DE102016214762A1

DE102016214762A1 - External gear unit

Info

Publication number: DE102016214762A1
Application number: DE102016214762.5A
Authority: DE
Inventors: Guido Bredenfeld; Jakob Branczeisz; Matthias Riedle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2018-02-15
Also published as: WO2018028806A1; WO2018028916A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradmaschine (61), insbesondere eine Außenzahnradpumpe oder einen Außenzahnradmotor, mit einem Triebwerk (60), das wenigstens zwei Zahnräder (63, 64) umfasst, die im Außeneingriff miteinander kämmen und um zwei Drehachsen drehbar gelagert sind, wobei im Betrieb der Außenzahnradmaschine (61) auf die Zahnräder (64,64) Lagerkräfte wirken, die aus einem Antriebsmoment, mit welchem eines der Zahnräder (63, 64) angetrieben wird, und aus einem inneren Druckfeld resultieren, das von einem Arbeitsfluid ausgeübt wird, das im Betrieb der Außenzahnradmaschine (61) mit einem Betriebsdruck beaufschlagt wird. Um die Lebensdauer der Außenzahnradmaschine, insbesondere im Betrieb mit einem niedrigviskosen Medium, wie einem ORC-Fluid, zu verlängern, ist das Triebwerk (60) der Außenzahnradmaschine (61) im Hinblick auf die Lagerkräfte, die auf die Zahnräder (63, 64) wirken, gezielt asymmetrisch ausgeführt, um die Zahnräder (63, 64) im Betrieb der Außenzahnradmaschine (61) möglichst gleichmäßig zu belasten.The invention relates to an external gear machine (61), in particular an external gear pump or an external gear motor, with an engine (60) comprising at least two gear wheels (63, 64) meshing with each other in outer engagement and are rotatably mounted about two axes of rotation, wherein in operation the external gear machine (61) acting on the gears (64,64) bearing forces, which result from a drive torque with which one of the gears (63, 64) is driven, and from an internal pressure field, which is exerted by a working fluid in the Operation of the external gear machine (61) is acted upon by an operating pressure. In order to extend the life of the external gear machine, particularly when operating with a low viscosity medium such as an ORC fluid, the engine (60) of the external gear machine (61) is in view of the bearing forces acting on the gears (63, 64) , asymmetrically designed specifically to load the gears (63, 64) as evenly as possible during operation of the external gear machine (61).

Description

Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradmaschine, insbesondere eine Außenzahnradpumpe oder einen Außenzahnradmotor, mit einem Triebwerk, das wenigstens zwei Zahnräder umfasst, die im Außeneingriff miteinander kämmen und um zwei Drehachsen drehbar gelagert sind, wobei im Betrieb der Außenzahnradmaschine auf die Zahnräder Lagerkräfte wirken, die aus einem Antriebsmoment, mit welchem eines der Zahnräder angetrieben wird, und aus einem inneren Druckfeld resultieren, das von einem Arbeitsfluid ausgeübt wird, das im Betrieb der Außenzahnradmaschine mit einem Betriebsdruck beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren auch ein Verfahren zum Auslegen einer derartigen Außenzahnradmaschine. The invention relates to an external gear machine, in particular an external gear pump or an external gear motor, with an engine comprising at least two gears which mesh with each other in outer engagement and are rotatably mounted about two axes of rotation, wherein in operation of the external gear machine acting on the gears bearing forces, consisting of a Driving torque, with which one of the gears is driven, and resulting from an internal pressure field, which is exerted by a working fluid, which is acted upon in the operation of the external gear machine with an operating pressure. The invention further relates to a method for designing such an external gear machine.

Stand der TechnikState of the art

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 212 255 A1 ist eine Außenzahnradmaschine, insbesondere eine Außenzahnradpumpe oder ein Außenzahnradmotor, mit einem Gehäuse bekannt, in dem wenigstens ein erstes Zahnrad aufgenommen ist, welches mit einem zugeordneten zweiten Zahnrad im Außeneingriff kämmt, wobei das wenigstens eine erste Zahnrad in wenigstens einem ersten Lagerkörper bezüglich einer ersten Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das zweite Zahnrad in wenigstens einem zweiten Lagerkörper bezüglich einer zweiten Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die erste und die zweite Drehachse parallel zueinander verlaufen, so dass sie eine erste Ebene aufspannen, wobei der wenigstens eine erste Lagerkörper senkrecht zur ersten Ebene geradlinig gleitbeweglich am zugeordneten zweiten Lagerkörper abgestützt ist, wobei eine Relativbewegung in Richtung der ersten Drehachse unterbunden ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 216 254 A1 ist eine ähnliche Außenzahnradmaschine bekannt, die Lagerbuchsen aus einem Werkstoff umfasst, der einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als ein Gehäuse aufweist, wobei die Lagerbuchsen ganz oder teilweise sich zwischen ihrer radial äußeren Mantelfläche und ihrer Lagerbohrung erstreckende, schlitzartige Ausnehmungen aufweisen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 005 958 A1 ist eine hydraulische Außenzahnradmaschine bekannt, bei der im Bereich eines Niederdruckanschlusses an Zahnrädern axial anliegende Bereiche der Innenwände von Lagerbuchsen elastisch verformbar ausgebildet sind. From the German patent application DE 10 2014 212 255 A1 is an external gear machine, in particular an external gear pump or an external gear motor, known with a housing in which at least a first gear is received, which meshes with an associated second gear in the outer engagement, wherein the at least one first gear in at least one first bearing body with respect to a first axis of rotation is rotatably mounted, wherein the second gear is rotatably mounted in at least one second bearing body with respect to a second axis of rotation, wherein the first and the second axis of rotation parallel to each other, so that they span a first plane, wherein the at least one first bearing body perpendicular to the first plane is linearly slidably supported on the associated second bearing body, wherein a relative movement in the direction of the first axis of rotation is prevented. From the German patent application DE 10 2012 216 254 A1 a similar external gear machine is known, the bearing bushes comprises a material having a greater coefficient of expansion than a housing, wherein the bushings wholly or partially have between their radially outer surface and its bearing bore extending, slot-like recesses. From the German patent application DE 10 2012 005 958 A1 is a hydraulic external gear known, in which in the region of a low-pressure connection to gears axially adjacent portions of the inner walls of bearing bushes are formed elastically deformable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer einer Außenzahnradmaschine, insbesondere einer Außenzahnradpumpe oder eines Außenzahnradmotors, mit einem Triebwerk, das wenigstens zwei Zahnräder umfasst, die im Außeneingriff miteinander kämmen und um zwei Drehachsen drehbar gelagert sind, wobei im Betrieb der Außenzahnradmaschine auf die Zahnräder Lagerkräfte wirken, die aus einem Antriebsmoment, mit welchem eines der Zahnräder angetrieben wird, und aus einem inneren Druckfeld resultieren, das von einem Arbeitsfluid ausgeübt wird, das im Betrieb der Außenzahnradmaschine mit einem Betriebsdruck beaufschlagt wird, insbesondere im Betrieb mit einem niedrigviskosen Medium, wie einem ORC-Fluid, zu verlängern. The object of the invention is the life of an external gear machine, in particular an external gear pump or an external gear motor, with an engine comprising at least two gears which mesh with each other in external engagement and are rotatably mounted about two axes of rotation, wherein in operation of the external gear on the gears bearing forces act, which results from a drive torque, with which one of the gears is driven, and from an inner pressure field, which is exerted by a working fluid, which is acted upon in operation of the external gear machine with an operating pressure, in particular in operation with a low-viscosity medium, such as ORC fluid, extend.

Die Aufgabe ist bei einer Außenzahnradmaschine, insbesondere einer Außenzahnradpumpe oder einem Außenzahnradmotor, mit einem Triebwerk, das wenigstens zwei Zahnräder umfasst, die im Außeneingriff miteinander kämmen und um zwei Drehachsen drehbar gelagert sind, wobei im Betrieb der Außenzahnradmaschine auf die Zahnräder Lagerkräfte wirken, die aus einem Antriebsmoment, mit welchem eines der Zahnräder angetrieben wird, und aus einem inneren Druckfeld resultieren, das von einem Arbeitsfluid ausgeübt wird, das im Betrieb der Außenzahnradmaschine mit einem Betriebsdruck beaufschlagt wird, dadurch gelöst, dass das Triebwerk der Außenzahnradmaschine im Hinblick auf die Lagerkräfte, die auf die Zahnräder wirken, gezielt asymmetrisch ausgeführt ist, um die Zahnräder im Betrieb der Außenzahnradmaschine möglichst gleichmäßig zu belasten. Durch die bewusst asymmetrische Ausführung des Triebwerks wird eine symmetrische Lastverteilung im Betrieb der Außenzahnradmaschine erreicht. Das heißt, die Last durch die Lagerkräfte wird gleichmäßig auf die beiden Zahnräder verteilt. Durch die gleichmäßige Aufteilung der Lagerkräfte werden die einzelnen Bauteile der Außenzahnradmaschine gleichmäßig belastet. Dadurch wird vorteilhaft auch ein gezielt symmetrischer Eintrag von mechanischen Verlusten erreicht. Vor allem innerhalb von Lagerstellen der Außenzahnradmaschine werden der Anteil und die Höhe aller eingetragenen mechanischen Verluste gleichmäßig auf die betroffenen Bauteile der Außenzahnradmaschine verteilt. Daraus ergeben sich zumindest ähnliche Reibverhältnisse innerhalb der Lagerstellen, damit eine gleichmäßige Temperaturentstehung und letztlich ähnliche Verschleißzustände an allen Lagerstellen. Dadurch kann die Lebensdauer der Außenzahnradmaschine im Betrieb mit einem ORC-Fluid signifikant verlängert werden. Die Buchstaben ORC stehen für die englischen Begriffe Organic Rankine Cycle. Beispiele für ORC-Fluide sind Ethanol oder Cyclopentan. Im Rahmen von Kraftfahrzeuganwendungen hat sich die Verwendung von einem Kältemittel, wie es in Klimaanlagen eingesetzt wird, als vorteilhaft erwiesen. Das Kältemittel hat ausreichend gute thermodynamische Eigenschaften und ist zudem nicht brennbar.The object is with an external gear machine, in particular an external gear pump or an external gear motor, with an engine comprising at least two gears which mesh with each other in outer engagement and are rotatably mounted about two axes of rotation, wherein in operation of the external gear machine acting on the gears bearing forces, the a drive torque with which one of the gears is driven, and resulting from an internal pressure field, which is exerted by a working fluid which is subjected to an operating pressure during operation of the external gear machine, achieved in that the engine of the external gear machine with respect to the bearing forces, which act on the gears, designed asymmetrically targeted to load the gears as evenly as possible during operation of the external gear. Due to the deliberately asymmetrical design of the engine, a symmetrical load distribution is achieved during operation of the external gear machine. That is, the load by the bearing forces is evenly distributed to the two gears. Due to the uniform distribution of the bearing forces, the individual components of the external gear machine are evenly loaded. This advantageously also a targeted symmetrical entry of mechanical losses is achieved. Especially within bearings of the external gear machine, the proportion and the amount of all registered mechanical losses are evenly distributed to the affected components of the external gear machine. This results in at least similar friction conditions within the bearings, thus a uniform temperature and ultimately similar wear conditions at all bearings. This can significantly extend the life of the external gear machine when operating with an ORC fluid. The letters ORC stand for the English term Organic Rankine Cycle. Examples of ORC fluids are ethanol or cyclopentane. In the context of automotive applications, the use of a refrigerant, as used in air conditioning systems, has proven to be advantageous. The refrigerant has sufficiently good thermodynamic properties and is also non-flammable.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk der Außenzahnradmaschine geometrisch so angepasst ist, dass alle kraftübertragenden Bauteile der Außenzahnradmaschine eine gleichmäßige, insbesondere symmetrische, Lastverteilung aufweisen. Durch die gleichmäßige Belastung von Wellen und Lagerstellen können diese optimal an die wirkenden Lastverhältnisse angepasst werden. Dadurch können mehr Gleichteile als bei herkömmlichen Außenzahnradmaschinen verwendet werden. Darüber hinaus wird die Verwendung von überdimensionierten Bauteilen vorteilhaft vermieden. A preferred embodiment of the external gear machine is characterized that the engine of the external gear machine is geometrically adapted so that all force-transmitting components of the external gear machine have a uniform, in particular symmetrical, load distribution. Due to the even load of shafts and bearings, they can be optimally adapted to the load conditions. As a result, more identical parts can be used than in conventional external gear machines. In addition, the use of oversized components is advantageously avoided.

Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Außenzahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere bei einer vorab beschriebenen Außenzahnradmaschine, alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das angetriebene Zahnrad mindestens eine externe Lagerstelle mit einer Lagerung aufweist, die nicht mit dem Arbeitsfluid der Außenzahnradmaschine in Kontakt kommt. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Außenzahnradmaschine mit einem niedrigviskosen Medium, insbesondere einem ORC-Fluid, betrieben wird. Derartige niedrigviskosen Medien haben quasi keine Schmiereigenschaften. Daher kann bei einer Förderung derart kritischer Medien in einer Außenzahnradmaschine mit herkömmlichen Gleitlagern kein ausreichend tragfähiger Schmierfilm ausgebildet werden. Dann besteht zum Beispiel die Gefahr, dass die Lagerstellen unerwünscht lange, insbesondere permanent, in einem Mischreibungsbereich laufen. Das führt zu einer unerwünscht hohen Wärmeentwicklung in der Lagerstelle, was wiederum mit einem schnelleren Verschleiß verbunden ist. Alle diese Nachteile können mit der externen Lagerung vermieden werden. The above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in an external gear machine according to the preamble of claim 1, in particular in an external gear machine described above, that the driven gear has at least one external bearing with a bearing that is not in contact with the working fluid of the external gear machine comes. This is particularly advantageous when the external gear machine is operated with a low-viscosity medium, in particular an ORC fluid. Such low-viscosity media have virtually no lubricating properties. Therefore, in a promotion of such critical media in an external gear machine with conventional bearings not sufficiently viable lubricating film can be formed. For example, there is a risk that the bearings will run undesirably long, especially permanently, in a mixed friction region. This leads to an undesirably high heat development in the bearing, which in turn is associated with faster wear. All these disadvantages can be avoided with the external storage.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung an der externen Lagerstelle eine separate Schmierung aufweist. Aufgrund der separaten Schmierung kann die externe Lagerstelle tribologisch optimal betrieben werden. Die separat geschmierte externe Lagerstelle kann vorteilhaft größte Radiallasten aufnehmen. Dadurch können die Lagerlasten innerhalb der Außenzahnradmaschine auf ein Minimum reduziert werden. A further preferred embodiment of the external gear machine is characterized in that the bearing at the external bearing point has a separate lubrication. Due to the separate lubrication, the external bearing can be operated optimally tribologically. The separately lubricated external bearing can advantageously absorb the largest radial loads. As a result, the bearing loads within the external gear machine can be reduced to a minimum.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem angetriebenen oder treibenden Zahnrad getriebenes Zahnrad einen kleineren wirksamen Zahnraddurchmesser als das angetriebene oder treibende Zahnrad aufweist. Dadurch kann die Belastung des getriebenen Zahnrads vorteilhaft soweit verringert werden, bis die Belastungen der beiden Zahnräder etwa gleich sind. Another preferred embodiment of the external gear machine is characterized in that a driven by the driven or driving gear gear has a smaller effective gear diameter than the driven or driving gear. As a result, the load on the driven gear can advantageously be reduced until the loads on the two gear wheels are approximately the same.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad weniger Zähne als das angetriebene oder treibende Zahnrad aufweist. Durch diese Maßnahme kann der Zahnraddurchmesser des getriebenen Zahnrads auf einfache Art und Weise verkleinert werden. Another preferred embodiment of the external gear machine is characterized in that the driven gear has fewer teeth than the driven or driving gear. By this measure, the gear diameter of the driven gear can be reduced in a simple manner.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad einen anderen Verzahnungsmodul als das angetriebene oder treibende Zahnrad aufweist. Bei der Auslegung der Zahnräder ist lediglich darauf zu achten, dass die Fähigkeit der Zahnräder erhalten bleibt gegeneinander zu kämmen. Darüber hinaus gilt es, eine ausreichende Abdichtung über die Zahnflanken im Betrieb der Außenzahnradmaschine aufrechtzuerhalten. A further preferred embodiment of the external gear machine is characterized in that the driven gear has a different toothing module than the driven or driving gear. When designing the gears, care must be taken only to maintain the ability of the gears to mesh against each other. In addition, it is important to maintain an adequate seal over the tooth flanks during operation of the external gear machine.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad auf einer feststehenden Achse gelagert ist. Das liefert zum Beispiel den Vorteil, dass nur noch eine Lagerstelle innerhalb des Arbeitsmediums der Außenzahnradmaschine benötigt wird. Die Lagerstelle innerhalb des Arbeitsmediums kann dann so groß wie möglich ausgeführt werden, um die Lagerlast vorteilhaft weiter zu reduzieren. A further preferred embodiment of the external gear machine is characterized in that the driven gear is mounted on a fixed axis. This provides, for example, the advantage that only one bearing point is required within the working medium of the external gear machine. The bearing within the working medium can then be carried out as large as possible in order to advantageously further reduce the bearing load.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad durch Zahnköpfe direkt in einem Gehäuse der Außenzahnradmaschine gelagert ist. Dadurch können ansonsten benötigte Bauteile zur Darstellung einer Lagerstelle entfallen. Das führt zu einer vorteilhaften Gewichtseinsparung. Die vorab beschriebenen Maßnahmen führen in Kombination vorteilhaft zu einem völligen Entfall von Lagerstellen innerhalb des Arbeitsmediums oder Betriebsmediums der Außenzahnradpumpe. A further preferred embodiment of the external gear machine is characterized in that the driven gear is mounted by tooth heads directly in a housing of the external gear machine. As a result, otherwise required components for the representation of a bearing can be omitted. This leads to an advantageous weight saving. The measures described above lead in combination advantageously to a complete elimination of bearings within the working medium or operating medium of the external gear pump.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Auslegen einer vorab beschriebenen Außenzahnradmaschine. Bei der Auslegung der Außenzahnradmaschine wird das Triebwerk im Rahmen der Konstruktion im Hinblick auf die Lagerkräfte, die auf die Zahnräder wirken, gezielt asymmetrisch ausgeführt, um die Zahnräder im Betrieb der Außenzahnradmaschine möglichst gleichmäßig zu belasten. Dabei können die vorab beschriebenen Maßnahmen auch in verschiedenen Kombinationen einzeln oder zusammen miteinander angewendet werden. The invention further relates to a method for laying out a previously described external gear machine. In the design of the external gear machine, the engine is deliberately designed asymmetrically in the context of construction in terms of the bearing forces acting on the gears in order to load the gears as evenly as possible during operation of the external gear machine. The measures described above can also be used in different combinations individually or together.

Die vorab beschriebene Außenzahnradmaschine wird vorzugsweise in einem System zur Wärmerückgewinnung aus Abgas im Betrieb von Nutzfahrzeugen verwendet. Das Wärmerückgewinnungssystem aus dem Abgas wird auch als Waste-Heat-Recovery-System bezeichnet. Als Arbeitsfluid wird in dem verkürzt auch als WHR-System bezeichneten Wärmerückgewinnungssystem zum Beispiel ein ORC-Fluid verwendet. Das ORC-Fluid wird durch eine vorab beschriebene Außenzahnradmaschine von einem niedrigen auf einen höheren Druck gebracht und zu Verdampfern gefördert. Die Verdampfer nehmen Abwärme aus einem Abgastrakt und einer Abgasrückführung auf und verdampfen das ORC-Fluid. Der erzeugte Dampf verrichtet in einer Expansionsmaschine Arbeit und wird anschließend in einem Kondensator wieder verflüssigt, wobei die Restwärme an die Umgebung abgegeben wird. Schließlich wird die Flüssigkeit erneut der Außenzahnradmaschine zugeführt. Die aus dem Prozess erhaltene Energie kann zum Beispiel mechanisch an eine Kurbelwelle abgegeben werden oder einen Generator antreiben. The external gear machine described above is preferably used in a system for heat recovery from exhaust gas in the operation of commercial vehicles. The waste heat recovery system is also referred to as a waste heat recovery system. As working fluid is shortened in the as well as WHR system designated heat recovery system, for example, an ORC fluid used. The ORC fluid is brought from low to higher pressure by a previously described external gear machine and conveyed to evaporators. The evaporators absorb waste heat from an exhaust tract and exhaust gas recirculation and evaporate the ORC fluid. The steam produced performs work in an expansion machine and is then re-liquefied in a condenser, with the residual heat being released to the environment. Finally, the liquid is again supplied to the external gear machine. For example, the energy obtained from the process may be mechanically delivered to a crankshaft or drive a generator.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments are described in detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigen: Show it:

1 eine Prinzipdarstellung einer Außenzahnradmaschine mit einer Lageranordnung im Längsschnitt; 1 a schematic representation of an external gear machine with a bearing assembly in longitudinal section;

2 die Außenzahnradmaschine aus 1 im Querschnitt; und 2 the external gear machine off 1 in cross-section; and

3 eine ähnliche Außenzahnradmaschine wie in den 1 und 2 mit einem kraftausgeglichenen Triebwerk perspektivisch und teilweise geschnitten. 3 a similar external gear machine as in the 1 and 2 with a force-balanced engine perspective and partially cut.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In den 1 und 2 ist eine Prinzipdarstellung einer Außenzahnradmaschine 1 mit einem ersten Zahnrad 3 und einem zweiten Zahnrad 4 vereinfacht im Längsschnitt und im Querschnitt dargestellt. Die außen verzahnten Zahnräder 3, 4 kämmen im Außeneingriff miteinander. In the 1 and 2 is a schematic diagram of an external gear machine 1 with a first gear 3 and a second gear 4 simplified in longitudinal section and shown in cross section. The externally toothed gears 3 . 4 mesh with each other in external intervention.

Das erste Zahnrad 3 ist in 1 auf seiner linken Stirnseite drehfest mit einem Zapfen 5 verbunden. Wenn die Außenzahnradmaschine 1 als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist, kann das erste Zahnrad 3 über den Zapfen 5 angetrieben werden, der dann auch als Antriebszapfen 5 bezeichnet wird. Auf seiner in 1 rechten Seite ist das erste Zahnrad 3 drehfest mit einem Lagerzapfen 6 verbunden. The first gear 3 is in 1 rotatably on its left end with a pin 5 connected. If the external gear machine 1 is designed as external gear pump, the first gear 3 over the cone 5 be driven, then as a drive pin 5 referred to as. On his in 1 right side is the first gear 3 rotatably with a journal 6 connected.

Das zweite Zahnrad 4 weist in 1 seitlich zwei Lagerzapfen 7, 8 auf, mit denen das zweite Zahnrad 4 drehfest verbunden ist. Die beiden Zahnräder 3, 4 sind mit Hilfe der Zapfen 5, 6 und 7, 8 drehbar in einem Gehäuse 10 gelagert. Das erste Zahnrad 5 ist mit Hilfe des Antriebszapfens 5 und des Lagerzapfens 6 um eine erste Drehachse 13 drehbar. Das zweite Zahnrad 4 ist mit Hilfe der Lagerzapfen 7, 8 um eine zweite Drehachse 14 drehbar, die parallel zu der ersten Drehachse 13 ist. The second gear 4 points in 1 laterally two journals 7 . 8th on, with which the second gear 4 rotatably connected. The two gears 3 . 4 are with the help of the cones 5 . 6 and 7 . 8th rotatable in a housing 10 stored. The first gear 5 is with the help of the drive pin 5 and the trunnion 6 around a first axis of rotation 13 rotatable. The second gear 4 is with the help of the journals 7 . 8th around a second axis of rotation 14 rotatable, parallel to the first axis of rotation 13 is.

Das Gehäuse 10 wird auf seiner in 1 linken Seite von einem ersten Gehäusedeckel 11 und auf seiner in 1 rechten Seite von einem zweiten Gehäusedeckel 12 begrenzt. Ein Gehäusegrundkörper 15 des Gehäuses 10 ist zwischen den Gehäusedeckeln 11, 12 angeordnet. The housing 10 will be on his in 1 left side of a first housing cover 11 and on his in 1 right side of a second housing cover 12 limited. A housing basic body 15 of the housing 10 is between the housing covers 11 . 12 arranged.

Der erste Gehäusedeckel 11 ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 16, 17 fest mit dem Gehäusegrundkörper 15 verbunden. Der zweite Gehäusedeckel 12 ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 18, 19 fest mit dem Gehäusegrundkörper 15 verbunden. Bei den Befestigungsmitteln 16 bis 19 handelt es sich zum Beispiel um Schraubbolzen, die mit Passstiften kombiniert sein können. The first housing cover 11 is with the help of fasteners 16 . 17 firmly with the housing body 15 connected. The second housing cover 12 is with the help of fasteners 18 . 19 firmly with the housing body 15 connected. At the fasteners 16 to 19 For example, these are threaded bolts that can be combined with dowel pins.

In 1 ist zwischen dem ersten Gehäusedeckel 11 und dem Gehäusegrundkörper 15 eine erste Gehäusedichtung 21 angeordnet. In 1 ist zwischen dem zweiten Gehäusedeckel 12 und dem Gehäusegrundkörper 15 eine zweite Gehäusedichtung 22 angeordnet.In 1 is between the first housing cover 11 and the housing body 15 a first housing seal 21 arranged. In 1 is between the second housing cover 12 and the housing body 15 a second housing seal 22 arranged.

In 1 dient ein Radialwellendichtring 24 zur Abdichtung einer Drehdurchführung des Antriebszapfens 5 durch den ersten Gehäusedeckel 11. Der Radialwellendichtring 24 wird in bekannter Art und Weise von außen in einen Ringraum eingebaut, der sich um den Antriebszapfen 5 herum erstreckt. In 1 serves a radial shaft seal 24 for sealing a rotary feedthrough of the drive pin 5 through the first housing cover 11 , The radial shaft seal 24 is installed in a known manner from the outside in an annulus, which surrounds the drive pin 5 extends around.

In 1 dient zur Lagerung der beiden Zahnräder 3, 4 in dem Gehäuse 10 eine Lageranordnung 25. Die Lageranordnung 25 umfasst zur Lagerung des ersten Zahnrads 3 zwei Radiallager 26, 27. Zur Lagerung des zweiten Zahnrads 4 umfasst die Lageranordnung 25 zwei weitere Radiallager 28, 29. In 1 serves to support the two gears 3 . 4 in the case 10 a bearing assembly 25 , The bearing arrangement 25 includes for storage of the first gear 3 two radial bearings 26 . 27 , For storage of the second gear 4 includes the bearing assembly 25 two more radial bearings 28 . 29 ,

Den Radiallagern 26 und 27 sind zwei Axialfelddichtungen 31, 32 zugeordnet, die zur Abdichtung zwischen den Radiallagern 26, 27 und den Gehäusedeckeln 11, 12 dienen. Den Radiallagern 28, 29 sind zwei Axialfelddichtungen 33, 34 zugeordnet, die zur Abdichtung zwischen den Radiallagern 28, 29 und den Gehäusedeckeln 11, 12 dienen. The radial bearings 26 and 27 are two axial field seals 31 . 32 assigned to the seal between the radial bearings 26 . 27 and the housing covers 11 . 12 serve. The radial bearings 28 . 29 are two axial field seals 33 . 34 assigned to the seal between the radial bearings 28 . 29 and the housing covers 11 . 12 serve.

Der Antriebszapfen 5 und die Lageranordnung 25 mit den Radiallagern 26 bis 29 stellen ein Triebwerk 40 der Außenzahnradmaschine 1 dar. Wenn die Außenzahnradmaschine 1 mit einem sogenannten kritischen Medium betrieben wird, das eine sehr niedrige Viskosität, eine geringe Schmierfähigkeit und gegebenenfalls eine chemische Aggressivität aufweist, dann kann die Lebensdauer der zum Beispiel als Gleitlager ausgeführten Radiallager 26 bis 29 in einer unerwünschten Art und Weise beeinträchtigt werden. The drive pin 5 and the bearing assembly 25 with the radial bearings 26 to 29 make an engine 40 the external gear machine 1 If the external gear machine 1 is operated with a so-called critical medium, which has a very low viscosity, low lubricity and possibly a chemical aggressiveness, then the life of the Example designed as plain bearings radial bearings 26 to 29 be affected in an undesirable manner.

In 2 ist die Außenzahnradmaschine 1 aus 1 im Querschnitt dargestellt. Im Querschnitt sieht man, dass der Außenzahnradmaschine 1 im Betrieb auf einer Saugseite 35 ein niedrigviskoses Medium, wie ein ORC-Fluid, insbesondere ein Kältemittel, zugeführt wird. Das zugeführte niedrigviskose Medium ist in 2 durch einen Pfeil 37 angedeutet. In 2 is the external gear machine 1 out 1 shown in cross section. In cross section you can see that the external gear machine 1 in operation on a suction side 35 a low-viscosity medium, such as an ORC fluid, in particular a refrigerant, is supplied. The supplied low-viscosity medium is in 2 through an arrow 37 indicated.

Wenn die Außenzahnradmaschine 1 als Außenzahnradpumpe betrieben wird, dann wird das zugeführte niedrigviskose Medium durch die im Außeneingriff miteinander kämmenden Zahnräder 3, 4 mit Druck beaufschlagt. Auf einer Druckseite 36 tritt das mit Druck beaufschlagte niedrigviskose Medium dann aus, wie durch einen Pfeil 38 angedeutet ist.If the external gear machine 1 is operated as external gear pump, then the supplied low-viscosity medium through the meshing with each other in external engagement gears 3 . 4 pressurized. On a print page 36 The pressurized low viscosity medium then exits as indicated by an arrow 38 is indicated.

Durch einen Pfeil 41 ist ein Antriebsdrehmoment, das verkürzt auch als Antriebsmoment bezeichnet wird, angedeutet, mit dem die als Außenzahnradpumpe betriebene Außenzahnradmaschine 1 über den Antriebszapfen (5 in 1) angetrieben wird. Das mit dem Antriebsmoment 41 angetriebene Zahnrad 3, das auch als treibendes Zahnrad 3 bezeichnet wird, treibt das damit kämmende Zahnrad 4 in einer Drehrichtung an, die durch eine Pfeil 42 angedeutet ist. Das angetriebene oder treibende Zahnrad 3 dreht sich in 2 gegen den Uhrzeigersinn. Das damit kämmende getriebene Zahnrad 4 dreht sich im Uhrzeigersinn. By an arrow 41 is a drive torque, which is also abbreviated as drive torque, indicated, with which operated as Außenenzahnradpumpe external gear machine 1 over the drive pin ( 5 in 1 ) is driven. That with the drive torque 41 driven gear 3 Also as a driving gear 3 is called, drives the thus meshing gear 4 in one direction of rotation, indicated by an arrow 42 is indicated. The driven or driving gear 3 turns in 2 counterclockwise. The meshing driven gear 4 turns clockwise.

Durch Kreisbögen 43, 44 sind radiale Dichtzonen zwischen den Zahnrädern 3, 4 und dem Gehäuse 10 angedeutet. Die radialen Dichtzonen 43, 44 werden auch als Einlaufzonen bezeichnet. By circular arcs 43 . 44 are radial sealing zones between the gears 3 . 4 and the housing 10 indicated. The radial sealing zones 43 . 44 are also referred to as inlet zones.

Durch Pfeile 46 und 47 sind Zahnkräfte angedeutet, wobei die Zahnkraft des angetriebenen oder treibenden Zahnrads 3 durch das wirkende Antriebsmoment 41 kompensiert wird. Das auf der Druckseite 36 mit Druck beaufschlagte niedrigviskose Medium erzeugt innere Druckfelder 51, 52, die auf die Zahnräder 3, 4 wirken. By arrows 46 and 47 tooth forces are indicated, with the tooth force of the driven or driving gear 3 by the acting drive torque 41 is compensated. That on the print side 36 pressurized low viscosity media creates internal pressure fields 51 . 52 on the gears 3 . 4 Act.

Durch einen Pfeil 55 ist eine resultierende Kraft angedeutet, die auf das angetriebene oder treibende Zahnrad 3 wirkt. Durch einen Pfeil 56 ist eine resultierende Kraft angedeutet, die auf das getriebene Zahnrad 4 wirkt. Die resultierende Kraft 55 auf das treibende Zahnrad 3 resultiert nur aus dem inneren Druckfeld 51, weil die Zahnkraft des treibenden Zahnrads 3 durch das wirkende Antriebsmoment 41 kompensiert wird. By an arrow 55 is a resulting force indicated on the driven or driving gear 3 acts. By an arrow 56 is a resulting force indicated on the driven gear 4 acts. The resulting force 55 on the driving gear 3 results only from the inner pressure field 51 because the tooth force of the driving gear 3 by the acting drive torque 41 is compensated.

Die resultierende Kraft 56 auf das getriebene Zahnrad 4 resultiert aus dem inneren Druckfeld 52 und der Antriebskraft beziehungsweise dem Antriebsmoment 41. Daher ist die resultierende Kraft 56 auf das treibende Zahnrad 4 deutlich größer als die resultierende Kraft 55 auf das treibende Zahnrad 3. The resulting force 56 on the driven gear 4 results from the inner pressure field 52 and the driving force or the drive torque 41 , Therefore, the resulting force 56 on the driving gear 4 significantly larger than the resulting force 55 on the driving gear 3 ,

In 3 ist am Beispiel einer Außenzahnradmaschine 61 mit einem Triebwerk 60 angedeutet, wie durch eine gezielte geometrische Anpassung des Triebwerks 60 eine gleichmäßige, symmetrische Lastverteilung innerhalb der kraftübertragenden Bauteile der Außenzahnradmaschine 61 erreicht werden kann. Die Außenzahnradmaschine 61 umfasst als angetriebenes oder treibendes Zahnrad ein erstes Zahnrad 63. Ein zweites Zahnrad 64 wird durch das erste Zahnrad 63 getrieben. Zur Einleitung eines Antriebsdrehmoments in das erste Zahnrad 63 dient ein Antriebszapfen 65. In 3 is the example of an external gear machine 61 with an engine 60 as indicated by a targeted geometric adjustment of the engine 60 a uniform, symmetrical load distribution within the force-transmitting components of the external gear machine 61 can be achieved. The external gear machine 61 includes as a driven or driving gear, a first gear 63 , A second gear 64 gets through the first gear 63 driven. To initiate a drive torque in the first gear 63 serves a drive pin 65 ,

Der Antriebszapfen 65 weist an einem dem ersten Zahnrad 63 abgewandten Zapfenende 66 eine Nut 67 auf, die zur Aufnahme einer Passfeder dient. Über die Nut 67 mit der (nicht dargestellten) Passfeder wird im Betrieb der Außenzahnradmaschine 61 als Außenzahnradpumpe ein Antriebsmoment auf das erste Zahnrad 63 aufgebracht. The drive pin 65 indicates a the first gear 63 opposite end of the journal 66 a groove 67 on, which serves to receive a feather key. About the groove 67 with the (not shown) key is in operation of the external gear machine 61 as external gear pump, a drive torque to the first gear 63 applied.

Die beiden Zahnräder 63, 64 sind in einem Gehäuse 70 der Außenzahnradmaschine 61 drehbar angeordnet. Über eine Anschlussbohrung 71 kann der Außenzahnradmaschine 61 ein Arbeitsmedium zugeführt werden. Das erste Zahnrad 63 ist in einer Ausnehmung 73 des Gehäuses 70 drehbar angeordnet. The two gears 63 . 64 are in a housing 70 the external gear machine 61 rotatably arranged. About a connection hole 71 can the external gear machine 61 a working medium are supplied. The first gear 63 is in a recess 73 of the housing 70 rotatably arranged.

Die Lagerung des ersten Zahnrads 63 erfolgt über den Antriebszapfen 65 vorteilhaft extern, also außerhalb des Gehäuses 70. Die externe Lagerung ist vorteilhaft separat geschmiert. The storage of the first gear 63 via the drive pin 65 advantageous external, ie outside the housing 70 , The external storage is advantageous lubricated separately.

Das getriebene Zahnrad 64 weist einen deutlich kleineren wirksamen Zahnraddurchmesser und deutlich weniger Zähne als das treibende Zahnrad 63 auf. Dadurch kann die Belastung in Form einer im Betrieb der Außenzahnradmaschine 61 auf das zweite Zahnrad 64 wirkenden resultierenden Kraft (56 in 2) deutlich reduziert werden. Diese reduzierte Lagerlast führt dazu, dass das getriebene Zahnrad 64 direkt über die Zahnköpfe in der Ausnehmung 74 des Gehäuses 70 der Außenzahnradmaschine 61 gelagert werden kann. The driven gear 64 has a significantly smaller effective gear diameter and significantly fewer teeth than the driving gear 63 on. As a result, the load in the form of a in the operation of the external gear machine 61 on the second gear 64 acting resulting force ( 56 in 2 ) are significantly reduced. This reduced bearing load causes the driven gear 64 directly over the tooth heads in the recess 74 of the housing 70 the external gear machine 61 can be stored.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014212255 A1 [0002]
DE 102012216254 A1 [0002]
DE 102012005958 A1 [0002]

Claims

External gear machine ( 1 ; 61 ), in particular an external gear pump or an external gear motor, with an engine ( 40 ; 60 ), which has at least two gears ( 3 . 4 ; 63 . 64 ) which mesh with each other in external engagement and about two axes of rotation ( 13 . 14 ) are rotatably mounted, wherein in operation of the external gear machine ( 1 ; 61 ) on the gears ( 3 . 4 ; 64 . 64 ) Bearing forces acting from a drive torque ( 41 ), with which one of the gears ( 3 . 4 ; 63 . 64 ) and from an inner pressure field ( 51 . 52 ), which is exerted by a working fluid which, during operation of the external gear machine ( 1 ; 61 ) is acted upon by an operating pressure, characterized in that the engine ( 60 ) of the external gear machine ( 61 ) with regard to the bearing forces acting on the gears ( 63 . 64 ), targeted asymmetrically designed to the gears ( 63 . 64 ) during operation of the external gear machine ( 61 ) as evenly as possible.

External gear machine according to claim 1, characterized in that the engine ( 60 ) of the external gear machine ( 61 ) is geometrically adapted so that all force-transmitting components of the external gear machine ( 61 ) have a uniform, in particular symmetrical, load distribution.

External gear machine according to the preamble of claim 1, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the driven gear ( 63 ) has at least one external bearing with a bearing that does not interfere with the working fluid of the external gear ( 61 ) comes into contact.

External gear machine according to claim 3, characterized in that the bearing at the external bearing point has a separate lubrication.

External gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that one of the driven or driving gear ( 63 ) driven gear ( 64 ) a smaller effective gear diameter than the driven or driving gear ( 63 ) having.

External gear machine according to claim 5, characterized in that the driven gear ( 64 ) fewer teeth than the driven or driving gear ( 63 ) having.

External gear machine according to claim 5 or 6, characterized in that the driven gear ( 64 ) a gearing module other than the driven or driving gear ( 63 ) having.

External gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that the driven gear ( 64 ) is mounted on a fixed axle.

External gear machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the driven gear ( 64 ) by tooth heads directly in a housing of the external gear machine ( 61 ) is stored.

Method for laying out an external gear machine ( 61 ) according to any one of the preceding claims.