamen Teiler. Dies wirkt auf eine hohe Laufruhe hin.

Als besonders günstig hat sich für die Maschine gemäß der Erfindung eine Verzahnung erwiesen, bei welcher die Zahnkopfbreite des Hohlrades etwa gleich einem Fünftel der Zahnflußbreite B desselben ist, während die Zahnlückenbreite b des Hohlrades 3 am Fuß etwa gleich 50 bis 60% der Zahnfußbreite ist. Die Wölbung der Flanken der Zähne des Hohlrades liegt vorteilhaft bei etwa 10% der Flankenlänge; d. h, wenn man die gewölbte Zahnflanke durch eine die Endpunkte derselben verbindende Gerade ersetzt, soll der höchste Punkt der Wölbung von dieser Geraden einen Abstand haben, der etwa 10% der Länge dieser Geraden beträgt.

Die Zahnflanken können einer Trochoidenverzahnung gemäß der DE-PS 20 41 483 entsprechen oder — wie im gezeigten Ausführungsbeispiel — können jeweils die einander abgewandten Flanken zweier benachbarter Hohlradzähne durch einen gemeinsamen Kreisbogen mit dem Radius r begrenzt sein, wie dies in der DE-OS 20 24 339 beschrieben ist.

Das Hohlrad rotiert um seinen Mittelpunkt A 4.

Das Hohlrad wird vom Ritzel 8 in Richtung des Pfeiles 36 gedreht Das Ritzel 8 ist auf die Ritzelwelle 7 aufgeschrumpft Die Zahnräder laufen in einem einfachen Zylinderraum, der lediglich durch die Zu- und Abflußöffnungen (21,22) für das Fördermedium unterbrochen ist. Das wird dadurch erleichtert, daß das Ritzel mit Axialdurchlässen versehen wird.

Das Ritzel 8 besitzt neun Zähne 9. Der Punkt tiefsten Zahneingriffs liegt in der Zeichnung oben und zwar auf der Symmetrielinie 20. Die Kopfbreite der Zähne des Ritzels liegt etwa bei der halben Zahnfußbreite des Ritzels. Die Zahnflanken des Ritzels sind leicht konkav. Die Zahnlückenbreite des Ritzels beträgt in Ritzelzahnkopfhöhe etwa zwei Ritzelzahnkopfbreiten oder etwas mehr. Am Fuß gehen die beiden aneinanderstoßenden Zahnflanken unter einer Ausrundung ineinander über. Die Ausrundung wird dabei vorteilhaft flach gehalten, so daß doch ein kleiner Zahnlückengrund entsieht.

Das Spiel zwischen tlen Zahnköpfen und dem gegenüberliegenden Zahngi'Mnd sollte gering sein.

Sowohl das R'lzel "Is auch das Hohlrad ist gehärtet oder aus entsprechet! naturhartem Werkstoff. Beide bestehen vorzugsweise aus Stahl. Die Zahnform des Ritzels ist durch Abwälzen desselben im Hohlrad bestimmt Die Zu- und Ablauföffnungen der Pumpe befinden sich in einer oder in beiden Stirnwänden, welche den Förderraum der Pumpe in Axialrichtung begrenzen.

Die Austrittsöffnung für die Druckflüssigkeit ist bei 21 gestrichelt gezeichnet, während die Flüssigkeitseintrittsöffnung 22 links gestrichelt dargestellt ist Beide öffnungen befinden sich in der in der Zeichnung hinter

ίο der Zeichenebene liegenden Stirnwand des Förderraumes der Pumpe. Die große Erstreckung der öffnungen 21 und 22 bis nahe an das Füllstück 10 ist besonders vorteilhaft.
Die Auslaßöffnung ist so bemessen, daß jeweils die nacheilende Kante der Kopf fläche der Ritzelzähne die Eintrittskante der Ausschuböffnung des Förderraumes passiert, nachdem sie die voreilende Kante des Hohlradzahnes überholt hat, mit dem zusammen sie das druckseitige Ende des Füllstücks überstrich.

Die Pumpe besitzt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, ferner ein Füllstück 10, dessen Höhe ebenso wie die Höhe der Zahnköpfe des Hohlrades über dem Teilkreis 13 desselben etwa gleich zwei Drittel Modul ist Die Höhe der Köpfe der Zähne 9 des Ritzels 8 über dem Teilkreis 14 des letzteren ist etwa drei Viertel Modul (Modul = Teilkreisdurchmesser geteilt durch Zähnezahl).

Man erkennt in der Zeichnung, daß das starr angeordnete Füllstück 10 sich über einen relativ großen Teil des Umfangs erstreckt, obwohl es sehr schmal ist Man erkennt ferner, daß das in der Zeichnung rechte Ende 23 des Füllstücks auf einer solchen parallel zu der Achse A 4 des Hohlrades 4 verlaufenden, durch die Mitte zwischen dieser Achse und der Ritzelachse A 8 gehenden Ebene 24 liegt, daß die rückwärtige Zahnkopfkante des hier gerade den Zahn 6a des Hohlrades 4 überholenden Zahnes 9a des Ritzels 8 gemeinsam mit der rückwärtigen oder nacheilenden Zahnkopfkante des Zahnes 6a vom Füllstück 10 frei kommt. Dadurch werden die beiden beim Umlauf von Ritzel und Hohlrad nächstfolgenden Flüssigkeitstransportkammern oder Zahnlücken 25 und 26 gleichzeitig an den Druckraum angeschlossen, der sich von dem in der Zeichnung rechten Ende des Füllstücks 10 zur Auslaßöffnung 21 erstreckt. Dadurch tritt praktisch keine Biegebelastung im dünnen Füllstück 10 auf. Die Stirnfläche 23 des Füllstücks 10 ist so schmal, daß der hier wirkende geringfügige Druck keine nennenswerten Verformungen hervorrufen kann.
Die als Ausführungsbeispiel gezeigte Pumpe ist reversierbar, d. h., zu der Symmetrieebene 20 durch die Achsen des Hohlrades und des Ritzels symmetrisch, so daß die Drehrichtung ohne weiteres umgesteuert werden kann.

Die unverrückbare Befestigung des schmalen Füll-Stücks 10 in mindestens einer, vorzugsweise in beiden der den Förderraum der Maschine axial begrenzenden Stirnplatten oder Gehäusewänden ist aus F i g. 2 ersichtlich. Wie aus dieser Figur zu entnehmen ist, besitzt das Füllstück 10 nahe seinen beiden in Umfangsrichtung der Zahnradmaschine gelegenen Enden seitliche Vorsprünge oder, anders ausgedrückt, in seinem mittleren Bereicn zwei Ausklinkungen 29. Die zu beiden Seiten der Ausklinkungen 29 liegenden Vorsprünge sind in zwei genau komplementär geformte Öffnungen 30 der beiden den Förderraum der Pumpe in Axialrichtung begrenzenden ebenen Stirnflächen 3 eingepreßt. Die Vorsprünge zu beiden Seiten der Ausklinkungen 29 können in die Aussparungen 30 auch eingeklebt oder eingelötet

sein. Das Füllstück besteht vorteilhaft aus einem mit gehärtetem Stahl gut gleitenden, aber weicheren Werkstoff, wie z. B. einer entsprechenden Gleitbronze.

Damit das Spiel zwischen den Zahnköpfen der Zahnräder und dem Füllstück geringstmöglich ist, montiert man vorteilhaft die Pumpe mit zu geringem Spiel zwischen den Zahnköpfen und dem Füllstück und läßt sie eine Zeit lang bei niedriger Drehzahl und einer ausreichend schmierenden Förderflüssigkeit einlaufen.

Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Zahnradmaschine gemäß der Erfindung der Modul gleich der Exzentrizität der beiden Zahnräder, also gleich dem Abstand der beiden Achsen M und m voneinander ist. Die Gesamtzahnhöhe liegt bei knapp dem eineinhalbfachen Modul.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

20

25

30

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit einem in einem Gehäuse (1) drehbar gelagerten, innen verzahnten Zahnkranz (4) mit mindestens neun Zähnen (6), einem mit dem Zahnkranz (4) kämmenden, außen verzahnten Ritzel (8), das zwei Zähne weniger aufweist als der Zahnkranz (4), und mit einem den der Stelle tiefsten Zahneingriffs gegenüberliegenden freien Raum zwischen den Kopfkreisen des Ritzels (8) und des Zahnkranzes (4) auf dem überwiegenden Teil seiner Länge ausfüllenden etwa halbmondförmigen Füllstück (10), das ritzelseitig von der Kopfkreiszylinderfläche des Ritzels (8) und zahnkranzseitig von der KopfkreiszylinderHäche des Zahnkranzes (4) begrenzt ist und an welchem die Zahnkopfflächen der Zahnräder dichtend entlanggleiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz als Hohlrad (4) mit höchstens fünfzehn Zähnen (6) ausgebildet ist, daß die zylindrischen Oberflächen des Füllstücks (10) zumindest am in Zahnradumlaufrichtung liegenden Ende desselben so enden, daß jeweils die nacheilenden Kanten der Kopffläche je eines Zahnes (6,9) des Hohlrades (4) und des Ritzels (8) gleichzeitig außer Anlage an der entsprechenden Zylinderfläche kommen, und daß die in Zahnradumlaufrichtung liegenden Enden der beiden Zylinderflächen des Füllstücks (10) zumindest angenähert auf einer zur Achse (A 4) des Hohlrades (4) parallelen Ebene durch die Mitte zwischen den beiden Zahnradachsen (A 4, A 8) liegen.

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kopfkreises (17) des Ritzels (8) um 0,5 bis 0,8, vorzugsweise 0,7 Modul größer ist als der Durchmesser des Kopfkreises (15) des Hohlrades (4).