Zahnradmaschine

Abstract

 Es wird eine Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) vorgeschlagen, in deren Gehäuse (11) Zahnradanordnungen (12, 13) im Außeneingriff, entlang einer Flankenlinie (21) miteinander kämmen. Der Antrieb dieser Zahnradanordnungen (12, 13) erfolgt mittels einer Antriebswelle (20), die über eine Verzahnung, in den Naben (18, 19) der angetriebenen Zahnrädern (14, 16), verbunden ist. Diese Verzahnung erstreckt sich nur teilweise über die Länge der Zahnradbreite. Das Antriebsmoment der Zahnradmaschine (10) tordiert die angetriebenen Zahnräder (14, 16) im innenverzahnten Bereich (24).
Um trotz dieser Torsion gleichmäßig belastete, in Laufrichtung der Zahnräder (14, 16) vorn gelegene, Flankenlinien (21) zu erhalten, ist die Aussenverzahnung partiell gekrümmt ausgeführt. Diese Krümmung (41) ist dem Antriebsmoment angepasst und entgegen der Drehrichtung der Zahnräder (14, 16) gerichtet. Dadurch wird ein relativ verschleißfreier Betrieb der Zahnradmaschine (10) erreicht.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Zahnradmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 43 03 337 C1 ist bereits eine derartige Zahnradmaschine bekannt, in deren Gehäuse zwei Zahnradpaare im Außeneingriff miteinander kämmen. Jeweils ein Zahnrad eines Zahnradpaars ist dabei über eine zweite Verzahnung drehfest mit einer Antriebswelle gekoppelt. Diese zweite Verzahnung wird einerseits gebildet von einer, auf der Antriebswelle ausgebildeten Außenverzahnung und andererseits von einer, in den Naben der angetriebenen Zahnräder ausgebildeten Innenverzahnung, die mit dieser Außenverzahnung zusammenwirkt. Die Innenverzahnung zeichnet sich dadurch aus, daß sie sich nur über einen Teil der Nabenbreite der Zahnräder erstreckt, der restliche, nicht verzahnte Teil der Nabe ist zylindrisch ausgeführt. Dieser zylindrische Bereich der Zahnradnabe lagert die Zahnräder radialspielarm auf der Antriebswelle. Der innenverzahnte Bereich dient der Übertragung eines, von einem Antriebsmotor in die Antriebswelle eingeleiteten Antriebsmoments auf die Außenverzahnung der Zahnräder.

[0002] Die Zahnräder treiben, entlang von Flankenlinien ihre zugeordneten Gegenräder an. In den Zahnzwischenräumen wird dadurch ein Druckmittel vom Sauganschluß der Zahnradmaschine zum Druckanschluß gefördert. Gleichzeitig erfolgt ein Druckaufbau im Druckmittel.
Im lastfreien Zustand der bekannten Zahnradmaschine verlaufen die Flankenlinien geradlinig und parallel zur Längsachse der Antriebswelle. Arbeitet die bekannte Zahnradmaschine allerdings unter Last, so werden die innenverzahnten, drehmomentübertragenden Bereiche der angetriebenen Zahnräder gegenüber den zylindrischen, nicht drehmomentübertragenden Bereichen tordiert. Dies hat gekrümmte Flankenlinien zur Folge.
Zahnräder mit derartig gekrümmten Flankenlinien haben den Nachteil, daß die Zähne der Außenverzahnung ungleichmäßig belastet sind und dementsprechend ungleichmäßig verschleißen.

Vorteile der Erfindung

[0003] Die erfindungsgemäße Zahnradmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die in Laufrichtung vorn liegenden Flankenlinien der angetreibenen Zahnräder beim Betrieb der Zahnradmaschine unter Last einen geraden, parallel zur Längsachse der Antriebswelle ausgerichteten Verlauf annehmen. Für die Zähne dieser Aussenverzahnungen ergibt sich dadurch ein gleichmäßiges Tragverhalten über der gesamten Zahnbreite. Einseitiger Verschleiß der Zähne wird vermieden.

[0004] Weitere Vorteile oder vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zahnradmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Verlaufen z.B. die, in Laufrichtung der angetriebenen Zahnräder gesehenen hinteren Flankenlinien eines Zahns der Aussenverzahnung parallel zu den vorderen Flankenlinien, so ist die Querschnittsfläche der Zähne über die Zahnbreite konstant. Die Zahnfußtragfähigkeit wird in diesem Fall nicht negativ durch die Krümmung der in Laufrichtung vorn liegenden Flankenlinie beeinflußt. Da in diesem Fall auch die in Laufrichtung der Zahnräder hinten liegende Flankenlinie unter Last einen geraden und parallel zur Längsachse der Antriebswelle gerichteten Verlauf annimmt, wird auch der volumetrische Wirkungsgrad der Zahnradmaschine optimiert.

[0005] Besonders einfach und kostengünstig lassen sich erfindungsgemäß ausgebildete Zahnräder in einem Sinterverfahren herstellen. Das gleichmäßige Tragverhalten der erfindungsgemäßen Zahnräder erlaubt ferner die Ausdehnung des Einsatzgebiets für preisgünstige, gesinterte Zahnräder, weil deren Festigkeitseigenschaften ansonsten eine Anwendung nicht erlauben würden.

Zeichnung

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Zahnradmaschine und Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Zahns der Aussenverzahnung eines angetriebenen Zahnrads.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0007] Die Figur 1 zeigt eine Zahnradmaschine 10, deren Gehäuse 11 an seinen Stirnseiten von einer Abschlußplatte 30 und einer Stirnplatte 31 abgeschlossen ist.
Im Gehäuse 11 ist eine durchgehende Ausnehmung 28 ausgebildet, in der Zahnräder 14, 15, 16, 17 angeordnet sind. Dabei bilden die jeweils miteinander im Außeneingriff kämmenden Zahnräder 14 und 15 sowie 16 und 17 zwei Zahnradanordnungen 12, 13 aus. Die Zahnradanordnungen 12, 13 sind durch eine Zwischenplatte 23 voneinander getrennt und bilden zwei Fördereinheiten aus. Diese Fördereinheiten fördern ein Druckmittel, bei gleichzeitigem Druckaufbau im Druckmittel, von einem gemeinsamen, in Figur 1 nicht dargestellten Sauganschluß der Zahnradmaschine zu einem gemeinsamen, ebenfalls nicht dargestellten Druckanschluß.

[0008] Gelagert sind die Zahnräder 15 und 17 auf einer Achse 34, die ihrerseits innerhalb der Ausnehmung 28 in Lagerblöcken 32 und 33 geführt ist.
Die angetriebenen Zahnräder 14, 16 sind drehfest auf einer Antriebswelle 20 angeordnet, die von einem nicht dargestellten Antriebsmotor in Drehbewegung versetzt wird und die in Lagerblocken 35, 36 gelagert ist.
Die drehfeste Verbindung der Antriebswelle 20 mit den angetriebenen Zahnrädern 14, 16 erfolgt mittels einer Verzahnung. Diese Verzahnung wird von einem, in den Naben 18, 19 der beiden Zahnräder 14, 16 innenverzahnten Bereich 24 gebildet, der mit einer Aussenverzahnung 25 auf der Antriebswelle 20 zusammenwirkt. Der innenverzahnte Bereich 24 erstreckt sich jedoch nur teilweise über die Nabenbreite, der restliche Teil der Naben 18, 19 ist zylindrisch ausgeführt und lagert die Zahnräder 14, 16 auf der Antriebswelle 20 radialspielarm. Der innenverzahnte Bereich 24 leitet das Antriebsmoment des Antriebsmotors auf die Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder weiter.
Am Übergang vom zylindrischen Bereich 23 zum innenverzahnten Bereich 24 der Naben 18, 19 ergibt sich eine Anlageschulter 26, an der die Stirnseiten der Zähne der Außenverzahnung 25 der Antriebswelle 20 anliegen.

[0009] Das vom nicht dargestellten Antriebsmotor eingeleitete Antriebsmoment in die Antriebswelle 20 tordiert die, das Antriebsmoment weiterleitenden, innenverzahnten Bereiche 24 der angetriebenen Zahnräder 14, 16 gegenüber den nicht drehmomentübertragenden, zylindrischen Bereichen 23.

[0010] Um an der in Laufrichtung vorn liegenden Flankenlinie 21 eines Zahns der Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder 14, 16, trotz dieser Torsion, ein gleichmäßiges Tragverhalten über der gesamten Radbreite zu erreichen, weist die Flankenlinie 21 eine Krümmung 41 auf. Diese Krümmung 41 liegt dem innenverzahnten Bereich 24 ihrer zugeordneten Naben 18, 19 radial gegenüber. Die Krümmung 41 ist entgegen der Laufrichtung der Zahnräder gerichtet und auf das zu übertragende Antriebsmoment abgestimmt.
Arbeitet die Zahnradmaschine unter Last, bei diesem auslegungsgemäßen Antriebsmoment, so nimmt die Krümmung 41 einen geradlinigen, parallel zur Längsachse der Antriebswelle 20 gerichteten Verlauf an. Ein einseitiger Verschleiß der Zahnflanken wird dadurch vermieden.
Bei Teillast der Zahnradmaschine 10 sind die übertragenen Antriebsmomente sehr klein, so daß sich ungleichmäßige Flankenbelastungen nur relativ gering auswirken.

[0011] Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So ist es z.B. denkbar, sowohl die in Laufrichtung der angetriebenen Zahnräder 14, 16 vorn gelegenen Flankenlinien 21 eines Zahns der Außenverzahnung, als auch die in Laufrichtung hinten gelegenen Flankenlinien 22 gekrümmt auszuführen.
Die Zahnradmaschine kann im Rechts- und im Linkslauf betrieben werden, wenn die Flankenlinien 21, 22 der Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder 14, 16 gegensinnig gekrümmt sind.

Ansprüche

1. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) mit einem Gehäuse (11), in dem wenigstens eine Zahnradanordnung (12, 13) angeordnet ist, die aus wenigstens zwei Zahnrädern (14, 15, 16, 17) besteht, die entlang einer ersten Flankenlinie (21) im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die Nabe (18, 19) des jeweils angetriebenen Zahnrads (14, 16) der Zahnradanordnung (12, 13) von einer Antriebswelle (20) durchdrungen wird und sich in einen zylindrischen Bereich (23) und einen innenverzahnten Bereich (24) aufteilt, der mit einer, auf der Antriebswelle (20) ausgebildeten Aussenverzahnung (25) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß im lastfreien Zustand der Zahnradmaschine (10) die erste Flankenlinie (21) der Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder (14, 16) im zylindrischen Bereich (23) der Nabe (18, 19) einen geraden Verlauf (40), parallel zur Längsachse der Antriebswelle (20), aufweist, und daß die erste Flankenlinie (21) im innenverzahnten Bereich (24) der Nabe (18, 19) eine Krümmung (41) aufweist, die entgegen der Laufrichtung der angetriebenen Zahnräder (14, 16) gerichtet ist.

2. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung (41) der ersten Flankenlinie (21) bei Betrieb der Zahnradmaschine (10) unter Last, einen geradlinigen und parallel zur Längsachse der Antriebswelle (20) gerichteten Verlauf annimmt.

3. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Zahn der Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder (14, 16) eine zweite Flankenlinie (22) der ersten Flankenlinie (21) gegenüberliegt, und daß die zweite Flankenlinie (22) eine zur Krümmung (41) der ersten Flankenlinie (21) korrespondierende Krümmung (42) aufweist.

4. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Zahn der Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder (14, 16) eine zweite Flankenlinie (22) der ersten Flankenlinie (21) gegenüberliegt, und daß im lastfreien Zustand er Zahnradmaschine (10) die zweite Flankenlinie (22) in dem Bereich, der der Krümmung (41) der ersten Flankenlinie (21) gegenüberliegt, geradlinig und parallel zur Längsachse der Antriebswelle (20) verläuft.

5. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Zahn der Außenverzahnung der angetriebenen Zahnräder (14, 16) eine zweite Flankenlinie (22) der ersten Flankenlinie (21) gegenüberliegt, daß die zweite Flankenlinie (22) im lastfreien Zustand der Zahnradmaschine (10) eine zweite Krümmung (42) aufweist, und daß die zweite Krümmung (42) weniger stark gekrümmt ist, als die erste Krümmung (41) der ersten Flankenlinie (21).

6. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungen (41, 42) der Flankenlinien (21, 22) durch eine Verjüngung der Zahnquerschnitte der Aussenverzahnung der angetriebenen Zahnräder (14, 16) entstehen, daß die Verjüngung der Außenverzahnung vom zylindrischen Bereich der Nabe (18, 19) weg gerichtet ist, und daß die Verjüngung zum Rand der angetriebenen Zahnräder (14,16) hin zunimmt.

7. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Naben (18, 19) der angetriebenen Zahnräder (14, 16) durch den Übergang vom innenverzahnten Bereich (24) zum zylindrischen Bereich (23) eine Schulter (26) ausgebildet wird, an der die Stirnseiten der Zähne der Aussenverzahnung (25) der Antriebswelle (20) anliegen.

8. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradmaschine (10) zwei Zahnradanordnungen (12, 13) aufnimmt, die durch eine Zwischenplatte (27) voneinander getrennt sind und die zwei Fördereinheiten bilden, in denen Druckmittel von einem gemeinsamen Sauganschluß zu einem gemeinsamen Druckanschluß gefördert wird (Duo-Prinzip).

9. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradanordnung (12, 13) aus zwei miteinander kämmenden Zahnrädern besteht.

10. Zahnradmaschine (10) (Pumpe oder Motor) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die angetriebenen Zahnräder (14, 16) in einem Sinterverfahren hergestellt sind.

Zeichnung