Procedimiento para la generación de la forma de diente de una rueda interior y una rueda exterior de una máquina de ruedas dentadas, así como rueda dentada generada por dicho procedimiento.

Procedimiento para la generación de la forma de diente de una primera y una segunda rueda dentada de una máquina de ruedas dentadas,

que comprende las siguientes etapas:

a) fijación de una geometría de partida de la primera rueda dentada, que es una rueda exterior (2) de la máquina de ruedas dentadas, al menos un criterio de calidad de la máquina de ruedas dentadas, así como una excentricidad (e) deseada entre los ejes de giro (A, B) de las dos ruedas dentadas, en el que la geometría de partida es descrita por funciones spline de orden superior;

b) realización de un movimiento con la geometría de partida fijada, en el que la geometría de partida realiza un movimiento de giro en torno al propio eje de giro (B) y al mismo tiempo un movimiento de revolución en torno al eje de giro (A) de la segunda rueda dentada, y en el que este movimiento de giro y este movimiento de revolución están acoplados entre sí, de manera que el ángulo de rotación (b) de la excentricidad (e) es continuamente igual al producto del ángulo de rotación (a) de la primera rueda dentada y del número de dientes (Z) de la primera rueda dentada (b ≥ a x Z);

c) generación del contorno de forma de diente de la segunda rueda dentada por registro de la trayectoria descrita por la curva envolvente de la geometría de partida durante la realización del movimiento según la etapa b), de modo que el contorno de forma de diente registrado es descrito por funciones spline de orden superior;

d) comprobación de si con la geometría de partida y el contorno de forma de diente registrado se satisface el criterio de calidad especificado;

e) mientras que no se satisfaga el criterio de calidad, variación de la geometría de partida empleada anteriormente y/o de la excentricidad fijada (e);

f) repetición iterativa de las etapas b) hasta e) y generación de un contorno de forma de diente modificado hasta satisfacer el criterio de calidad.

Procedimiento para la generación de la forma de diente de una rueda interior y una rueda exterior de una máquina de ruedas dentadas, así como rueda dentada generada por dicho procedimiento La presente invención se refiere a un procedimiento para la generación de las formas de diente tanto de la rueda interior como de la rueda exterior de una máquina de ruedas dentadas (también denominada gerotor) , en particular de una bomba de rueda dentada. Además, la invención se refiere a una rueda dentada de una máquina de ruedas dentadas que presenta tal dentado.

Las máquinas de ruedas dentadas (máquinas gerotor) poseen una rueda interior y una rueda exterior que están provistas, respectivamente, de dientes y huecos entre dientes distribuidos regularmente en el contorno. Los ejes de giro de la rueda interior y de la rueda exterior están desplazados excéntricamente entre sí. La rueda interior posee por lo general exactamente un diente menos que huecos entre dientes están previstos en el dentado interior de la rueda exterior. Hoy en día las máquinas de ruedas dentadas se utilizan habitualmente como bombas de rueda dentada, por ejemplo, en vehículos como la bomba principal del motor de combustión interna. La cámara de desplazamiento formada por los huecos entre dientes y las paredes de la carcasa varía con la rotación de las ruedas dentadas, de manera que se provoca el transporte del fluido hidráulico. El volumen transportado por revolución es en este caso constante. Los dientes de la rueda interior dentada por fuera son formados así habitualmente según diversas especificaciones de formación del comportamiento de rodadura de la rueda exterior. Tal especificación de formación conocida es por ejemplo el movimiento del contorno de generación según las leyes de las curvas epicicloides en un círculo primitivo fijado.

Las geometrías elegidas tienen una influencia considerable sobre el comportamiento de transporte, el grado de eficiencia, la estabilidad de marcha y el desgaste de una máquina de ruedas dentadas. En la construcción se pueden configurar en particular las formas de diente, la excentricidad de los ejes de giro de las dos ruedas dentadas y la holgura que queda entre los sectores de diente individuales sin dependencia directa de las condiciones exteriores que son predeterminadas por la unidad de accionamiento conectada.

Por el documento US 3, 709, 055 son conocidos perfiles de diente para ruedas dentadas que presentan cabezas de diente con forma circular y perfiles de pie de diente con forma circular que están unidos entre sí por flancos rectos. Por este documento es conocido también un procedimiento para generar perfiles dentados de este tipo que pueden ser empleados por ejemplo en máquinas de ruedas dentadas. Sin embargo, con el método allí propuesto no se consigue, o a lo sumo en límites muy estrechos, un objetivo esencial de una máquina de ruedas dentadas, concretamente en el curso del movimiento entre las dos ruedas dentadas realizar en cualquier momento una célula de transporte geométricamente cerrada. Esto último es de especial importancia para el grado de eficiencia de la bomba de ruedas dentadas y las presiones alcanzables.

En el documento US 2, 960, 884 se describen igualmente máquinas de ruedas dentadas y posibilidades para la determinación de la geometría de diente. El método de generación de diente especificado es especialmente adecuado para conseguir un curso de movimiento semejante a una evolvente entre geometrías de diente acopladas funcionalmente. El objetivo principal mencionado antes de una máquina de ruedas dentadas, concretamente que la estanqueidad de la célula de transporte permanezca igual en el curso del movimiento a través de todo el ángulo de giro, se puede lograr con este método solo de forma limitada.

En el documento JP 10-205458 A se indica un procedimiento para la determinación de la geometría de diente de una bomba de rueda dentada. Para este propósito, el diente de una rueda exterior será descrito por arcos de círculo acoplados, con lo que puede ser generado el dentado de la rueda interior. La definición de geometrías especiales de los dentados con destalonados o por ejemplo para el descenso de la presión de Hertz no es posible o lo es solo de forma muy restringida por la limitación a la descripción de la forma del diente por medio de un número definido de arcos de círculo.

Por los documentos EP 1 340 913 B1 y DE 102 08 408 A1 es conocida una máquina de ruedas dentadas que se utiliza como bomba de rueda dentada. En este caso es un objetivo prioritario optimizar la geometría de las ruedas dentadas para reducir el ruido durante el funcionamiento de la bomba. Las cabezas de diente y los pies de diente empleados tienen para ello una geometría que está descrita por curvas de segundo o mayor orden, en la que los pies de diente o los flancos de los pies de diente están formados por arcos de círculo. Para la determinación de los contornos de perfil de los dentados, se propone especificar el dentado interior del rotor exterior como dentado maestro. El contorno de perfil del pie de diente del rotor interior es derivado del contorno de perfil de la cabeza de diente del dentado interior cinemáticamente de acuerdo con la ley de engranaje, mientras que el contorno del perfil de la cabeza de diente es obtenido de las secciones de envolvente del contorno del perfil de pie de diente del dentado interior. Los puntos de apoyo de las líneas poligonales que representan los pies de diente del dentado exterior son determinadas con la ley de engranaje, mientras que los puntos de apoyo de las funciones spline que representan las cabezas de diente del dentado exterior son determinadas con un método de secciones envolventes. Las investigaciones han mostrado, sin embargo, que las formas de diente que pueden ser generadas de esta manera conducen a limitaciones respecto al grado de eficiencia y las condiciones de flujo en la máquina de ruedas

dentadas. Igualmente desfavorable es la definición rígida del redondeado del pie que actúa por ejemplo de forma limitativa para la formación de una cámara de recogida de suciedad.

El documento US 5, 030, 072 muestra un procedimiento para el diseño de la forma de diente de una máquina de ruedas dentadas, en el que en primer lugar es fijada una distancia de leva radial para a continuación modificar de forma iterativa un radio de leva hasta que una distancia de punto individual y una distancia de doble punto sean igual a la distancia entre levas especificada.

El documento DE 30 26 222 A1 muestra una bomba de rueda dentada en la que la forma teórica de diente del piñón está determinada por la rodadura del círculo de rodadura del piñón sobre el círculo de rodadura de la rueda hueca. En este caso, para el diseño de la forma de diente del piñón se parte de una forma determinada del dentado. El procedimiento solo puede ser aplicado para esta forma particular de diente.

El documento US 2, 666, 336 muestra un procedimiento para el diseño de dentados de rotoides, que en contraste con los gerotores (máquinas de ruedas dentadas) tienen otras relaciones de dientes. Como punto de partida sirven un círculo exterior de diámetro A y un círculo de piñón de diámetro B de los que resulta la excentricidad E.

En el artículo "Design of deviatation-function based gerotors", Shih-Hsi Tong et. al., Mechanism and Machine Theor y 44 (2009) 1595-1606, se explica un procedimiento de un nuevo tipo para generar perfiles de gerotor. Este procedimiento se basa en el uso de funciones de desviación, sin embargo, requiere complicados cálculos y etapas de construcción y puede conducir a problemas de dimensionamiento, en particular en caso de destalonados.

El documento EP 1 462 653 A1 muestra una bomba de rueda dentada interior con un rotor interior y con un rotor exterior. El rotor interior presenta un perfil de diente con una pieza de pié formada por una hipocicloide. El rotor interior y el rotor exterior presentan una excentricidad e entre sí, adoptando la distancia entre rotores el valor máximo t. El rotor exterior tiene un perfil de diente que es determinado partiendo del perfil de diente del rotor interior. Para ello es girado el rotor interior en torno al centro del rotor exterior. En este caso, el rotor interior gira en torno a su eje 1/n veces (n = número de dientes) , mientras que el centro del rotor exterior realiza una vuelta en la trayectoria giratoria. En este movimiento es descrita una curva envolvente por el perfil de diente del rotor interior que es utilizada como perfil de diente del rotor exterior.

Un objeto de la presente invención consiste en partiendo del estado de la técnica indicar un procedimiento para la generación de formas de diente de la rueda interior y la rueda exterior... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la generación de la forma de diente de una primera y una segunda rueda dentada de una máquina de ruedas dentadas, que comprende las siguientes etapas:

a) fijación de una geometría de partida de la primera rueda dentada, que es una rueda exterior (2) de la máquina de ruedas dentadas, al menos un criterio de calidad de la máquina de ruedas dentadas, así como una excentricidad (e) deseada entre los ejes de giro (A, B) de las dos ruedas dentadas, en el que la geometría de partida es descrita por funciones spline de orden superior;

b) realización de un movimiento con la geometría de partida fijada, en el que la geometría de partida realiza un movimiento de giro en torno al propio eje de giro (B) y al mismo tiempo un movimiento de revolución en torno al eje de giro (A) de la segunda rueda dentada, y en el que este movimiento de giro y este movimiento de revolución están acoplados entre sí, de manera que el ángulo de rotación (b) de la excentricidad (e) es continuamente igual al producto del ángulo de rotación (a) de la primera rueda dentada y del número de dientes (Z) de la primera rueda dentada (b = a x Z) ;

c) generación del contorno de forma de diente de la segunda rueda dentada por registro de la trayectoria descrita por la curva envolvente de la geometría de partida durante la realización del movimiento según la etapa b) , de modo que el contorno de forma de diente registrado es descrito por funciones spline de orden superior;

d) comprobación de si con la geometría de partida y el contorno de forma de diente registrado se satisface el criterio de calidad especificado;

e) mientras que no se satisfaga el criterio de calidad, variación de la geometría de partida empleada anteriormente y/o de la excentricidad fijada (e) ;

f) repetición iterativa de las etapas b) hasta e) y generación de un contorno de forma de diente modificado hasta satisfacer el criterio de calidad.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que como geometría de partida es fijado al menos un semiperiodo de diente del dentado exterior.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la realización del movimiento de giro relativo entre la rueda interior y la rueda exterior es realizado asistido por ordenador utilizando un modelo matemático de rueda interior y exterior.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la repetición iterativa de las etapas b) hasta e) es interrumpida independientemente de la satisfacción del criterio de calidad cuando se cumple un criterio de interrupción determinado previamente.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el movimiento de revolución en la etapa b) es realizado con un ángulo de rotación (b) de la excentricidad (e) que recubre al menos un semiperiodo de diente de la segunda rueda dentada.

6. Rueda dentada de una máquina de ruedas dentadas, caracterizada por que la forma de diente de su dentado es fabricada de acuerdo con un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5.