Zahnradmaschine

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Zahnradmaschine, die eine Pumpe oder ein Motor sein kann und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf weist. Eine solche Zahnradmaschine ist aus der DE 40 22 500 A1 oder der dazu parallelen WO 92/01870 A1 bekannt.

[0002] Konventionelle hydraulische Zahnradmaschinen sind als Außen- oder Innenzahnradmaschinen mit gleichförmig übersetzenden Triebwerken in einer Vielzahl von Bauvarianten bekannt. Derartige Triebwerke erzeugen aufgrund des stetig bewegten Dichtpunkts im Zahneingriff einen periodisch zur Zahneingriffsfrequenz pulsierenden Förderstrom. Druckpulsationen im Förderstrom können Bauelemente eines angeschlossenen Hydraulikkreises schädigen und sind unter anderem ursächlich für das in der Umgebung dieses Hydraulikkreises wahrnehmbare Geräusch.

[0003] Zur Dämpfung bzw. zur Vermeidung von Druckpulsationen sind bei der Zahnradmaschine aus der DE 40 22 500 A1 die drehmomentübertragend4en Flanken der Zahnräder so ausgebildet, daß das getriebene Zahnrad mit einer im Verlauf des Zahneingriffs periodisch veränderlichen Winkelgeschwindigkeit rotiert, um Förderstromdefizite und Förderstromüberschüsse auszugleichen. Aus fertigungstechnischen Gründen weisen derartige Verzahnungen ein definiertes Rückflankenspiel auf. In der Verzögerungsphase des getriebenen Rades kann es dadurch unter bestimmten Betriebsbedingungen zu einem kurzzeitigen Abheben der treibenden Flanken voneinander kommen. Die Folge davon ist eine Unterbrechung des Fördervorganges sowie eine erhöhte Schwingungs- und Geräuschentwicklung der Zahnradmaschine.

[0004] Wie aus der WO 92/01870 A so ist auch aus der DE 196 12 499 A1 eine Zahnradmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 bekannt. Auch bei dieser Zahnradmaschine kämmen die beiden Zahnräder mit Spiel miteinander. Es wird vorgeschlagen, ein Klappern der Zahnräder in einem großen Betriebsbereich dadurch zu vermeiden, daß ein Bremsmoment erzeugt wird, das zusätzlich zu einem hydraulischen Moment und einem Reibmoment auf das getriebene Zahnrad wirkt.

[0005] Die GB-A-1 263 921, die EP 0 754 859 A2 und die FR 446 952 A zeigen jeweils Außenzahnradmaschinen mit konstanter Übersetzung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Zahnrad. Die Zahnräder haben offenbar eine Evolventenverzahnung. In allen drei Dokumenten wird von einem Spiel zwischen den Verzahnungen der Zahnräder ausgegangen. In der EP 0 754 859 A2 heißt es, daß das Fördergut üblicherweise über das Flankenspiel entsorgt wird. In der GB-A-1 263 921 D2 ist die Rede von einem engen Spalt zwischen zwei nicht drehmomentübertragenden Flanken zweier Zähne. Schließlich heißt es in der FR 446 952 A, daß zwischen der Verzahnung praktisch kein Spiel besteht. Ohne besondere Vorkehrungen würden sich hohe Quetschöldrücke aufbauen. Um diese zu vermeiden, sind bei den Zahnradmaschinen aus den zuletzt genannten drei Schriften in den nicht drehmomentübertragenden Zahnflanken Aussparungen vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine Zahnradmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß sie in einem weiten Betriebsbereich mit einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad schwingungsarm und leise betrieben werden kann.

Vorteile der Erfindung

[0007] Die erfindungsgemäße hydraulische Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Verzahnungsgeometrie ihrer nicht drehmomentübertragenden Rückflanken ein Abheben der treibenden Vorderflanken voneinander zuverlässig vermeidet. Die Zahnradmaschine arbeitet dadurch mit einem hohen volumetrischen Wirkungsgrad und ausgesprochen schwingungsarm und leise.

[0008] Erreicht wird dies durch einen permanenten Zweiflankenkontakt zwischen den drehmomentübertragenden und den nicht drehmomentübertragenden Flanken der Zahnräder, wobei jedoch nur die drehmomentübertragenden Flanken hydraulisch wirksam sind. Die nicht drehmomentübertragenden Flanken sind mit Ausnehmungen versehen, die zwei aufeinanderfolgende Zahnkammem hydraulisch miteinander koppeln. Diese nicht drehmomentübertragenden Flanken haben somit eine rein mechanische Funktion und keine Druckmittelförderfunktion.

[0009] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung lassen sich durch an den Bedarfsfall angepaßte Ausgestaltungen der Ausnehmungen entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 5 erreichen.

Zeichnung

[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt die Eingriffsverhältnisse zweier Zahnräder eines aus dem Stand der Technik bekannten Triebwerks in einer Seitenansicht, in Figur 2 sind im Vergleich dazu die Eingriffsverhältnisse einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine dargestellt. Die konstruktive Ausführung der Erfindung ist in Figur 3 anhand eines perspektivisch dargestellten Zahns erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0011] Zur Erläuterung der Eingriffsverhältnisse bei einer hinlänglich bekannten und daher im Detail nicht näher beschriebenen Zahnradmaschine sind in Figur 1 zwei Zahnräder 10, 12 abschnittsweise dargestellt, die exemplarisch im Außeneingriff miteinander kämmen. Das Zahnrad 10 ist auf nicht dargestellte Weise drehfest mit einer Antriebswelle gekoppelt und rotiert entsprechend dem Richtungspfeil R entgegen dem Uhrzeigersinn. Die in Drehrichtung vorauseilende drehmomentübertragende Flanke 14 eines Zahns 16 des Zahnrads 10 berührt dabei im Eingriffspunkt E die drehmomentübertragende Flanke 18 eines Zahns 20 des Zahnrads 12 und treibt dieses an. Das Zahnrad 12 ist auf einer ebenfalls nicht dargestellten Achse gelagert, die parallel zur Antriebswelle angeordnet sein soll. Aufgrund der Flankenform der drehmomentübertragenden Flanken 14 und 18 wandert der Eingriffspunkt E im Verlauf des fortschreitenden Zahneingriffs auf einer als Eingriffslinie L bezeichneten imaginären Linie. Diese Eingriffslinie L setzt sich aus zwei entgegengesetzt zueinander gekrümmten Bogenabschnitten zusammen.

[0012] Der Eingriffspunkt E bezeichnet die Stelle, an der die Saugseite 22 dieser Zahnradmaschine im Verlauf des gesamten Zahneingriffs von der Druckseite 24 hydraulisch getrennt ist.

[0013] Die beiden Zahnräder 10, 12 fördern in ihren Zahnkammern 26 ein Druckmittel von dieser Saugseite 22 zur Druckseite 24 der Zahnradmaschine, wobei beim Ineinandergreifen der Zähne 16, 20 Druckmittel verdrängt und dadurch auf der Druckseite 24 ein Druckanstieg bewirkt wird. Infolge des periodisch erfolgenden Zahneingriffs entsteht dabei eine Druckpulsation, die sich bis in die angeschlossenen Hydraulikleitungen hinein fortpflanzen kann.

[0014] Um fertigungsbedingte Schwankungen des Achsabstandes zwischen der Antriebswelle und der Achse des Zahnrads 12 auszugleichen, weisen die Verzahnungen dieser Zahnräder 10, 12 ein Rückflankenspiel 28 auf.

[0015] Zur Dämpfung der beschriebenen Druckpulsation sind in der Zahnradmaschine mit den Zahnrädern 10, 12 nach Figur 1 die drehmomentübertragenden Flanken 14, 18 derart geformt, daß die Übersetzung der beiden Zahnräder 10, 12 sich im Verlauf eines Zahneingriffs periodisch verändert. Das mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotierende Zahnrad 10 treibt das Zahnrad 12 demnach mit einer sich periodisch ändernden Winkelgeschwindigkeit an. Diese Änderungen der Winkelgeschwindigkeit verlaufen in Gegenphase zu den Druckpulsationen und glätten dadurch Schwankungen im Druckniveau.

[0016] Unter bestimmten Betriebsbedingungen der Zahnradmaschine, beispielsweise in der Verzögerungsphase des getriebenen Zahnrads 12, kann dieses Zahnrad 12 mit seiner drehmomentübertragenden Flanke 18 von der Flanke 14 des treibenden Zahnrads 10 abheben, wodurch kurzzeitig der Zahneingriff unterbrochen und die Druckseite 24 mit der Saugseite 22 kurzgeschlossen ist. Dies wirkt sich in einem Fördermengen- und einem Druckverlust aus; zudem entstehen dabei Geräusche.

[0017] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Abheben der drehmomentübertragenden Flanken 14, 18 voneinander durch ein Eliminieren des Rückflankenspiels 28 der Zahnräder 10, 12 unterbunden werden kann.

[0018] Die sich in diesem Fall ergebenden Eingriffsverhältnisse sind in Figur 2 dargestellt. Das ursprünglich vorhandene Rückflankenspiel 28 wurde bei diesem Triebwerk durch geänderte Zahndicken sowie entsprechende Tolerierung der Wellen bzw. Achsen und deren Lagerung beseitigt. Die beiden Zahnräder 10 und 12 berühren sich somit pro Zahneingriff an drei räumlich voneinander getrennt liegenden Eingriffpunkten E1 bis E3. In der in Figur 2 gezeichneten Stellung der Zahnräder 10, 12 ist der Zahn 20 des getriebenen Zahnrads 12 durch die Eingriffspunkte E2 und E3 definiert in einer der Zahnkammern 26 geführt, so daß ein Abheben der drehmomentübertragenden Flanke 18 von der Flanke 14 des Gegenrades nicht möglich ist. Die in der Verzögerungsphase des getriebenen Zahnrads 12 entstehenden Bremskräfte werden durch die nicht drehmomentübertragenden Flanken 30 des treibenden Zahnrads 10 aufgebracht.

[0019] Die Druckmittelförderung und die Senkung der Pulsationen im geförderten Druckmittelstrom erfolgt nach wie vor durch die Form der drehmomentübertragenden Flanken 14, 18. Die nicht drehmomentübertragenden Flanken 30, 32 der Zahnräder 10, 12 sind so geformt, daß sie eine identische Bewegung wie die Flanken 14, 18 übertragen würden, ohne dabei aber bezüglich einer etwaigen Druckpulsation in der Zahnradmaschine optimiert zu sein. Eine hydraulische Dichtwirkung des Rückflankeneingriffs wäre daher schädlich für das Förderverhalten dieser Zahnradmaschine. Um deshalb lediglich einen mechanisch wirksamen, jedoch keinen hydraulisch wirksamen Flankenkontakt an den nicht drehmomentübertragenden Flanken 30, 32 zu erzeugen, sind diese Flanken 30, 32 mit Ausnehmungen 34 (Fig. 3) versehen, die als Überströmnuten zwischen zwei in Drehrichtung aufeinanderfolgenden Zahnkammern 26 wirken. Der zwischen den Eingriffspunkten E1 und E3 liegende Eingriffspunkt E2 bleibt durch diese Ausnehmungen 34 der einzige hydraulisch wirksame, d.h. die Druckseite 24 von der Saugseite 22 trennende Eingriffspunkt. Die Ausnehmungen 34 können an den nicht drehmomentübertragenden Flanken 30, 32 eines oder beider Zahnräder 10, 12 ausgebildet sein. Sind beide Zahnräder 10, 12 mit Ausnehmungen 34 versehen, so müssen diese nicht zwangsweise in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Ebenso sind mehrere Ausnehmungen 34 an einer der nicht drehmomentübertragenden Flanken 30, 32 möglich.

[0020] Eine besonders günstige Ausgestaltung einer Ausnehmung 34 ist der Figur 3 entnehmbar. Diese zeigt in einer perspektivischen Ansicht beispielhaft einen einzelnen Zahn 20 des getriebenen Zahnrads 12. An der nicht drehmomentübertragenden Flanke 32 dieses Zahns 20 ist eine Ausnehmung 34 in Form einer Nut vorgesehen, die sich ausgehend vom Zahnfuß bis zum Zahnkopf erstreckt. Diese Nut hat einen rechteckigen Querschnitt mit in Ausdehnungsrichtung konstant bleibenden Abmessungen. Die Nut ist zentrisch auf der nicht drehmomentübertragenden Flanke 32 des Zahns 20 angeordnet und wird an ihren beiden Längsseiten von Rückflankenabschnitten 36 begrenzt. Diese Rückflankenabschnitte 36 stehen entsprechend Figur 2 im Eingriff mit denen des Gegenrades und eliminieren das Rückflankenspiel 28 zwischen den Zahnrädern 10, 12, während die Ausnehmung 34 aus besagten Gründen die hydraulische Dichtwirkung der Eingriffspunkte E1 und E3 verhindert.

[0021] Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, die Zahnradmaschine als Außen- oder als Innenzahnradmaschine auszuführen und sowohl als Pumpe oder als Motor zu betreiben. Des weiteren lassen sich erhebliche Verbesserungen im Wirkungsgrad und in der Geräuschentwicklung einer Zahnradmaschine bereits dann erzielen, wenn das Rückflankenspiel 28 zwischen den Zahnrädern 10, 12 lediglich annähernd, d.h. nicht vollständig, reduziert wird. Im Übrigen sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht zwangsweise an Zahnradmaschinen mit sich periodisch ändernden Übersetzungen gebunden, sondern lassen sich auch auf konstant übersetzte Verzahnungen übertragen, deren Geometrie auf eine Druckmittelförderung durch die drehmomentübertragenden Flanken 14, 18 optimiert sind.

Ansprüche

1. Hydraulische Zahnradmaschine mit einem Triebwerk aus wenigstens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern (10, 11), in dessen Zahnkammem (26) ein Druckmittel unter Energieaufnahme bzw. -abgabe von einem Einlaß (22) zu einem Auslaß (24) strömt, wobei die drehmomentübertragenden Zahnflanken (14, 18) der Zahnräder (10, 12) zur Förderung eines wenigstens annähernd konstanten Druckmittelstroms eine Flankenkontur aufweisen, die eine im Verlauf des Zahneingriffs veränderliche Übersetzung erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (10, 12) im Verlauf eines Zahneingriffs zumindest annähernd im Zweiflankenkontakt zum einen zwischen den drehmomentübertragenden Zahnflanken (14, 18) und zum anderen zwischen den nicht drehmomentübertragenden Zahnflanken (30, 32) kämmen und an ihren nicht drehmomentübertragenden Flanken (30, 32) Mittel (34) zur hydraulischen Kopplung zweier aufeinanderfolgender Zahnkammern (26) aufweisen.

2. Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur hydraulischen Kopplung zweier aufeinanderfolgender Zahnkammem (26) wenigstens eine nutförmige Ausnehmung (34) umfassen.

3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zahnräder (10, 12) an ihren nicht drehmomentübertragenden Flanken (30, 32) jeweils wenigstens eine Ausnehmung (34) aufweisen und daß die Ausnehmungen (34) in zueinander versetzten Ebenen angeordnet sind.

4. Zahnradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (34) vom Fußkreis bis zum Kopfkreis eines der Zahnräder (10, 12) erstrecken.

5. Zahnradmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (34) in Ausdehnungsrichtung einen konstanten Querschnitt aufweisen.

Claims

1. Hydraulic gear machine, with a drive unit consisting of at least two intermeshing gearwheels (10, 11), in the tooth chambers (26) of which a pressure medium flows from an inlet (22) to an outlet (24), at the same time absorbing and discharging energy, the torque-transmitting tooth flanks (14, 18) of the gearwheels (10, 12) having, for the conveyance of an at least approximately constant pressure-medium stream, a flank contour which generates a transmission ratio which is variable during the course of tooth engagement, characterized in that, during the course of a tooth engagement, the gearwheels (10, 12) mesh at least approximately in dual-flank contact, on the one hand, between the torque-transmitting tooth flanks (14, 18) and, on the other hand, between the non-torque-transmitting tooth flanks (30, 32) and on their non-torque-transmitting flanks (30, 32), have means (34) for the hydraulic coupling of two successive tooth chambers (26).

2. Gear machine according to Claim 1, characterized in that the means for the hydraulic coupling of two successive tooth chambers (26) comprise at least one groove-shaped recess (34).

3. Gear machine according to Claim 1 or 2, characterized in that the two gearwheels (10, 12) have at least one recess (34) in each case on their non-torque transmitting flanks (30, 32) and in that the recesses (34) are arranged in planes offset to one another.

4. Gear machine according to Claim 3, characterized in that the recesses (34) extend from the root circle to the tip circle of one of the gearwheels (10, 12).

5. Gear machine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the recesses (34) have a constant cross section in the direction of extent.

Revendications

1. Machine à engrenage hydraulique comportant un entraînement d'au moins deux pignons (10, 12) s'engrenant l'un dans l'autre, dans les chambres de dent (26) desquels un liquide hydraulique s'écoule en prenant de l'énergie ou en en donnant, d'une admission (22) vers une évacuation (24), les flancs de dent (14, 18) transmettant un couple des pignons (10, 12) présentent, pour le transport d'un débit de liquide hydraulique au moins approximativement constant, un contour de flanc qui, au cours de l'engrènement, crée une démultiplication se modifiant,
caractérisée en ce que
les pignons (10, 12) au cours d'un engrènement des dents s'engrènent au moins approximativement en contact sur deux flancs, d'une part, entre les flancs de dent (14, 18) transmettant un couple et, d'autre part, entre les flancs de dent (30, 32) ne transmettant pas un couple et présentent, en leurs flancs de dent (30, 32) ne transmettant pas un couple, des moyens (34) de couplage hydraulique de deux chambres de dent (26) se succédant.

2. Machine à engrenage selon la revendication 1,
caractérisée en ce que
les moyens de couplage hydraulique de deux chambres de dent (26) se succédant comprennent au moins un creux (34) en forme de rainure.

3. Machine à engrenage selon la revendication 1 ou 2,
caractérisée en ce que
les deux pignons (10, 12) présentent au moins un creux (34) en leurs flancs (30, 32) ne transmettant pas un couple et que les creux (34) sont disposés en des plans décalés les uns par rapport aux autres.

4. Machine à engrenage selon la revendication 3,
caractérisée en ce que
les creux (34) s'étendent du cercle de pied au cercle de tête de l'un des pignons (10, 12).

5. Machine à engrenage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisée en ce que
les creux (34) présentent une section constante dans le sens de l'extension.

Zeichnung