DE102017207486A1 - External gear machine, exhaust heat recovery system with an external gear machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradmaschine, insbesondere Außenzahnradmotor oder Außenzahnradpumpe, umfassend ein erstes und ein zweites Zahnrad (1, 2), die im Außeneingriff miteinander kämmen und von einem Gehäuse (3) umgeben sind, ferner umfassend einen im Gehäuse (3) aufgenommenen Lagerkörper (4), der mindestens eine Lagerbohrung (5, 6) zur drehbaren Lagerung einer mit dem ersten Zahnrad (1) verbundenen Welle (7) und/oder eines mit dem zweiten Zahnrad (2) verbundenen Wellenzapfens (8) aufweist, wobei der Lagerkörper (4) eine an eine Innenkontur (9) des Gehäuses (3) angepasste Außenkontur (10) besitzt. Erfindungsgemäß weist die Außenkontur (10) des Lagerkörpers (4) mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende lineare Dichtkontur (11) auf, über welche der Lagerkörper (4) im Betrieb der Außenzahnradmaschine in radialer Richtung am Gehäuse (3) abgestützt ist.Ferner betrifft die Erfindung ein Abgaswärmerückgewinnungssystem mit einer erfindungsgemäßen Außenzahnradmaschine.The invention relates to an external gear machine, in particular external gear motor or external gear pump, comprising a first and a second gear (1, 2) which mesh with each other in outer engagement and are surrounded by a housing (3), further comprising a bearing body (3) received in the housing (3). 4), which has at least one bearing bore (5, 6) for rotatably supporting a shaft (7) connected to the first gearwheel (1) and / or a shaft journal (8) connected to the second gearwheel (2), wherein the bearing body ( 4) has an outer contour (10) adapted to an inner contour (9) of the housing (3). According to the invention, the outer contour (10) of the bearing body (4) has at least one linear sealing contour (11) extending in the axial direction, via which the bearing body (4) is supported in the radial direction on the housing (3) during operation of the external gear machine the invention an exhaust heat recovery system with an external gear machine according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradmaschine, insbesondere einen Außenzahnradmotor oder eine Außenzahnradpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an external gear machine, in particular an external gear motor or an external gear pump, having the features of the preamble of
Die vorgeschlagene Außenzahnradmaschine ist insbesondere zum Fördern eines niedrigviskosen Mediums, wie beispielsweise Ethanol, Cyclopentan und/oder eines Kältemittels geeignet. Derartige Medien werden häufig als Arbeitsmedium in einem Abgaswärmerückgewinnungssystem (Waste-Heat-Recovery-System, WHRS) eingesetzt. Die Erfindung betrifft daher ferner ein Abgaswärmerückgewinnungssystem mit einer erfindungsgemäßen Außenzahnradmaschine.The proposed external gear machine is particularly suitable for conveying a low-viscosity medium, such as ethanol, cyclopentane and / or a refrigerant. Such media are often used as the working medium in an exhaust heat recovery system (WHRS). The invention therefore further relates to an exhaust heat recovery system with an external gear machine according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Offenlegungsschrift
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Außenzahnradmaschine, insbesondere einen Außenzahnradmotor oder eine Außenzahnradpumpe, anzugeben, die einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad besitzt und zugleich möglichst einfach aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar ist.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide an external gear machine, in particular an external gear motor or an external gear pump, which has a high volumetric efficiency and at the same time as simple as possible and inexpensive to produce.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Außenzahnradmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird das Abgaswärmerückgewinnungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen.To solve the problem, the external gear machine is proposed with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorgeschlagene Außenzahnradmaschine, wobei es sich insbesondere um einen Außenzahnradmotor oder eine Außenzahnradpumpe handeln kann, umfasst ein erstes und ein zweites Zahnrad, die im Außeneingriff miteinander kämmen und von einem Gehäuse umgeben sind. Ferner umfasst die Außenzahnradmaschine einen im Gehäuse aufgenommenen Lagerkörper, der mindestens eine Lagerbohrung zur drehbaren Lagerung einer mit dem ersten Zahnrad verbundenen Welle und/oder eines mit dem zweiten Zahnrad verbundenen Wellenzapfens aufweist. Der Lagerkörper besitzt dabei eine an eine Innenkontur des Gehäuses angepasste Außenkontur. Die Außenkontur des Lagerkörpers weist erfindungsgemäß mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende lineare Dichtkontur auf, über welche der Lagerkörper im Betrieb der Außenzahnradmaschine in radialer Richtung am Gehäuse abgestützt ist. Die Abstützung über die mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende lineare Dichtkontur bewirkt zugleich eine Abdichtung in radialer Richtung, wobei die lineare Dichtkontur eine hohe Dichtkraft gewährleistet.The proposed external gear machine, which may in particular be an external gear motor or an external gear pump, comprises a first and a second gear, which mesh with each other in outer engagement and are surrounded by a housing. Furthermore, the external gear machine comprises a bearing body accommodated in the housing, which has at least one bearing bore for the rotatable mounting of a shaft connected to the first gearwheel and / or a shaft journal connected to the second gearwheel. The bearing body has a matched to an inner contour of the housing outer contour. According to the invention, the outer contour of the bearing body has at least one linear sealing contour extending in the axial direction, via which the bearing body is supported on the housing in the radial direction during operation of the external gear machine. The support via the at least one extending in the axial direction linear sealing contour also causes a seal in the radial direction, the linear sealing contour ensures a high sealing force.
Die in radialer Richtung wirkende Dichtkraft wird im Betrieb der Außenzahnradmaschine über den auf der Druckseite anstehenden Betriebsdruck erreicht. Dieser führt zu einer Verlagerung der Zahnräder und des Lagerkörpers in Richtung der Saugseite der Außenzahnradmaschine, so dass die Zahnköpfe der Zahnräder bzw. die mindestens eine Dichtkontur des Lagerkörpers in Kontakt mit dem Gehäuse gelangen. Der Kontakt der Zahnköpfe mit dem Gehäuse verhindert, dass die Zahnköpfe im Bereich einer ersten radialen Dichtstelle vom Arbeitsmedium umspült werden. Der Kontakt der mindestens einen Dichtkontur des Lagerkörpers mit dem Gehäuse bewirkt eine Abdichtung im Bereich einer zweiten radialen Dichtstelle, die zwischen dem Gehäuse und dem Lagerkörper ausgebildet wird.During operation of the external gear machine, the sealing force acting in the radial direction is achieved via the operating pressure present on the pressure side. This leads to a displacement of the gears and the bearing body in the direction of the suction side of the external gear machine, so that the tooth heads of the gears or the at least one sealing contour of the bearing body come into contact with the housing. The contact of the tooth heads with the housing prevents the tooth heads from being washed around in the region of a first radial sealing point by the working medium. The contact of the at least one sealing contour of the bearing body with the housing causes a seal in the region of a second radial Sealing point which is formed between the housing and the bearing body.
Bevorzugt wird die Dichtkontur durch einen Steg oder eine erhabene Kante, insbesondere durch eine Beißkante, des Lagerkörpers gebildet. Der Steg bzw. die Kante reduziert den Dichtkontakt auf einen schmalen linienförmigen Kontaktbereich, so dass die in radialer Richtung wirkende Dichtkraft maximal ist. Ferner kann sich der Steg oder die Kante, insbesondere wenn diese als Beißkante ausgeführt ist, in das Gehäuse eingraben, so dass im Dichtkontakt ein Formschluss erzielt wird, der die Abdichtung weiter optimiert. Denn durch den Formschluss wird - ähnlich einer Labyrinth-Dichtung - die in Umfangsrichtung des Lagerkörpers wirksame Dichtstrecke verlängert. Mit Eingraben des Stegs oder der Kante in das Gehäuse kann zudem ein an den Steg oder an die Kante anschließender Bereich der Außenkontur des Lagerkörpers in Kontakt mit dem Gehäuse gelangen, so dass hierüber ein zusätzlicher flächiger Dichtkontakt geschaffen wird, welcher die Dichtwirkung über die mindestens eine Dichtkontur weiter verstärkt. Preferably, the sealing contour is formed by a web or a raised edge, in particular by a biting edge, of the bearing body. The web or the edge reduces the sealing contact to a narrow line-shaped contact region, so that the sealing force acting in the radial direction is maximum. Furthermore, the web or the edge, in particular if this is designed as a biting edge, dig into the housing, so that a positive connection is achieved in the sealing contact, which further optimizes the seal. For by the positive connection is - similar to a labyrinth seal - extending effective in the circumferential direction of the bearing body sealing distance. In addition, when the web or the edge digs into the housing, a region of the outer contour of the bearing body adjoining the web or the edge can come into contact with the housing, so that an additional planar sealing contact is created, which provides the sealing effect over the at least one Sealing contour further reinforced.
In der Ausbildung als Steg oder erhabene Kante, insbesondere als Beißkante, ist die Dichtwirkung der Dichtkontur weitgehend verschleißunabhängig, da sie - im Unterschied zu einer Elastomerdichtung - keiner Alterung unterliegt. Eine Dichtkontur in Form eines Stegs oder einer erhabenen Kante kann zudem einfach und kostengünstig realisiert werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Steg oder die Kante durch den Lagerkörper selbst ausgebildet wird, so dass die Anzahl der erforderlichen Bauteile unverändert bleibt.In training as a web or raised edge, in particular as a biting edge, the sealing effect of the sealing contour is largely independent of wear, since it - in contrast to an elastomer seal - is not subject to aging. A sealing contour in the form of a web or a raised edge can also be realized easily and inexpensively. This is especially true if the web or the edge is formed by the bearing body itself, so that the number of required components remains unchanged.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Dichtkontur durch ein Dichtelement gebildet wird, das in eine Längsnut des Lagerkörpers eingesetzt ist. Über die Längsnut ist das Dichtelement lagefixiert, wobei das Dichtelement nicht vollständig in der Längsnut aufgenommen ist, um den gewünschten linearen Dichtkontakt des Dichtelements mit dem Gehäuse zu gewährleisten. Der im Betrieb der Außenzahnradmaschine druckseitig auf den Lagerkörper lastende Betriebsdruck hält das Dichtelement in Kontakt mit dem Gehäuse.Alternatively, it is proposed that the sealing contour is formed by a sealing element which is inserted into a longitudinal groove of the bearing body. About the longitudinal groove, the sealing element is fixed in position, wherein the sealing element is not completely received in the longitudinal groove in order to ensure the desired linear sealing contact of the sealing element with the housing. The pressure acting on the bearing body during operation of the external gear operating pressure keeps the sealing element in contact with the housing.
Vorteilhafterweise ist das Dichtelement elastisch verformbar, wobei das Maß der Verformung vom druckseitig anstehenden Betriebsdruck abhängig ist. Steigt der Druck an, nimmt auch die Verformung zu, so dass sich die in Umfangsrichtung des Lagerkörpers wirksame Dichtstrecke vergrößert. Entsprechend erhöht sich die Dichtwirkung.Advantageously, the sealing element is elastically deformable, wherein the degree of deformation is dependent on the pressure side pending operating pressure. If the pressure increases, the deformation also increases, so that the effective in the circumferential direction of the bearing body sealing distance increases. Accordingly, the sealing effect increases.
Die Ausbildung der Dichtkontur durch ein separates Dichtelement, das in eine Längsnut des Lagerkörpers eingesetzt wird, lässt sich leicht umsetzen. Ferner eignet sich das separate Dichtelement zur einfachen Nachrüstung einer bereits vorhandenen Außenzahnradmaschine. Hierzu wird erst eine Längsnut in die Außenkontur des Lagerkörpers eingebracht. Anschließend wird das Dichtelement in die Längsnut eingesetzt. Sofern das Dichtelement aus einem Elastomermaterial gefertigt ist, so dass es einer Alterung unterliegt, kann es bei Bedarf ausgetauscht werden.The formation of the sealing contour by a separate sealing element which is inserted into a longitudinal groove of the bearing body, can be easily implemented. Furthermore, the separate sealing element is suitable for easy retrofitting of an existing external gear machine. For this purpose, only a longitudinal groove is introduced into the outer contour of the bearing body. Subsequently, the sealing element is inserted into the longitudinal groove. If the sealing element is made of an elastomeric material, so that it is subject to aging, it can be replaced if necessary.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene lineare Dichtkontur erstreckt sich vorzugsweise in axialer Richtung über die gesamte Außenkontur des Lagerkörpers. Auf diese Weise wird eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Lagerkörper erreicht, die sich über die gesamte Länge des Radialspalts erstreckt.The inventively proposed linear sealing contour preferably extends in the axial direction over the entire outer contour of the bearing body. In this way, a seal between the housing and the bearing body is achieved, which extends over the entire length of the radial gap.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der die Dichtkontur aufweisende Lagerkörper eine Lagerbuchse oder eine Lagerbrille ist. Sofern der Lagerkörper als Lagerbuchse ausgeführt ist, ist diese bevorzugt mit einer weiteren Lagerbuchse zu einer Lagerbrille zusammengefasst. Die Ausführung des Lagerkörpers als Lagerbrille weist den Vorteil auf, dass die Bauteilezahl reduziert wird, wodurch die Montage der Außenzahnradmaschine vereinfacht wird. Die radiale Abstützung eines als Lagerbrille ausgeführten Lagerkörpers am Gehäuse wird vorzugsweise über zwei sich in axialer Richtung erstreckende lineare Dichtkonturen bewirkt.It is also proposed that the bearing body having the sealing contour is a bearing bush or a bearing gland. If the bearing body is designed as a bearing bush, this is preferably combined with another bearing bush to a bearing glasses. The design of the bearing body as bearing glasses has the advantage that the number of components is reduced, whereby the assembly of the external gear machine is simplified. The radial support of a designed as a bearing glasses bearing body on the housing is preferably effected via two extending in the axial direction linear sealing contours.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Lagerkörper eine stirnseitige Ausnehmung zur Aufnahme eines Dichtelements aufweist. Über das stirnseitig angeordnete Dichtelement ist zusätzlich eine Abdichtung in axialer Richtung erreichbar. Vorzugsweise ist das Dichtelement in einer Stirnfläche des Lagerkörpers angeordnet, die den Zahnrädern abgewandt ist, so dass das Dichtelement zwischen dem Lagerkörper und dem Gehäuse bzw. einem mit dem Gehäuse verbundenen Gehäusedeckel zu liegen kommt. Das Dichtelement dient in diesem Fall als Axialfelddichtung.In a further development of the invention, it is proposed that the bearing body has an end-side recess for receiving a sealing element. In addition, a seal in the axial direction can be reached via the sealing element arranged on the face side. Preferably, the sealing element is arranged in an end face of the bearing body, which faces away from the toothed wheels, so that the sealing element comes to rest between the bearing body and the housing or a housing cover connected to the housing. The sealing element serves in this case as Axialfelddichtung.
Die stirnseitige Ausnehmung zur Aufnahme des Dichtelements ist vorzugsweise als gegenüber der Außenkontur des Lagerkörpers nach radial innen versetzte stirnseitige Nut ausgebildet. Über die Nut ist das Dichtelement lagefixiert, so dass hierüber einer Relativbewegung des Dichtelements gegenüber dem Lagerkörper entgegengewirkt wird.The frontal recess for receiving the sealing element is preferably formed as compared to the outer contour of the bearing body radially inwardly offset frontal groove. About the groove, the sealing element is fixed in position, so that hereby a relative movement of the sealing element is counteracted against the bearing body.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Gehäuse und einem Deckelteil ein Dichtring eingelegt ist. Der Dichtring dichtet den Innenraum der Außenzahnradmaschine nach außen ab.Furthermore, it is proposed that a sealing ring is inserted between the housing and a cover part. The sealing ring seals the interior of the external gear machine to the outside.
Vorteilhafterweise ist beidseits der Zahnräder mindestens ein Lagerkörper zur drehbaren Lagerung der Welle und/oder des Wellenzapfens angeordnet, wobei vorzugsweise die Ausführung der Lagerkörper gespiegelt wird. Über die beidseits der Zahnräder angeordneten Lagerkörper wird die innere Dichtheit der Außenzahnradmaschine weiter erhöht, so dass die Außenzahnradmaschine einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad aufweist.Advantageously, on both sides of the gears at least one bearing body for rotatably supporting the shaft and / or the shaft journal is arranged, wherein preferably the execution of the bearing body is mirrored. About the arranged on both sides of the gears bearing body, the inner tightness of the external gear machine is further increased, so that the external gear machine has a high volumetric efficiency.
Das darüber hinaus vorgeschlagene Abgaswärmerückgewinnungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es eine erfindungsgemäße Außenzahnradmaschine zum Fördern eines niedrigviskosen Arbeitsmediums, wie beispielsweise Ethanol, Cyclopentan und/oder eines Kältemittels, umfasst. Da die Viskosität des Arbeitsmediums sich direkt auf die innere Leckage der Außenzahnradmaschine auswirkt, und zwar in der Weise, dass mit sinkender Viskosität des Arbeitsmediums die Leckagemenge proportional steigt, kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Außenzahnradmaschine in der vorgeschlagenen Anwendung besonders gut zum Tragen.The additionally proposed exhaust heat recovery system is characterized in that it comprises an external gear according to the invention for conveying a low-viscosity working medium, such as ethanol, cyclopentane and / or a refrigerant. Since the viscosity of the working medium has a direct effect on the internal leakage of the external gear, in such a way that with decreasing viscosity of the working medium, the leakage amount increases proportionally, the advantages of the external gear according to the invention in the proposed application are particularly well.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer Außenzahnradmaschine, -
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Außenzahnradmaschine zwecks Darstellung der Leckagepfade, -
3 eine Lagerbrille für eine erfindungsgemäße Außenzahnradmaschine gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, a) in einer ersten Draufsicht, b) in einer zweiten Draufsicht und c) in einer vergrößerten Detailansicht, -
4 eine Lagerbrille für eine erfindungsgemäße Außenzahnradmaschine gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, a) in einer ersten Draufsicht, b) in einer zweiten Draufsicht und c) in einer vergrößerten Detailansicht.
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1 an exploded view of an external gear machine, -
2 a schematic cross section through an external gear machine for the purpose of illustrating the leakage paths, -
3 a bearing eyeglasses for an external gear according to the invention according to a first preferred embodiment, a) in a first plan view, b) in a second plan view and c) in an enlarged detail view, -
4 a bearing glasses for an external gear according to the invention according to a second preferred embodiment, a) in a first plan view, b) in a second plan view and c) in an enlarged detail view.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Der Darstellung der
Der Darstellung der
Damit ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad erreicht wird, gilt es die Leckage einer Außenzahnradmaschine gering zu halten. Dabei ist einerseits sicherzustellen, dass kein Arbeitsmedium nach außen dringt. Andererseits gilt es eine innere Leckage zu verhindern, bei welcher das Arbeitsmedium von einer Druckseite
Einer Leckage über den Leckagepfad
Eine Abdichtung im Kontaktbereich der Lagerkörper
Bei einer erfindungsgemäßen Außenzahnradmaschine wird die radiale Abdichtung in der Ebene eines Lagerkörpers
Bei dem in den
Bei dem in den
Wie beispielhaft in den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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