EP0004120A2 - Zahnradmaschine mit Mitteln zur Entlastung der Quetschflüssigkeit - Google Patents

Zahnradmaschine mit Mitteln zur Entlastung der Quetschflüssigkeit Download PDF

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EP0004120A2
EP0004120A2 EP79200119A EP79200119A EP0004120A2 EP 0004120 A2 EP0004120 A2 EP 0004120A2 EP 79200119 A EP79200119 A EP 79200119A EP 79200119 A EP79200119 A EP 79200119A EP 0004120 A2 EP0004120 A2 EP 0004120A2
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EP
European Patent Office
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recesses
face
suction chamber
pressure chamber
helical
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EP79200119A
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English (en)
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EP0004120B1 (de
EP0004120A3 (en
Inventor
Theodorus Henricus Korse
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Korse Theodorus Henricus
Original Assignee
Korse Theodorus Henricus
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/088—Elements in the toothed wheels or the carter for relieving the pressure of fluid imprisoned in the zones of engagement

Definitions

  • the invention relates to a gear machine (pump or motor) with helical gears meshing in external or internal engagement, the shafts of which are rotatably mounted in the housing and / or housing cover or in bearing bodies arranged in the housing, the engagement area on the side surfaces facing the gearwheels, i.e. in the Housing wall and / or housing cover or in the bearing bodies, recesses are formed, of which the recesses on the pressure chamber side are connected to the pressure chamber and the recesses on the suction chamber side are connected to the suction chamber.
  • the recess on the pressure chamber side and the suction chamber side in a side surface facing the gearwheels are separated from one another by a web of a certain width.
  • a backlash of zero or almost zero is aimed for in order to achieve a greatly reduced flow rate fluctuation and torque fluctuation.
  • Zero or almost zero means an backlash that is less than the usual backlash of e.g. Is 0.3 mm. This is achieved in that in the case of this straight toothing without or almost without backlash, the web width between the recess on the pressure chamber side and on the suction chamber side is reduced to half the value - compared to that of the same toothing with backlash. The problem of squeezing the hydraulic fluid and cavitation in an enclosed tooth gap occurs even more than in the case of a gear machine with backlash.
  • the invention has for its object to provide a gear machine of the type mentioned, in which the available squeezing areas are so large are that the hydraulic fluid can flow into the pinch oil chamber without squeezing or danger of cavitation and can flow out of it again.
  • the pressure chamber side and the suction chamber side recess on the leading end face of the helical toothing are thus offset by a distance V in the suction chamber side compared to the pressure chamber side and the suction chamber side recess on the trailing end side of the helical toothing.
  • the web width is unchanged from that of the comparable spur toothing of the same face cut.
  • the size of the displacement of the recesses is independent of whether there is backlash or not.
  • the technical progress achievable with the invention is based on several advantages.
  • the available squeezing surfaces of the recesses are significantly larger compared to the comparable straight toothing and can also flow into the pinch oil space and also flow out of it again via the.
  • the displacement process can take place undisturbed, the theoretical flow fluctuation is minimal and the pressure fluid can flow in or out of the enclosed tooth space undisturbed without the risk of crushing or cavitation.
  • the gear machine has a very low sound pressure level with little technical effort, i.e. compared to a known gear machine, the same flow rate can be achieved in the gear machine according to the invention at the same sound pressure level, the speed should be higher and the stroke volume smaller.
  • the gear machine according to FIGS. 1 to 3 has a housing 1 which is closed on both sides by housing covers 2 and 3.
  • the housing 1 has a continuous housing opening 4, which is formed by two intersecting bores 5 and 6.
  • the housing opening 4 has approximately the shape of an eight.
  • two bearing bodies 7 and 8 are arranged, in the bearing bores 9 and 10 of which a driving gear 11 is rotatably mounted.
  • two bearing bodies 12 and 13 are arranged in the bore 6, in whose bearing bores 14 and 15 the driven gear wheel 16 is rotatably mounted.
  • the gear machine according to Fig. La consists of a housing la with only one housing cover 2a.
  • the gears 11 and 16 are rotatably supported with their shafts directly in the housing la or in the housing cover 2a.
  • the driving gear 11 has right-hand teeth; the driven gear 16 has left-rising teeth.
  • the driving gear 11 is driven clockwise.
  • Fluctuation recesses 19, 20, 21, 22 attached so that when the volume of the enclosed tooth gap decreases, the enclosed tooth gap is connected to the pressure chamber D via the recesses 19 and 21 displaced by a distance V from one another, and that with increasing volume of the enclosed tooth gap the enclosed tooth gap is connected to the suction space S via the recesses 20 and 22 on the suction space side which are displaced by a distance V from one another.
  • Fig. 4 it is indicated for a helical toothing with backlash, how the recesses 19 to 22 are designed;
  • the center distance extends from the center M 1 of the driving helical gear 11 with right-hand teeth to the center M 2 of the driven helical gear 16 with left-hand teeth.
  • the pole P lies on the middle of the connecting line from M 1 to M 2.
  • the thin solid line 23 follows the contours of the toothing at the front trailing end Face 18 of the helical toothing.
  • the thin dash-dotted line 24 follows the contour of the toothing on the rear leading end face 17 of the helical toothing.
  • the thick line 25 represents the contour of the helical toothing in the center of the wheel.
  • the helical toothing is drawn for the position in which the enclosed tooth gap reaches its smallest volume or in which the hatched area of the enclosed tooth gap 26 reaches its minimum in the wheel center.
  • the pressure changeover process takes place at this very moment, ie the tooth gap is separated from the pressure chamber D and connected to the suction chamber S.
  • the recesses of the helical toothing with backlash are matched to this pressure changeover process.
  • the straight web edges 27 and 28 of the essentially rectangular recesses 19 and 20 of lines running parallel to M 1 , M 2 are at the rear leading end face 17 of the helical toothing through the two contact points 30 lying in this rear leading end face 17 on the engagement plane 29 and 31 formed.
  • the straight web edges 32 and 33 of the substantially rectangular recesses 21 and 22 of lines running parallel to M 1 , M 2 are through the two contact points 34 located in this front trailing end face 18 on the engagement plane 29 and 35 formed.
  • the line of symmetry 88 to the web edges 27, 28 is in the direction of the suction space S by a distance Y and the line of symmetry 89 to the Web edges 32, 33 is in the direction of pressure chamber D by a distance offset to the connecting line M 1 M 2 .
  • the recesses 19, 2 1 and 2 0 , 22 shifted by the distance V can be seen from FIG. 3.
  • the depth 36 of the recesses 19 to 22 is a few millimeters and the width 37 of the recesses 19 to 22 is approximately equal to the tooth height.
  • the recesses 19, 20 and 21, 22 on the pressure chamber side and suction chamber side, respectively, located on one end face of the toothing, are separated from one another by a web with the width 38.
  • the web width 38 is, compared to the web width 39 of the comparable straight toothing shown in FIG. 5 with the same face cut, unchanged.
  • the squeezing surfaces of the straight toothing available for a torsion angle ⁇ 1 are shown in FIG. 5 and the squeezing surfaces of the helical toothing available in FIG. 6.
  • the squeezing surface 40 is available on both end faces of the straight toothing.
  • the squeezing surface 41 is available on the leading end face 17 and the squeezing surface 42 is available on the trailing end face 18.
  • a squeezing surface with a gap 43 is available.
  • the recesses 19 to 22 on the two end faces 17, 18 of the helical toothing can also have a somewhat different shape.
  • the recesses must always be designed such that the enclosed tooth gap is connected to the pressure chamber D via the recesses 19, 21 on the pressure chamber side only with decreasing size of the area of the enclosed tooth gap in the wheel center and that only with increasing size of the area of the enclosed tooth gap in the wheel center the enclosed tooth gap is connected to the suction space S via the recesses 20, 22 on the suction space side.
  • notches 44, 45, 46, 47 are made, which are defined by the root circle 48, 49 and the root circle contour 50, 51, 52, 53 Tooth flank of the adjacent gearwheel is formed at an angle of rotation ⁇ 1 , at which the area of the enclosed tooth gap in the wheel center reaches its minimum.
  • the notches 44 to 47 according to the invention enlarge the available squeezing area even more.
  • the web width 77 is equal to the web width 54 of the comparable straight toothing without or almost without backlash, as can be seen from FIGS. 8 and 9.
  • the recesses are designed such that, with the volume of an enclosed tooth gap decreasing, the enclosed tooth gap via the recesses 55 and 56 with the pressure chamber D displaced by a distance V from one another is connected, and that as the volume of the enclosed tooth gap increases, the enclosed tooth gap is connected to the suction chamber S via the recesses 57 and 58 on the suction chamber side displaced by a distance V from one another.
  • the size of the area of the enclosed tooth gap in the center of the wheel becomes smaller and with increasing Volume of this enclosed tooth gap 59 the size of the area of the enclosed tooth gap 59 becomes larger in the center of the wheel, can be determined in the same way as for the helical toothing with backlash, for which angle of rotation 9 1 of the driving gear 11 this enclosed tooth gap reaches its smallest volume and when so the pressure reversal process must take place.
  • FIG. 9 for a helical toothing with the same face cut as the helical toothing according to FIG. 4, but without or almost without backlash, it is indicated how the recesses 55, 56, 57, 58 according to the invention are designed.
  • the thin solid line 60 follows the contours of the helical teeth on the front trailing face 61 of the helical teeth.
  • the thin dash-dotted line 62 follows the contours of the helical teeth on the rear leading end face 63 of the helical teeth.
  • the thick line 64 represents the contour of the helical toothing in the center of the wheel.
  • the helical toothing is drawn in the position in which an enclosed tooth gap reaches its smallest volume or in which the hatched area of the enclosed tooth gap 59 is smallest in the center of the wheel. At this very moment, the pressure changeover process must take place, ie the tooth gap is separated from the pressure chamber D and with Suction chamber S connected.
  • the recesses 55 to 58 of the helical toothing are matched to this pressure reversing process with no or almost no backlash.
  • the straight web edges 65 and 66 of the substantially rectangular recesses 56 and 58 of lines running parallel to M 1 M 2 on the rear leading end face 63 of the helical toothing become through the contact points 69 lying in this rear leading end face 63 on the engagement planes 68 and 67 or 70 formed.
  • the helical teeth are to the front trailing end face 61, the straight web edges 71 and 72 of substantially rectangular recesses 55 and 57 of paral- lel extending to M 1 M 2 lines by two in the front trailing end face 61 on the engagement planes 63 and 67 lying contact points 73 and 74 are formed.
  • the line of symmetry 90 to the web edges 65, 66 is in the direction of the suction space S by the distance and the line of symmetry 91 to the web edges 71, 72 is in the direction of the pressure space D by the same distance offset to the connecting line M 1 M 2 .
  • the depth 75 of the recesses 55 to 58 is a few millimeters.
  • the 3reide 76 of the recesses 55 to 58 is approximately equal to the tooth height.
  • the recesses 55, 58 and 55, 57 on the pressure chamber side and suction chamber side, respectively, located on the front face of the helical toothing, are separated from one another by a web with the width 77.
  • the land width 77 is compared with the land width 54 the manner shown in Fig. 8 ver G leichbaren Geradverzahnurg without or almost without any backlash with the same transverse section remained unchanged.
  • notches 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85 are made by the root circles 86, 87 and contours of the tooth flank of the adjacent gearwheel are formed at an angle of rotation ⁇ 1 at which the area of an enclosed M 1 or M 2 side tooth gap in the wheel center reaches its minimum.
  • These notches 78 to 85 increase the available squeezing area even more.
  • 11 and 12 show the construction of the notches 79, 81, 82 84 only for the angle of rotation ⁇ 1 , at which the area of the enclosed M 2 -side tooth space is at its minimum in the middle.

Abstract

Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit im Ausseneingriff oder Inneneingriff kämmenden schrägverzahnten Zahnrädern (11,16), deren Wellen in Gehäuse und/oder Gehäusedeckel oder in im Gehäuse angeordneten Lagerkörpern drehbar gelagert sind, wobei im Eingriffsbereich an den den Zahnrädern zugewandten Seitenflächen Ausnehmungen ausgebildet sind, von denen die druckraumseitigen Ausnehmungen mit dem Druckraum und die saugraumseitigen Ausnehmungen mit dem Saugraum verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die druckraumseitige und saugraumseitige Ausnehmung (19,20 oder 56,58) an der voreilenden Stirnseite (17 bzw. 63) der Schrägverzahnung aus der Symmetrielage zum Pol (P) um eine Distanz (V/2) quer zur Verbindungslinie der zwei Mittelpunkte (M1M2) der Zahnräder (11,16) in Richtung Saugraum verschoben ist, und dass die druckraumseitige und saugraumseitige Ausnehmung (21,22 oder 55,57) an der nacheilenden Stirnseite (18 bzw. 61) der Schrägverzahnung aus der Symmetrielage zum Pol (P) um eine gleich grosse Distanz (V/2) quer zur Verbindungslinie der zwei Mittelpunkte (M1M2) in Richtung Druckraum verschoben ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit im Ausseneingriff oder Inneneingriff kämmenden schrägverzahnten Zahnrädern, deren Wellen in Gehäuse und/ oder Gehäusedeckel oder in im Gehäuse angeordneten Lagerkörpern drehbar gelagert sind, wobei im Eingriffsbereich an den den Zahnrädern zugewandten Seitenflächen, also in der Gehäusewand und/oder Gehäusedeckel oder in den Lagerkörpern, Ausnehmungen ausgebildet sind, von denen die druckraumseitigen Ausnehmungen mit dem Druckraum und die saugraumseitigen Ausnehmungen mit dem Saugraum verbunden sind. Die druckraumseitige und die saugraumseitige Ausnehmung in einer den Zahnrädern zugewandten Seitenfläche sind durch einen Steg bestimmter Breite voneinander getrennt.
  • Bekannte Zahnradmaschinen dieser Art mit Geradverzahnung haben den Nachteil, dass der im Eingriffsbereich der Verzahnung gebildete Quetschölaum sein Volumen sehr schnell ändert, wodurch die Druckflüssigkeit durch die verhältnismässig kleinen Ausquetschflächen der Ausnehmungen den Quetschölraum schwierig einströmen und auch wieder aus ihm ausströmen kann. Die Druckflüssigkeit in diesem Quetschölraum wird trotz eventueller theoretisch richtig dimensionierter Ausnehmungen stark gequetscht und dekomprimiert, was Druckpulsaticnen, Kavitation und Geräusche zur Folge hat.
  • Dies kann bei der meistens verwendeten Geradverzahnung schwierig vermieden werden, weil die Größe der Ausquetschfläche als Funktion des Verdrehungswinkels des treibenden Rades nicht größer sein kann als im Fall von optimal ausgelegten Ausnehmungen, d.h. Ausnehmungen, die etwa symmetrisch zum Pol im Eingriffsbereich möglichst an beiden Stirnseiten der Verzahnung angeordnet sind.
  • Bei einer bekannten Zahnradmaschine wird zur Erreichung einer stark verminderten Förderstromschwankung und Drehmomentschwankung ein Flankenspiel von null oder nahezu null angestrebt. Dabei wird unter null oder nahezu null ein Flankenspiel verstanden, das geringer als das übliche Flankenspiel von z.B. 0,3 mm ist. Dies wird dadurch erreicht, daß bei dieser Geradverzahnung ohne oder nahezu ohne-Flankenspiel die Stegbreite zwischen der druckraumseitigen und saugraumseitigen Ausnehmung - verglichen mit-der der gleichen Verzahnung mit Flankenspiel - auf den halben Wert reduziert wird. Noch stärker als bei einer Zahnradmaschine mit Flankenspiel tritt hier das Problem der Quetschung der Druckflüssigkeit und der Kavitation in einer eingeschlossenen Zahnlücke auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zur Verfügung stehenden Ausquetschflächen so groß sind, daß die Druckflüssigkeit ohne Quetschung oder Kavitationsgefahr in den Quetschölraum einströmen und auch wieder aus ihm ausströmen kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die druckraumseitige und saugraumseitige Ausnehmung an der voreilenden Stirnseite der Schrägverzahnung aus der Symmetrielage zum Pol um eine Distanz
    Figure imgb0001
     quer zur Verbindungslinie der zwei Mittelpunkte der Zahnräder in Richtung Saugraum verschoben ist und daß die druckraumseitige und saugraumseitige Ausnehmung an der nacheilenden Stirnseite der Schrägverzahnung aus der Symmetrielage zum Pol um eine gleich große Distanz 2 quer zur Verbindungslinie der zwei Mittelpunkte der Zahnräder in Richtung Druckraum verschoben ist. Die druckraumseitige und die saugraumseitige Ausnehmung an der voreilenden Stirnseite der Schrägverzahnung sind also gegenüber der druckraumseitigen bzw. der saugraumseitigen Ausnehmung an der nacheilenden Stirnseite der Schrägverzahnung um eine Distanz V in saugraumseitiger Richtung versetzt.
  • Die Stegbreite ist gegenüber derjenigen der vergleichbaren Geradverzahnung gleichen Stirnschnittes unverändert. Die Größe der Verschiebung der Ausnehmungen ist unabhängig davon, ob ein Flankenspiel vorhanden ist oder nicht.
  • Der mit der Erfindung erzielbare technische Fortschritt beruht auf mehreren Vorteilen. Insbesondere sind gegenüber der vergleichbaren Geradverzahnung die zur Verfügung stehenden Ausquetschflächen der Ausnehmungen wesentlich größer und kann auch über die .Spalte der teilweise außerhalb des mechanischen Eingriffsbereiches liegenden Zahnflanken Druckflüssigkeit in den Quetschölraum einströmen und auch wieder aus ihm ausströmen. Nur durch diesen erfindungsgemäßen Vorteil ist es möglich, daß der Verdrängungsvorgang ungestört stattfinden kann, die theoretische Förderstromschwankung minimal ist und die Druckflüssigkeit ohne die Gefahr einer Quetschung oder Kavitation in die eingeschlossene Zahnlücke ungestört hinein oder aus ihr heraus fließen kann. Da bei dieser erfindungsgemäßen Zahnradmaschine nicht nur die hydraulischen Geräusche, sondern auch die mechanischen Geräusche geringer sind, weist die Zahnradmaschine bei einem geringen technischen Aufwand einen sehr niedrigen Schalldruckpegel auf, d.h. verglichen mit einer bekannten Zahnradmaschine gleich großen Förderstroms, kann bei der Zahnradmaschine gemäß der Erfindung bei gleichem Schalldruckpegel die Drehzahl höher und das Hubvolumen kleiner sein.
  • Da die theoretische Förderstromschwankung einer schrägverzahnten und einer vergleichbaren geradverzahnten Zahnradmaschine ungefähr gleich ist, ist auch die durch diese theoretische Förderstromschwankung verursachte Druckpulsation für beide Zahnradmaschinen ungefähr gleich groß.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigen:
    • Fig. 1 den Schnitt I-I der Zahnradmaschine nach Fig. 2,
    • Fig. la den Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,
    • Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. l,
    • Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 2,
    • Fig. 4 die Ausnehmungen für eine Schrägverzahnung mit Flankenspiel,
    • Fig. 5 die Ausquetschfläche einer mit der Schrägverzahnung nach Fig. 4 vergleichbaren Geradverzahnung mit Flankenspiel bei einem bestimmten Verdrehungswinkel ϕ1,
    • Fig. 6 die Ausquetschfläche einer Schrägverzahnung nach Fig. 4 für denselben Verdrehungswinkel ϕ1 nach Fig. 5,
    • Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform für die Ausnehmungen(bei einer Schrägverzahnung mit Flankenspiel),konform Fig. 4,
    • Fig. 8 eine mit der Schrägverzahnung nach Fig. 9 vergleichbare Geradverzahnung ohne Flankenspiel,
    • Fig. 9 die Ausnehmungen für eine Schrägverzahnung ohne oder nahezu ohne Flankenspiel,
    • Fig. 10 den Schnitt III-III aus Fig. 2, jedoch bei einer Zahnradmaschine ohne oder nahezu ohne Flankenspiel,
    • Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform für die Ausnehmungen an der hinteren voreilenden Stirnseite einer Schrägverzahnung ohne Flankenspiel und
    • Fig. 12 die Ausführungsform nach Fig. 11 mit den Ausnehmungen an der vorderen nacheilenden Stirnseite.
  • Die Zahnradmaschine nach den Figuren 1 bis 3 hat ein Gehäuse 1, das beidseitig durch Gehäusedeckel 2 und 3 verschlossen ist. Das Gehäuse 1 hat eine durchgehende Gehäuseöffnung 4, die durch zwei sich überschneidende Bohrungen 5 und 6 gebildet ist. Die Gehäuseöffnung 4 hat dadurch etwa die Form einer Acht. In der Bohrung 5 sind zwei Lagaörper 7 und 8 angeordnet, in deren Lagerbohrungen 9 bzw. 10 ein treibendes Zahnrad 11 drehbar gelagert ist. Ebenso sind in der Bohrung 6 zwei Lagerkörper 12 und 13 angeordnet, in deren Lagerbohrungen 14 und 15 das getriebene Zahnrad 16 drehbar gelagert ist.
  • Die Zahnradmaschine nach Fig. la besteht aus einem Gehäuse la mit nur einem Gehäusedeckel 2a. Die Zahnräder 11 und 16 sind mit ihren Wellen unmittelbar im Gehäuse la bzw. im Gehäusedeckel 2a drehbar gelagert.
  • Das treibende Zahnrad 11 hat rechtssteigende Zähne; das getriebene Zahnrad 16 hat linkssteigende Zähne. Das treibende Zahnrad 11 ist im Uhrzeigersinn angetrieben. In den Lagerkörpern 7 und 12 an der voreilenden Stirnseite 17 der Schrägverzahnung und in den Lagerkörpern 8 und 13 an der nacheilenden Stirnseite 18 der Schrägverzahnung sind zur Erreichung einer maximalen Ausquetschfläche und einer minimalen Förderstromschwankung Ausnehmungen 19, 20, 21, 22 so angebracht, daß bei abnehmendem Volumen der eingeschlossenen Zahnlücke die eingeschlossene Zahnlücke über die um eine Distanz V zueinander verschobenen druckraumseitigen Ausnehmungen 19 und 21 mit dem Druckraum D verbunden ist, und daß bei zunehmendem Volumen der einschlossenen Zahnlücke die eingeschlossene Zahnlücke über die um eine Distanz V zueinander verschobenen saugraumseitigen Ausnehmungen 20 und 22 mit dem Saugraum S verbunden ist.
  • Da bei abnehmendem Volumen der eingeschlossenen Zahnlücke die Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte kleiner wird und bei zunehmendem Volumen der eingeschlossenen Zahnlücke die Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte größer wird, kann ganz genau bestimmt werden, für welchen Verdrehungswinkel ϕ1 des treibenden Zahnrades 11 die eingeschlossene Zahnlücke ihr kleinstes Volumen erreicht und wann der sogenannte Druckumsteuervorgang stattfinden muß.
  • Aus Fig. 4 ist für eine Schrägverzahnung mit Flankenspiel angegeben, wie die Ausnehmungen 19 bis 22 konzipiert sind; Der Achsenabstand reicht vom Mittelpunkt M1 des treibenden schrägverzahnten Zahnrades 11 mit rechtssteigenden Zähnen bis zum Mittelpunkt M2 des getriebenen schrägverzahnten Zahnrades 16 mit linkssteigenden Zähnen. Auf der Mitte der Verbindungslinie von M1 mit M2 liegt der Pol P. Die dünne durchgezogene Linie 23 folgt den Konturen der Verzahnung an der vorderen nacheilenden Stirnseite 18 der Schrägverzahnung. Die dünne strichpunktierte Linie 24 folgt der Kontur der Verzahnung an der hinteren voreilenden Stirnseite 17 der Schrägverzahnung. Die dicke Linie 25 stellt die Kontur der Schrägverzahnung in Radmitte dar. Die Schrägverzahnung ist für die Position gezeichnet, in der die eingeschlossene Zahnlücke ihr kleinstes Volumen erreicht oder in der die schraffierte Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke 26 in Radmitte ihr Minimum erreicht.
  • Genau in diesem Augenblick findet der Druckumsteuervorgang statt, d.h. die Zahnlücke wird vom Druckraum D getrennt und mit dem Saugraum S verbunden. Auf diesen Druckumsteuervorgang sind die Ausnehmungen der Schrägverzahnung mit Flankenspiel abgestimmt. Dabei werden an der hinteren voreilenden Stirnseite 17 der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten 27 und 28 der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen 19 und 20 von parallel zu M 1, M 2 verlaufenden Linien durch die beiden in dieser hinteren voreilenden Stirnseite 17 auf der Eingriffsebene 29 liegenden Berührungspunkte 30 und 31 gebildet. Ebenso werden an der vorderen nacheilenden Stirnseite 18 der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten 32 und 33 der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen 21 und 22 von parallel zu M 1, M 2 verlaufenden Linien durch die beiden in dieser vorderen nacheilenden Stirnseite 18 auf der Eingriffsebene 29 liegenden Berührungspunkte 34 und 35 gebildet.
  • Die Symmetrielinie 88 zu den Stegkanten 27,28 ist in Richtung Saugraum S um eine Distanz Y und die Synmetrielinie 89 zu den Stegkanten 32,33 ist in Richtung Druckraum D um eine Distanz
    Figure imgb0002
    zu der Verbindungslinie M1M2 versetzt.
  • Aus Fig. 3 sind die um die Distanz V verschobenen Ausnehmungen 19, 21 und 20, 22 ersichtlich. Die Tiefe 36 der Ausnehmungen 19 bis 22 beträgt einige Millimeter und die Breite 37 der Ausnehmungen 19 bis 22 ist etwa gleich der Zahnhöhe. Die auf jeweils einer Stirnseite der Verzahnung liegenden druckraumseitigen und saugraumseitigen Ausnehmungen 19, 2o bzw. 21, 22 sind durch einen Steg mit der Breite 38 voneinander getrennt. Die Stegbreite 38 ist, verglichen mit der Stegbreite 39 der aus Fig. 5 ersichtlichen vergleichbaren Geradverzahnung mit demselben Stirnschnitt,unverändert groß.
  • Um die stark unterschiedliche Größe der Ausquetschflächen der Schrägverzahnung mit derjenigen der vergleichbaren Geradverzahnung vergleichen zu können, sind für einen Verdrehungswinkel ϕ1 die zur Verfügung stehenden Ausquetschflächen der Geradverzahnung in Fig. 5 und die zur Verfügung stehenden Ausquetschflächen der Schrägverzahnung in Fig. 6 abgebildet. Wie Fig. 5 zeigt, steht an beiden Stirnseiten der Geradverzahnung die Ausquetschfläche 40 zur Verfügung. Wie Fig. 6 zeigt, steht auf der voreilenden Stirnseite 17 die Ausquetschfläche 41 und auf der nacheilenden Stirnseite 18 die Ausquetschfläche 42 zur Verfügung. Zusätzlich steht eine Ausquetschfläche mit einem Spalt 43 zur Verfügung. Hieraus folgt eindeutig, daß die schrägverzahnte Zahnradmaschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Ausnehmungen 19. 20, 21, 22 eine größere Ausquetschfläche und deshalb eine bessere Durchströmung hat als die vergleichbare geradverzahnte Zahnradmaschine.
  • Natürlich können die Ausnehmungen 19 bis 22 an den beiden Stirnseiten 17, 18 der Schrägverzahnung auch .eine etwas andere Gestalt haben. Die Ausnehmungen müssen aber immer so gestaltet sein, daß nur bei abnehmender Größe der Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte die eingeschlossene Zahnlücke über die druckraumseitigen Ausnehmungen 19, 21 mit dem Druckraum D verbunden ist und daß nur bei zunehmender Größe der Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte die eingeschlossene Zahnlücke über die saugraumseitigen Ausnehmungen 20, 22 mit dem Saugraum S verbunden ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist von den im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen 19, 20, 21, 22 mit geraden Stegkanten 27, 28, 32, 33 ausgegangen worden. Zusätzlich sind bei diesen Ausnehmungen an den Schnittpunkten der Stegkanten 27, 28, 32, 33 mit der Eingriffsebene 29 Einkerbungen 44, 45, 46, 47 angebracht, die von dem Fußkreis 48, 49 und der fußkreisseitigen Kontur 50, 51, 52,53 der Zahnflanke des benachbarten Zahnrades bei einem Verdrehungswinkel ϕ1, gebildet sind, bei dem die Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte ihr Minimum erreicht. Durch diese erfindungsgemäßen Einkerbungen 44 bis 47 vergrößert sich die zur Verfügung stehende Ausquetschfläche noch mehr.
  • Auch bei einer Zahnradmaschine ohne Flankenspiel kann mittels Schrägverzahnung auf analoge Weise durch erfindungsgemäße Verschiebung der druckraumseitigen und saugraumseitigen Ausnehmung an der voreilenden Stirnseite um eine Distanz
    Figure imgb0003
     in Richtung Saugraum S und die erfindungsgemäße Verschiebung der druckraumseitigen und saugraumseitigen Ausnehmung an der nacheilenden Stirnseite um eine Distanz 1 in Richtung Druckraum D die Größe der Ausquetschfläche beachtlich erhöht werden. Die Stegbreite 77 ist gleich der Stegbreite 54 der vergleichbaren Geradverzahnung ohne oder nahezu ohne Flankenspiel, wie aus Fig. 8 und 9 ersichtlich ist.
  • Auch hier gilt in gleicher Weise, daß zur Erreichung einer maximalen Ausquetschfläche und eines ungestörten Fördervorganges die Ausnehmungen so gestaltet sind, daß bei abnehmendem Volumen einer eingeschlossenen Zahnlücke die eingeschlossene Zahnlücke über die um eine Distanz V zueinander verschobenen druckraumseitigen Ausnehmungen 55 und 56 mit dem Druckraum D verbunden ist, und daß bei zunehmendem Volumen der eingeschlossenen Zahnlücke die eingeschlossene Zahnlücke über die um eine Distanz V zueinander verschobenen saugraumseitigen Ausnehmungen 57 und 58 mit dem Saugraum S verbunden ist.
  • Da bei abnehmendem Volumen einer eingeschlossenen Zahnlücke die Größe der Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte kleiner wird und bei zunehmendem Volumen dieser eingeschlossenen Zahnlücke 59 die Größe der Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke 59 in Radmitte größer wird, kann auf die gleiche Weise wie für die Schrägverzahnung mit Flankenspiel bestimmt werden, für welchen Verdrehungswinkel 91 des treibenden Zahnrades 11 diese eingeschlossene Zahnlücke ihr kleinstes Volumen erreicht und wann also der Druckumsteuervorgang stattfinden muß.
  • In Fig. 9 ist für eine Schrägverzahnung mit dem gleichen Stirnschnitt wie die Schrägverzahnung gemäß Fig. 4, aber ohne oder nahezu ohne Flankenspiel angegeben, wie die erfindungsgemäßen Ausnehmungen 55, 56, 57, 58 gestaltet sind. Die dünne durchgezogene Linie 60 folgt den Konturen der Schrägverzahnung an der vorderen nacheilenden Stinseite 61 der Schrägverzahnung. Die dünne strichpunktierte Linie 62 folgt den Konturen der Schrägverzahnung an der hinteren voreilenden Stirnseite 63 der Schrägverzahnung. Die dicke Linie 64 stellt die Kontur der Schrägverzahnung in Radmitte dar.
  • Die Schrägverzahnung ist in derjenigen Position gezeichnet, in der eine eingeschlossene Zahnlücke ihr kleinstes Volumen erreicht oder in der die schraffierte Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke 59 in Radmitte am kleinsten ist. Genau in diesem Augenblick muß der Druckumsteuervorgang stattfinden, d.h. die Zahnlücke wird vom Druckraum D getrennt und mit dem Saugraum S verbunden. Auf diesen Druckumsteuervorgang sind die Ausnehmungen 55 bis 58 der Schrägverzahnung ohne oder nahezu ohne Flankenspiel abgestimmt.
  • Dabei werden an der hinteren vöreilenden Stirnseite 63 der Schrägverzahnung die gerade Stegkanten 65 und 66 der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen 56 und 58 von parallel zu M1M2 verlaufenden Linien durch die in dieser hinteren voreilenden Stirnseite 63 auf den Eingriffsebenen 68 und 67 liegenden Berührungspunkte 69 bzw. 70 gebildet. Ebenso werden an der vorderen nacheilenden Stirnseite 61 der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten 71 und 72 der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen 55 und 57 von paral- lel zu M1 M2 verlaufenden Linien durch die beiden in dieser vorderen nacheilenden Stirnseite 61 auf den Eingriffsebenen 63 und 67 liegenden Berührungspunkte 73 bzw. 74 gebildet. Die Symmetrielinie 90 zu den Stegkanten 65,66 ist in Richtung Saugraum S um die Distanz
    Figure imgb0004
     und die Symmetrielinie 91 zu den Stegkanten 71,72 ist in Richtung Druckraum D um die gleiche Distanz
    Figure imgb0005
     zu der Verbindungslinie M1M2 versetzt.
  • Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, beträgt die Tiefe 75 der Ausnehmungen 55 bis 58 einige Millimeter. Die 3reite 76 der Ausnehmungen 55 bis 58 ist etwa gleich der Zahnhöhe. Die auf jeweils riner Stirnseite der Schrägverzahnung liegenden druckraumseitigen und saugraumseitigen Ausnehmungen 55,58 bzw. 55,57 sind durch einen Steg mit der Breite 77 voneinander getrennt. Die Stegbreite 77 ist, verglichen mit der Stegbreite 54 der aus Fig. 8 ersichtlichen verGleichbaren Geradverzahnurg ohne oder nahezu ohne Flankenspiel mit demselben Stirnschnitt, unverändert geblieben.
  • Natürlich können die Ausnehmungen 55 bis 58 an den beiden Stirnseiten 61, 63 der Schrägverzahnung auch eine etwas andere Gestalt haben:
    • Die Ausnehmungen müssen aber immer so gestaltet sein, daß bei abnehmender Größe der Fläche einer eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte die eingeschlossene Zahnlücke über die druckraumseitigen Ausnehmungen 55, 56 mit dem Druckraum D verbunden ist und daß bei zunehmender Größe einer Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte die eingeschlossene Zahnlücke über die saugraumseitigen Ausnehmungen 57, 58 mit dem Saugraum S verbunden ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 11 und 12 ist von den im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen 55, 56, 57, 58 mit geraden Stegkanten 71, 65, 72, 66 ausgegangen worden. Zusätzlich sind bei diesen Ausnehmungen an den Schnittpunkten der Stegkanten 71, 65, 72, 66 mit den Eingriffsebenen 67 und 68 Einkerbungen 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85 angebracht, die von den Fußkreisen 86, 87 und den fußkreisseitigen Konturen der Zahnflanke des benachbarten Zahnrades bei einem Verdrehungswinkel ϕ1 gebildet sind, bei dem die Fläche einer eingeschlossenen M1 - oder M2 -seitigen Zahnlücke in Radmitte ihr Minimum erreicht. Durch diese erfindungsgemäßen Einkerbungen 78 bis 85 vergrößert sich die zur Verfügung stehende Ausquetschfläche noch mehr. In Fig. 11 und 12 ist nur für den Verdrehunsinkel ϕ1, bei dem die Fläche der eingeschlossenen M2-seitigen Zahnlücke in Reimitte ihr Minimum ersicht, die Konstruktion der Einkerbungen 79,81,82,) 84 abgebildet.
    • Bezugsziffernliste
    • 1, la Gehäuse
    • 2, 2a, 3 Gehäusedeckel
    • 4 Gehäuseöffnung
    • 5,6 Bohrungen
    • 7,8 Lagerkörper
    • 9,10 Lagerbohrungen
    • 11 Treibendes Zahnrad
    • 12,13 Lagerkörper
    • 14,15 Lagerbohrungen
    • 16 Getriebenes Zahnrad
    • 17 Voreilende Stirnseite
    • 18 Nacheilende Stirnseite
    • 19,20,21,22 Ausnehmungen
    • 23 Dünne durchgezogene Linie
    • 24 Dünne strichpunktierte Linie
    • 25 Dicke Linie
    • 26 Zahnlücke
    • 27,28 Stegkanten
    • 29 Eingriffsebene
    • 30,31 Berührungspunkte
    • 32,33 Stegkanten
    • 34,35 Berührungspunkte
    • 36 Tiefe
    • 37 Breite
    • 38,39 Stegbreite
    • 40,41,42 Ausquetschfläche
    • 43 Spalt
    • 44,45,46,47 Einkerbungen
    • 48,49 Fußkreis
    • 50,51,52,53 Fußkreisseitige Kontur
    • 54 Stegbreite
    • 55,56 Druckraumseitige Ausnehmungen
    • 57,58 Saugraumseitige Ausnehmungen
    • 59 Zahnlücke
    • 60 Dünne durchgezogene Linie
    • 61 Nacheilende Stirnseite
    • 62 Dünne strichpunktierte Linie
    • 63 Voreilende Stirnseite
    • 64 Dicke Linie
    • . 65,66 Stegkanten
    • 67,68 Eingriffsebenen
    • 69,70 Berührungspunkte
    • 71,72 Stegkanten
    • 73,74 Berührungspunkte
    • 75 Tiefe
    • 76 Breite
    • 77 Stegbreite
    • 78-85 Einkerbungen
    • 86,87 Fußkreis
    • 88,89,90,91 Symmetrielinien
    • V Distanz
    • D Druckraum
    • S Saugraum
    • ϕ1 Verdrehungswinkel
    • M1 Mittelpunkt treibendes Zahnrad
    • M 2 Mittelpunkt getriebenes Zahnrad
    • P Pol

Claims (5)

1. Zahnradmaschine (Pumpe oder Motor) mit im Ausseneingriff oder Inneneingriff kämmenden schrägverzahnten Zahnrädern, deren Wellen in Gehäuse und/oder Gehäusedeckel oder in im Gehäuse angeordneten Lagerkörpern drehbar gelagert sind, wobei im Eingriffsbereich an den den Zahnrädern zugewandten Seitenflächen Ausnehmungen ausgebildet sind, von denen die druckraumseitigen ausnehmungen mit den Druckraum und die saugraumseitigen Ausnehmungen mit dem Saugraum verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die druckraumseitige und sausraumseitige Ausnehmung (19,20 oder 56,58) an der voreilenden Stirnseite (17 bzw. 63) der Schrägverzahung aus der Symmetrielage zum Pol (P) um eine Distanz (
Figure imgb0006
) quer zur Verbindungslinie der Mittelpunkte (M1M2) der zahnräder (11,16) in Richtung Saugraum (S) verschoben ist, und dass die druckraumseitige und saugraumseitige Ausnehmung (21,22 oder 55,57) an der nacheilenden Stirnseite (18,bzw. 61) der Schrägverzshnung aus der Symmetrielage zum Pol (?) um eine gleich grosse Distanz (
Figure imgb0007
) quer zur Verbindungslinie der zwei MIttelpunkte (M1M2) in Richtung Druckraum (D) verschoben ist, wobei die Distanz (
Figure imgb0008
) so gewählt ist, dass bei abnehmender Fläche einer eingeschlossenen Zahnlücke in Radmitte, die eingeschlossene Zahnlücke über die druckraumseitigen Ausnehmungen (19,21 oder 55,56) mit den Druckraum verbunden ist und dass mit bei zunehmender Fläche einer eingeschlossene Zahnlücke in Radmitte, die eingeschlossene Zahnlücke über die saugraumseitigen Ausnehmungen (20,22 oder 57,58) mit dem Saugraum verbunden ist.
2. Zehnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägverzahnung mit Flankenspiel ausgestattet ist und daß die an der voreilenden Stirnseite (17) angeordneten Ausnehmungen (19, 20) zu den an der nacheilenden Stirnseite (18) angeordneten Ausnehmungen (21, 22) in Saugraumrichtung so verschoben sind, daß in dem Augenblick, wenn die eingeschlossene Zahnlückefläche (26) in Radmitte ihr Minimum erreicht, der Druckumsteuervorgang stattfindet, wobei an der voreilenden Stirnseite (17) der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten (27, 28) der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen (19, 20) von parallel zu (M1,M2) verlaufenden Linien durch die beiden in dieser voreilenden Stirnseite (17) auf der Eingriffsebene (29) liegenden Berührungspunkte (30, 31) gebildet sind und an der nacheilenden Stirnseite (18) der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten (32, 33) der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen (21, 22) von parallel zu (M1, M]2) verlaufenden Linien durch die in dieser nacheilenden Stirnseite (18) auf der Eingriffsebene (29) liegenden Berührungspunkte (34, 35) gebildet sind.
3. Zahnradmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schnittpunkten der Stegkanten (27, 28, 32, 33) mit der Eingriffsebene (29) Einkerbungen (44, 45, 46, 47) angeordnet sind, die vom Fußkreis (48, 49) und von der fußkreisseitigen Kontur der Zahnflanke des benachbarten Zahnrades(11, 6)bei einem Verdrehungswinkel ϕ1 gebildet sind, bei dem die Fläche der eingeschlossenen Zahnlücke (26) in Radmitte ihr Minimum erreicht.
4. Zahnradmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägverzahnung ohne oder nahezu ohne Flankenspiel ausgestattet ist und daß die an der voreilenden Stirnseite (63) angeordneten Ausnehmungen (56, 58) zu den an der nacheilenden Stirnseite (61) angeordneten Ausnehmungen (55, 57) in Saugraumrichtung so verschoben sind, daß in dem Augenblick, wenn eine M1- oder M2-seitige eingeschlossene Zahnlückefläche (59) in Radmitte ihr Minimum erreicht, der Druckumsteuervorgang stattfindet, wo-" bei an der voreilenden Stirnseite (63) der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten (65, 66) der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen (56, 58) von parallel zu (M1 M2) verlaufenden Linien durch die in dieser voreilenden Stirnseite (63) auf der Eingriffsebene (68, 67) liegenden Berührungspunkte (69, 70) gebildet sind und an der nacheilenden Stirnseite (61) der Schrägverzahnung die geraden Stegkanten (71, 72) der im wesentlichen rechteckigen Ausnehmungen (55, 57) von parallel zu (M1 M2) verlaufenden Linien durch die beiden in dieser nacheilenden Stirnseite (61) auf der Eingriffsebene (68, 67) liegenden Berührungspunkte (73, 74) gebilde
5. zannraamascninen nach den Ansprüchen 1 oder 4, dadurch cekennzeichnet, daß an den Schnittpunkten der Stegkanten (71, 65, 72, 66) mit der Eingriffsebene (67, 68) Einkerbungen (78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85) angebracht sind, die vom Fußkreis (86, 87) und fußkreisseitiger Kontur der Zahnflanke des benachbarten Zahnrades bei einem Verdrehungswinkel ϕ1 gebildet sind, bei dem die Fläche der eingeschlossenen M1- oder M2-seitigen Zahnlücke (59) in Radmitte ihr Minimum erreicht.
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