EP4684132A1 - Innenzahnradfluidmaschine - Google Patents

Innenzahnradfluidmaschine

Info

Publication number
EP4684132A1
EP4684132A1 EP24712790.5A EP24712790A EP4684132A1 EP 4684132 A1 EP4684132 A1 EP 4684132A1 EP 24712790 A EP24712790 A EP 24712790A EP 4684132 A1 EP4684132 A1 EP 4684132A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
gear
bearing
internal gear
bearing recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24712790.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Ketterer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eckerle Technologies GmbH
Original Assignee
Eckerle Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eckerle Technologies GmbH filed Critical Eckerle Technologies GmbH
Publication of EP4684132A1 publication Critical patent/EP4684132A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/101—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with a crescent-shaped filler element, located between the inner and outer intermeshing members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/54—Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors

Definitions

  • the invention relates to an internal gear fluid machine, with a first gear having an external toothing and mounted so as to be rotatable about a first axis of rotation and a second gear having an internal toothing that partially meshes with the external toothing in an engagement region and is mounted so as to be rotatable about a second axis of rotation different from the first axis of rotation, wherein the second gear is at least partially surrounded in the circumferential direction by at least one bearing recess formed in the machine housing in order to form a hydrostatic bearing, which engages through a bearing surface that slides against the second gear.
  • the publication DE 10 2004 021 216 A1 is known from the prior art.
  • This describes a high-pressure internal gear machine, in particular an internal gear pump, with a housing, an externally toothed pinion rotatably mounted in the housing and an internally toothed ring gear that runs with the pinion and is mounted in the housing so that it rotates and meshes with the pinion.
  • a housing part opposite a peripheral surface of the ring gear several pressure pockets are provided that are open towards the ring gear and delimited by sealing webs for the hydrostatic mounting of the one-piece and/or one-piece ring gear.
  • the internal gear fluid machine is a fluid conveying device and is used to convey a fluid, for example a liquid or a gas.
  • the internal gear fluid machine has two gears, namely a first gear and a second gear.
  • the first gear can also be referred to as a pinion and the second gear as a ring gear.
  • the first gear has a first toothing and the ring gear has a second toothing.
  • the first toothing is an external toothing and the second toothing is an internal toothing.
  • the first toothing and the second toothing engage with one another in regions in the circumferential direction, i.e. they mesh with one another in regions, namely in an engagement region.
  • the two gears are intended for fluid conveyance and for this reason are designed in such a way that they work together during a rotary movement to convey the fluid and engage with one another or mesh with one another.
  • the first gear is preferably coupled to an input shaft or drive shaft of the internal gear fluid machine, preferably on the one hand rigidly and/or on the other hand detachably or permanently.
  • detachable coupling for example, there is a plug-in pinion that is plugged onto the drive shaft and can be detached from it without damage.
  • the plug-in pinion preferably has an internal toothing that interacts with an external toothing of the input shaft for the drive-technical coupling of the plug-in pinion to the input shaft.
  • the first gear is rotatably mounted in the machine housing of the internal gear fluid machine by means of the input shaft.
  • the first gear is preferably arranged on the input shaft so that it always has the same speed as the input shaft during operation of the internal gear fluid machine.
  • Both the first gear and the second gear are preferably arranged in the machine housing and rotatably mounted therein.
  • the first gear is rotatably mounted about the first axis of rotation
  • the second gear is rotatably mounted about the second axis of rotation.
  • the first axis of rotation can also be referred to as the pinion axis of rotation and the second axis of rotation as the ring gear axis of rotation.
  • the first gear is arranged in the second gear, namely in such a way that the first toothing or external toothing of the first gear meshes or is in engagement with the second toothing or internal toothing of the second gear in the engagement area.
  • the engagement area is, for example, fixed to the housing, so it does not rotate with the first gear or the second gear.
  • a tooth of one of the gears engages in a tooth gap of the other of the gears.
  • the tooth gap is limited in the circumferential direction by teeth of the respective gear.
  • a tooth of the first gear engages in a tooth gap of the second gear or, conversely, a tooth of the second gear engages in a tooth gap of the first gear.
  • the first gear and the second gear work together to form a seal.
  • a filler piece is arranged, for example - purely optionally.
  • the filler piece is located between the first gear and the second gear, or in other words between the external teeth of the first gear and the internal teeth of the second gear.
  • the filler piece is thus arranged in a fluid space which is delimited in the radially inward direction by the first gear and in the radially outward direction by the second gear, in each case with respect to the first axis of rotation and the second axis of rotation.
  • the filler piece rests on the external teeth on the one hand and on the internal teeth on the other.
  • the filler piece rests sealingly on tooth tips of the external teeth and sealingly on tooth tips of the internal teeth in order to divide the fluid space into a first fluid chamber and a second fluid chamber.
  • Each of the two fluid chambers is therefore limited in the circumferential direction on the one hand by the filler piece and on the other hand by the tight meshing of the external gearing and the internal gearing in the engagement area.
  • the filler piece - if provided - is designed in several parts and therefore has several segments.
  • the segments of the filler piece are arranged next to each other in the radial direction, so that a first segment is arranged on the side of a second segment facing the first gear and vice versa, the second segment is arranged on the side of the first segment facing the second gear.
  • the first segment lies sealingly against the first gear or its external teeth and the second segment lies sealingly against the second gear or the internal teeth of the second gear.
  • the two segments can preferably be displaced against each other in the radial direction.
  • a gap between the segments is subjected to fluid pressure during operation of the internal gear fluid machine in such a way that the first segment in Direction of the first gear and the second segment is pushed in the direction of the second gear so that the segments lie sealingly against the respective gear or the tooth tips of the corresponding gearing.
  • the internal gear fluid machine is thus radially compensated or gap-compensated in the radial direction.
  • Each of the segments can be further divided into segments.
  • the first segment is one-piece or consists of at least two segments and/or the second segment is one-piece or consists of at least two segments.
  • These segments of the filler piece are also preferably mounted so that they can be displaced against one another, i.e. can be displaced independently of one another. This achieves particularly effective gap compensation.
  • a one-piece filler piece can also be present. In this case, the internal gear fluid machine is uncompensated in the radial direction.
  • At least one tooth tip of the internal toothing and one tooth tip of the external toothing lie against one another in a sealing manner, in particular with a tip circle surface of the respective tooth delimited by the respective tip circle of the corresponding toothing.
  • a tip circle surface of the tooth tip of the internal toothing is delimited by the tip circle of the internal toothing and a tip circle surface of the tooth tip of the external toothing is delimited by a tip circle of the external toothing.
  • the tip circle surface of the internal toothing and the tip circle surface of the external toothing now lie against one another in a sealing manner. This in turn divides the fluid space into the first fluid chamber and the second fluid chamber.
  • Each of the two fluid chambers is delimited in the circumferential direction on the one hand by the close contact of the tip circle surfaces and on the other hand by the close intermeshing of the external toothing and the internal toothing in the engagement region.
  • Such a design of the internal gear fluid machine can also be called a gear ring fluid machine.
  • the two gears of the internal gear fluid machine are arranged between housing walls of the aforementioned machine housing of the internal gear fluid machine.
  • One of the housing walls is therefore located on a first side of the gears and a second of the housing walls is located on a second side of the gears opposite the first side in the axial direction, so that the housing walls accommodate the gears between them in the axial direction.
  • a gap remaining between the housing walls and the gears so small that the housing walls ensure adequate sealing of the fluid space or the fluid chambers.
  • the gears are mounted on and/or in the machine housing.
  • a sealing disk is arranged in the axial direction with respect to the first axis of rotation next to the first gear and the second gear, i.e. in particular between one of the housing walls and the gears, which sealing disk rests against the first gear and the second gear during operation of the internal gear fluid machine.
  • the sealing disk is only present on one side of the first gear and the second gear.
  • - again viewed in the axial direction - such a sealing disk is arranged on both sides of the two gears.
  • the sealing disk is preferably forced in the axial direction towards the gears, for example by applying pressure, i.e. by applying a pressurized fluid, so that it lies sealingly against the gears. If there are several sealing disks, these are arranged on both sides of the gears in the axial direction. One of the sealing disks is therefore on a first side of the gears and a second of the sealing disks is on a second side of the gears opposite the first side in the axial direction, so that the sealing disks hold the gears between them in the axial direction.
  • the sealing disks are preferably forced towards one another in the axial direction and thus each in the direction of the gears, for example by applying pressure, i.e.
  • the internal gear fluid machine is therefore axially compensated or gap-compensated in the axial direction. This achieves a particularly high level of efficiency for the internal gear fluid machine.
  • one of the fluid chambers serves as a suction chamber and the other of the fluid chambers serves as a pressure chamber.
  • the suction chamber can also be referred to as the inlet chamber and the pressure chamber as the outlet chamber; the crucial point is that the fluid is always conveyed from the inlet chamber towards the outlet chamber during operation of the internal gear fluid machine.
  • the pressure in the inlet chamber is always lower than the pressure in the outlet chamber when the pump is operating.
  • the pressure in the inlet chamber can already be (significantly) higher than the ambient pressure. For example, fluid under pressure is conveyed from the inlet chamber towards the outlet chamber using the internal gear fluid machine.
  • the internal gear fluid machine is in the form of a motor or is operated as a motor, fluid is supplied to the pressure chamber, which enters the suction chamber, causing the gears to rotate.
  • the pressure chamber is the inlet chamber and the suction chamber is the outlet chamber; the pressure in the inlet chamber is higher than the pressure in the outlet chamber.
  • the suction chamber can also be referred to as a low-pressure chamber and the pressure chamber as a high-pressure chamber.
  • the suction side of the internal gear fluid machine corresponds to a low-pressure side and the pressure side to a high-pressure side.
  • the terms "low pressure” and "high pressure” are not to be understood as a restriction to a specific pressure level; rather, the pressure in the high-pressure chamber or on the high-pressure side is simply higher, relatively speaking, than the pressure in the low-pressure chamber or on the low-pressure side.
  • the second gear is partially surrounded in the circumferential direction by the at least one bearing recess which is formed in the machine housing.
  • the bearing recess is designed in such a way that it at least partially, in particular only partially, overlaps the second gear in the axial direction and is arranged in complete overlap with the second gear.
  • the bearing recess therefore has not only a smaller extension than the second gear, but is also arranged in such a way that bearing webs which delimit the bearing recess in the axial direction and which also form the bearing surface, are arranged in overlap with the second gear when viewed in the axial direction.
  • the bearing recess therefore does not protrude beyond the second gear in the axial direction, but is completely closed off in a radially inward direction by the second gear slidingly resting on the bearing surface or the bearing webs.
  • the second gear completely overlaps the bearing recess and continuously interacts with an edge delimiting the bearing recess in order to close the bearing recess in a radially inward direction.
  • the edge is formed in particular in the bearing surface and/or by the bearing webs.
  • the sliding resting of the second gear on the machine housing or on the bearing surface takes place in particular via a fluid film made up of the fluid present in the bearing recess. It is therefore not necessary for the second gear to be in direct contact with the machine housing, although this can of course be the case at least temporarily, particularly when the internal gear fluid machine is stationary.
  • the bearing recess is in the form of a groove or channel formed in the machine housing that runs in the circumferential direction.
  • the bearing recess serves to form the hydrostatic bearing or a hydrostatic bearing for the second gear.
  • the bearing recess is at least temporarily subjected to pressurized fluid, so that the second gear is pushed away from the machine housing in the radial direction. This creates a fluid film between the second gear and the machine housing, which ensures that the second gear is supported with particularly little loss.
  • the pressure present in the bearing recess counteracts the pressure present in the pressure chamber.
  • the bearing recess is arranged and/or designed accordingly for this purpose.
  • a force exerted on the second gear by the fluid present in the bearing recess is at least as great as a force exerted on the second gear by the fluid present in the pressure chamber.
  • the former force is at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80% or at least 90% of the latter force.
  • the pressurized fluid to the bearing recess it is preferably fluidically connected to one of the fluid connections.
  • the pressure chamber is fluidically connected to a fluid connection of the internal gear fluid machine via the bearing recess.
  • a bottom of the bearing recess is penetrated by a fluid channel, via which the pressure chamber is fluidically connected to the fluid connection.
  • a flow cross-sectional area of the fluid channel is smaller than a flow cross-sectional area of the bearing recess in order to ensure sufficient pressure build-up in the bearing recess to form the hydrostatic bearing.
  • the bearing recess completely surrounds the second gear in the circumferential direction. Preferably, however, it only partially surrounds the second gear in the circumferential direction, for example it extends over at least 30°, at least 60°, at least 90°, at least 120°, at least 150° or at least 180°. Particularly preferably, the bearing recess extends in the circumferential direction over a maximum of 240°, a maximum of 210° or a maximum of 180°. For example, the bearing recess extends over at least 90° and a maximum of 180°, at least 120° and a maximum of 180°, at least 150° and a maximum of 180° or approximately or exactly 180°.
  • a single bearing recess is formed in the machine housing, which only partially or completely surrounds the second gear in the circumferential direction.
  • This bearing recess is preferably fluidically connected to the fluid connection of the internal gear fluid machine.
  • the single bearing recess is fluidically connected to several fluid connections, in particular to a fluid connection on the pressure side and a fluid connection on the suction side of the internal gear fluid machine.
  • valves in particular check valves, are fluidically connected between the bearing recess on the one hand and the fluid connections on the other. These are designed and/or set in such a way, for example, that they only allow the fluid to flow from the direction of the respective fluid connection in the direction of the bearing recess, i.e.
  • bearing recesses there are several bearing recesses spaced apart from one another in the circumferential direction, i.e. the bearing recesses are spaced apart from one another on both sides in the circumferential direction.
  • the bearing recesses are arranged symmetrically in cross-section with respect to an imaginary plane that includes the axis of rotation of the first gear and/or the axis of rotation of the second gear.
  • the bearing recesses are fluidically connected to different fluid connections, in particular a first of the bearing recesses to a first fluid connection and a second of the bearing recesses to a second fluid connection of the internal gear fluid machine.
  • each of the bearing recesses is directly connected to the corresponding fluid connection and is only indirectly in flow connection with the other fluid connection, in particular via the fluid space or one or more of the fluid chambers.
  • Such a flow connection can of course also exist outside the internal gear fluid machine.
  • one of the bearing recesses is always fluidically connected to the pressure side and another of the bearing recesses is fluidly connected to the suction side of the internal gear fluid machine. This achieves a balance of forces within the internal gear fluid machine, regardless of its direction of rotation, resulting in particularly high efficiency.
  • the bearing recess In the axial direction, the bearing recess only partially overlaps the second gear, so that conversely the second gear completely overlaps the bearing recess in the axial direction.
  • the bearing recess is delimited on both sides in the axial direction by the bearing webs, which are designed to overlap the bearing recess in the circumferential direction and have at least the same extension as the bearing recess.
  • each of the bearing recesses has such bearing webs.
  • the second gear rests sealingly on the bearing webs, in particular continuously in the circumferential direction in overlap with the bearing recess, or the second gear is at a smaller distance from the bearing surface or the bearing webs than from a base of the bearing recess, which delimits the bearing recess in the direction facing away from the second gear, i.e. in particular in the radial direction outwards. This reliably prevents undesired outflow of the fluid from the bearing recess.
  • the second gear has a bearing clearance, i.e.
  • a distance in the radial direction from the bearing webs of at most 0.25 mm, at most 0.2 mm, at most 0.15 mm, at most 0.1 mm, at most 0.075 mm or at most 0.05 mm. Distances of 0.1 millimeters or less are preferred.
  • the bearing recess is designed with different dimensions in the axial direction over its extent in the circumferential direction. This means that the bearing recess has different dimensions in the axial direction at a first position in the circumferential direction than at a second position in the circumferential direction.
  • the axial dimensions of the bearing recess change continuously or step by step over its extent in the circumferential direction. It is preferably provided that the axial dimensions of the bearing recess decrease in the direction of rotation of the second gear, so that during operation of the internal gear fluid machine the second gear first passes over an area of the bearing recess in which it has larger dimensions in the axial direction and then an area with smaller axial dimensions.
  • Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of an internal gear fluid machine 1, which has a machine housing 2, in which a first gear 3 and a second gear 4 are rotatably mounted.
  • the first gear 3 can also be referred to as a pinion and the second gear 4 as a ring gear.
  • the first gear 3 is rotatably mounted in the machine housing 2 about a first axis of rotation 5 and the second gear 4 about a second axis of rotation 6. It can be seen that the first axis of rotation 5 and the second axis of rotation 6 are arranged parallel and spaced from one another, so that the first gear 3 and the second gear 4 have different axes of rotation.
  • the first gear 3 has an external toothing 7 and the second gear 4 has an internal toothing 8, which mesh with one another in an engagement region 9, i.e. are in engagement with one another.
  • the first gear 3 and the second gear 4 together define a fluid space 10.
  • the first gear 3 defines the fluid space 10 in the radial direction inwards and the second Gear 4 in a radial direction outwards.
  • the fluid space 10 is divided in the circumferential direction into a first fluid chamber 12 and a second fluid chamber 13 by the meshing of the gears 3 and 4 on the one hand and a filler piece 11 on the other.
  • one of the fluid chambers 12 and 13 is a suction chamber and another of the fluid chambers 12 and 13 is a pressure chamber.
  • the filler piece 11 is designed in several parts and has several segments 14 and 15. There is a gap between the segments 14 and 15, which can be filled with pressurized fluid. This fluid loading forces the segments 14 and 15 in the direction of the respective gear 3 or 4. This provides radial compensation for the internal gear fluid machine 1.
  • the second gear 4 has a central cavity 17 in which the first gear 3 is arranged.
  • the fluid chamber 10 is formed by the cavity 17.
  • the cavity 17 is delimited in the radial direction with respect to the second axis of rotation 6 on the outside by the internal toothing 8.
  • the internal toothing 8 has a plurality of teeth 18 and inter-tooth spaces 19, with one of the inter-tooth spaces 19 being located between every two of the teeth 18 and one of the teeth 18 being located between two of the inter-tooth spaces 19, as seen in the circumferential direction.
  • a flow channel 20 opens into at least some of the inter-tooth spaces 19, in the embodiment shown here into each of the inter-tooth spaces 19, with only a few of the flow channels 20 being identified as examples.
  • the fluid chambers 12 and 13 are at least temporarily fluidically connected to a first fluid channel 21 and a second fluid channel 22 via the flow channels 20.
  • the first fluid chamber 12 is fluidically connected to a first fluid connection 23 and the second fluid chamber 13 to a second fluid connection 24 via the first fluid channel 21.
  • the first fluid channel 21 has a first longitudinal center axis 25 and the second fluid channel 22 has a second longitudinal center axis 26.
  • the fluid channels 21 and 22 in the internal gear fluid machine 1 described are not arranged centrally with respect to the axes of rotation 5 and 6, but rather offset from them.
  • the longitudinal center axes 25 and 26 are parallel to one another or - as shown here - are even identical. They are arranged at a distance from both axes of rotation 5 and 6 and do not run between them.
  • the longitudinal center axes 25 and 26 intersect the gears 7 and 8 in the engagement area 9, i.e. they run between a root circle and a tip circle of the respective gear.
  • the fluid channels 21 and 22 have different flow cross-sectional areas, In particular, a flow cross-sectional area of the first fluid channel 21 is larger than a flow cross-sectional area of the second fluid channel 22.
  • the second gear 4 is rotatably mounted in the machine housing 2 by means of a hydrostatic bearing 27.
  • the second gear 4 slides on a bearing surface 28 which, in the illustrated embodiment, is formed on the machine housing 2 or by the machine housing 2.
  • the bearing surface 28 is penetrated by a bearing recess 29 to form a mouth opening 30 facing the second gear 4.
  • An extension of the bearing surface 28 in the circumferential direction is indicated by an arrow 31.
  • An extension of the bearing recess 29 in the same direction is indicated by the arrow 32.
  • the second fluid channel 22 opens into the bearing recess 29, namely through a base 33 of the bearing recess 29. This means that the second fluid channel 22 is fluidically connected to the second fluid chamber 13 via the bearing recess 29.
  • FIG. 2 shows a further schematic sectional view of the internal gear fluid machine 1.
  • the second fluid channel 22 opens into the hydrostatic bearing 27 or its bearing recess 29.
  • Figure 3 shows a rolling representation of the hydrostatic bearing 27 or the bearing surface 28 and the bearing recess 29 of the hydrostatic bearing 27.
  • a rolling representation is to be understood as meaning that the bearing surface 28, which is actually curved and manufactured on the machine housing 2, is now shown flat. This is a geometric development of the curved bearing surface 28 with the bearing recess 29 formed therein in a plane. The extensions of the bearing surface 28 and the bearing recess 29 in the circumferential direction are again indicated by the arrows 31 and 32.
  • the bearing recess 29 is limited in the axial direction with respect to the second axis of rotation 6 on opposite sides by inner walls 34 and 35. It is clear that a distance between the inner walls 34 and 35 changes over the extent of the bearing recess 29 in the circumferential direction.
  • the bearing recess has larger dimensions in the axial direction on one side, indicated by the arrow 36, and smaller dimensions on an opposite side, indicated by the arrow 37.
  • an axial extent of the bearing recess 29 changes over its extent in the circumferential direction.
  • the axial dimensions of the bearing recess 29 decrease in the direction of rotation of the gear 4, so that the gear 4 initially passes over the bearing recess 29 on its wider side before reaching the narrower areas.
  • each of the inner walls 34 and 35 has a plurality of inner wall steps 38, through which the width of the bearing recess 29, i.e. its extension in the axial direction, changes abruptly, in particular decreases.
  • the inner walls 34 and 35 are perpendicular to an imaginary inner wall reference plane, which is perpendicular to the second axis of rotation 6 and runs through the respective inner wall 34 or 35.
  • the bearing recess 29 is made up of three regions 39, 40 and 41, in which the bearing recess 29 has different dimensions in the axial direction, i.e. different widths.
  • the bearing recess 29 has a first width, in the second region 40 a second width and in the third region 41 a third width.
  • the first width is greater than the second width, which in turn is greater than the third width.
  • a difference between the first width and the second width is identical to a difference between the second width and the third width, so that the inner wall steps 38 have the same dimensions in the axial direction.
  • the bearing recess 29 is delimited in the axial direction by bearing webs 42 and 43, which form the inner walls 34 and 35.
  • the bearing webs 42 and 43 are connected to one another at the end of the bearing recess 29 via connecting webs 44 and 45.
  • the connecting webs 44 and 45 delimit the bearing recess 29 in the circumferential direction.
  • the bearing webs 42 and 43 and the connecting webs 44 and 45 together form the bearing surface 28. In other words, the bearing surface 28 is present on the surfaces of the bearing webs 42 and 43 and the connecting webs 44 and 45 facing the second gear 6.
  • the bearing surface 28 is delimited on the outside in the axial direction by outer walls 46 and 47. These extend in the circumferential direction over the entire extent of the bearing surface 28 or the hydrostatic bearing 27. It can be seen that the bearing surface 28 also has different axial dimensions over its extent in the circumferential direction. On the one hand, it has smaller dimensions indicated by the arrow 48 and on the other hand, larger dimensions indicated by the arrow 49. In the exemplary embodiment shown, the bearing surface 28 is made up of areas 50, 51 and 52. In the first region 50 it has first dimensions, in the second region 51 second dimensions and in the third region third dimensions in the axial direction.
  • the second dimensions are larger than the first dimensions and the third dimensions are smaller than the second dimensions.
  • the third dimensions correspond to the first dimensions.
  • the second region 51 extends in the circumferential direction over an extent indicated by the arrow 53. It can be seen that the bearing recess 29 is arranged centrally in the second region 51, seen in the circumferential direction, i.e. is equidistant from the first region 50 and the third region 52 in the circumferential direction. It can also be seen that the regions 50 and 52 have an extension in the axial direction which is greater than a greatest extension of the bearing recess 29 in the same direction over their extension in the circumferential direction. The regions 50 and 52 therefore have a width which is greater than the greater width of the bearing recess 29 indicated by the arrow 36. To achieve the different widths of the bearing surface 28, the outer walls 46 and 47 have outer wall steps 54.
  • Figure 4 shows a schematic rolling representation of the bearing surface 28 and the bearing recess 29 in a second embodiment. This is fundamentally similar to the first embodiment, so reference is made to the corresponding embodiments and only the differences are discussed. These are that instead of the inner wall steps 38 and the outer wall steps 54, there are now inner wall inclined surfaces 55 and outer wall inclined surfaces 56, by means of which the axial dimensions of the bearing recess 29 and the bearing surface 28 are changed. Since there is no longer an abrupt change in the dimensions, there are intermediate areas 57 and 58 between the areas 39, 40 and 41 and intermediate areas 59 and 60 between the areas 50, 51 and 52.
  • the axial dimensions of the bearing recess 29 change continuously and steadily in the circumferential direction, for example as shown here with a constant gradient over an angle in the circumferential direction.
  • the inner walls 34 and 35 are thus angled over the entire extent of the bearing recess 29 in the circumferential direction relative to the respective inner wall reference plane.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradfluidmaschine (1), mit einem eine Außenverzahnung (7) aufweisenden und um eine erste Drehachse (5) drehbar gelagerten ersten Zahnrad (3) und einem eine mit der Außenverzahnung (7) in einem Eingriffsbereich (9) bereichsweise kämmende Innenverzahnung (8) aufweisenden und um eine von der ersten Drehachse (5) verschiedene zweite Drehachse (6) drehbar gelagerten zweiten Zahnrad (4), wobei das zweite Zahnrad (4) zur Ausbildung eines hydrostatischen Lagers (27) in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise von zumindest eine in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten Lagervertiefung (29) umgriffen ist, die eine gleitend an dem zweiten Zahnrad (4) anliegende Lagerfläche (28) durchgreift. Dabei ist vorgesehen, dass die Lagervertiefung (29) über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg und/oder die Lagerfläche (28) über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung aufweisen/aufweist.

Description

BESCHREIBUNG
Innenzahnradfluidmaschine
Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradfluidmaschine, mit einem eine Außenverzahnung aufweisenden und um eine erste Drehachse drehbar gelagerten ersten Zahnrad und einem eine mit der Außenverzahnung in einem Eingriffsbereich bereichsweise kämmende Innenverzahnung aufweisenden und um eine von der ersten Drehachse verschiedene zweite Drehachse drehbar gelagerten zweiten Zahnrad, wobei das zweite Zahnrad zur Ausbildung eines hydrostatischen Lagers in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise von zumindest einer in dem Maschinengehäuse ausgebildeten Lagervertiefung umgriffen ist, die eine gleitend an dem zweiten Zahnrad anliegende Lagerfläche durchgreift.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2004 021 216 Al bekannt. Diese beschreibt eine Hochdruck-Innenzahnradmaschine, insbesondere Innenzahnradpumpe, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, außenverzahnten Ritzel und einem mit dem Ritzel mitlaufenden sowie in dem Gehäuse umlaufend gelagerten, mit dem Ritzel kämmenden, innenverzahnten Hohlrad. Dabei ist vorgesehen, dass in einem einer Umfangsfläche des Hohlrads gegenüberliegenden Gehäuseteil mehrere, zum Hohlrad hin offene und durch Dichtstege begrenzte Drucktaschen zur hydrostatischen Lagerung des einteilig und/oder einstückig ausgebildeten Hohlrads vorgesehen sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Innenzahnradfluidmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Innenzahnradfluidmaschinen Vorteile aufweist, insbesondere eine besonders effektive hydrostatische Lagerung des zweiten Zahnrads in dem Maschinengehäuse umsetzt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Innenzahnradfluidmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Lagervertiefung über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg und/oder die Lagerfläche über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung aufweisen/aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind; vielmehr sind beliebige Variationen der in der Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Figuren offenbarten Merkmale realisierbar. Die Innenzahnradfluidmaschine stellt eine Fluidfördereinrichtung dar und dient insoweit dem Fördern eines Fluids, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases. Hierzu verfügt die Innenzahnradfluidmaschine über zwei Zahnräder, nämlich ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Das erste Zahnrad kann auch als Ritzel und das zweite Zahnrad als Hohlrad bezeichnet werden. Das erste Zahnrad weist eine erste Verzahnung und das Hohlrad eine zweite Verzahnung auf. Die erste Verzahnung liegt als Außenverzahnung und die zweite Verzahnung als Innenverzahnung vor. Die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung greifen in Umfangsrichtung gesehen bereichsweise ineinander ein, kämmen also bereichsweise miteinander, nämlich in einem Eingriffsbereich. Die beiden Zahnräder sind zur Fluidförderung vorgesehen und aus diesem Grund derart ausgestaltet, dass sie bei einer Drehbewegung zum Fördern des Fluids Zusammenwirken und hierbei ineinander eingreifen beziehungsweise miteinander kämmen.
Das erste Zahnrad ist vorzugsweise mit einer Eingangswelle beziehungsweise Antriebswelle der Innenzahnradfluidmaschine gekoppelt, vorzugsweise zum einen starr und/oder zum anderen lösbar oder permanent. Im Falle des lösbaren Koppelns liegt zum Beispiel ein Steckritzel vor, dass auf die Antriebswelle aufgesteckt und beschädigungsfrei von dieser lösbar ist. Bevorzugt verfügt das Steckritzel über eine Innenverzahnung, die mit einer Außenverzahnung der Eingangswelle zum antriebstechnischen Koppeln des Steckritzels mit der Eingangswelle zusammenwirkt. Beispielsweise ist das erste Zahnrad mittels der Eingangswelle in dem Maschinengehäuse der Innenzahnradfluidmaschine drehbar gelagert. Bevorzugt ist das erste Zahnrad auf der Eingangswelle angeordnet, sodass es während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine stets dieselbe Drehzahl aufweist wie die Eingangswelle.
Sowohl das erste Zahnrad als auch das zweite Zahnrad sind vorzugsweise in dem Maschinengehäuse angeordnet und in diesem drehbar gelagert. Das erste Zahnrad ist hierbei um die erste Drehachse drehbar gelagert, wohingegen das zweite Zahnrad um die zweite Drehachse drehbar gelagert ist. Die erste Drehachse kann auch als Ritzeldrehachse und die zweite Drehachse als Hohlraddrehachse bezeichnet werden. Im Querschnitt gesehen, also in einer senkrecht auf den Drehachsen stehenden Schnittebene, ist das erste Zahnrad in dem zweiten Zahnrad angeordnet, nämlich derart, dass die erste Verzahnung beziehungsweise Außenverzahnung des ersten Zahnrads in dem Eingriffsbereich mit der zweiten Verzahnung beziehungsweise Innenverzahnung des zweiten Zahnrads kämmt beziehungsweise mit dieser in Eingriff steht. Das bedeutet, dass eine Drehbewegung des ersten Zahnrads unmittelbar auf das zweite Zahnrad und umgekehrt eine Drehbewegung des zweiten Zahnrads unmittelbar auf das erste Zahnrad übertragen wird. Der Eingriffsbereich ist beispielsweise gehäusefest angeordnet, dreht sich also nicht mit dem ersten Zahnrad beziehungsweise dem zweiten Zahnrad mit. In dem Eingriffsbereich greift ein Zahn einer der Verzahnungen in einen Zahnzwischenraum der jeweils anderen der Verzahnungen ein. Der Zahnzwischenraum ist in Umfangsrichtung von Zähnen der jeweiligen Verzahnung begrenzt. Beispielsweise greift ein Zahn der ersten Verzahnung in einen Zahnzwischenraum der zweiten Verzahnung oder umgekehrt ein Zahn der zweiten Verzahnung in einen Zahnzwischenraum der ersten Verzahnung ein. In dem Eingriffsbereich wirken die erste Verzahnung die zweite Verzahnung insoweit dichtend zusammen.
Andererseits des Eingriffsbereichs, also vorzugsweise auf der dem Eingriffsbereich bezüglich der ersten Drehachse und/oder der zweiten Drehachse diametral gegenüberliegenden Seite, ist beispielsweise - rein optional - ein Füllstück angeordnet. Das Füllstück liegt zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad oder anders ausgedrückt zwischen der Außenverzahnung des ersten Zahnrads und der Innenverzahnung des zweiten Zahnrads vor. Das Füllstück ist somit in einem Fluidraum angeordnet, welcher in radialer Richtung nach innen von dem ersten Zahnrad und in radialer Richtung nach außen von dem zweiten Zahnrad begrenzt ist, jeweils bezüglich der ersten Drehachse beziehungsweise der zweiten Drehachse. Das Füllstück liegt einerseits an der Außenverzahnung und andererseits an der Innenverzahnung an. Genauer gesagt liegt das Füllstück dichtend an Zahnköpfen der Außenverzahnung und dichtend an Zahnköpfen der Innenverzahnung an, um den Fluidraum in eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammer zu unterteilen. Jede der beiden Fluidkammern ist in Umfangsrichtung gesehen also einerseits von dem Füllstück und andererseits durch das dichte Ineinandergreifen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung in dem Eingriffsbereich begrenzt.
Bevorzugt ist das Füllstück - sofern es vorgesehen ist - mehrteilig ausgestaltet und weist insoweit mehrere Segmente auf. Die Segmente des Füll Stücks sind in radialer Richtung nebeneinander angeordnet, sodass also ein erstes Segment auf der dem ersten Zahnrad zugewandten Seite eines zweiten Segments und umgekehrt das zweite Segment auf der dem zweiten Zahnrad zugewandten Seite des ersten Segments angeordnet ist. Das erste Segment liegt hierbei an dem ersten Zahnrad beziehungsweise dessen Außenverzahnung und das zweite Segment an dem zweiten Zahnrad beziehungsweise an der Innenverzahnung des zweiten Zahnrads dichtend an. Die beiden Segmente sind vorzugsweise in radialer Richtung gegeneinander verlagerbar.
Besonders bevorzugt wird ein zwischen den Segmenten vorliegender Spalt während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine derart mit Fluiddruck beaufschlagt, dass das erste Segment in Richtung des ersten Zahnrads und das zweite Segment in Richtung des zweiten Zahnrads gedrängt wird, sodass die Segmente an dem jeweiligen Zahnrad beziehungsweise den Zahnköpfen der entsprechenden Verzahnung dichtend anliegen. Die Innenzahnradfluidmaschine ist somit radialkompensiert beziehungsweise in radialer Richtung spaltkompensiert. Jedes der Segmente kann nochmals weiter in Segmente unterteilt werden. Beispielsweise ist also das erste Segment einstückig oder besteht aus wenigstens zwei Segmenten und/oder das zweite Segment ist einstückig oder besteht aus wenigstens zwei Segmenten. Auch diese Segmente des Füllstücks sind bevorzugt gegeneinander verlagerbar gelagert, können also unabhängig voneinander verlagert werden. Hierdurch wird eine besonders effektive Spaltkompensation erzielt. Selbstverständlich kann jedoch auch ein einteiliges Füllstück vorliegen. In diesem Fall ist die Innenzahnradfluidmaschine in radialer Richtung unkompensiert.
Alternativ zu dem Füllstück liegen andererseits des Eingriffsbereichs, also wiederum vorzugsweise auf der dem Eingriffsbereich bezüglich der ersten Drehachse und/oder der zweiten Drehachse diametral gegenüberliegenden Seite, zumindest ein Zahnkopf der Innenverzahnung und ein Zahnkopf der Außenverzahnung dichtend aneinander an, insbesondere mit einer von dem jeweiligen Kopfkreis der entsprechenden Verzahnung begrenzten Kopfkreisfläche des jeweiligen Zahns. Anders ausgedrückt wird eine Kopfkreisfläche des Zahnkopfs der Innenverzahnung von dem Kopfkreis der Innenverzahnung und eine Kopfkreisfläche des Zahnkopfs der Außenverzahnung von einem Kopfkreis der Außenverzahnung begrenzt. Die Kopfkreisfläche der Innenverzahnung und die Kopfkreisfläche der Außenverzahnung liegen nun dichtend aneinander an. Hierdurch wird wiederum der Fluidraum in die erste Fluidkammer und die zweite Fluidkammer unterteilt. Jede der beiden Fluidkammern ist in Umfangsrichtung einerseits durch das dichte Aneinanderanliegen der Kopfkreisflächen und andererseits durch das dichte Ineinandergreifen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung in dem Eingriffsbereich begrenzt. Eine solche Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine kann auch als Zahnringfluidmaschine bezeichnet werden.
Die beiden Zahnräder der Innenzahnradfluidmaschine sind zwischen Gehäusewänden des bereits erwähnten Maschinengehäuses der Innenzahnradfluidmaschine angeordnet. Eine der Gehäusewände liegt also auf einer ersten Seite der Zahnräder und eine zweite der Gehäusewände auf einer der ersten Seite in axialer Richtung gegenüberliegenden zweiten Seite der Zahnräder vor, sodass die Gehäusewände die Zahnräder in axialer Richtung gesehen zwischen sich aufnehmen. Beispielsweise ist ein zwischen den Gehäusewänden und den Zahnrädern verbleibender Spalt derart klein bemessen, dass die Gehäusewände eine hinreichende Abdichtung des Fluidraums beziehungsweise der Fluidkammern bewirken. Beispielsweise sind die Zahnräder an und/oder in dem Maschinengehäuse gelagert.
Besonders bevorzugt ist jedoch in axialer Richtung bezüglich der ersten Drehachse neben dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad, also insbesondere zwischen einer der Gehäusewände und den Zahnrädern, eine Dichtscheibe angeordnet, die während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine dichtend an dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad anliegt. Beispielsweise liegt in axialer Richtung gesehen lediglich einerseits des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads die Dichtscheibe vor. Bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass - wiederum in axialer Richtung gesehen - beidseitig der beiden Zahnräder jeweils eine derartige Dichtscheibe angeordnet ist. Im Rahmen dieser Beschreibung wird der besonders vorteilhafte Fall erläutert, dass mehrere Dichtscheiben vorliegen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die entsprechenden Ausführungen auch für eine Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine herangezogen werden können, bei welcher lediglich eine einzige Dichtscheibe Bestandteil der Innenzahnradfluidmaschine ist.
Vorzugsweise wird die Dichtscheibe in axialer Richtung in Richtung der Zahnräder gedrängt, beispielsweise durch Druckbeaufschlagung, also durch Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Fluid, sodass sie dichtend an den Zahnrädern anliegt. Liegen mehrere Dichtscheiben vor, so sind diese in axialer Richtung beidseitig der Zahnräder angeordnet. Eine der Dichtscheiben liegt also auf einer ersten Seite der Zahnräder und eine zweite der Dichtscheiben auf einer der ersten Seite in axialer Richtung gegenüberliegenden zweiten Seite der Zahnräder vor, sodass die Dichtscheiben die Zahnräder in axialer Richtung gesehen zwischen sich aufnehmen. Bevorzugt werden die Dichtscheiben in axialer Richtung aufeinander zu und somit jeweils in Richtung der Zahnräder gedrängt, beispielsweise durch Druckbeaufschlagung, also durch Beaufschlagung mit dem unter Druck stehenden Fluid, sodass die Dichtscheiben auf gegenüberliegenden Seiten dichtend an den Zahnrädern anliegen. Die Innenzahnradfluidmaschine ist insoweit axial kompensiert beziehungsweise in axialer Richtung spaltkompensiert. Hierdurch wird eine besonders hohe Effizienz der Innenzahnradfluidmaschine erzielt.
In Abhängigkeit von einer Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine dient eine der Fluidkammem als Saugkammer und die jeweils andere der Fluidkammern als Druckkammer. Ist die Innenzahnradfluidmaschine als Pumpe ausgestaltet oder wird als Pumpe betrieben, so wird der jeweiligen Saugkammer Fluid zugeführt, welches die Innenzahnradfluidmaschine in Richtung der Druckkammer beziehungsweise in die Druckkammer fördert. Die Saugkammer kann entsprechend auch als Eintrittskammer und die Druckkammer als Austrittskammer bezeichnet werden; entscheidend ist, dass das Fluid während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine stets von der Eintrittskammer in Richtung der Austrittskammer gefördert wird. Der in der Eintrittskammer vorliegende Druck ist bei dem Betrieb der Pumpe stets niedriger als der Druck in der Austrittskammer. Selbstverständlich kann jedoch bereits der Druck in der Eintrittskammer (deutlich) größer als ein Umgebungsdruck sein. Zum Beispiel wird mithilfe der Innenzahnradfluidmaschine unter Druck stehendes Fluid von der Eintrittskammer in Richtung der Austrittskammer gefördert.
Liegt hingegen die Innenzahnradfluidmaschine als Motor vor beziehungsweise wird als Motor betrieben, so wird der Druckkammer Fluid zugeführt, welches unter Bewirkung einer Drehbewegung der Zahnräder in die Saugkammer eintritt. In diesem Fall liegt die Druckkammer als Eintrittskammer und die Saugkammer als Austrittskammer vor; der in der Eintrittskammer vorliegende Druck ist höher als der Druck in der Austrittskammer. Im Rahmen dieser Beschreibung wird nicht ausdrücklich auf den Betrieb der Innenzahnradfluidmaschine als Motor eingegangen, sondern die Innenzahnradfluidmaschine, ihr Aufbau und ihre Funktion werden für den Betrieb als Pumpe erläutert. Selbstverständlich ist jedoch auch die Verwendung als Motor möglich und die Ausführungen sind analog auf eine solche Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine beziehungsweise eine solche Verwendung anwendbar.
Grundsätzlich sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Beschreibung die Saugkammer auch als Niederdruckkammer und die Druckkammer auch als Hochdruckkammer bezeichnet werden können. Analog hierzu entspricht die Saugseite der Innenzahnradfluidmaschine einer Niederdruckseite und die Druckseite einer Hochdruckseite. Unter den Begriffen „Niederdruck“ und „Hochdruck“ ist hierbei keine Einschränkung auf ein bestimmtes Druckniveau zu verstehen; vielmehr ist lediglich relativ gesehen der Druck in der Hochdruckkammer beziehungsweise auf der Hochdruckseite höher als der Druck in der Niederdruckkammer beziehungsweise auf der Niederdruckseite.
Das zweite Zahnrad ist in Umfangsrichtung bereichsweise von der zumindest einen Lagervertiefung umgriffen, die in dem Maschinengehäuse ausgebildet ist. Die Lagervertiefung ist derart ausgestaltet, dass sie in axialer Richtung das zweite Zahnrad zumindest teilweise, insbesondere lediglich teilweise, übergreift und hierbei vollständig in Überdeckung mit dem zweiten Zahnrad angeordnet ist. Die Lagervertiefung weist also in axialer Richtung nicht nur eine kleinere Erstreckung auf als das zweite Zahnrad, sondern ist auch derart angeordnet, dass die Lagervertiefung in axialer Richtung begrenzende Lagerstege, welche die Lagerfläche mit ausbilden, in axialer Richtung gesehen in Überdeckung mit dem zweiten Zahnrad angeordnet sind. Die Lagervertiefung ragt also in axialer Richtung nicht über das zweite Zahnrad hinaus, sondern ist durch ein gleitendes Anliegen des zweiten Zahnrads an der Lagerfläche beziehungsweise den Lagerstegen in radialer Richtung nach innen vollständig verschlossen. Anders ausgedrückt übergreift also das zweite Zahnrad die Lagervertiefung vollständig und wirkt durchgehend mit einem die Lagervertiefung begrenzenden Rand zusammen, um die Lagervertiefung in radialer Richtung nach innen zu verschließen. Der Rand ist dabei insbesondere in der Lagerfläche und/oder von den Lagerstegen ausgebildet. Das gleitende Anliegen des zweiten Zahnrads an dem Maschinengehäuse beziehungsweise an der Lagerfläche erfolgt dabei insbesondere über einen Fluidfilm aus dem in der Lagervertiefung vorliegenden Fluid. Es ist also nicht notwendig, dass das zweite Zahnrad unmittelbar an dem Maschinengehäuse anliegt, wenngleich dies selbstverständlich zumindest zeitweise der Fall sein kann, insbesondere bei stehender Innenzahnradfluidmaschine.
Beispielsweise liegt die Lagervertiefung als in dem Maschinengehäuse ausgebildete Nut oder Rinne vor, die in Umfangsrichtung verläuft. Die Lagervertiefung dient der Ausbildung des hydrostatischen Lagers beziehungsweise einer hydrostatischen Lagerung für das zweite Zahnrad. Während eines Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine wird die Lagervertiefung zumindest zeitweise mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt, sodass das zweite Zahnrad in radialer Richtung von dem Maschinengehäuse fortgedrängt wird. Hierdurch stellt sich ein Fluidfilm zwischen dem zweiten Zahnrad und dem Maschinengehäuse ein, welcher eine besonders verlustfreie Lagerung des zweiten Zahnrads bewirkt. Insbesondere wirkt der in der Lagervertiefung vorliegende Druck demjenigen Druck entgegen, der in der Druckkammer vorliegt. Hierzu ist die Lagervertiefung entsprechend angeordnet und/oder ausgestaltet.
Während also das in der Druckkammer vorliegende Fluid das zweite Zahnrad in eine erste Richtung drängt, drängt das in der Lagervertiefung vorliegende Fluid das zweite Zahnrad in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung. Besonders bevorzugt ist eine von dem in der Lagervertiefung vorliegenden Fluid auf das zweite Zahnrad ausgeübte Kraft mindestens ebenso groß wie eine von dem in der Druckkammer vorliegenden Fluid auf das zweite Zahnrad ausgeübte Kraft. Beispielsweise beträgt erstere Kraft mindestens 50 %, mindestens 60 %, mindestens 70 %, mindestens 80 % oder mindestens 90 % der letzteren Kraft. Zur Beaufschlagung der Lagervertiefung mit dem unter Druck stehenden Fluid ist sie vorzugsweise an einen der Fluidanschlüsse strömungstechnisch angeschlossen. Beispielsweise ist die Druckkammer über die Lagervertiefung an einen Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine strömungstechnisch angebunden. In diesem Fall ist beispielsweise ein Boden der Lagervertiefung von einem Fluidkanal durchgriffen, über welchen die strömungstechnische Anbindung der Druckkammer an den Fluidanschluss vorliegt. Vorzugsweise ist hierbei eine Durchströmungsquerschnittsfläche des Fluidkanals kleiner als eine Durchströmungsquerschnittsfläche der Lagervertiefung, um einen hinreichenden Druckaufbau in der Lagervertiefung zur Ausbildung des hydrostatischen Lagers zu gewährleisten
Es kann vorgesehen sein, dass die Lagervertiefung das zweite Zahnrad in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Bevorzugt umgreift sie das zweite Zahnrad in Umfangsrichtung jedoch lediglich teilweise, beispielsweise erstreckt sie sich über mindestens 30°, mindestens 60°, mindestens 90°, mindestens 120°, mindestens 150° oder mindestens 180°. Besonders bevorzugt erstreckt sich sich die Lagervertiefung in Umfangsrichtung über höchstens 240°, höchstens 210° oder höchstens 180°. Beispielsweise erstreckt sich die Lagervertiefung also über mindestens 90° und höchstens 180°, mindestens 120° und höchstens 180°, mindestens 150° und höchstens 180° oder in etwa oder genau 180°.
Es kann vorgesehen sein, dass lediglich eine einzige Lagervertiefung in dem Maschinengehäuse ausgebildet ist, welche das zweite Zahnrad in Umfangsrichtung nur teilweise oder vollständig umgreift. Diese Lagervertiefung ist strömungstechnisch bevorzugt an den Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine angeschlossen. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die einzige Lagervertiefung strömungstechnisch an mehrere Fluidanschlüsse strömungstechnisch angeschlossen ist, insbesondere an einen Fluidanschluss der Druckseite sowie einen Fluidanschluss der Saugseite der Innenzahnradfluidmaschine. Beispielsweise liegen hierbei strömungstechnisch zwischen der Lagervertiefung einerseits und den Fluidanschlüssen andererseits Ventile, insbesondere Rückschlagventile, vor. Diese sind zum Beispiel derart ausgestaltet und/oder eingestellt, dass sie eine Strömung des Fluids lediglich aus Richtung des jeweiligen Fluidanschlusses in Richtung der Lagervertiefung zulassen, also eine Strömung aus der Lagervertiefung in Richtung der Fluidanschlüsse unterbinden. Hierdurch wird stets eine optimale Beaufschlagung der Lagervertiefung mit dem Fluid erzielt, ein Fluidverlust beziehungsweise ein Überströmen des Fluids von der Druckseite auf die Saugseite über die Lagervertiefung jedoch weitgehend vermieden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Lagervertiefungen vorliegen, die Lagervertiefungen sind also in Umfangsrichtung beidseitig voneinander beabstandet. Insbesondere sind die Lagervertiefungen im Querschnitt gesehen symmetrisch bezüglich einer gedachten Ebene angeordnet, die die Drehachse des ersten Zahnrads und/oder die Drehachse des zweiten Zahnrads in sich aufnimmt. Beispielsweise sind die Lagervertiefungen an unterschiedliche Fluidanschlüsse strömungstechnisch angeschlossen, insbesondere also eine erste der Lagervertiefungen an einen ersten Fluidanschluss und eine zweite der Lagervertiefungen an einen zweiten Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine. Hierunter ist zu verstehen, dass jede der Lagervertiefungen unmittelbar an den entsprechenden Fluidanschluss angeschlossen ist und mit dem jeweils anderen Fluidanschluss lediglich mittelbar in Strömungsverbindung steht, insbesondere über den Fluidraum beziehungsweise eine oder mehrere der Fluidkammem. Auch außerhalb der Innenzahnradfluidmaschine kann selbstredend eine solche Strömungsverbindung vorliegen. In Abhängigkeit von einer Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine ist insoweit stets eine der Lagervertiefungen mit der Druckseite und eine andere der Lagervertiefungen mit der Saugseite der Innenzahnradfluidmaschine strömungstechnisch verbunden. Hierdurch wird unabhängig von ihrer Drehrichtung ein Kräfteausgleich innerhalb der Innenzahnradfluidmaschine erzielt, sodass sich eine besonders hohe Effizienz ergibt.
In axialer Richtung übergreift die Lagervertiefung das zweite Zahnrad lediglich teilweise, sodass umgekehrt das zweite Zahnrad die Lagervertiefung in axialer Richtung vollständig übergreift. Hierbei ist die Lagervertiefung in axialer Richtung beidseitig von den Lagerstegen begrenzt, die in Umfangsrichtung in Überdeckung mit der Lagervertiefung ausgebildet sind und mindestens dieselbe Erstreckung aufweisen wie die Lagervertiefung. Im Falle der mehreren Lagervertiefungen weist jede der Lagervertiefungen derartige Lagerstege auf. An den Lagerstegen liegt das zweite Zahnrad dichtend an, insbesondere in Umfangsrichtung in Überdeckung mit der Lagervertiefung durchgehend, beziehungsweise weist das zweite Zahnrad von der Lagerfläche beziehungsweise den Lagerstegen einen kleineren Abstand auf als von einem Grund der Lagervertiefung, der die Lagervertiefung in die von dem zweiten Zahnrad abgewandte Richtung begrenzt, insbesondere also in radialer Richtung nach außen. Hierdurch wird ein unerwünschtes Ausströmen des Fluids aus der Lagervertiefung zuverlässig vermieden. Beispielsweise weist das zweite Zahnrad ein Lagerspiel, also einen Abstand in radialer Richtung von den Lagerstegen, von höchstens 0,25 mm, höchstens 0,2 mm, höchstens 0,15 mm, höchstens 0,1 mm, höchstens 0,075 mm oder höchstens 0,05 mm auf. Bevorzugt sind hierbei die Abstände von höchstens 0,1 Millimeters und weniger.
Hierdurch wird das gleitende Anliegen beziehungsweise das dichtende Anliegen erzielt.
Um die Lagerung des zweiten Zahnrads mittels des hydrostatischen Lagers weiter zu verbessern, ist die Lagervertiefung über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg mit unterschiedlichen Abmessungen in axialer Richtung ausgestaltet. Das bedeutet, dass die Lagervertiefung an einer ersten Position in Umfangsrichtung in axialer Richtung andere Abmessungen aufweist als an einer zweiten Position in Umfangsrichtung. Beispielsweise verändern sich die axialen Abmessungen der Lagervertiefung über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg stetig oder schrittweise. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die axialen Abmessungen der Lagervertiefung in Drehrichtung des zweiten Zahnrads abnehmen, sodass also das zweite Zahnrad während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine zunächst einen Bereich der Lagervertiefung überstreicht, in welchem diese in axialer Richtung größere Abmessungen aufweist, und anschließend einen Bereich mit kleineren axialen Abmessungen. Auch eine umgekehrte Ausgestaltung kann vorgesehen sein. Hierdurch kann die auf das zweite Zahnrad in radialer Richtung wirkende Fluidkraft zur Erzielung einer reibungsarmen Lagerung eingestellt werden. Zudem kann es vorgesehen sein, dass die axialen Abmessungen der Lagervertiefung in Drehrichtung des zweiten Zahnrads zunächst zunehmen und anschließend abnehmen oder umgekehrt. Hierdurch kann die Innenzahnrad auf einen Reversierbetrieb vorbereitet werden.
Zusätzlich oder alternativ zu den unterschiedlichen Abmessungen der Lagervertiefung weist die Lagerfläche über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg die unterschiedlichen axialen Abmessungen auf. Unter der Lagerfläche ist ein Bereich der Innenzahnradfluidmaschine, insbesondere ihres Maschinengehäuses, zu verstehen, an dem das zweite Zahnrad gleitend anliegt und der von der Lagervertiefung unter Ausbildung einer Mündungsöffnung durchgriffen ist. Die Lagerfläche verfügt also an einer ersten Umfangsposition über erste axiale Abmessungen und an einer von der ersten Umfangsposition verschiedenen zweiten Umfangsposition über von den ersten axialen Abmessungen verschiedene zweite axiale Abmessungen. Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung gesehen die axialen Abmessungen der Lagerfläche zunächst zunehmen und anschließend wieder abnehmen, insbesondere kontinuierlich oder gestuft. Bevorzugt ist die Lagerfläche bezüglich einer Mittelebene symmetrisch ausgestaltet, sodass sie also an jeder gegebenen Umfangsposition in beide Richtungen ausgehend von der Mittel ebene dieselbe axiale Erstreckung aufweist. Während es selbstverständlich vorgesehen sein kann, dass die unterschiedlichen axialen Abmessungen entweder für die Lagervertiefung oder für die Lagerfläche Verwendung finden können, sind besonders bevorzugt sowohl die Lagervertiefung als auch die Lagerfläche jeweils mit den unterschiedlichen Abmessungen in axialer Richtung ausgestaltet. Hierdurch lässt sich der von dem in der Lagervertiefung vorliegenden Fluid auf das zweite Zahnrad bewirkte Fluiddruck besonders präzise einstellen, um so eine effektive hydrostatischen Lagerung des zweiten Zahnrads zu realisieren.
Die beschriebene Innenzahnradfluidmaschine ermöglicht eine besonders effektive und verlustarme Lagerung des zweiten Zahnrads in dem Maschinengehäuse. Mit Hilfe der unterschiedlichen Abmessungen in axialer Richtung entweder der Lagervertiefung, der Lagerfläche oder sowohl der Lagervertiefung als auch der Lagerfläche kann die auf das zweite Zahnrad wirkende Lagerkraft besonders genau ausgerichtet werden. Hierdurch werden Reibungsverluste der Innenzahnradfluidmaschine gesenkt, sodass diese über einen hohen Wirkungsgrad verfügt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lagervertiefung auf in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten von Innenwänden begrenzt ist, wobei zur Erzielung der unterschiedlichen Abmessungen der Lagervertiefung die Innenwände über die Erstreckung der Lagervertiefung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abstände voneinander in axialer Richtung aufweisen. Die Innenwände liegen vorzugsweise auf der der Lagervertiefung zugewandten Seite der Lagerstege vor. Anders ausgedrückt sind die Innenwände auf einander zugewandten Seite der Lagerstege angeordnet. Sie sind bevorzugt von dem Maschinengehäuse ausgestaltet. Die Innenwände begrenzen die Lagervertiefung in axialer Richtung und erstrecken sich hierzu in radialer Richtung insbesondere ausgehend von einem Grund der Lagervertiefung bis hin zu einem Rand, der die Mündungsöffnung der Lagervertiefung in den Fluidraum umgreift, vorzugsweise durchgehend.
Die unterschiedlichen Abmessungen der Lagervertiefung werden durch die unterschiedlichen Abstände der Innenwände voneinander in derselben Richtung erzielt. Die Innenwände können hierbei grundsätzlich eine beliebige Gestalt beziehungsweise einen beliebigen Verlauf aufweisen, solange sie an unterschiedlichen Umfangsposition über unterschiedliche axiale Abstände voneinander verfügen. Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine können die erläuterten Vorteile auf konstruktiv einfache Art und Weise erzielt werden. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Erzielung der unterschiedlichen Abstände wenigstens eine der Innenwände gegenüber einer senkrecht auf der zweiten Drehachse stehenden gedachten Innenwandreferenzebene angewinkelt und/oder gekrümmt ist und/oder eine Innenwandstufe aufweist. Die unterschiedlichen Abstände der Innenwände werden also durch die schräge oder gekrümmte Anordnung der wenigstens einen Innenwand gegenüber der Innenwandreferenzebene erzielt oder die wenigstens eine Innenwand weist eine Stufe auf, über welche hinweg sich ihr Abstand von der jeweils anderen der Innenwände sprungartig ändert. Unter der Innenwandreferenzebene ist eine gedachte Ebene zu verstehen, die senkrecht auf der zweiten Drehachse steht und durch die wenigstens eine Innenwand verläuft. Die Innenwand schließt mit der Innenwandreferenzebene einen Winkel ein, welcher größer als 0° und kleiner als 180° ist, insbesondere höchstens 90° beträgt. Beispielsweise beträgt der Winkel mindestens 10°, mindestens 20° oder mindestens 30°. Zusätzlich oder alternativ ist der Winkel kleiner als 90° oder beträgt höchstens 45°. Es kann selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Innenwand bereichsweise gegenüber der Innenwandreferenzebene angewinkelt ist und zusätzlich die wenigstens eine Innenwandstufe aufweist. Im Bereich der Innenwandstufe steht die Innenwand senkrecht oder zumindest nahezu senkrecht auf der Innenwandreferenzebene, schließt mit dieser also einen Winkel von etwa oder genau 90° ein. Alternativ oder zusätzlich ist die Innenwand gekrümmt, verläuft also bogenförmig. Beispielsweise ist die Innenwand mit einem Krümmungsradius gekrümmt, der über ihre gesamte Erstreckung konstant ist. Der Krümmungsradius kann sich jedoch über die Erstreckung jedoch auch verändern, insbesondere stetig. Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine lässt sich das hydrostatische Lager besonders einfach optimieren.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Grund der Lagervertiefung gegenüber der Lagerfläche parallel versetzt angeordnet ist. Unter dem Grund der Lagervertiefung ist ein Boden der Lagervertiefung zu verstehen, welcher die Lagervertiefung in die von dem zweiten Zahnrad abgewandte Richtung, also in radialer Richtung nach außen, begrenzt. Dieser Vertiefungsgrund soll gegenüber der Lagerfläche parallel verlaufen, also über die Erstreckung der Lagervertiefung in Umfangsrichtung hinweg einen gleich bleibenden Abstand in radialer Richtung zu ihr aufweisen. Beispielsweise verläuft die Lagerfläche entlang einer Mantelfläche eines Kreiszylinders mit einem ersten Durchmesser, wohingegen der Vertiefungsgrund entlang einer Mantelfläche eines Kreiszylinders mit einem von dem ersten Durchmesser verschiedenen zweiten Durchmesser verläuft. Hierdurch wird eine gleichmäßige Druckverteilung in der Lagervertiefung und folglich eine gleichmäßige Verteilung der von dem in der Lagervertiefung vorliegenden Fluid bewirkten Kraft auf das zweite Zahnrad.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lagerfläche auf ihrer der Lagervertiefung in axialer Richtung abgewandten Seite von Außenwänden begrenzt ist, wobei wenigstens eine der Außenwände, insbesondere in Umfangsrichtung in Überdeckung mit der Lagervertiefung oder in Umfangsrichtung abseits der Lagervertiefung, gegenüber einer senkrecht auf der zweiten Drehachse stehenden gedachten Außenwandreferenzebene angewinkelt und/oder gekrümmt ist oder eine Außenwandstufe aufweist. Die Außenwände bilden einen Abschluss der Lagerfläche in axialer Richtung und nehmen hierzu die Lagerfläche zwischen sich auf. Bevorzugt liegt das zweite Zahnrad im Bereich der Lagerfläche an dem Maschinengehäuse an, wohingegen es abseits der Lagerfläche von dem Maschinengehäuse beabstandet vorliegt oder zumindest weiter beabstandet ist als im Bereich der Lagerfläche. Anders ausgedrückt weist die Lagerfläche durchgehend einen geringeren Abstand in radialer Richtung von dem zweiten Zahnrad auf als das Maschinengehäuse außerhalb der Lagerfläche.
Die Lagerfläche ist von den Außenwänden begrenzt. Die zwischen den Außenwänden liegende Lagerfläche liegt gleitend an dem zweiten Zahnrad an, während das Maschinengehäuse auf den den Außenwänden in axialer Richtung von der Lagerfläche abgewandten Seiten nicht an dem zweiten Zahnrad anliegt oder zumindest einen größeren Abstand von ihm aufweist. Wenigstens eine der Außenwände, bevorzugt beide Außenwände, sind wenigstens bereichsweise nicht parallel zu der Außenwandreferenzebene angeordnet. Unter der Außenwandreferenzebene ist eine gedachte Ebene zu verstehen, die senkrecht auf der zweiten Drehachse steht und durch die jeweilige Außenwand verläuft. Der Winkel zwischen der Außenwand und der Außenwandreferenzebene ist größer als 0° und kleiner als 180°, vorzugsweise beträgt er mehr als 0° und höchstens 90°. Beispielsweise beträgt der Winkel mindestens 10°, mindestens 20° oder mindestens 30° und ist bevorzugt kleiner als 75°, kleiner als 60° oder kleiner als 45°. Die Außenwand kann jedoch auch bereichsweise senkrecht auf der Außenwandreferenzebene stehen; hierdurch ist die Außenwandstufe ausgebildet.
Durch den angewinkelten und/oder gekrümmten Verlauf der wenigsten einen Außenwand beziehungsweise das Vorliegen der Außenwandstufe weisen die Außenwände über die Erstreckung der Lagerfläche in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche axiale Abstände voneinander auf. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Außenwänden in Drehrichtung des zweiten Zahnrads gesehen zunächst zunimmt und anschließend wieder abnimmt. Bevorzugt nimmt der Abstand zunächst zu, bleibt anschließend konstant, insbesondere zumindest über die Erstreckung der Lagervertiefung in Umfangsrichtung hinweg, um anschließend wieder abzunehmen. Hierdurch ist die von dem hydrostatischen Lagers bewirkte Lagerkraft besonders dosiert einstellbar. Weist die Außenwand zumindest bereichsweise den gekrümmten Verlauf auf, so verläuft sie bogenförmig. Beispielsweise ist die Außenwand mit einem Krümmungsradius gekrümmt, der über ihre gesamte Erstreckung konstant ist. Der Krümmungsradius kann sich jedoch über die Erstreckung jedoch auch verändern, insbesondere stetig.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Außenwand in Umfangsrichtung gesehen in einem ersten Bereich mit einem ersten Abstand parallel zu der Außenwandreferenzebene verläuft und in einem zweiten Bereich einen von dem ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand von der Außenwandreferenzebene aufweist. Die wenigstens eine Außenwand weist insoweit mehrere Abschnitte auf, wobei sie in wenigstens einem der Abschnitte parallel zu der Außenwandreferenzebene angeordnet ist und zu ihr den ersten Abstand aufweist. In wenigstens einem zweiten Bereich ist die Außenwand mit einem von dem ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand zu der Außenwandreferenzebene angeordnet. Beispielsweise verläuft die Außenwand in dem zweiten Abschnitt gegenüber der Außenwandreferenzebene angewinkelt oder weist die Außenwandstufe auf. Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Bereich in Umfangsrichtung gesehen zwischen dem ersten Bereich und einem dritten Bereich der Außenwand vorliegt, wobei sich die Bereiche unmittelbar aneinander anschließen. In dem dritten Bereich verläuft die Außenwand wiederum parallel zu der Außenwandreferenzebene und somit parallel zu der Außenwand in dem ersten Bereich. Sie weist in dem dritten Bereich jedoch einen Abstand von der Außenwandreferenzebene auf, welche von dem ersten Abstand verschieden ist. Auf die mit einer solchen Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine erzielbaren Vorteile wurde bereits hingewiesen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Innenwände und/oder die Außenwände symmetrisch verlaufen. Hierunter ist zu verstehen, dass die Innenwände bezüglich einer senkrecht auf der zweiten Drehachse stehenden Mittel ebene symmetrisch zueinander angeordnet sind. Entsprechendes gilt zusätzlich oder alternativ für die Außenwände. Mithilfe der symmetrischen Ausgestaltung der Innenwände beziehungsweise der Außenwände werden von dem hydrostatischen Lagers in axialer Richtung bewirkte Kräfte weitgehend vermieden. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einem dem Eingriffsbereich entsprechenden ersten Bereich in Umfangsrichtung gesehen die Außenverzahnung und die Innenverzahnung ineinander eingreifen und in einem zweiten Bereich Zahnköpfe der Außenverzahnung und der Innenverzahnung dichtend aneinander anliegen, um einen zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad vorliegenden Fluidraum in eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammer zu unterteilen, oder dass zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad abseits des ersten Bereichs ein Füllstück angeordnet ist, das einerseits an der Außenverzahnung und andererseits an der Innenverzahnung anliegt, um den zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad vorliegenden Fluidraum in die erste Fluidkammer und die zweite Fluidkammer zu unterteilen. Auf diese Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine und ihre jeweiligen Vorteile wurde bereits hingewiesen, sodass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lagervertiefung mit einer der Fluidkammern in Strömungsverbindung steht. Die Lagervertiefung wird während des Betriebs der Innenzahnradfluidmaschine mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt. Dies kann auf besonders einfache Art und Weise bewerkstelligt werden, indem die Lagervertiefung strömungstechnisch an eine der Fluidkammem angeschlossen ist, insbesondere an die jeweils als Druckkammer vorliegende der Fluidkammem. Auch hierauf wurde bereits ausführlich eingegangen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strömungsverbindung über einen in dem Maschinengehäuse ausgestalteten Fluidkanal und/oder über in dem zweiten Zahnrad ausgebildete Strömungskanäle vorliegt. Grundsätzlich kann die Strömungsverbindung zwischen der Lagervertiefung und der Fluidkammer auf beliebigem Weg hergestellt sein. Vorzugsweise liegt sie über den Strömungskanal und/oder die Strömungskanäle des zweiten Zahnrads vor. Die Strömungsverbindung liegt beispielsweise dann über den Fluidkanal vor, falls eine strömungstechnische Anbindung der Fluidkammer an den jeweiligen Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine in axialer Richtung erfolgt. Hierzu mündet der Fluidkanal in axialer Richtung neben den Zahnrädern in den Fluidraum beziehungsweise eine der Fluidkammem ein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsverbindung zusätzlich über die Dichtscheibe beziehungsweise eine der Dichtscheiben verläuft. In diesem Fall ist in der Dichtscheibe eine entsprechende Durchtrittsöffnung ausgestaltet, über welche der Fluidkanal mit dem Fluidraum beziehungsweise der Fluidkammer strömungstechnisch zumindest zeitweise verbunden ist. Alternativ liegt die Strömungsverbindung zumindest bereichsweise über die in dem zweiten Zahnrad ausgebildeten Strömungskanäle vor. Die Strömungskanäle münden in radialer Richtung bezüglich der Drehachse gesehen innen durch die Innenverzahnung in den Hohlraum ein und durchgreifen in radialer Richtung außen eine Außenumfangsfläche des zweiten Zahnrads. Über diese Strömungskanäle ist die erste Fluidkammer an einen ersten Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine und die zweite Fluidkammer an einen zweiten Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine strömungstechnisch angeschlossen und zumindest zeitweise strömungstechnisch mit ihm verbunden. Über einen Teil der Strömungskanäle kann insoweit das Fluid in eine der Fluidkammern hinein gelangen und durch einen anderen Teil der Strömungskanäle aus der jeweils anderen Fluidkammer heraus. Die Strömungskanäle sind vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Anzahl der Strömungskanäle kann grundsätzlich beliebig gewählt sein. Beispielsweise liegt bei einer einreihigen Anordnung der Strömungskanäle eine ungerade Anzahl vor. Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine ist eine zuverlässige Versorgung der Lagervertiefung mit Fluid sichergestellt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein erster Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine über einen in dem Maschinengehäuse ausgebildeten ersten Fluidkanal an den ersten Fluidraum und ein zweiter Fluidanschluss der Innenzahnradfluidmaschine über einen in dem Maschinengehäuse ausgebildeten zweiten Fluidkanal an den zweiten Fluidraum strömungstechnisch angeschlossen ist, wobei eine Längsmittelachse des ersten Fluidkanals und/oder eine Längsmittelachse des zweiten Fluidkanals beabstandet von der ersten Drehachse und/oder der zweiten Drehachse und/oder einem zwischen der ersten Drehachse der zweiten Drehachse vorliegenden Bereich verläuft. Sowohl der erste Fluidkanal als auch der zweite Fluidkanal verlaufen bevorzugt durchgehend gerade, weisen also jeweils eine durchgehend gerade Längsmittelachse auf. Der erste Fluidkanal verläuft bevorzugt von dem ersten Fluidanschluss bis hin zu dem Fluidraum und der zweite Fluidkanal ausgehend von dem zweiten Fluidanschluss ebenfalls bis hin zu dem Fluidraum.
Zumindest einer der Fluidkanäle, bevorzugt beide Fluidkanäle, sind (jeweils) außermittig bezüglich wenigstens einer der Drehachsen angeordnet, sodass die Längsmittelachse des jeweiligen Fluidkanals abseits der ersten Drehachse, abseits der zweiten Drehachse und/oder abseits des zwischen den beiden Drehachsen vorliegenden Bereichs angeordnet ist. Anders ausgedrückt verläuft die Längsmittelachse des jeweiligen Fluidkanals nicht durch eine der Drehachsen und auch nicht zwischen ihnen hindurch. Vorzugsweise verlaufen die Längsmittelachsen beide Fluidkanäle auf derselben Seite der Drehachsen, insbesondere auf einer der zweiten Drehachse abgewandten Seite der ersten Drehachse. Vorzugsweise ist ein Abstand zwischen zumindest einer der Längsmittelachsen, bevorzugt beiden Längsmittelachsen, und der ersten Drehachse größer als ein Ab stand zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse. Beispielsweise ist der Abstand doppelt so groß oder mehr als doppelt so groß. Besonders bevorzugt verläuft wenigstens eine der Längsmittelachse durch den Eingriffsbereichs, in welchem die Verzahnungen der beiden Zahnräder ineinandergreifen. Vorzugsweise gilt dies für beide Längsmittelachsen. Hierdurch wird ein besonders verlustarmes Einströmen und Ausströmen des Fluids aus dem Fluidraum beziehungsweise den Fluidkammern ermöglicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Längsmittelachse des ersten Fluidkanals und die Längsmittelachse des zweiten Fluidkanals beabstandet parallel verlaufen oder zusammenfallen. Es kann vorgesehen sein, dass die Längsmittelachsen der beiden Fluidkanäle voneinander beabstandet sind, also einander weder schneiden noch zusammenfallen. Besonders bevorzugt fallen die Längsmittelachsen jedoch zusammen, die Längsmittelachse des ersten Fluidkanals bildet insoweit gleichzeitig die Längsmittelachse des zweiten Fluidkanals und umgekehrt. Hierdurch ist das besonders verlustarme Einströmen und Ausströmen des Fluids sichergestellt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Längsmittelachse des ersten Fluidkanals und/oder die Längsmittelachse des zweiten Fluidkanals einen Zahn der Innenverzahnung und/oder einen Zahn der Außenverzahnung schneiden, insbesondere in einer senkrecht auf der jeweiligen Längsmittelachse stehenden und die erste Drehachse und/oder die zweite Drehachse aufnehmenden gedachten Ebene. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass wenigstens eine der Längsmittelachsen durch den Eingriffsbereichs verlaufen kann. Hierbei schneidet sie den Zahn wenigstens einer der Verzahnungen, verläuft also zwischen einem Kopfkreis und einem Fußkreis der jeweiligen Verzahnung. Hierdurch werden die bereits erläuterten Vorteile erzielt. Besonders bevorzugt erfolgt das Schneiden des Zahns durch die jeweilige Längsmittelachse in der gedachten Ebene, die senkrecht auf der jeweiligen Längsmittelachse steht und eine der Drehachse in sich aufnimmt. Dies ist in wenigstens einer Stellung der Zahnräder der Fall. Mit einer solchen Ausführungsform wird eine besonders effiziente Innenzahnradfluidmaschine geschaffen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Fluidkanäle unterschiedliche Durchströmungsquerschnittsflächen aufweisen. Die Fluidkanäle weisen die Durchströmungsquerschnittsflächen zumindest bereichsweise auf, insbesondere beschreibt die jeweilige Durchströmungsquerschnittsfläche den über die Erstreckung des jeweiligen Fluidkanals kleinsten Durchströmungsquerschnitt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Fluidkanäle ihre jeweilige Durchströmungsquerschnittsfläche durchgehend, also über ihre gesamte Erstreckung entlang ihrer jeweiligen Längsmittelachse aufweisen. Die Durchströmungsquerschnittsflächen der beiden Fluidkanäle sind voneinander verschieden. Beispielsweise ist auf einer Saugseite ein Fluidkanals mit einer größeren Durchströmungsquerschnittsfläche vorgesehen als auf einer Druckseite der Innenzahnradfluidmaschine. Hierdurch ist der jeweilige Fluidkanal an das jeweils vorliegende Druckniveau angepasst und es wird eine hohe Effizienz erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Zahnrad zur Ausbildung des hydrostatischen Lagers in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise von zumindest einer in dem Maschinengehäuse ausgebildeten weiteren Lagervertiefung umgriffen ist, die in axialer Richtung neben der Lagervertiefung angeordnet ist und die gleitend an dem zweiten Zahnrad anliegende Lagerfläche durchgreift, wobei die weitere Lagervertiefung über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung aufweist. Das bedeutet, dass in axialer Richtung nebeneinander mehrere Lagervertiefungen vorliegen, nämlich die Lagervertiefung und die weitere Lagervertiefung. Diese bilden zusammen das hydrostatische Lager aus. Die Lagervertiefungen durchgreifen die Lagerfläche unter Ausbildung voneinander separater Mündungsöffnungen, insbesondere von durchgehenden und ununterbrochenen Rändern begrenzter Mündungsöffnungen.
Die weitere Lagervertiefung liegt vorzugsweise in Umfangsrichtung gesehen in Überdeckung mit der Lagervertiefung vor, insbesondere erstrecken sich die Lagervertiefung und die weitere Lagervertiefung gleich weit in Umfangsrichtung. Liegen in Umfangsrichtung gesehen mehrere Lagervertiefungen vor, so ist vorzugsweise neben jeder dieser Lagervertiefungen eine weitere Lagervertiefung angeordnet. Die weitere Lagervertiefung ist vorzugsweise gemäß der Lagervertiefung ausgestaltet, insbesondere ist sie nach den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet. Die Lagervertiefungen werden gemeinsam oder separat voneinander mit dem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagt. Durch eine solche mehrreihige, insbesondere zweireihige, Anordnung der Lagervertiefungen wird eine besonders effektive Lagerung erzielt.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Innenzahnradfluidmaschine,
Figur 2 eine weitere Schnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine,
Figur 3 eine schematische Abrolldarstellung einer an einem Maschinengehäuse der Innenzahnradfluidmaschine vorliegenden Lagerfläche mit einer darin hergestellten Lagervertiefung in einer ersten Ausführungsform,
Figur 4 eine schematische Abrolldarstellung der Lagerfläche mit der Lagervertiefung in einer zweiten Ausführungsform, sowie
Figur 5 eine schematische Abrolldarstellung der Lagerfläche mit der Lagervertiefung in einer dritten Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Innenzahnradfluidmaschine 1, die ein Maschinengehäuse 2 aufweist, in welchem ein erstes Zahnrad 3 und ein zweites Zahnrad 4 drehbar gelagert sind. Das erste Zahnrad 3 kann auch als Ritzel und das zweite Zahnrad 4 als Hohlrad bezeichnet werden. Das erste Zahnrad 3 ist um eine erste Drehachse 5 und das zweite Zahnrad 4 um eine zweite Drehachse 6 drehbar in dem Maschinengehäuse 2 gelagert. Es ist erkennbar, dass die erste Drehachse 5 und die zweite Drehachse 6 parallel beabstandet voneinander angeordnet sind, sodass also das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 4 unterschiedliche Drehachsen aufweisen. Das erste Zahnrad 3 weist eine Außenverzahnung 7 und das zweite Zahnrad 4 eine Innenverzahnung 8 auf, die in einem Eingriffsbereich 9 miteinander kämmen, also miteinander in Eingriff stehen.
Das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 4 begrenzen gemeinsam einen Fluidraum 10. Das erste Zahnrad 3 begrenzt den Fluidraum 10 hierbei in radialer Richtung nach innen und das zweite Zahnrad 4 in radialer Richtung nach außen. Der Fluidraum 10 wird durch das Kämmen der Zahnräder 3 und 4 einerseits sowie ein Füllstück 11 andererseits in Umfangsrichtung in eine erste Fluidkammer 12 sowie eine zweite Fluidkammer 13 unterteilt. Je nach Drehrichtung der Innenzahnradfluidmaschine 1 liegt eine der Fluidkammern 12 und 13 als Saugkammer und eine andere der Fluidkammern 12 und 13 als Druckkammer vor. Das Füllstück 11 ist mehrteilig ausgestaltet und weist hierbei mehrere Segmente 14 und 15 auf. Zwischen den Segmenten 14 und 15 liegt ein Spalt vor, welcher mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagbar ist. Durch diese Fluidbeaufschlagung werden die Segmente 14 und 15 in Richtung des jeweiligen Zahnrads 3 beziehungsweise 4 gedrängt. Somit liegt eine Radialkompensation der Innenzahnradfluidmaschine 1 vor.
Das zweite Zahnrad 4 weist einen zentralen Hohlraum 17 auf, in welchen das erste Zahnrad 3 angeordnet ist. Der Fluidraum 10 wird insoweit von dem Hohlraum 17 gebildet. Der Hohlraum 17 ist in radialer Richtung bezüglich der zweiten Drehachse 6 nach außen von der Innenverzahnung 8 begrenzt. Die Innenverzahnung 8 weist mehrere Zähne 18 und Zahnzwischenräume 19 auf, wobei zwischen jeweils zwei der Zähne 18 einer der Zahnzwischenräume 19 sowie zwischen zwei der Zahnzwischenräume 19 einer der Zähne 18 in Umfangsrichtung gesehen vorliegt. In zumindest einige der Zahnzwischenräume 19, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in jeden der Zahnzwischenräume 19, mündet jeweils ein Strömungskanal 20 ein, wobei von den Strömungskanälen 20 jeweils nur einige beispielhaft gekennzeichnet sind.
Über die Strömungskanäle 20 sind die Fluidkammern 12 und 13 mit einem ersten Fluidkanal 21 und einem zweiten Fluidkanal 22 zumindest zeitweise strömungsverbunden. Über den ersten Fluidkanal 21 ist die erste Fluidkammer 12 an einen ersten Fluidanschluss 23 und der die zweite Fluidkammer 13 an einen zweiten Fluidanschluss 24 strömungstechnisch angebunden. Der erste Fluidkanal 21 weist eine erste Längsmittelachse 25 und der zweite Fluidkanal 22 eine zweite Längsmittelachse 26 auf. Die Fluidkanäle 21 und 22 sind bei der beschriebenen Innenzahnradfluidmaschine 1 nicht mittig bezüglich der Drehachsen 5 und 6 angeordnet, sondern vielmehr versetzt gegenüber diesen. Hierbei liegen die Längsmittelachsen 25 und 26 parallel zueinander vor oder sind - wie hier dargestellt - sogar identisch. Sie sind von beiden Drehachsen 5 und 6 beabstandet angeordnet und verlaufen auch nicht zwischen diesen hindurch. Vielmehr schneiden die Längsmittelachsen 25 und 26 die Verzahnungen 7 und 8 in dem Eingriffsbereich 9, verlaufen also zwischen einem Fußkreis und einem Kopfkreis der jeweiligen Verzahnung. Die Fluidkanäle 21 und 22 weisen hierbei unterschiedliche Durchströmungsquerschnittsflächen auf, insbesondere ist eine durch Durchströmungsquerschnittsfläche des ersten Fluidkanals 21 größer als eine durch Durchströmungsquerschnittsfläche des zweiten Fluidkanals 22.
Das zweite Zahnrad 4 ist in dem Maschinengehäuse 2 mittels eines hydrostatischen Lagers 27 drehbar gelagert. Zur Ausbildung des hydrostatischen Lagers 27 liegt das zweite Zahnrad 4 an einer Lagerfläche 28 gleitend an, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Maschinengehäuse 2 beziehungsweise von dem Maschinengehäuse 2 ausgebildet ist. Die Lagerfläche 28 ist von einer Lagervertiefung 29 unter Ausbildung einer dem zweiten Zahnrad 4 zugewandten Mündungsöffnung 30 durchgriffen. Eine Erstreckung der Lagerfläche 28 in Umfangsrichtung ist durch einen Pfeil 31 angedeutet. Eine Erstreckung der Lagervertiefung 29 in dieselbe Richtung ist hingegen durch den Pfeil 32 angedeutet. Es ist erkennbar, dass der zweite Fluidkanal 22 in die Lagervertiefung 29 einmündet, nämlich durch einen Grund 33 der Lagervertiefung 29. Das bedeutet, dass der zweite Fluidkanal 22 über die Lagervertiefung 29 an die zweite Fluidkammer 13 strömungstechnisch angebunden ist.
Die Figur 2 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung der Innenzahnradfluidmaschine 1. Erkennbar ist hier nochmals deutlich, dass der zweite Fluidkanal 22 in das hydrostatische Lager 27 beziehungsweise dessen Lagervertiefung 29 einmündet.
Die Figur 3 zeigt eine Abrolldarstellung des hydrostatischen Lagers 27 beziehungsweise der Lagerfläche 28 und der Lagervertiefung 29 des hydrostatischen Lagers 27. Unter einer Abrolldarstellung ist zu verstehen, dass die an und für sich gekrümmt an dem Maschinengehäuse 2 hergestellte Lagerfläche 28 nunmehr plan dargestellt ist. Es liegt also eine geometrische Abwicklung der gekrümmten Lagerfläche 28 mit darin ausgebildeter Lagervertiefung 29 in eine Ebene vor. Die Erstreckungen der Lagerfläche 28 und der Lagervertiefung 29 in Umfangsrichtung sind wiederum durch die Pfeile 31 und 32 angedeutet.
Die Lagervertiefung 29 ist in axialer Richtung bezüglich der zweiten Drehachse 6 auf gegenüberliegenden Seiten von Innenwänden 34 und 35 begrenzt. Es wird deutlich, dass sich ein Abstand zwischen den Innenwänden 34 und 35 über die Erstreckung der Lagervertiefung 29 in Umfangsrichtung verändert. So weist die Lagervertiefung in Umfangsrichtung gesehen auf einer Seite durch den Pfeil 36 angedeutete größere Abmessungen in axialer Richtung und auf einer gegenüberliegenden Seite durch den Pfeil 37 angedeutete kleinere Abmessungen auf. Hierdurch ändert sich eine axiale Erstreckung der Lagervertiefung 29 über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg. Insbesondere nehmen die axialen Abmessungen der Lagervertiefung 29 in Drehrichtung des Zahnrads 4 ab, sodass das Zahnrad 4 also zunächst die Lagervertiefung 29 auf ihrer breiteren Seite überstreicht, bevor es zu den schmaleren Bereichen gelangt. Die unterschiedlichen Abstände zwischen den Innenwänden 34 und 35 sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erzielt, indem jede der Innenwände 34 und 35 mehrere Innenwandstufen 38 aufweist, durch welche die Breite der Lagervertiefung 29, also ihre Erstreckung in axialer Richtung, sich jeweils schlagartig ändert, insbesondere abnimmt. Im Bereich der Innenwandstufen 38 stehen die Innenwände 34 und 35 senkrecht auf einer gedachten Innenwandreferenzebene, welche senkrecht auf der zweiten Drehachse 6 steht und durch die jeweilige Innenwand 34 beziehungsweise 35 verläuft.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel setzt sich die Lagervertiefung 29 aus drei Bereichen 39, 40 und 41 zusammen, in welchen die Lagervertiefung 29 unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung, also unterschiedliche Breiten, aufweist. In dem ersten Bereich 39 liegt eine erste Breite der Lagervertiefung 29 vor, in dem zweiten Bereich 40 eine zweite Breite und in dem dritten Bereich 41 eine dritte Breite. Die erste Breite ist hierbei größer als die zweite Breite, welche wiederum größer ist als die dritte Breite. Beispielsweise ist eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite identisch zu einer Differenz zwischen der zweiten Breite und der dritten Breite, sodass die Innenwandstufen 38 in axialer Richtung die gleichen Abmessungen aufweisen.
Die Lagervertiefung 29 wird in axialer Richtung von Lagerstegen 42 und 43 begrenzt, welche die Innenwände 34 und 35 ausbilden. Die Lagerstege 42 und 43 sind endseitig der Lagervertiefung 29 über Verbindungsstege 44 und 45 miteinander verbunden. Die Verbindungsstege 44 und 45 begrenzen die Lagervertiefung 29 in Umfangsrichtung. Die Lagerstege 42 und 43 sowie die Verbindungsstege 44 und 45 bilden gemeinsam die Lagerfläche 28 aus. Anders ausgedrückt liegt die Lagerfläche 28 auf dem zweiten Zahnrad 6 zugewandten Oberflächen der Lagerstege 42 und 43 sowie der Verbindungsstege 44 und 45 vor.
Die Lagerfläche 28 wird in axialer Richtung außenseitig von Außenwänden 46 und 47 begrenzt. Diese erstrecken sich in Umfangsrichtung über die gesamte Erstreckung der Lagerfläche 28 beziehungsweise des hydrostatischen Lagers 27 hinweg. Es ist erkennbar, dass auch die Lagerfläche 28 über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche axiale Abmessungen aufweist. So weist sie einerseits durch den Pfeil 48 angedeutete kleinere Abmessungen sowie andererseits durch den Pfeil 49 angedeutete größere Abmessungen auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel setzt sich die Lagerfläche 28 aus Bereichen 50, 51 und 52 zusammen. In dem ersten Bereich 50 weist sie erste Abmessungen, in dem zweiten Bereich 51 zweite Abmessungen und in dem dritten Bereich dritte Abmessungen in axialer Richtung auf.
Beispielsweise sind die zweiten Abmessungen größer als die ersten Abmessungen und die dritten Abmessungen kleiner als die zweiten Abmessungen. Vorzugsweise entsprechen die dritten Abmessungen den ersten Abmessungen. Der zweite Bereich 51 erstreckt sich in Umfangsrichtung gesehen über eine durch den Pfeil 53 angedeutete Erstreckung. Es ist erkennbar, dass die Lagervertiefung 29 in Umfangsrichtung gesehen mittig in dem zweiten Bereich 51 angeordnet ist, also in Umfangsrichtung gleich weit von dem ersten Bereich 50 und dem dritten Bereich 52 entfernt ist. Auch ist erkennbar, dass die Bereiche 50 und 52 eine Erstreckung in axialer Richtung aufweisen, welche größer ist als eine größte Erstreckung der Lagervertiefung 29 in derselben Richtung über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg. Die Bereiche 50 und 52 weisen also eine Breite auf, welche größer ist als die durch den Pfeil 36 angedeutete größere Breite der Lagervertiefung 29. Zur Erzielung der unterschiedlichen Breiten der Lagerfläche 28 weisen die Außenwände 46 und 47 Außenwandstufen 54 auf.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Abrolldarstellung der Lagerfläche 28 und der Lagervertiefung 29 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ähnelt grundsätzlich der ersten Ausführungsform, sodass auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen und lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Diese liegen darin, dass anstelle der Innenwandstufen 38 und der Außenwandstufen 54 nun Innenwandschrägflächen 55 und Außenwandschrägflächen 56 vorliegen, mittels welchen die axialen Abmessungen der Lagervertiefung 29 und der Lagerfläche 28 verändert werden. Da keine abrupte Änderung der Abmessungen mehr vorliegt, liegen zwischen den Bereichen 39, 40 und 41 Zwischenbereiche 57 und 58 sowie zwischen den Bereichen 50, 51 und 52 Zwischenbereiche 59 und 60 vor. In den Zwischenbereichen 57 und 58 ändern sich die axialen Abmessungen der Lagervertiefung 29 und in den Zwischenbereichen 59 und 60 die axialen Abmessungen der Lagerfläche 28 kontinuierlich, insbesondere mit konstantem Gradient über einen Winkel in Umfangsrichtung. In den Zwischenbereichen 57 und 58 sind insoweit die Innenwände 34 und 35 gegenüber der Innenwandreferenzebene angewinkelt, in den Zwischenbereichen 59 und 60 die Außenwände 56 und 57 gegenüber der Außenwandreferenzebene. In den Bereichen 39, 40 und 41 sowie in den Bereichen 50, 51 und 52 sind hingegen die axialen Abmessungen der Lagervertiefung 29 beziehungsweise der Lagerfläche 28 konstant. Die Figur 5 zeigt eine schematische Abrolldarstellung von Lagerfläche 28 und Lagervertiefung 29 in einer dritten Ausführungsform. Auf die vorstehenden Ausführungen, insbesondere zu der ersten Ausführungsform, wird ausdrücklich Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Die Außenwände 46 und 47, welche die Lagerfläche 28 in axialer Richtung nach außen begrenzen, sind identisch zu der ersten Ausführungsform ausgestaltet. Der
Unterschied zu dieser liegt lediglich darin, dass sich die axialen Abmessungen der Lagervertiefung 29 in Umfangsrichtung kontinuierlich und stetig ändern, beispielsweise wie hier dargestellt mit konstantem Gradient über einen Winkel in Umfangsrichtung. Die Innenwände 34 und 35 sind insoweit über die gesamte Erstreckung der Lagervertiefung 29 in Umfangsrichtung gegenüber der der jeweiligen Innenwandreferenzebene angewinkelt.
Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Innenzahnradfluidmaschine 1 lässt sich zum einen eine besonders effektive hydrostatische Lagerung des zweiten Zahnrads 4 in dem Maschinengehäuse 2 erzielt. Zum anderen wird durch die spezielle Anordnung der Fluidkanäle 21 und 22 ein Einströmen sowie ein Ausströmen des Fluids aus den Fluidkammern 12 und 13 verbessert.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Innenzahnradflui dmaschme
2 Maschinengehäuse
3 1. Zahnrad
4 2. Zahnrad
5 1. Drehachse
6 2. Drehachse
7 Außenverzahnung
8 Innenverzahnung
9 Eingriffsbereich
10 Fluidraum
11 Füllstück
12 1. Fluidkammer
13 2. Fluidkammer
14 Segment
15 Segment
16 Spalt
17 Hohlraum
18 Zahn
19 Zahnzwischenraum
20 Strömungskanal
21 1. Fluidkanal
22 2. Fluidkanal
23 1. Fluidanschluss
24 2. Fluidanschluss
25 1. Längsmittelachse
26 2. Längsmittelachse
27 hydrostatisches Lager
28 Lagerfläche
29 Lagervertiefung
30 Mündungsöffnung
31 Pfeil
32 Pfeil 33 Grund
34 Innenwand
35 Innenwand
36 Pfeil
37 Pfeil
38 Innenwandstufe
39 Bereich
40 Bereich
41 Bereich
42 Lagersteg
43 Lagersteg
44 Verbindungssteg
45 Verbindungssteg
46 Außenwand
47 Außenwand
48 Pfeil
49 Pfeil
50 Bereich
51 Bereich
52 Bereich
53 Pfeil
54 Außenwandstufe
55 Innenwandschrägfläche
56 Außenwandschrägfläche
57 Zwischenbereich
58 Zwischenbereich
59 Zwischenbereich
60 Zwischenbereich

Claims

ANSPRÜCHE
1. Innenzahnradfluidmaschine (1), mit einem eine Außenverzahnung (7) aufweisenden und um eine erste Drehachse (5) drehbar gelagerten ersten Zahnrad (3) und einem eine mit der Außenverzahnung (7) in einem Eingriffsbereich (9) bereichsweise kämmende Innenverzahnung (8) aufweisenden und um eine von der ersten Drehachse (5) verschiedene zweite Drehachse (6) drehbar gelagerten zweiten Zahnrad (4), wobei das zweite Zahnrad (4) zur Ausbildung eines hydrostatischen Lagers (27) in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise von zumindest einer in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten Lagervertiefung (29) umgriffen ist, die eine gleitend an dem zweiten Zahnrad (4) anliegende Lagerfläche (28) durchgreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervertiefung (29) über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg und/oder die Lagerfläche (28) über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung aufweisen/aufweist.
2. Innenzahnradfluidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervertiefung (29) auf in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten von Innenwänden (34, 35) begrenzt ist, wobei zur Erzielung der unterschiedlichen Abmessungen der Lagervertiefung (29) die Innenwände (34, 35) über die Erstreckung der Lagervertiefung (29) in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abstände voneinander in axialer Richtung aufweisen.
3. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der unterschiedlichen Abstände wenigstens eine der Innenwände (34, 35) gegenüber einer senkrecht auf der zweiten Drehachse (6) stehenden gedachten Innenwandreferenzebene angewinkelt und/oder gekrümmt ist und/oder eine Innenwandstufe (38) aufweist.
4. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grund (33) der Lagervertiefung (29) gegenüber der Lagerfläche (28) parallel versetzt angeordnet ist.
5. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (28) auf ihrer der Lagervertiefung (29) in axialer Richtung abgewandten Seite von Außenwänden (46, 47) begrenzt ist, wobei wenigstens eine der Außenwände (46, 47) gegenüber einer senkrecht auf der zweiten Drehachse (6) stehenden gedachten Außenwandreferenzebene angewinkelt und/oder gekrümmt ist oder eine Außenwandstufe (54) aufweist.
6. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Außenwand (46, 47) in Umfangsrichtung gesehen in einem ersten Bereich mit einem ersten Abstand parallel zu der Außenwandreferenzebene verläuft und in einem zweiten Bereich einen von dem ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand von der Außenwandreferenzebene aufweist.
7. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände (34, 35) und/oder die Außenwände (46, 47) symmetrisch verlaufen.
8. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dem Eingriffsbereich entsprechenden ersten Bereich in Umfangsrichtung gesehen die Außenverzahnung (7) und die Innenverzahnung (8) ineinander eingreifen und in einem zweiten Bereich Zahnköpfe der Außenverzahnung (7) und der Innenverzahnung (8) dichtend aneinander anliegen, um einen zwischen dem ersten Zahnrad (3) und dem zweiten Zahnrad (4) vorliegenden Fluidraum (10) in eine erste Fluidkammer (12) und eine zweite Fluidkammer (13) zu unterteilen, oder dass zwischen dem ersten Zahnrad (3) und dem zweiten Zahnrad (4) abseits des ersten Bereichs ein Füllstück (11) angeordnet ist, das einerseits an der Außenverzahnung (7) und andererseits an der Innenverzahnung (8) anliegt, um den zwischen dem ersten Zahnrad (3) und dem zweiten Zahnrad (4) vorliegenden Fluidraum (10) in die erste Fluidkammer (12) und die zweite Fluidkammer (13) zu unterteilen.
9. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervertiefung (29) mit einer der Fluidkammem (12, 13) in Strömungsverbindung steht.
10. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung über einen in dem Maschinengehäuse (2) ausgestalteten Fluidkanal (21, 22) und/oder über in dem zweiten Zahnrad (4) ausgebildete Strömungskanäle (20) vorliegt.
11. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Fluidanschluss (23) der Innenzahnradfluidmaschine (l) über einen in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten ersten Fluidkanal (21) an die erste Fluidkammer (12) und ein zweiter Fluidanschluss (24) der Innenzahnradfluidmaschine (1) über einen in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten zweiten Fluidkanal (22) an die zweite Fluidkammer (13) strömungstechnisch angeschlossen ist, wobei eine Längsmittelachse (25) des ersten Fluidkanals (21) und/oder eine Längsmittelachse (26) des zweiten Fluidkanals (22) beabstandet von der ersten Drehachse (5) und/oder der zweiten Drehachse (6) und/oder einem zwischen der ersten Drehachse (5) und der zweiten Drehachse (6) vorliegenden Bereich verläuft.
12. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsmittelachse (25) des ersten Fluidkanals (21) und die Längsmittelachse (26) des zweiten Fluidkanals (22) beabstandet parallel verlaufen oder zusammenfallen.
13. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsmittelachse (25) des ersten Fluidkanals (21) und/oder die Längsmittelachse (26) des zweiten Fluidkanals (22) einen Zahn der Innenverzahnung (8) und/oder einen Zahn der Außenverzahnung (7) schneiden.
14. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluidkanäle unterschiedliche Durchströmungsquerschnittsflächen aufweisen.
15. Innenzahnradfluidmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (4) zur Ausbildung des hydrostatischen Lagers (27) in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise von zumindest einer in dem Maschinengehäuse (2) ausgebildeten weiteren Lagervertiefung umgriffen ist, die in axialer Richtung neben der Lagervertiefung (29) angeordnet ist und die gleitend an dem zweiten Zahnrad (4) anliegende Lagerfläche (28) durchgreift, wobei die weitere Lagervertiefung über ihre Erstreckung in Umfangsrichtung hinweg unterschiedliche Abmessungen in axialer Richtung aufweist.
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