DE102012214229A1

DE102012214229A1 - Gear machine with force sensor in the form of a piezo film

Info

Publication number: DE102012214229A1
Application number: DE102012214229.0A
Authority: DE
Inventors: Kai Sutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13
Also published as: EP2696075A3; EP2696075B1; EP2696075A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine (10) mit wenigstens zwei Zahnrändern, die im Außeneingriff miteinander kämmen, wobei die wenigstens zwei Zahnräder von einem Gehäuse (31) mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckanschluss (32; 33) umgeben sind, wobei jedes Zahnrad wenigstens einen Lagerzapfen aufweist, der in einem zugeordneten Lagerkörper (50) drehbar gelagert ist, welcher in dem Gehäuse (31) bezüglich der Drehachse (63) des zugeordneten Zahnrades gleitbeweglich aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Lagerkörper (50) und dem Gehäuse (31) wenigstens eine Piezofolie (70) angeordnet.The invention relates to a gear machine (10) with at least two tooth edges which mesh with one another in external engagement, the at least two gear wheels being surrounded by a housing (31) with a low pressure and a high pressure connection (32; 33), each gear wheel having at least one Has bearing journal which is rotatably mounted in an associated bearing body (50) which is slidably received in the housing (31) with respect to the axis of rotation (63) of the associated gear. According to the invention, at least one piezo film (70) is arranged between the bearing body (50) and the housing (31).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a gear machine according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2007 051 352 A1 ist eine Zahnradmaschine bekannt. Die Zahnradmaschine umfasst zwei Zahnräder, die im Außeneingriff miteinander kämmen. Die Zahnräder sind von einem Gehäuse umgeben, welches aus einem Hauptkörper, einem ersten und einem zweiten Deckel zusammengesetzt ist. In dem Hauptkörper des Gehäuses sind ein Niederdruck- und ein Hochdruckanschluss vorgesehen. Wenn die Zahnradmaschine als Pumpe betrieben wird, werden die Zahnräder beispielsweise mit einem Elektromotor in Drehbewegung, versetzt, wobei Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl, vom Niederdruck- zum Hochdruckanschluss fließt. Wenn die Zahnradmaschine als Motor betrieben wird, fließt das Druckfluid vom Hochdruck- zum Niederdruckanschluss, wobei die Zahnräder hierdurch in Drehbewegung versetzt werden. From the DE 10 2007 051 352 A1 is a gear machine known. The gear machine includes two gears that mesh with each other in external engagement. The gears are surrounded by a housing which is composed of a main body, a first and a second lid. In the main body of the housing, a low pressure and a high pressure port are provided. When the gear machine is operated as a pump, the gears are, for example, with an electric motor in rotary motion, offset, whereby pressurized fluid, in particular hydraulic oil, flows from the low pressure to the high pressure port. When the gear machine is operated as a motor, the pressurized fluid flows from the high-pressure to the low-pressure port, thereby causing the gears to rotate.

Jedes Zahnrad weist zwei kreiszylindrische Lagerzapfen auf, wobei einer der Lagerzapfen als Antriebszapfen aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Auf beiden Seiten der Zahnräder befindet sich je ein Lagerkörper, in dem die genannten Lagerzapfen drehbar gelagert sind. Die Lagerzapfen sind in Richtung der Drehachse gleitbeweglich in dem Hauptkörper aufgenommen, wobei sie von Druckfluid gegen die Seitenflächen der Zahnräder gedrückt werden, um dort eine Abdichtung zu bewirken. Each gear has two circular cylindrical bearing pin, wherein one of the bearing pins are led out as a drive pin out of the housing. On both sides of the gears is ever a bearing body in which said bearing journals are rotatably mounted. The trunnions are slidably received in the main body in the direction of the rotation axis, being pressed against the side surfaces of the gears by pressurized fluid to effect sealing there.

Der Hauptkörper ist mit einem Piezosensor versehen, welcher den Druck des Druckfluids im Inneren des Gehäuses messen kann. The main body is provided with a piezo sensor which can measure the pressure of the pressurized fluid inside the housing.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zahnradpumpe anzugeben, welche einen Sensor aufweist, welcher unmittelbar die Kraft messen kann, welche auf die Zahnräder einwirkt. Weiter soll dieser Sensor besonders einfach ausgeführt sein. Darüber hinaus soll der Sensor möglichst wenig Bauraum beanspruchen, wobei sich insbesondere die Außenabmessungen der Zahnradmaschine nicht vergrößern sollen. The object of the invention is to provide a gear pump which has a sensor which can directly measure the force which acts on the gears. Next, this sensor should be particularly simple. In addition, the sensor should take up as little space as possible, in particular, the external dimensions of the gear machine should not increase.

Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Lagerkörper und dem Gehäuse wenigstens eine Piezofolie angeordnet ist. Piezofolien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektrische Spannung erzeugen, wenn Druckkräfte auf sie ausgeübt werden. An der Berührfläche zwischen den Lagerkörpern und dem Gehäuse werden die Lagerkräfte übertragen, welche in der Drehlagerung der Zahnräder wirken. Die elektrische Spannung an der dort angeordneten Piezofolie ist damit ein Maß für die übertragenen Lagerkräfte und mithin ein Maß für die Kräfte, welche auf die Zahnräder einwirken. Soweit die Geometrie der Zahnradmaschine bekannt ist, kann aus der elektrischen Spannung an der Piezofolie auch der Druck des Druckfluids berechnet werden. According to the independent claim, it is proposed that at least one piezo foil be arranged between the bearing body and the housing. Piezo films are characterized in that they generate an electrical voltage when pressure forces are exerted on them. At the contact surface between the bearing bodies and the housing, the bearing forces are transmitted, which act in the rotary bearing of the gears. The electrical voltage at the piezoelectric film arranged there is thus a measure of the transmitted bearing forces and therefore a measure of the forces acting on the gears. As far as the geometry of the gear machine is known, the pressure of the pressure fluid can be calculated from the electrical voltage across the piezo film.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben. In the dependent claims advantageous refinements and improvements of the invention are given.

Die wenigstens eine Piezofolie kann aus Polyvinylidenfluorid bestehen, welches polarisiert ist. Polarisiertes Polyvinylidenfluorid, abgekürzt PVDF, weist einen besonders großen piezoelektrischen Effekt auf. Dieser ist umso größer, je stärker das Material polarisiert ist. Dementsprechend weist die vorgeschlagene Piezofolie eine besonders große Messempfindlichkeit auf, d.h. das Verhältnis zwischen der Änderung der elektrischen Spannung und der Änderung der Druckkraft, die auf die Piezofolie einwirkt, ist besonders groß. PVDF hat überdies den Vorteil, dass es von dem Druckfluid chemisch nicht angegriffen wird, so dass die Piezofolie dauerhaft verwendbar ist. The at least one piezo film may consist of polyvinylidene fluoride, which is polarized. Polarized polyvinylidene fluoride, abbreviated PVDF, has a particularly large piezoelectric effect. This is the greater, the more the material is polarized. Accordingly, the proposed piezo film has a particularly high sensitivity, i. the ratio between the change in the electric voltage and the change in the pressure force acting on the piezo film is particularly large. PVDF moreover has the advantage that it is not chemically attacked by the pressurized fluid, so that the piezo film can be used permanently.

Die wenigstens eine Piezofolie kann eine Dicke zwischen 8 μm und 120 μm aufweisen. Mit dieser Dicke kann die Piezofolie problemlos zwischen dem zugeordneten Lagerkörper und dem Gehäuse untergebracht werden, ohne dass die Zahnradmaschine hierfür gegenüber der konventionellen Zahnradmaschine vergrößert werden muss. Gleichzeitig weist die Piezofolie eine ausreichende Messempfindlichkeit auf. The at least one piezo film may have a thickness between 8 μm and 120 μm. With this thickness, the piezo film can be easily accommodated between the associated bearing body and the housing without the gear machine for this purpose must be increased compared to the conventional gear machine. At the same time, the piezo film has a sufficient measuring sensitivity.

Die wenigstens eine Piezofolie kann auf beiden Seiten mit einer Metallschicht versehen sein. Die beiden Metallschichten bilden jeweils eine Elektrode, an der die Piezospannung, welche das Messsignal darstellt, abgegriffen werden kann. The at least one piezo film can be provided on both sides with a metal layer. The two metal layers each form an electrode at which the piezo voltage, which represents the measurement signal, can be tapped.

Beide Metallschichten können mit einer zugeordneten Isolierschicht vollständig abgedeckt sein. Die Piezofolie liegt sowohl an dem Lagerkörper als auch an dem Gehäuse an. Beide Teile bestehen aus Metall, insbesondere aus Stahl, Gusseisen oder Aluminium, und sind mithin elektrisch leitfähig. Durch die vorgeschlagene Isolierschicht wird verhindert, dass das Messsignal dadurch verfälscht wird, dass elektrische Ladungen auf das Gehäuse bzw. den Lagerkörper abgeleitet werden. Hierbei ist anzumerken, dass die Piezofolie nur extrem kleine Ströme abgeben kann. Eine Erdung der Metallschicht über das Gehäuse oder den Lagerkörper würde die Piezospannung sofort zusammenbrechen lassen. Both metal layers can be completely covered with an associated insulating layer. The piezo film abuts both the bearing body and the housing. Both parts are made of metal, in particular steel, cast iron or aluminum, and are therefore electrically conductive. The proposed insulating layer prevents the measurement signal from being falsified by the fact that electrical charges are discharged to the housing or the bearing body. It should be noted that the piezo film can deliver only extremely small currents. Grounding the metal layer over the housing or bearing body would cause the piezo voltage to collapse immediately.

Beide Metallschichten können an je eine zugeordnete elektrische Leitung angeschlossen sein, die aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Über die vorgeschlagenen elektrischen Leitungen kann die Piezofolie mit einer Auswerteeinrichtung verbunden werden, die außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Mit der Auswerteeinheit soll die elektrische Spannung an der Piezofolie in einen aussagekräftigen Messwert, nämlich einen Kraftwert oder einen Druckwert umgewandelt werden. Die Auswerteeinheit ist hierfür vorzugsweise mit einem Analog-Digital-Wandler und mit einem programmierbaren Digitalrechner ausgestattet. Both metal layers may be connected to an associated electrical line, which is led out of the housing. About the proposed electrical lines, the piezoelectric film can be connected to an evaluation device which is arranged outside the housing. The evaluation unit is intended to convert the electrical voltage on the piezo film into a meaningful measured value, namely a force value or a pressure value. For this purpose, the evaluation unit is preferably equipped with an analog-to-digital converter and with a programmable digital computer.

Die wenigstens eine Piezofolie kann auf der Seite des Niederdruckanschlusses angeordnet sein. Der Niederdruckanschluss weist typischerweise gegenüber dem Hochdruckanschluss eine größere Querschnittsfläche auf, damit es dort nicht zu Kavitation kommt. Die Zahnräder werden vom Druck am Hochdruckanschluss in Richtung des Niederdruckanschlusses gedrückt, so dass eine im Bereich des Niederdruckanschlusses angeordnete Piezofolie auf Druck beansprucht wird und mithin ein aussagekräftiges Messsignal abgibt. The at least one piezo film can be arranged on the side of the low-pressure connection. The low-pressure connection typically has a larger cross-sectional area than the high-pressure connection, so that cavitation does not occur there. The gears are pressed by the pressure at the high pressure port in the direction of the low pressure port, so that a arranged in the region of the low pressure port piezoelectric film is subjected to pressure and thus emits a meaningful measurement signal.

Die Piezofolie kann bezüglich einer Y-Achse, welche durch die Verbindungslinie der Drehachsen zweier miteinander kämmender Zahnräder definiert wird, auf der Höhe der Drehachse eines zugeordneten Zahnrades angeordnet sein. Die Piezofolie misst dadurch einzig eine Kraftkomponente, die quer zur Y-Achse ausgerichtet ist. Diese lässt sich sehr genau in den Druck des Druckfluids umrechnen. Die in Richtung der Y-Achse gerichtete Kraftkomponente der Lagerkräfte wird nicht ausschließlich durch die Druckkräfte verursacht, sondern auch von den Kräften, die im Verzahnungseingriff wirken. The piezo film can be arranged at the height of the axis of rotation of an associated gear with respect to a Y-axis, which is defined by the line connecting the axes of rotation of two intermeshing gears. The piezo film thus measures only a force component which is aligned transversely to the Y-axis. This can be very accurately converted into the pressure of the pressure fluid. The directed in the direction of the Y-axis force component of the bearing forces is not only caused by the pressure forces, but also by the forces acting in meshing engagement.

Der Lagerkörper kann einstückig ausgebildet sein, wobei zwei miteinander kämmende Zahnräder drehbar in diesem gelagert sind. Durch den einstückigen Lagerkörper wird von vorneherein verhindert, dass Kräfte, die in Y-Richtung wirken zwischen dem Lagerkörper und dem Gehäuse übertragen werden, so dass die Umrechnung der gemessenen Lagerkraft auf den Druck des Druckfluids einfacher durchgeführt werden kann. The bearing body may be integrally formed, wherein two meshing gears are rotatably mounted in this. The one-piece bearing body prevents from the outset that forces acting in the Y direction are transmitted between the bearing body and the housing, so that the conversion of the measured bearing force to the pressure of the pressure fluid can be performed more easily.

Jedem Zahnrad kann eine Piezofolie zugeordnet sein. Aufgrund der Antriebsdrehmomente, die auf die Zahnräder einwirken, sind für die unterschiedlichen Piezofolien jeweils unterschiedliche Messwerte zu erwarten. Durch die Verwendung mehrerer Piezofolien können einerseits die Antriebsdrehmomente bestimmt werden. Andererseits können die Einflüsse der Antriebsdrehmomente bei der Berechnung des Druckes des Druckfluids herausgerechnet werden. Each gear may be associated with a piezo film. Due to the drive torques acting on the gears, different measured values are to be expected for the different piezo foils. By using a plurality of piezo foils, on the one hand, the driving torques can be determined. On the other hand, the influences of the drive torques in the calculation of the pressure of the pressure fluid can be calculated out.

Das Gehäuse kann einen Innenraum aufweisen, der in Richtung der Drehachsen der Zahnräder eine konstante Querschnittsform aufweist, wobei die Außenumfangsfläche des wenigstens einen Lagerkörpers an die genannte Querschnittsform angepasst ist, wobei die wenigstens eine Piezofolie an der Außenumfangsfläche des Lagerkörpers angeordnet ist. Diese an sich bekannte Gestaltung des Gehäuses und der Lagerkörper ist besonders gut für die Aufnahme der erfindungsgemäßen Piezofolie geeignet, da diese einfach zwischen den Lagerkörper und das Gehäuse eingelegt werden kann, wobei dort allenfalls geringe Anpassungen an die Piezofolie vorgenommen werden müssen. The housing may have an interior which has a constant cross-sectional shape in the direction of the axes of rotation of the gears, wherein the outer peripheral surface of the at least one bearing body is adapted to said cross-sectional shape, wherein the at least one piezoelectric film is arranged on the outer peripheral surface of the bearing body. This per se known design of the housing and the bearing body is particularly well suited for receiving the piezoelectric film according to the invention, since it can be easily inserted between the bearing body and the housing, with there at most slight adjustments to the piezoelectric film must be made.

An dem Gehäuse kann ein Informationsspeicher angebracht sein, der Kalibrierungsdaten für die Piezofolie enthält. Die Messempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Piezofolie weist eine große Streuung auf. Um genaue Messergebnisse zu erhalten, muss daher für jede einzelne Zahnradmaschine der genaue Zusammenhang zwischen den Lagerkräften der Zahnräder bzw. dem Druck des Druckfluids und der Spannung der Piezofolie durch Versuch ermittelt werden. Die Ergebnisse dieser Kalibrierung sollen in dem vorgeschlagenen Informationsspeicher abgelegt werden, so dass diese für die spätere Auswertung des Messsignals einfach zur Verfügung stehen. Bei dem Informationsspeicher kann es sich beispielsweise um einen optischen Matrix- oder Strichcode handeln. Es können aber auch elektronische Informationsspeicher, beispielsweise in Form eines RFID-Tags, vorgesehen sein. Der Informationsspeicher kann auch in die bereits angesprochene Auswerteeinheit integriert sein, soweit er am Gehäuse angebracht ist. An information memory containing calibration data for the piezo film may be attached to the housing. The measuring sensitivity of the piezo film according to the invention has a large scattering. In order to obtain accurate measurement results, therefore, the exact relationship between the bearing forces of the gears or the pressure of the pressure fluid and the voltage of the piezo film must be determined by trial and error for each individual gear machine. The results of this calibration are to be stored in the proposed information memory so that they are readily available for later evaluation of the measurement signal. The information store may be, for example, an optical matrix or bar code. However, electronic information stores, for example in the form of an RFID tag, may also be provided. The information memory can also be integrated in the already mentioned evaluation unit, as far as it is mounted on the housing.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar: The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine; 1 an exploded view of a gear machine according to the invention;

2 einen Querschnitt der Zahnradmaschine nach 1; und 2 a cross section of the gear machine after 1 ; and

3 einen grobschematischen Querschnitt der Piezofolie. 3 a rough schematic cross section of the piezo film.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Zahnradmaschine 10. Die Zahnradmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 31; 40; 41, welches aus einem Hauptkörper 31 aus Aluminium besteht, an dessen beiden gegenüber liegenden Stirnenden 34 ein erster und ein zweiter Deckel 40; 41 angeordnet sind. Die Teile 31; 40; 41 werden durch vier Schraubbolzen 44 zusammengehalten, von denen in 1 nur einer dargestellt ist. Die vorliegende Erfindung ist dabei unabhängig von der beispielhaft dargestellten Gehäuseaufteilung für jedes beliebige Gehäuse anwendbar. 1 shows an exploded view of a gear machine according to the invention 10 , The gear machine 10 includes a housing 31 ; 40 ; 41 which consists of a main body 31 made of aluminum, at its two opposite ends 34 a first and a second lid 40 ; 41 are arranged. The parts 31 ; 40 ; 41 be through four bolts 44 held together, of which in 1 only one is shown. The present invention is applicable regardless of the exemplary housing distribution shown for any housing.

In dem Hauptkörper 31 sind zwei zueinander spiegelsymmetrische Lagerkörper 50 und zwei Zahnräder 12; 13 aufgenommen. Die Drehachsen der Zahnräder 12; 13 verlaufen parallel zu einer Längsachse 22. Der Innenraum 11, welcher von dem Hauptkörper 31 und den zwei Lagerkörpern 50 umschlossen wird, ist im Wesentlichen fluiddicht an die Zahnräder 12; 13 angepasst, welche im Außeneingriff miteinander kämmen. Namentlich liegen die Lagerkörper 50 an den gegenüber liegenden ebenen Seitenflächen 21 der Zahnräder 12; 13 an, wobei der Hauptkörper 31 an den Zahnköpfen der Zahnräder 12; 13 anliegt. Die Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 31 weist in Längsrichtung 22 eine konstante Querschnittsform auf, wobei die Lagerkörper 50 mit sehr geringem Spiel an diese Querschnittsform angepasst sind, so dass diese in Längsrichtung 22 gleitbeweglich in dem Hauptkörper 31 aufgenommen sind. In the main body 31 are two mutually mirror-symmetrical bearing body 50 and two gears 12 ; 13 added. The axes of rotation of the gears 12 ; 13 run parallel to a longitudinal axis 22 , The interior 11 which is from the main body 31 and the two camp bodies 50 is substantially fluid-tight to the gears 12 ; 13 adapted, which mesh with each other in external engagement. In particular, the bearing bodies lie 50 on the opposite flat side surfaces 21 the gears 12 ; 13 on, with the main body 31 on the tooth tips of the gears 12 ; 13 is applied. The inner peripheral surface of the main body 31 points in the longitudinal direction 22 a constant cross-sectional shape, wherein the bearing body 50 are adapted to this cross-sectional shape with very little play, so that these in the longitudinal direction 22 slidable in the main body 31 are included.

Das Zahnrad 12 ist einstückig mit einer Welle 14 ausgebildet, welche durch den ersten Deckel 40 hindurch mit einem Antriebszapfen 15 aus dem Gehäuse 31; 40; 41 herausragt. In dem ersten Deckel 40 ist ein Radialwellendichtring 43 angeordnet, welcher mit seiner Dichtlippe dichtend an der Welle 14 anliegt, so dass dort kein Druckfluid austreten kann. Zwischen dem Hauptkörper 31 und dem ersten bzw. dem zweiten Deckel 40; 41 ist jeweils eine Deckeldichtung 42 in Form eines O-Ringes aus Gummi vorgesehen. Die Achse 16 und die Welle 14 bilden je zwei Lagerzapfen 20, die in den beiden Lagerkörpern 50 in einer zugeordneten Lagerbohrung 51 drehbar gelagert sind. Die Lagerbohrung 51 wird von einer gesonderten Lagerbuchse gebildet, damit dann, wenn die Zahnradmaschine 10 mit geringer Drehzahl läuft, kein übermäßiger Verschleiß an den entsprechenden Gleitlagern auftritt. The gear 12 is integral with a shaft 14 formed, which through the first lid 40 through with a drive pin 15 out of the case 31 ; 40 ; 41 protrudes. In the first cover 40 is a radial shaft seal 43 arranged, which seals with its sealing lip on the shaft 14 is applied, so that there is no pressure fluid can escape. Between the main body 31 and the first and the second lid, respectively 40 ; 41 is each a lid seal 42 provided in the form of an O-ring made of rubber. The axis 16 and the wave 14 each form two journals 20 in the two bearing bodies 50 in an assigned bearing bore 51 are rotatably mounted. The bearing bore 51 is formed by a separate bushing so that when the gear machine 10 running at low speed, no excessive wear on the corresponding plain bearings occurs.

Hinzuweisen ist außerdem auf die Axialdichtung 53 und das zugeordnete Stützelement 54 an der Rückseite der beiden Lagerkörper 50. Die Axialdichtung 53 liegt an dem zugeordneten ersten bzw. zweiten Deckel 40; 41 an. An der gegenüberliegenden Seite liegt sie auf dem Stützelement 54 auf. Die Axialdichtung 53 grenzt zwei Druckfelder voneinander ab, in denen jeweils der Druck am Hochdruckanschluss 33 bzw. der Druck am Niederdruckanschluss 32 wirkt. Dadurch werden die im Hauptkörper 31 verschiebbar aufgenommenen Lagerkörper 50 gegen die ebene Seitenfläche der Zahnräder 12; 13 gedrückt, so dass eine druckdichte Abdichtung gegeben ist. Attention should also be drawn to the axial seal 53 and the associated support element 54 at the back of the two bearing bodies 50 , The axial seal 53 is located on the associated first and second lid 40 ; 41 at. On the opposite side it lies on the support element 54 on. The axial seal 53 defines two pressure fields from each other, in each of which the pressure at the high pressure port 33 or the pressure at the low-pressure connection 32 acts. This will be the main body 31 slidably received bearing body 50 against the flat side surface of the gears 12 ; 13 pressed, so that a pressure-tight seal is given.

Der Nieder- und der Hochdruckanschluss 32; 33 sind am Hauptkörper 31 angeordnet. In dem in 1 dargestellten Auslieferungszustand sind sie mit je einem gesonderten Verschlussstopfen 35 verschlossen, wobei der Niederdruckanschluss 32 den größeren Durchmesser und mithin den größeren Verschlussstopfen 35 aufweist. The low and the high pressure connection 32 ; 33 are at the main body 31 arranged. In the in 1 As shown delivery state they are each with a separate plug 35 closed, with the low pressure port 32 the larger diameter and thus the larger stopper 35 having.

2 zeigt einen Querschnitt der Zahnradmaschine 10 nach 1, wobei die Schnittebene durch die Drehachsen 63 der beiden Zahnräder verläuft. Der Spalt 62 zwischen dem Lagerkörper 50 und dem Hauptkörper 31 des Gehäuses ist stark übertrieben dargestellt, um die Lage der Piezofolie 70 besser kenntlich machen zu können. Tatsächlich ist dieser Spalt 62 so eng ausgelegt, dass nahezu kein Druckfluid mit hohem Druck aus dem Bereich der Zahnräder durch den Spalt 62 hindurch treten kann, wobei gleichzeitig die Beweglichkeit der Lagerkörper 50 gegenüber dem Hauptkörper 31 gewahrt bleibt. Insbesondere liegt der Lagerkörper 50 unmittelbar und vollflächig auf der Piezofolie 70 auf, welche wiederum unmittelbar und vollflächig auf dem Hauptkörper 31 des Gehäuses aufliegt. 2 shows a cross section of the gear machine 10 to 1 , wherein the cutting plane through the axes of rotation 63 the two gears runs. The gap 62 between the bearing body 50 and the main body 31 The housing is greatly exaggerated to the location of the piezo film 70 to be able to identify more clearly. In fact, this gap is 62 designed so tightly that almost no pressure fluid at high pressure from the range of gears through the gap 62 can pass through, at the same time the mobility of the bearing body 50 opposite the main body 31 is maintained. In particular, the bearing body is located 50 immediately and completely on the piezo film 70 which, in turn, immediately and completely on the main body 31 of the housing rests.

Die Y-Achse wird definiert durch die Verbindungslinie der Drehachsen 63 der beiden Zahnräder. Die X₁- und die X₂-Achse verläuft jeweils senkrecht zur Y-Achse durch die Drehachse 63 eines zugeordneten Zahnrades. Jedem Zahnrad ist eine gesonderte Piezofolie 70 zugeordnet, die in Richtung der Y-Achse auf der Höhe des betreffenden Zahnrades angeordnet ist. Die zugeordnete X₁- bzw. X₂-Achse schneidet die Piezofolie 70 also mittig. Dementsprechend misst die Piezofolie 70 nur die in Richtung der X₁- bzw. X₂-Achse gerichtete Kraftkomponente der Lagerkraft 64 des betreffenden Zahnrades. Die genannte Lagerkraft 61 ist typischerweise vom Hochdruckanschluss 33 zum Niederdruckanschluss 32 hin gerichtet. Da sie hauptsächlich vom Druck am Hochdruckanschluss 33 verursacht wird, der über einen weiten Umfangsbereich auf die Zahnräder einwirkt, lässt sich dieser Druck aus der Spannung an der Piezofolie 70 bestimmen. Der Niederdruckanschluss 32 hebt sich durch seine größere Querschnittsfläche vom Hochdruckanschluss 33, um Kavitation zu vermeiden. Die vorliegende Zahnradmaschine wird vorzugsweise als Pumpe betrieben, wie sich aus den eingezeichneten Strömungsrichtungen 61 des Druckfluids und den Drehrichtungen 60 der Zahnränder ergibt. The Y-axis is defined by the connecting line of the axes of rotation 63 the two gears. The X ₁ and X ₂ axes are each perpendicular to the Y axis through the axis of rotation 63 an associated gear. Each gear is a separate piezo film 70 assigned, which is arranged in the direction of the Y-axis at the height of the respective gear. The assigned X ₁ or X ₂ axis intersects the piezo film 70 so in the middle. Accordingly, the piezo film measures 70 only the force component of the bearing force directed in the direction of the X ₁ or X ₂ axis 64 of the relevant gear. The mentioned bearing force 61 is typically from the high pressure port 33 to the low pressure connection 32 directed towards. Because they are mainly from the pressure at the high pressure port 33 caused, which acts on the gears over a wide peripheral area, this pressure can be from the voltage on the piezo film 70 determine. The low pressure connection 32 rises through its larger cross-sectional area from the high pressure port 33 to avoid cavitation. The present gear machine is preferably operated as a pump, as is apparent from the illustrated flow directions 61 the pressure fluid and the directions of rotation 60 the tooth edges results.

Die beiden Piezofolien 70 sind über je zwei elektrische Leitungen 71 mit einer Auswerteeinheit 72 verbunden, wobei der Übersichtlichkeit halber nur die elektrischen Leitungen 71 der oberen Piezofolie 70 eingezeichnet sind. Die Auswerteeinheit 72 umfasst einen Analog-Digital-Wandler, mit dem die elektrische Spannung an der zugeordneten Piezofolie 70 digitalisiert wird. Weiter ist ein programmierbarer Digitalrechner vorgesehen, der aus den so ermittelten digitalen Messwerten einen Zahlenwert für die Lagerkräfte der Zahnräder oder den Druck des Druckfluids berechnen kann. Hiefür nutzt er die Kalibrierdaten, die in einem Informationsspeicher 74 gespeichert sind, der am Gehäuse angebracht ist. Rein beispielhaft ist vorliegend ein elektronischer Informationsspeicher 74 gezeigt, der über ein Kabel mit der Auswerteeinheit 72 verbunden ist. Genauso gut kann ein Matrixcode oder ein RFID-Tag an dem Gehäuse angebracht sein, dessen Inhalt mit einem geeigneten Lesegerät einmalig ausgelesen und in der Auswerteeinheit 72 dauerhaft gespeichert wird. Die Auswerteeinheit 72 ist mit einer Signallampe 73 verbunden, die beispielsweise einen Überlastungszustand der Zahnradmaschine 10 anzeigen kann. Ein Überlastungszustand ist beispielsweise dann gegeben, wenn die Spannung an den Piezofolien 70 mindestens für einen vorbestimmten Zeitraum einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Durch die Signallampe 73 wird dann angezeigt, dass die Zahnradmaschine 10 der Wartung bedarf. The two piezo films 70 are each about two electrical lines 71 with an evaluation unit 72 connected, for the sake of clarity, only the electrical lines 71 the upper piezo foil 70 are drawn. The evaluation unit 72 includes an analog-to-digital converter that controls the electrical voltage across the associated piezo film 70 is digitized. Furthermore, a programmable digital computer is provided, which can calculate a numerical value for the bearing forces of the gears or the pressure of the pressure fluid from the digital measured values determined in this way. For this he uses the calibration data stored in an information store 74 are stored, which is mounted on the housing. Purely by way of example, in the present case is an electronic information store 74 shown using a cable with the evaluation unit 72 connected is. Just as well can a matrix code or an RFID tag on the housing be appropriate, the contents of which are read once with a suitable reader and in the evaluation unit 72 is stored permanently. The evaluation unit 72 is with a signal lamp 73 connected, for example, an overload condition of the gear machine 10 can show. An overload condition is given, for example, when the voltage across the piezo foils 70 exceeds a predetermined threshold for at least a predetermined period of time. Through the signal lamp 73 is then displayed that the gear machine 10 the maintenance needs.

3 zeigt einen grobschematischen Querschnitt der Piezofolie 70. Im nicht eingebauten Zustand ist die Piezofolie 70 in Form einer ebenen Platte ausgebildet, wobei die Dicke 81 der PVDF-Schicht 80 beispielsweise 28 μm beträgt. PVDF ist dabei die Abkürzung für den Kunststoff Polyvinylidenfluorid. Beim Einbau in die Zahnradmaschine wird die Piezofolie 70 elastisch in die passende Form gebogen. Die hierdurch hervorgerufenen Piezospannungen werden bei der Auswertung der Messspannung durch die Auswerteeinheit herausgerechnet. Die PVDF-Schicht 80 ist auf beiden Seiten mit einer Metallschicht 82 versehen, an welche jeweils eine der bereits angesprochenen elektrischen Leitungen 71 angeschlossen ist. Die Dicke der Metallschicht 82 beträgt beispielsweise 1 μm.Die gesamte Piezofolie 70 ist mit einer Isolierschicht 83 aus Kunststoff umgeben, so dass insbesondere ein elektrischer Kontakt zwischen den Metallschichten 82 und dem Gehäuse bzw. dem Lagerkörper ausgeschlossen ist. 3 shows a rough schematic cross section of the piezo film 70 , When not installed, the piezo foil is 70 formed in the form of a flat plate, wherein the thickness 81 the PVDF layer 80 for example, 28 microns. PVDF is the abbreviation for the plastic polyvinylidene fluoride. When installing in the gear machine is the piezo film 70 elastically bent into the right shape. The piezo voltages caused thereby are eliminated by the evaluation unit during evaluation of the measuring voltage. The PVDF layer 80 is on both sides with a metal layer 82 provided, to which in each case one of the already mentioned electrical lines 71 connected. The thickness of the metal layer 82 is for example 1 micron.The entire piezo film 70 is with an insulating layer 83 surrounded by plastic, so that in particular an electrical contact between the metal layers 82 and the housing or the bearing body is excluded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Zahnradmaschine gear machine
11 11: Innenraum inner space
12 12: Zahnrad gear
13 13: Zahnrad gear
14 14: Welle wave
15 15: Antriebszapfen drive journal
16 16: Achse axis
20 20: Lagerzapfen pivot
21 21: Seitenflächen eines Zahnrades Side surfaces of a gear
22 22: Längsrichtung longitudinal direction
31 31: Hauptkörper main body
32 32: Niederdruckanschluss Low pressure port
33 33: Hochdruckanschluss High pressure port
34 34: Stirnende front end
35 35: Verschlussstopfen sealing plug
40 40: erster Deckel first lid
41 41: zweiter Deckel second lid
42 42: Deckeldichtung cover gasket
43 43: Radialwellendichtring Radial shaft seal
44 44: Schraubbolzen bolts
50 50: Lagerkörper bearing body
51 51: Lagerbohrung bearing bore
53 53: Axialdichtung axial seal
54 54: Stützelement support element
60 60: Drehrichtung der Zahnräder Direction of rotation of the gears
61 61: Strömungsrichtung des Druckfluids Flow direction of the pressure fluid
62 62: Spalt zwischen Lagerkörper und Gehäuse Gap between bearing body and housing
63 63: Drehachse eines Zahnrades Rotary axis of a gear
64 64: Lagerkraft die ein Lagerzapfen auf den Lagerkörper ausübt Bearing force exerts a bearing pin on the bearing body
70 70: Piezofolie piezofoil
71 71: elektrische Leitung electrical line
72 72: Auswerteeinheit evaluation
73 73: Signallampe Warning light
74 74: Informationsspeicher information store
80 80: PVDF-Schicht PVDF layer
81 81: Dicke der PVDF-Schicht Thickness of the PVDF layer
82 82: Metallschicht metal layer
83 83: Isolierschicht insulating

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007051352 A1 [0002]

Claims

Gear machine ( 10 ), in particular pump or motor, with at least two toothed edges ( 12 ; 13 ), which mesh with each other in external engagement, wherein the at least two gears of a housing ( 31 ; 40 ; 41 ) with a low-pressure and a high-pressure connection ( 32 ; 33 ), each gear ( 12 ; 13 ) at least one journal ( 20 ), which in an associated bearing body ( 50 ) is rotatably mounted, which in the housing ( 31 ; 40 ; 41 ) with respect to the axis of rotation ( 63 ) of the associated gear ( 12 ; 13 ) is slidably received, characterized in that between the bearing body ( 50 ) and the housing ( 31 ; 40 ; 41 ) at least one piezo film ( 70 ) is arranged.

Gear machine according to claim 1, characterized in that the at least one piezo film ( 70 ) consists of polyvinylidene fluoride, which is polarized.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piezo film ( 70 ) a thickness ( 81 ) between 8 μm and 120 μm.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piezo film ( 70 ) on both sides with a metal layer ( 82 ) is provided.

Gear machine according to claim 4, characterized in that both metal layers ( 82 ) with an associated insulating layer ( 83 ) are completely covered.

Gear machine according to claim 4 or 5, characterized in that both metal layers ( 82 ) to one associated electrical line ( 71 ) are connected to the housing ( 31 ; 40 ; 41 ) is led out.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piezo film ( 70 ) on the side of the low-pressure connection ( 32 ) is arranged.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo film with respect to a Y-axis which through the connecting line of the axes of rotation ( 63 ) of two meshing gears ( 12 ; 13 ) is defined at the height of the axis of rotation ( 63 ) of an associated gear ( 12 ; 13 ) is arranged.

Tooth edge machine according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing body ( 50 ) is integrally formed, wherein two meshing gears ( 12 ; 13 ) are rotatably mounted in this.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that each gear ( 12 ; 13 ) a piezo foil ( 70 ) assigned.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 31 ; 40 ; 41 ) an interior ( 11 ), which in the direction of the axes of rotation ( 63 ) of the gears ( 12 ; 13 ) has a constant cross-sectional shape, wherein the outer peripheral surface of the at least one bearing body is adapted to the said cross-sectional shape, wherein the at least one piezo film ( 70 ) on the outer peripheral surface of the bearing body ( 50 ) is arranged.

Gear machine according to one of the preceding claims, characterized in that on the housing ( 31 ; 40 ; 41 ) an information store ( 74 ), the calibration data for the piezo film ( 70 ) contains.