CN102762896B - 齿轮以及具有这种齿轮的泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮（16），该齿轮（16）具有多个齿（23），其中，每个齿（23）的第一部分（24）在截面上具有这样的外部轮廓：在该外部轮廓的至少一个子区域中相对于该齿（23）的毗邻的第二部分（26）的外部轮廓突出且有弹性地构成和/或安装，本发明还涉及一种泵机组，特别是一种计量泵机组，其具有驱动器，该驱动器包括具有这种齿轮的齿轮传动装置。

Description

齿轮以及具有这种齿轮的泵机组

技术领域

本发明涉及一种齿轮以及一种泵机组，特别是一种具有驱动器的泵机组，该驱动器包括具有这种齿轮的齿轮传动装置。

背景技术

特别是在计量泵机组中公知地具有齿轮传动装置，该齿轮传动装置不是传递连续的驱动运动，而是例如通过步进电机步进地运动，以便能够可控地执行各个供应行程。因此在传动装置中会出现荷载变换或力矩变换，由于各个齿轮之间的间隙，这将导致出现不期望的噪音。为了避免发出噪音，迄今为止在计量泵机组中公知的是采用具有齿带的传动装置，在此，齿带在传动装置中作为阻尼器使用。但是这种做法的缺点在于会增大传动装置的结构尺寸，此外，还必须为齿带配置夹紧装置，并且这种齿带会受到磨损。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于在紧凑的结构尺寸下构造具有齿轮传动装置的泵机组，其安装简单，并且在荷载变换时不会产生不期望的噪音。

本发明的目的通过一种具有本发明所述特征的齿轮以及一种具有本发明所述特征的泵机组得以实现。优选的实施方式由下面的说明以及附图给出。

根据本发明的齿轮具有特殊的齿实施方式，其一方面使得能够传递足够的转矩，另一方面还能够实现与啮合齿轮的无间隙啮合。为此，至少有一部分齿以下面所描述的方式构成，在此，优选这些齿沿齿轮的圆周均匀分布。优选所有的齿都以这种方式构成。

这些齿每个都具有至少两个部分，其中齿廓在截面上的构造不同。也就是其中一个部分被设计主要用于转矩传递，而至少另一个部分用于消除在与啮合齿轮啮合时的间隙。为此，至少一个齿的第一部分在截面上具有这样的外部轮廓：其在该外部轮廓的至少一个子区域中相对于该齿的毗邻的第二部分的外部轮廓突出。该截面垂直于齿的纵轴线延伸，该纵轴线在正向啮合(Gradverzahnung)时平行于转动轴线延伸。因此，在该第一部分中形成从齿廓向外突出的部分，从而使齿在该部分中在截面上至少在一个方向上比毗邻的第二部分的截面大。此外，至少该第一部分的突出的部分轮廓弹性地构成和/或弹性地安装。该第一部分的外部轮廓的突出或伸出区域的尺寸确定为，使其能够与啮合齿轮无间隙地啮合。在此，在与啮合齿轮啮合时，该第一齿部分的外部轮廓的有弹性的突出区域发生弹性变形，特别是被压缩，从而在该区域中沿啮合的两个荷载方向在齿的第一部分和啮合齿轮的齿面之间实现无间隙的贴靠。与此相反，可以传统的方式构成齿的第二部分，以优化转矩传递，并且尤其是由足够坚固或刚性的材料制成，以确保所需要的耐磨性。第二部分可以在与啮合齿轮的啮合中具有常规的间隙，但是这将不会引起不期望的噪音，因为在两个齿轮啮合中的间隙总体上通过齿的第一部分被消除。

优选将每个齿都构造为，齿的第一部分相对于齿的毗邻的第二部分径向伸出，并弹性地构成和/或安装。即在这种实施方式中，齿轮在第一部分中在弹性区域的放松状态下具有比毗邻的第二部分更大的齿轮节圆直径(Teilkreisdurchmesser)。在与啮合齿轮啮合时，第一部分有弹性地径向向内弹回或有弹性地沿径向方向被压缩，由此可以确保啮合齿轮在该区域内无间隙地啮合。因此在荷载变换或荷载反转时，在齿轮之间也不会出现不期望的噪音。

优选每个齿的第一部分都位于齿的轴向端部上。在此，轴向方向或纵向方向是齿的垂直于齿轮圆周方向的伸展方向，即在正向啮合时平行于齿轮的转动轴线的方向，在斜向啮合时该轴线相应地斜向延伸。替代地还可以将相应构成的第一部分设置在齿的两个轴向端部上。

进一步优选多个、优选为全部齿的第一部分位于齿轮的共同的圆周线上。即沿轴向看，优选外部轮廓的突出且弹性安装或构成的部分位于其中的齿的第一部分全部都位于相同的位置上。通过这种方式可以确保通过均匀的力导入实现与啮合齿轮的均匀连续的啮合。

此外，优选每个齿的第一部分都具有相对于齿轮的转动轴线倾斜延伸的端面边棱(Stirnkante)。特别是，如果齿在第一部分的区域中具有径向突出的外部轮廓部分，则可以通过该倾斜延伸的端面边棱构成从齿的第二部分到齿的第一部分的径向突出区域的最大的齿顶圆直径的连续过渡。

根据另一种优选的实施方式，齿的第一部分沿径向方向与齿的毗邻的第二部分弹性连接。通过这种弹性连接可以获得弹性，这种弹性是第一部分外部轮廓的突出区域能够与啮合齿轮的齿面无间隙地保持贴靠所需要的。

为了确保齿的第一部分的所需要的可运动性，可以利用缝隙将齿的第一部分与相邻的齿的第一部分分开。特别是，当齿的第一部分与相邻的第二部分弹性连接时，该第一部分可以与相邻的齿的第一部分无关地沿径向方向弹性运动，从而无间隙地与啮合齿轮的齿面贴靠在一起。因此，每个第一部分都被构造为有弹性的舌形件(Zungen)。

此外，优选齿轮在齿的第一部分的区域中具有比在齿的第二部分的区域中更小的壁厚。也就是说，齿轮可以在齿的第一部分的区域中在内部被薄化(ausgedünnt)，从而在这里确保齿的第一部分所要求的径向向内的弹性可运动性。齿的第一部分因此可以径向向内弹出。

优选齿，并且优选整个齿轮由合成材料制成。在此，齿和整个齿轮可以由相同的合成材料一体化制成。替代地也可以例如在多组分注塑成型中将不同的合成材料彼此结合。因此，例如第一部分和第二部分可以由不同的合成材料制成。例如，齿的第一部分可以由有弹性的合成材料制成，而第二部分可以由弹性较差的合成材料制成，从而给予第一部分所需要的弹性，而给予第二部分传递转矩所需要的刚性。

替代地还可以使齿的第一部分由合成材料制成，而齿的第二部分由金属制成。由此，可以通过选择具有足够弹性的合成材料实现第一部分所要求的弹性作用，并且由金属制成的第二部分具有转矩传递所要求的刚性。这种合成材料与金属的结合可以例如是形状配合和/或力配合的，或者通过使合成材料在注塑成型中与金属部件相结合而实现。

优选齿的第一部分基本上在齿宽度的10-30％的区域上延伸，进一步优选基本上在齿宽度的20％的区域上延伸。因此，第二部分占据齿宽度的大部分，从而使齿的大部分区域用于转矩传递，而仅有很小一部分用于确保与啮合齿轮的无间隙啮合。

本发明还涉及一种泵机组，特别是一种计量泵机组，其具有驱动电机和齿轮传动装置，其中，齿轮传动装置包括如前所述的齿轮。这种泵机组可以例如是计量泵机组，其由电动步进电机驱动，以实现定量供给。步进电机可以通过齿轮传动装置驱动偏心轮，并通过偏心轮驱动联杆，压出器(优选为薄膜)通过联杆运动，以供应或计量供应介质。在最简单的情况下，齿轮传动装置可以由位于驱动电机轴上的驱动小齿轮(Abtriebsritzel)和位于与偏心轮相连接的轴上的啮合齿轮组成。在此优选如前面所描述的那样构成啮合齿轮。如果驱动电机为步进电机，则会因为以步进方式旋转而在驱动小齿轮和啮合齿轮之间发生荷载变换或力矩方向变化。在此，由于齿轮与位于驱动小齿轮的齿圈(Zahnung)中的齿的第一部分无间隙地啮合，因此齿面停止彼此打击，从而即使在驱动电机不连续转动时也能确保安静、无磨损地运行。

如上所述，优选具有齿的第一部分和第二部分的齿轮转动驱动偏心轮，以使压出器运动。在此，当齿轮和偏心轮设置在共同的轴上时，则不必进行这种驱动。相反，也可以例如通过其他的传动构件或齿轮间接地实现这种驱动。

附图说明

下面根据附图对本发明进行举例说明。在附图中：

图1示出了具有传动装置的泵机组的截面图，在传动装置中设有根据本发明的齿轮，

图2以放大的视图示出了如图1所示的驱动器和啮合在其中的传动装置的齿轮。

具体实施方式

在图1中示例性示出的泵机组以公知的方式具有驱动器壳体2，在驱动器壳体2上安装有泵头4。在泵头4中设置具有配属的管道接头和阀门的计量室6。计量室6在其一侧由构成压出器的薄膜8形成边界，计量室的容积可以通过薄膜8来缩小和扩大，以泵吸或供应介质。

除了实际的驱动器之外，在驱动器壳体2中还以公知的方式设置所需的控制或调节电子装置9。驱动器具有电驱动电机10，其优选被设计为步进电机。在电机轴12上抗扭地安装驱动小齿轮或小齿轮14。小齿轮14与齿轮16相啮合，齿轮16通过轴18转动地驱动偏心轮20，齿轮16抗扭地固定在轴18上。通过偏心轮20使联杆22以轴向振动运动沿行程轴线或纵轴线X移动。联杆22因此引起薄膜8进行供应或计量供应所需要的行程运动。

在将步进电机作为驱动电机10的实施方式中存在以下问题：电机轴12不能连续旋转运动，而是在多个单步中转动。这将在由小齿轮14和齿轮16构成的传动装置中引起荷载或力矩变换，由于在小齿轮14和齿轮16的齿之间存在间隙，因此这种荷载或力矩变换可能会引发不期望的噪音并增加齿轮磨损。为了避免这些问题，根据本发明的方式将齿轮16构成为，使其与小齿轮14无间隙地啮合。为此，齿轮16的每个齿23都具有第一部分24和在齿23的纵向Z上相毗邻的第二部分26。在第二部分26中，齿23具有以常规方式构成的转矩传递所需要的齿廓。在齿23的第一部分24中将齿廓构造为，使在垂直于齿的纵轴线Z的截面上的至少一部分外部轮廓相对于在第二部分26中的截面的外部轮廓突出。此外，该突出的区域构成为有弹性的，从而使该区域能够无间隙地完全贴靠在小齿轮14的齿面上。所有齿23的第一部分24在齿23的轴向端部上都位于齿轮16的相同的轴向侧面上。

在本实施例中，这样实现突出的外部轮廓：齿23在其第一部分24中径向向外突出，并由此在该区域中具有比在第二部分26中更大的节圆直径和齿顶圆直径。在此，第一部分24以其端面边棱27相对于齿纵轴线Z倾斜向外突出，即在第一部分24中，齿在其与第二部分26相毗邻的区域上具有与齿23在第二部分26中相同的节圆直径或齿顶圆直径。从去往第二部分26的过渡区开始，齿23在第一部分24中相对于齿轮16的轴向侧面28关于齿轮16的转动轴线Y径向向外延伸。即，节圆直径朝向轴向侧面28而逐渐增加，从而使第一部分24相对于第二部分26径向突出。

齿23的第一部分24与各自毗邻的第二部分26弹性连接。第一部分24的弹性构造主要通过材料薄化实现。因此，在各个齿23的第一部分24之间设有缝隙30，从而使齿23的第一部分24构成弹性舌形件，并且每个都能彼此独立地关于转动轴线Y径向向内弹回。此外，齿轮16在第一部分24的区域中在内圆周上变薄。也就是说，在该区域中，齿23在内圆周上受到比在第二部分26的区域中更少的支承。在第二部分26中，齿23在里面的齿根上受到支承环32的径向支承。

在所示出的实施例中，优选整个齿轮16由合成材料一体化地制成。由此确保齿23的第一部分24在径向方向上所要求的弹性。当与小齿轮14的齿23啮合时，齿23的第一部分24在一定程度上被径向向内压缩，由此将确保齿23的两个侧齿面(Seitenflanke)在第一部分24中与小齿轮14的齿面无间隙地贴靠。此外，小齿轮14和齿轮16之间的实际转矩传递通过在齿23的第二部分26中的常规的齿设计来实现，其中，传统存在的间隙仍然存在。齿23的第一部分24因此在齿轮传动装置中具有弹簧或阻尼功能，这种功能将消除不期望的噪音。第一部分24在齿纵轴线Z的方向上只表示齿宽度的很小的区域，在当前情况下约为齿宽度的20％，由此可以将齿宽度的大部分用在第二区域26中，以进行力传递。

在所示出的实施例中，齿轮16由合成材料一体化地制成。但是需要指出的是，齿轮16也可以由不同的材料制成，特别是由不同的合成材料制成，例如在多组分注塑成型中。因此，与齿23在第二部分26中的部件相比，齿23在第一部分24中可以由其他的、特别是有弹性的材料制成。还可以考虑：齿在第二部分26中由金属构成，而仅在第一部分24中由合成材料制成。也可以在多级传动装置中使用多个根据齿轮16的类型构造的齿轮。

附图标记列表

2 驱动器壳体

4 泵头

6 计量室

8 薄膜

9 电子装置

10 驱动电机

12 电机轴

14 小齿轮

16 齿轮

18 轴

20 偏心轮

22 联杆

23 齿

24 齿的第一部分

26 齿的第二部分

27 端面边棱

28 齿轮16的轴向侧面

30 缝隙

32 支承环

X 行程方向

Y 齿轮16的转动轴线

Z 齿32的纵轴线。

Claims (13)

1.一种具有驱动器的计量泵机组，具有驱动电机(10)和齿轮传动装置，其特征在于，所述齿轮传动装置具有齿轮(16)，该齿轮具有多个齿(23)，其中，所述齿(23)的至少各第一部分(24)在截面上具有这样的外部轮廓：在该外部轮廓的至少一个子区域中相对于所述齿(23)的毗邻的第二部分(26)的外部轮廓突出地且有弹性地安装，使得所述齿(23)的第一部分(24)相对于该齿(23)的毗邻的第二部分(26)径向伸出且沿径向方向与毗邻的所述齿(23)的第二部分(26)弹性连接，并且其中，在各个所述齿(23)的第一部分(24)之间设有缝隙(30)，从而使所述齿(23)的第一部分(24)构成弹性舌形件，并且每个都能彼此独立地关于转动轴线(Y)径向向内弹回。

2.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述齿(23)的第一部分(24)分别位于所述齿(23)的轴向端部(28)上。

3.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，多个齿(23)的第一部分(24)位于该齿轮(16)的共同的圆周线上。

4.权利要求3所述的计量泵机组，其特征在于，全部齿(23)的第一部分(24)位于该齿轮(16)的共同的圆周线上。

5.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，每个齿(23)的第一部分(24)都具有相对于该齿轮(16)的转动轴线(Y)倾斜延伸的端面边棱。

6.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，该齿轮在所述齿(23)的第一部分(24)的区域中沿径向方向上的壁厚小于在所述齿(23)的第二部分(26)的区域中的壁厚。

7.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述齿(23)由合成材料制成。

8.如权利要求7所述的计量泵机组，其特征在于，整个齿轮(16)由合成材料制成。

9.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，每个所述齿(23)的第一部分(24)都由合成材料制成，而所述齿(23)的第二部分(26)由金属制成。

10.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述第一部分(24)在齿宽度的10-30％的区域上延伸。

11.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述齿轮(16)的齿(23)具有第一部分(24)和第二部分(26)，该齿轮(16)与位于驱动电机(10)的轴(12)上的小齿轮(14)相啮合。

12.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，具有所述齿(23)的第一部分(24)和第二部分(26)的齿轮(16)转动驱动偏心轮(20)，以使压出器(8)运动。

13.如权利要求1所述的计量泵机组，其特征在于，所述驱动电机(10)是步进电机。