WO2018019587A1 - AUßENZAHNRADPUMPE FÜR EIN ABWÄRMERÜCKGEWINNUNGSSYSTEM - Google Patents

AUßENZAHNRADPUMPE FÜR EIN ABWÄRMERÜCKGEWINNUNGSSYSTEM Download PDF

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WO2018019587A1
WO2018019587A1 PCT/EP2017/067536 EP2017067536W WO2018019587A1 WO 2018019587 A1 WO2018019587 A1 WO 2018019587A1 EP 2017067536 W EP2017067536 W EP 2017067536W WO 2018019587 A1 WO2018019587 A1 WO 2018019587A1
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WO
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bearing
bore
external gear
gear pump
pressure
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Application number
PCT/EP2017/067536
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English (en)
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Armin RICHTER
Jakob Branczeisz
Toni Jankowski
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/18—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0023—Axial sealings for working fluid
    • F04C15/0026—Elements specially adapted for sealing of the lateral faces of intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0088—Lubrication
    • 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
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/40—Properties
    • F04C2210/44—Viscosity
    • 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 present invention relates to an external gear pump, in particular embodied as a feed fluid pump of a waste heat recovery system of an internal combustion engine.
  • Fluid delivery pumps are widely known from the prior art, for example as external gear pumps from the published patent application DE 10 2009 045 030 A1.
  • the external gear pump according to the invention has the advantage that it can be used for low-viscosity working media and reduces or even avoids potential cavitation damage in the bearings.
  • the external gear pump has a pump housing.
  • Pump housing are formed an inlet, an outlet and a working space.
  • a first gear arranged on a first shaft and a second gear arranged on a second shaft are meshed with each other.
  • the first shaft is mounted in a first bearing bore and in a second bearing bore.
  • the second wave is in a third
  • Bearing bore and stored in a fourth bearing bore.
  • working fluid can be conveyed from the inlet to the outlet, the working fluid having a first pressure level in the inlet and a higher second pressure level in the outlet.
  • the four bearing bores are hydraulically connected to the second pressure level.
  • low-viscosity working media can still build up a pressure cushion or form a lubricating film. This applies both to the axial bearing and to the radial bearing of the two shafts.
  • the first gear between the first bearing bore and the second bearing bore is arranged and corresponding to the second gear between the third bearing bore and the fourth bearing bore. This is the most favorable use of the storage, since so the power transmission of the two gears is on each other between each pair of bearings.
  • the bearings are therefore claimed as low as possible.
  • the second bearing bore and the fourth bearing bore are formed in a bearing gland and the first bearing bore and the third bearing bore in a further bearing goggles.
  • the two shafts can be positioned with particularly small tolerances to each other.
  • a very good parallel operation can be realized, and the efficiency of the external gear pump is particularly good. Possible misalignments and resulting wear and / or increased leakage are avoided.
  • the individual bearing bores can also be arranged in each case in a bearing bush.
  • the four bushings can be selected very well in terms of tribological properties, for example, PEEK can be used as a material.
  • the four bearing bushes are arranged in pairs in two bearing glasses, for example, pressed into this: the second
  • Bearing bush and the fourth bearing bush are arranged in a bearing glasses and the first bearing bush and the third bearing bush are in another
  • the two bearing glasses are each mounted by means of a Axialfelddichtung in the pump housing. This allows the
  • Rear sides of the bearing glasses that is, the gears facing away from the sides, are partially acted upon by the low first pressure level and partly with the higher second pressure level.
  • the bearing glasses are designed approximately pressure-balanced, in such a way that no tilting to the waves or
  • the four bearing bores are each connected via a connecting bore with the second pressure level.
  • the second pressure level ie the high pressure
  • Connecting bores are chosen to be strong or less strong; Alternatively, the throttling can also be omitted.
  • the first and third connecting bores are formed in the further bearing gland, and the second and fourth connecting bores in the bearing goggles.
  • the respective bearing bore can be connected to the second pressure level by only one, for example oblique, connecting bore.
  • the naming is chosen so that the first connection bore is assigned to the first bearing bore, the second connection bore of the second bearing bore, etc. In advantageous developments define a back of the bearing glasses, a
  • Axial field seal and a bottom flange a high pressure area.
  • one back of the other bearing goggles define another
  • High pressure bore hydraulically connected to the high pressure area.
  • the connection of the four bearing bores to the second pressure level is carried out in a simple manner; Connection holes to the inlet would - depending on the design of the external gear pump - require a more complex production.
  • Waste heat recovery systems often use low viscosity working media and run at operating temperatures within the range of the evaporation temperature of the working fluid. Therefore, the external gear pump according to the invention is very advantageously usable in a waste heat recovery system.
  • the Waste heat recovery system comprises a working medium leading circuit, wherein the circuit in the flow direction of the working medium comprises a feed fluid pump, an evaporator, an expansion machine and a condenser.
  • the feed fluid pump is designed as an external gear pump with the features described above.
  • Fig. 1 shows an external gear pump of the prior art in
  • Fig. 3 is a further schematic sectional view through a
  • FIG. 4 shows a cross section of an external gear pump according to the invention, wherein only the essential areas are shown,
  • Fig. 5 shows a cross section of an external gear pump according to the invention in a further embodiment, wherein only the essential areas are shown.
  • the external gear pump 1 shows an external gear pump 1 of the prior art in an exploded view.
  • the external gear pump 1 includes a
  • Pump housing 2 a cover 3 and a bottom flange 4.
  • the cover 3 and the bottom flange 4 are interposition of the pump housing 2 by four Screws 5 clamped together.
  • the pump housing 2, the lid 3 and the bottom flange 4 define a working space 6.
  • a first gear 1 1 and a second gear 12 are arranged in mesh with each other.
  • the first gear 1 1 is mounted on a first shaft 21 and the second gear 12 on a first shaft 21 parallel to the second shaft 22.
  • the first shaft 21 serves as a drive shaft and is connected to a drive, not shown, for example one
  • the two shafts 21, 22 each protrude through their associated gear 1 1, 12 and are firmly connected to this, for example by a respective press fit.
  • the shafts 21, 22 are mounted on both sides of the gears 1 1, 12, the shafts 21, 22 are mounted.
  • the storage is carried out by two bearing glasses 30, 40, wherein the bearing glasses 30, 40 are arranged in the working space 6: a bearing glasses 30 is disposed adjacent to the bottom flange 4 and another bearing glasses 40 adjacent to the lid 3.
  • both bearing glasses 30, 40 are respectively two bushings 9 pressed.
  • the bearing bushes 9 of the bearing goggles 30 store the two shafts 21, 22 on the drive side and the bearing bushes 9 of the other bearing goggles 40 on the opposite side of the gears 1 1, 12.
  • the two bushings 9 can also be made in one piece with the bearing glasses 30. The same applies to the other bearing glasses 40th
  • the four bushings 9 each have a radial bearing function.
  • Axial bearing function is achieved by the two bearing glasses 30, 40:
  • the bearing glasses 30 on the front side a stop surface 31 and the other
  • Lagerbrille 40 frontally another stop surface 42. Both stop surfaces 31, 42 cooperate with two gears 1 1, 12 together.
  • the stop surface 31 supports both gears 1 1, 12 oriented in the axial direction to the bottom flange 4; the further stop surface 42 supports both gears 1 1, 12 oriented in the axial direction to the lid 3.
  • Both seals 28, 29 extend approximately annular over the circumference of the pump housing 28, 29 and are usually arranged in corresponding grooves. Furthermore, between the bearing glasses 30 and the bottom flange 4 a
  • Axial field seal 18 arranged, and between the other bearing glasses 40 and the cover 3, a further Axialfelddichtung 19 is arranged.
  • the two Axialfelddichtonne 18, 19 represent on the one hand an axial bearing of the two bearing glasses 30, 40 within the pump housing 2.
  • the front sides or rear sides of the two bearing glasses 30, 40 characterized angle of rotation either with the pressure level of the pressure range or with the pressure level the suction area acted upon. This is explained in more detail in FIGS. 2 and 3.
  • External gear pump 1 in a schematic sectional view.
  • an inlet 2a and an outlet 2b are formed, which open at opposite sides in the working space 6.
  • Working medium is thus promoted on the housing wall between the teeth of the two gears 1 1, 12 from the inlet 2 a to the outlet 2 b.
  • this forms the suction region of the external gear pump 1 with a low first pressure level, for example atmospheric pressure
  • the pressure range of the external gear pump 1 forms with a higher second pressure level, for example 40 bar.
  • the second pressure level of the pressure range depends on the following
  • Flow topology for example, from a throttle point.
  • FIG. 3 shows the external gear pump 1 from the prior art in a section in the region of the seal 28 and the axial field seal 18.
  • the embodiment of FIG. 3 has two bearing bushes 9 pressed into the bearing glasses 30.
  • the two bushings 9 and the bearing glasses 30 each have a through hole; the shafts 21, 22, thus have no axial stop in the bearing glasses 30 or in the bearing bushing 9.
  • the axial field seal 18 has the shape of a 3, and nestles around the
  • the high-pressure region 30a has substantially the pressure level of the pressure region, ie the second pressure level, and the low-pressure region 30b the pressure level of the suction region, ie the first pressure level. This creates a pressure compensation for the bearing glasses 30 in the axial direction, so that no tilting between
  • the external gear pump 1 is now developed in such a way that it has only low wear and a long service life, even with low-viscosity working media of waste heat recovery systems, such as ethanol.
  • the bearings of the two shafts 21, 22 in the high pressure area Due to the higher second pressure level of the working medium in the area of the bearing points, the distance to the vapor pressure increases (at the same temperature) and the risk of cavitation in the area of the bearing points is thereby reduced. Furthermore, the sliding film formation is improved at the bearing.
  • the gear pair, so the two gears 1 1, 12, is mounted by means of plain bearings.
  • the storage is in two parts Bearing glasses 30, 40.
  • both bearing glasses 30, 40 may also be made in one piece.
  • bearing bushes can also be used, as sketched in FIG. In this case, furthermore, the bearing goggles 30 and the further bearing goggles 40 can also be designed differently.
  • the bearing glasses 30 is supported on the Axialfelddichtung 18 on the bottom flange 4 and the other bearing glasses 40 is based on the other Axialfelddichtung 19 on the cover 3 from. Both bearing glasses 30, 40 are thus so on the two Axialfelddichtonne 18, 19 and arranged between them shafts 21, 22 and gears 1 1, 12 stored in the pump housing 2.
  • a shaft drive 15 is formed in the bottom flange 4.
  • the drive shaft of the external gear pump 1 in this case the first shaft 21, can be guided out of the pump housing 2 and coupled to a drive, for example a clutch or a belt.
  • the shaft drive 15 leads, unlike in the sectional view of Figure 4 shown, not by the high pressure area 30a, but by the low pressure area 30b; in the present simple presentation, however, this could not be better represented.
  • a first shaft sealing ring 16 is arranged between the first shaft 21 and the bearing goggles 30.
  • a second shaft seal 17 is arranged to seal the low-pressure region 30 b to the environment and to prevent the escape of working fluid from the external gear pump 1.
  • bearing bores 51, 52, 53, 54 are formed, so that the first shaft 21 is mounted on the first bearing bore 51 and the second bearing bore 52 and so that the second shaft 22 via the third bearing bore 53 and is mounted on the fourth bearing bore 54.
  • Bearing holes 51, 53, 54 are designed as blind holes, the second bearing bore 52 as a stepped bore, so that the drive shaft of the
  • the two shafts 21, 22 are within the bearing glasses 30, 40 positioned and dimensioned so that in the axial direction bearing air is present.
  • the residual volumes 51 a, 52 a, 53 a, 54 a are filled with working medium during operation of the external gear pump 1, which has the pressure level of the pressure range of the external gear pump 1, ie the higher second pressure level.
  • the residual volumes 51 a, 52 a, 53 a, 54 a thus have a comparatively high pressure level; this is also referred to below as high pressure. Consequently, the axial bearings and predominantly the radial bearings of the two shafts 21, 22 are at high pressure
  • Working medium minimizes or even eliminates the risk of cavitation formation in the bearings - and thus also of potential cavitation damage.
  • the four remaining volumes 51 a, 52 a, 53 a, 54 a are each about one
  • the first connection bore 61 and the third connection bore 63 are formed analogously to the first bearing bore 51 and the third bearing bore 53 in the further bearing eyeglasses 40.
  • the second connection bore 62 and the fourth connection bore 64 are formed analogously to the second bearing bore 52 and the fourth bearing bore 54 in the bearing gland 30.
  • the high-pressure region 30a is at the gears 1 1, 12th
  • the further high-pressure region 40a is formed on the rear side 40_1 of the further bearing gland 40 opposite the toothed wheels 11, 12, between the rear side 40_1, the further axial field seal 19, the cover 3 and the further seal 29.
  • the first connection bore 61 hydraulically connects the further high-pressure region 40 a to the first residual volume 51 a.
  • the second communication bore 62 hydraulically connects the high pressure region 30a to the second one
  • the third connection bore 63 hydraulically connects the further high-pressure region 40a to the third residual volume 53a.
  • Connecting bore 64 hydraulically connects the high pressure region 30a to the fourth residual volume 54a.
  • the four connecting bores 61, 62, 63, 64 are formed in one plane. However, this is only a schematic representation. Important for the present invention is the connection of the four
  • Residual volumes 51 a, 52 a, 53 a, 54 a via the four connecting bores 61, 62, 63, 64 to the pressure range of the external gear pump 1. This can be done via any position and shape of the connecting bores 61, 62, 63, 64.
  • the embodiment of Figure 5 is very similar to the embodiment of Figure 4.
  • the two shafts 21, 22 are mounted in four bearing bushes 9a, 9b, 9c, 9d.
  • the two bearing glasses 30, 40 are each made in one piece, in which case a two-part design would alternatively be possible.
  • the first shaft 21 is mounted in the first bearing bush 9a and in the second bearing bush 9b.
  • the first bearing bore 51 is formed in the first bearing bush 9a
  • the second bearing bore 52 is formed in the second bearing bush 9b.
  • the second shaft 22 is mounted in the third bearing bush 9c and in the fourth bearing bush 9d.
  • the third bearing bore 53 is formed in the third bearing bush 9c
  • the fourth bearing bore 54 is formed in the fourth bearing bush 9d.
  • the first bearing bush 9a and the third bearing bush 9c are pressed into corresponding recesses of the further bearing goggles 40.
  • the second bearing bush 9b and the fourth bearing bush 9d are in corresponding recesses of
  • the external gear pump 1 is designed as described above for the embodiment of FIG.
  • the aim of the invention is the plain bearings of the shafts 21, 22, especially the
  • Residual volumes 51 a, 52 a, 53 a and 54 a to the pressure range of
  • Coupling external gear pump 1 The lubricating properties become thereby improving and minimizing the risk of cavitation damage.
  • the coupling to the pressure range is arbitrary, as long as it is the high second pressure level of the external gear pump 1. It would therefore be possible, for example, a coupling to the outlet 2b.
  • the movable bearing glasses 30, 40 are partially acted upon by the high-pressure region 30a or the further high-pressure region 40a with the operating pressure of the pressure region and thereby pressed sealingly against the toothed wheels 1 1, 12. The acted upon
  • the axial bearing of the gears 1 1, 12 is realized via the bearing glasses 30, 40, which are supported by means of the two Axialfelddichtung 18, 19 and the present pressure field through the two high pressure areas 30 a, 40 a cover 3 and bottom flange 4.
  • the bearing points, more precisely the four remaining volumes 51 a, 52 a, 53 a, 54 a of the suction region of
  • Pressure level of the pressure range coupled takes place via the four connecting bores 61, 62, 63, 64, which can also be designed as throttling points.
  • the effective hydraulic axial force is lower by the fluid pressure in the second residual volume 52a on the first shaft 21 than in the other three residual volumes 51a, 53a, 54a, since the effective area is lower because of the design as a drive shaft.
  • the first shaft 21 has a diameter jump in the region of the second residual volume 52a.
  • an additional spring element for example a pressure fields, can be arranged in order to balance the axial forces on the first shaft 21 between the first residual volume 51a and the second residual volume 52a.

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Abstract

Außenzahnradpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2). In dem Pumpengehäuse (2) sind ein Einlass (2a), ein Auslass (2b) und ein Arbeitsraum (6) ausgebildet. In dem Arbeitsraum (6) sind ein auf einer ersten Welle (21) angeordnetes erstes Zahnrad (11) und ein auf einer zweiten Welle (22) angeordnetes zweites Zahnrad (12) miteinander kämmend angeordnet. Die erste Welle (21) ist in einer ersten Lagerbohrung (51) und in einer zweiten Lagerbohrung (52) gelagert. Die zweite Welle (22) ist in einer dritten Lagerbohrung(53) und in einer vierten Lagerbohrung (54) gelagert. Im Betrieb der Außenzahnradpumpe (1) ist Arbeitsmedium von dem Einlass (2a) zu dem Auslass (2b) förderbar, wobei das Arbeitsmedium im Einlass (2a) ein erstes Druckniveau aufweist und im Auslass (2b) ein höheres zweites Druckniveau. Die vier Lagerbohrungen (51, 52, 53, 54) sind hydraulisch mit dem zweiten Druckniveau verbunden.

Description

Beschreibung Titel
Außenzahnradpumpe für ein Abwärmerückgewinnungssvstem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe, insbesondere ausgeführt als Speisefluidpumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Fluidförderpumpen sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als Außenzahnradpumpen aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 045 030 A1 .
Weiterhin ist auch die prinzipielle Anordnung von Speisefluidpumpen innerhalb eines Abwärmerückgewinnungssystems einer Brennkraftmaschine bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 205 648 A1. Jedoch lassen die bekannten Dokumente offen, wie die Speisefluidpumpe auch mit aggressiven Arbeitsmedien von Abwärmerückgewinnungssystemen, welche eine sehr niedrige Viskosität aufweisen, mit möglichst langer Lebensdauer betrieben werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe hat demgegenüber den Vorteil, dass sie für niederviskose Arbeitsmedien eingesetzt werden kann und potenzielle Kavitationsschäden in den Lagerstellen reduziert oder sogar vermeidet. Dazu weist die Außenzahnradpumpe ein Pumpengehäuse auf. In dem
Pumpengehäuse sind ein Einlass, ein Auslass und ein Arbeitsraum ausgebildet. In dem Arbeitsraum sind ein auf einer ersten Welle angeordnetes erstes Zahnrad und ein auf einer zweiten Welle angeordnetes zweites Zahnrad miteinander kämmend angeordnet. Die erste Welle ist in einer ersten Lagerbohrung und in einer zweiten Lagerbohrung gelagert. Die zweite Welle ist in einer dritten
Lagerbohrung und in einer vierten Lagerbohrung gelagert. Im Betrieb der Außenzahnradpumpe ist Arbeitsmedium von dem Einlass zu dem Auslass förderbar, wobei das Arbeitsmedium im Einlass ein erstes Druckniveau aufweist und im Auslass ein höheres zweites Druckniveau. Die vier Lagerbohrungen sind hydraulisch mit dem zweiten Druckniveau verbunden.
Durch den Anschluss der Lagerbohrungen an das höhere zweite Druckniveau, können sich in den Lagerstellen der beiden Wellen besser hydrodynamische Schmierfilme des Arbeitsmediums ausbilden. Auch bei Verwendung
niedrigviskoser Arbeitsmedien kann sich so noch ein Druckpolster aufbauen bzw. ein Schmierfilm ausbilden. Dies gilt sowohl für die Axiallagerung als auch für die Radiallagerung der beiden Wellen.
Weiterhin verringert sich das Risiko von Kavitationsschäden in den Lagerstellen durch den Anschluss an das zweite Druckniveau, da das flüssige Arbeitsmedium einen Druck aufweist, der - bei gleicher Temperatur - ausreichend weit vom Dampfdruck entfernt ist. Die Gefahr von Dampfbildung ist so deutlich reduziert, bzw. sogar gänzlich beseitigt.
Vorteilhafterweise ist das erste Zahnrad zwischen der ersten Lagerbohrung und der zweiten Lagerbohrung angeordnet und entsprechend das zweite Zahnrad zwischen der dritten Lagerbohrung und der vierten Lagerbohrung. Dies ist die günstigste Beanspruchung der Lagerung, da so die Kraftübertragung der beiden Zahnräder aufeinander zwischen jeweils einem Lagerpaar liegt. Die Lagerstellen sind demzufolge möglichst gering beansprucht.
In vorteilhaften Weiterbildungen sind die zweite Lagerbohrung und die vierte Lagerbohrung in einer Lagerbrille ausgebildet und die erste Lagerbohrung und die dritte Lagerbohrung in einer weiteren Lagerbrille. Dadurch können die beiden Wellen mit besonders geringen Toleranzen zueinander positioniert werden. Somit kann ein sehr guter Parallellauf realisiert werden, und die Effizienz der Außenzahnradpumpe ist besonders gut. Mögliche Schiefstellungen und daraus resultierender Verschleiß und/oder erhöhte Leckage werden so vermieden.
Alternativ dazu können die einzelnen Lagerbohrungen auch jeweils in einer Lagerbuchse angeordnet werden. Die vier Lagerbuchsen können so sehr gut hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften ausgewählt werden, beispielsweise kann PEEK als Material verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die vier Lagerbuchsen paarweise in zwei Lagerbrillen angeordnet, beispielsweise in diese eingepresst: die zweite
Lagerbuchse und die vierte Lagerbuchse sind in einer Lagerbrille angeordnet und die erste Lagerbuchse und die dritte Lagerbuchse sind in einer weiteren
Lagerbrille angeordnet. Dadurch sind die Lagerbuchsen untereinander sehr gut, mit nur geringen Toleranzen ausgerichtet. Es gelten die gleichen Anmerkungen wie oben bezüglich Parallellauf und Schiefstellungen.
In vorteilhaften Ausführungen sind die beiden Lagerbrillen jeweils mittels einer Axialfelddichtung in dem Pumpengehäuse gelagert. Dadurch können die
Rückseiten der Lagerbrillen, also die den Zahnrädern abgewandten Seiten, teilweise mit dem niedrigen ersten Druckniveau und teilweise mit dem höheren zweiten Druckniveau beaufschlagt werden. Idealerweise erfolgt die
Beaufschlagung mit dem ersten Druckniveau gegenüberliegend zum
Saugbereich der Außenzahnradpumpe, also im Wesentlichen gegenüberliegend zum Einlass, und die Beaufschlagung mit dem zweiten Druckniveau
gegenüberliegend zum Druckbereich, also im Wesentlichen gegenüberliegend zum Auslass. Dadurch sind die Lagerbrillen annähernd druckausgeglichen gestaltet, und zwar derart, dass keine Verkippung zu den Wellen bzw.
Zahnrädern erfolgt. Verschleiß und Leckage sind dementsprechend minimiert.
In vorteilhaften Weiterbildung sind die vier Lagerbohrungen jeweils über eine Verbindungsbohrung mit dem zweiten Druckniveau verbunden. So liegt auf einfache Art und Weise das zweite Druckniveau, also der Hochdruck, in den vier Lagerbohrungen an. Nach Bedarf kann dabei die Drosselwirkung der
Verbindungsbohrungen stark oder weniger stark gewählt werden; alternativ kann die Drosselung auch entfallen. In vorteilhaften Ausführungen sind dabei die erste und die dritte Verbindungsbohrung in der weiteren Lagerbrille ausgebildet, und die zweite und die vierte Verbindungsbohrung in der Lagerbrille. Dadurch kann durch lediglich eine, beispielsweise schräge, Verbindungsbohrung die jeweilige Lagerbohrung mit dem zweiten Druckniveau verbunden werden. Die Namensgebung ist dabei so gewählt, dass die erste Verbindungsbohrung der ersten Lagerbohrung zugeordnet ist, die zweite Verbindungsbohrung der zweiten Lagerbohrung, usw. In vorteilhaften Weiterbildungen begrenzen eine Rückseite der Lagerbrille, eine
Axialfelddichtung und ein Bodenflansch einen Hochdruckbereich. Analog dazu begrenzen eine Rückseite der weiteren Lagerbrille, eine weitere
Axialfelddichtung und ein Deckel einen weiteren Hochdruckbereich. Beide Hochdruckbereiche weisen das zweite Druckniveau auf. Dadurch können die beiden Lagerbrillen nahezu druckausgeglichen innerhalb des Pumpengehäuses gelagert werden. Das heißt die auf jeweils eine Lagerbrille wirkenden
hydraulischen Kräfte des Arbeitsmediums gleichen sich in axialer Richtung, also in Richtung der Wellen, nahezu aus. Dadurch werden Verkippungen innerhalb des Pumpengehäuses vermieden. Entsprechend werden auch
Lagerschiefstellungen vermieden, welche eine Erhöhung des Verschleißes zur
Folge hätten.
Vorteilhafterweise sind die erste Verbindungsbohrung und die dritte
Verbindungsbohrung hydraulisch mit dem weiteren Hochdruckbereich
verbunden. Analog sind die zweite Hochdruckbohrung und die vierte
Hochdruckbohrung hydraulisch mit dem Hochdruckbereich verbunden. Die Anbindung der vier Lagerbohrungen an das zweite Druckniveau erfolgt so auf einfach Art und Weise; Verbindungsbohrungen zum Einlass würden - je nach Bauart der Außenzahnradpumpe - eine komplexere Fertigung benötigen.
Außenzahnradpumpen eignen sich sehr gut für die Anwendung in
Abwärmerückgewinnungssystemen von Brennkraftmaschinen. Derartige
Abwärmerückgewinnungssysteme verwenden oft niederviskose Arbeitsmedien und laufen bei Betriebstemperaturen im Bereich der Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums. Daher ist die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe sehr vorteilhaft in einem Abwärmerückgewinnungssystem verwendbar. Das Abwärmerückgewinnungssystem weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf auf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe, einen Verdampfer, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator umfasst. Die Speisefluidpumpe ist dabei als Außenzahnradpumpe mit den vorhergehend beschriebenen Merkmalen ausgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Außenzahnradpumpe des Stands der Technik in
Explosionsdarstellung, wobei nur die wesentlichen Bereich dargestellt sind,
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Außenzahnradpumpe aus dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung durch eine
Außenzahnradpumpe aus dem Stand der Technik,
Fig. 4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
Fig. 5 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe in einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig.1 ist eine Außenzahnradpumpe 1 aus dem Stand der Technik in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Außenzahnradpumpe 1 umfasst ein
Pumpengehäuse 2, einen Deckel 3 und einen Bodenflansch 4. Der Deckel 3 und der Bodenflansch 4 sind unter Zwischenlage des Pumpengehäuses 2 durch vier Schrauben 5 miteinander verspannt. Das Pumpengehäuse 2, der Deckel 3 und der Bodenflansch 4 begrenzen einen Arbeitsraum 6.
In dem Arbeitsraum 6 sind ein erstes Zahnrad 1 1 und ein zweites Zahnrad 12 kämmend miteinander angeordnet. Das erste Zahnrad 1 1 ist auf einer ersten Welle 21 befestigt und das zweite Zahnrad 12 auf einer zur ersten Welle 21 parallelen zweiten Welle 22. Die erste Welle 21 dient dabei als Antriebswelle und ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden, beispielsweise einer
Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Dazu ragt die erste Welle 21 durch den Bodenflansch 4.
Die beiden Wellen 21 , 22 ragen jeweils durch das ihnen zugeordnete Zahnrad 1 1 , 12 und sind mit diesem fest verbunden, beispielsweise durch je einen Pressverband. Beiderseits der Zahnräder 1 1 , 12 sind die Wellen 21 , 22 gelagert. Die Lagerung erfolgt durch zwei Lagerbrillen 30, 40, wobei die Lagerbrillen 30, 40 in dem Arbeitsraum 6 angeordnet sind: eine Lagerbrille 30 ist benachbart zum Bodenflansch 4 angeordnet und eine weitere Lagerbrille 40 benachbart zum Deckel 3. In beiden Lagerbrillen 30, 40 sind jeweils zwei Lagerbuchsen 9 eingepresst. Die Lagerbuchsen 9 der Lagerbrille 30 lagern die beiden Wellen 21 , 22 antriebsseitig und die Lagerbuchsen 9 der weiteren Lagerbrille 40 auf der dazu gegenüberliegenden Seite der Zahnräder 1 1 , 12. Alternativ können die zwei Lagerbuchsen 9 auch einteilig mit der Lagerbrille 30 ausgeführt werden. Gleiches gilt auch für die weitere Lagerbrille 40.
Die vier Lagerbuchsen 9 haben jeweils eine Radiallagerfunktion. Die
Axiallagerfunktion wird durch die beiden Lagerbrillen 30, 40 erreicht: Dazu weist die Lagerbrille 30 stirnseitig eine Anschlagfläche 31 auf und die weitere
Lagerbrille 40 stirnseitig eine weitere Anschlagfläche 42. Beide Anschlagflächen 31 , 42 wirken mit beiden Zahnrädern 1 1 , 12 zusammen. Die Anschlagfläche 31 lagert beide Zahnräder 1 1 , 12 in der axialen Richtung zum Bodenflansch 4 orientiert; die weitere Anschlagfläche 42 lagert beide Zahnräder 1 1 , 12 in der axialen Richtung zum Deckel 3 orientiert.
Zur Abdichtung des Arbeitsraums 6 zur Umgebung sind zwei Dichtungen am Pumpengehäuse 2 angeordnet: Eine Dichtung 28 zwischen dem
Pumpengehäuse 2 und dem Bodenflansch 4, und eine weitere Dichtung 29 zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Deckel 3. Beide Dichtungen 28, 29 verlaufen etwa ringförmig über den Umfang des Pumpengehäuses 28, 29 und sind üblicherweise in entsprechenden Nuten angeordnet. Weiterhin ist zwischen der Lagerbrille 30 und dem Bodenflansch 4 eine
Axialfelddichtung 18 angeordnet, und zwischen der weiteren Lagerbrille 40 und dem Deckel 3 ist eine weitere Axialfelddichtung 19 angeordnet. Die beiden Axialfelddichtungen 18, 19 stellen zum einen eine axiale Lagerung der beiden Lagerbrillen 30, 40 innerhalb des Pumpengehäuses 2 dar. Zum anderen werden die Stirnseiten bzw. Rückseiten der beiden Lagerbrillen 30, 40 dadurch drehwinkelabhängig entweder mit dem Druckniveau des Druckbereichs oder mit dem Druckniveau des Saugbereichs beaufschlagt. Dies wird in den Figuren 2 und 3 noch näher ausgeführt.
Fig.2 zeigt das Wirkprinzip der aus dem Stand der Technik bekannten
Außenzahnradpumpe 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. In dem Pumpengehäuse 2 sind ein Einlass 2a und ein Auslass 2b ausgebildet, welche an gegenüberliegenden Seiten in den Arbeitsraum 6 münden. Arbeitsmedium wird so an der Gehäusewand zwischen den Zähnen der beiden Zahnräder 1 1 , 12 vom Einlass 2a zum Auslass 2b gefördert. Im Bereich des Einlasses 2a bildet sich dadurch der Saugbereich der Außenzahnradpumpe 1 mit einem niedrigen ersten Druckniveau - beispielsweise Atmosphärendruck - aus, und im Bereich des Auslasses 2b bildet sich der Druckbereich der Außenzahnradpumpe 1 mit einem höheren zweiten Druckniveau - beispielsweise 40 bar - aus. Das zweite Druckniveau des Druckbereichs hängt dabei von der nachfolgenden
Strömungstopologie ab, beispielsweise von einer Drosselstelle.
Fig.3 zeigt die Außenzahnradpumpe 1 aus dem Stand der Technik in einem Schnitt im Bereich der Dichtung 28 und der Axialfelddichtung 18. Die Ausführung der Fig.3 weist dabei zwei in die Lagerbrille 30 eingepresste Lagerbuchsen 9 auf.
Die beiden Lagerbuchsen 9 und auch die Lagerbrille 30 weisen jeweils eine Durchgangsbohrung auf; die Wellen 21 , 22, haben somit keinen Axialanschlag in der Lagerbrille 30 oder in der Lagerbuchse 9. Die Axialfelddichtung 18 hat die Form einer 3, und schmiegt sich um die
Außenkontur der beiden Lagerbuchsen 9. Dadurch entsteht auf dem dem Druckbereich gegenüberliegenden Bereich der Stirnseite bzw. Rückseite 30_1 der Lagerbrille 30 ein Hochdruckbereich 30a zwischen Lagerbrille 30,
Axialfelddichtung 18, Dichtung 28 und Bodenflansch 4. Auf dem dem
Saugbereich gegenüberliegenden Bereich der Rückseite 30_1 der Lagerbuchse 30 entsteht ein Niederdruckbereich 30b zwischen Lagerbuchse 30,
Axialfelddichtung 18, Dichtung 28 und Bodenflansch 4. Der Hochdruckbereich 30a weist dabei im Wesentlichen das Druckniveau des Druckbereichs auf, also das zweite Druckniveau, und der Niederdruckbereich 30b das Druckniveau des Saugbereichs, also das erste Druckniveau. Dadurch entsteht in axialer Richtung ein Druckausgleich für die Lagerbrille 30, so dass keine Verkippung zwischen
Lagerbrille 30 bzw. Lagerbuchse 9 und den Wellen 21 , 22 entsteht. Der
Verschleiß in den Lagerstellen wird demzufolge durch die Vermeidung von Kantenträgern vermindert.
Für die weitere Lagerbrille 40 und die weitere Axialfelddichtung 19 gelten analoge Ausführungen mit einem weiteren Hochdruckbereich 40a und einem weiteren Niederdruckbereich 40b. Die Formen der Axialfelddichtungen 18, 19 können dahingehend optimiert werden, dass ein bestmöglicher Druckausgleich der beiden Lagerbrillen 30, 40 erreicht wird.
Erfindungsgemäß ist die Außenzahnradpumpe 1 nun so weitergebildet, dass sie auch bei niederviskosen Arbeitsmedien von Abwärmerückgewinnungssystemen, wie beispielsweise Ethanol, einen lediglich geringen Verschleiß und eine große Lebensdauer aufweist.
Dazu zeigt Fig.4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen
Außenzahnradpumpe 1 im Bereich durch die Längsachsen der beiden Wellen 21 , 22. Erfindungsgemäß liegen die Lagerstellen der beiden Wellen 21 , 22 im Hochdruckbereich. Durch das höhere zweite Druckniveau des Arbeitsmediums im Bereich der Lagerstellen vergrößert sich der Abstand zum Dampfdruck (bei gleicher Temperatur) und die Kavitationsgefahr im Bereich der Lagerstellen wird dadurch verringert. Weiterhin wird die Gleitfilmbildung an der Lagerstelle verbessert. Das Zahnradpaar, also die beiden Zahnräder 1 1 , 12, wird mittels Gleitlagerung gelagert. In der Ausführung der Fig.4 erfolgt die Lagerung in zwei zweiteiligen Lagerbrillen 30, 40. Beide Lagerbrillen 30, 40 können jedoch auch einteilig ausgeführt sein. Optional können auch Lagerbuchsen verwendet werden, wie in Fig.1 skizziert. Dabei können weiterhin die Lagerbrille 30 und die weitere Lagerbrille 40 auch unterschiedlich ausgeführt sein.
Die Lagerbrille 30 stützt sich über die Axialfelddichtung 18 am Bodenflansch 4 und die weitere Lagerbrille 40 stützt sich über die weitere Axialfelddichtung 19 am Deckel 3 ab. Beide Lagerbrillen 30, 40 sind somit also über die beiden Axialfelddichtungen 18, 19 und die zwischen ihnen angeordneten Wellen 21 , 22 und Zahnräder 1 1 , 12 im Pumpengehäuse 2 gelagert.
In dem Bodenflansch 4 ist ein Wellendurchtrieb 15 ausgebildet. Dadurch kann die Antriebswelle der Außenzahnradpumpe 1 , in diesem Fall die erste Welle 21 , aus dem Pumpengehäuse 2 geführt werden und an einen Antrieb, beispielsweise eine Kupplung oder einen Riemen, gekoppelt werden. Der Wellendurchtrieb 15 führt dabei, anders als in der Schnittdarstellung der Fig.4 gezeigt, nicht durch den Hochdruckbereich 30a, sondern durch den Niederdruckbereich 30b; in der vorliegenden einfachen Darstellung konnte dies jedoch nicht besser dargestellt werden. Um ein zweites Restvolumen 52a gegenüber dem Niederdruckbereich 30b zu trennen, ist zwischen der ersten Welle 21 und der Lagerbrille 30 eine erster Wellendichtring 16 angeordnet. Weiterhin ist zwischen der ersten Welle 21 und dem Bodenflansch 4 ein zweiter Wellendichtring 17 angeordnet, um den Niederdruckbereich 30b zur Umgebung abzudichten und das Ausdringen von Arbeitsmedium aus der Außenzahnradpumpe 1 zu verhindern.
In den Lagerbrillen 30, 40 sind vier Lagerbohrungen 51 , 52, 53, 54 ausgebildet, so dass die erste Welle 21 über die erste Lagerbohrung 51 und über die zweite Lagerbohrung 52 gelagert ist und so dass die zweite Welle 22 über die dritte Lagerbohrung 53 und über die vierte Lagerbohrung 54 gelagert ist. Drei
Lagerbohrungen 51 , 53, 54 sind als Sacklochbohrungen ausgeführt, die zweite Lagerbohrung 52 als Stufenbohrung, so dass die Antriebswelle aus der
Lagerbrille 30 herausgeführt werden kann.
Die beiden Wellen 21 , 22 sind innerhalb der Lagerbrillen 30, 40 so positioniert und bemaßt, dass in axialer Richtung Lagerluft vorhanden ist. Ein Teilbereich bzw. Restvolumen der Lagerbohrungen 51 , 52, 53 ,54 zwischen den Wellen 21 , 22 und dem axialen Anschlag an den Lagerbrillen 30, 40, also an den
zahnradabgewandten Stellen der Lagerbohrungen 51 , 52, 53, 54 bleibt somit frei. Die vier Restvolumina sind in der Ausführung der Fig.4 analog zu den vier Lagerbohrungen 51 , 52, 53, 54 mit 51 a, 52a, 53a, 54a bezeichnet.
Erfindungsgemäß sind die Restvolumina 51 a, 52a, 53a, 54a im Betrieb der Außenzahnradpumpe 1 mit Arbeitsmedium gefüllt, welches das Druckniveau des Druckbereichs der Außenzahnradpumpe 1 aufweist, also das höhere zweite Druckniveau. Die Restvolumina 51 a, 52a, 53a, 54a weisen demzufolge ein vergleichsweise hohes Druckniveau auf; dies wird im Folgenden auch als Hochdruck bezeichnet. Demzufolge sind die Axiallagerungen und überwiegend auch die Radiallagerungen der beiden Wellen 21 , 22 mit Hochdruck
beaufschlagt. Dies ist zum einen tribologisch günstiger, da somit die
entsprechenden hydrodynamischen Gleitfilme besser ausgebildet werden können. Weiterhin ist durch das höhere Druckniveau des flüssigen
Arbeitsmediums das Risiko von Kavitationsbildung in den Lagerstellen - und damit auch von potenziellen Kavitationsschäden - minimiert oder sogar beseitigt.
Die vier Restvolumina 51 a, 52a, 53a, 54a werden dazu über jeweils eine
Verbindungsbohrung 61 , 62, 63, 64 an den Druckbereich der
Außenzahnradpumpe 1 angeschlossen. Die erste Verbindungsbohrung 61 und die dritte Verbindungsbohrung 63 sind analog zu der ersten Lagerbohrung 51 und der dritten Lagerbohrung 53 in der weiteren Lagerbrille 40 ausgebildet. Die zweite Verbindungsbohrung 62 und die vierte Verbindungsbohrung 64 sind analog zu der zweiten Lagerbohrung 52 und der vierten Lagerbohrung 54 in der Lagerbrille 30 ausgebildet.
Der Hochdruckbereich 30a ist an der den Zahnrädern 1 1 , 12
gegenüberliegenden Rückseite 30_1 der Lagerbrille 30 zwischen der Rückseite 30_1 , der Axialfelddichtung 18, dem Bodenflansch 4 und der Dichtung 28 ausgebildet. Entsprechend dazu ist der weitere Hochdruckbereich 40a an der den Zahnrädern 1 1 , 12 gegenüberliegenden Rückseite 40_1 der weiteren Lagerbrille 40 zwischen der Rückseite 40_1 , der weiteren Axialfelddichtung 19, dem Deckel 3 und der weiteren Dichtung 29 ausgebildet. Die erste Verbindungsbohrung 61 verbindet den weiteren Hochdruckbereich 40a hydraulisch mit dem ersten Restvolumen 51 a. Die zweite Verbindungsbohrung 62 verbindet den Hochdruckbereich 30a hydraulisch mit dem zweiten
Restvolumen 52a. Die dritte Verbindungsbohrung 63 verbindet den weiteren Hochdruckbereich 40a hydraulisch mit dem dritten Restvolumen 53a. Die vierte
Verbindungsbohrung 64 verbindet den Hochdruckbereich 30a hydraulisch mit dem vierten Restvolumen 54a.
Im Schnitt der Fig.4 sind die vier Verbindungsbohrungen 61 , 62, 63, 64 in einer Ebene ausgebildet. Dies stellt jedoch lediglich eine schematische Darstellung dar. Wichtig für die vorliegende Erfindung ist die Anbindung der vier
Restvolumina 51 a, 52a, 53a, 54a über die vier Verbindungsbohrungen 61 , 62, 63, 64 an den Druckbereich der Außenzahnradpumpe 1. Dies kann über beliebige Lage und Form der Verbindungsbohrungen 61 , 62, 63, 64 erfolgen.
Die Ausführung der Fig.5 ist sehr ähnlich zu der Ausführung der Fig.4. Jedoch sind in der Ausführung der Fig.5 die beiden Wellen 21 , 22 in vier Lagerbuchsen 9a, 9b, 9c, 9d gelagert. Weiterhin sind die beiden Lagerbrillen 30, 40 jeweils einteilig ausgeführt, wobei hier alternativ auch eine zweiteilige Ausführung möglich wäre. Die erste Welle 21 ist in der ersten Lagerbuchse 9a und in der zweiten Lagerbuchse 9b gelagert. Dazu ist die erste Lagerbohrung 51 in der ersten Lagerbuchse 9a ausgebildet, und die zweite Lagerbohrung 52 ist in der zweiten Lagerbuchse 9b ausgebildet. Die zweite Welle 22 ist in der dritten Lagerbuchse 9c und in der vierten Lagerbuchse 9d gelagert. Dazu ist die dritte Lagerbohrung 53 in der dritten Lagerbuchse 9c ausgebildet, und die vierte Lagerbohrung 54 ist in der vierten Lagerbuchse 9d ausgebildet.
Die erste Lagerbuchse 9a und die dritte Lagerbuchse 9c sind in entsprechende Ausnehmungen der weiteren Lagerbrille 40 eingepresst. Die zweite Lagerbuchse 9b und die vierte Lagerbuchse 9d sind in entsprechende Ausnehmungen der
Lagerbrille 30 eingepresst. Im Übrigen ist die Außenzahnradpumpe 1 so ausgeführt wie vorangehend für die Ausführung der Fig.4 beschrieben.
Ziel der Erfindung ist es die Gleitlager der Wellen 21 , 22, speziell die
Restvolumina 51 a, 52a, 53a und 54a an den Druckbereich der
Außenzahnradpumpe 1 anzukoppeln. Die Schmiereigenschaften werden dadurch verbessert und das Risiko von Kavitationsschäden minimiert. Die Ankopplung der Restvolumina 51 a, 52a, 53a, 54a an den Druckbereich, also an ein vergleichbar hohes Druckniveau, erfolgt über die jeweils zugeordnete
Verbindungsbohrung 61 , 62, 63, 64.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 4 und 5 münden die
Verbindungsbohrungen 61 , 62, 63, 64 in den Hochdruckbereich 30a bzw. in den weiteren Hochdruckbereich 40a, jedoch ist die Ankopplung an den Druckbereich beliebig, solange es das hohe zweite Druckniveau der Außenzahnradpumpe 1 ist. Möglich wäre daher beispielsweise auch eine Ankopplung an den Auslass 2b.
Die Funktionsweise der Lagerung bzw. der Druckbeaufschlagung der beiden Wellen 21 , 22 ist wie folgt:
An der jeweiligen Rückseite 30_1 , 40_1 werden die beweglichen Lagerbrillen 30, 40 durch den Hochdruckbereich 30a bzw. den weiteren Hochdruckbereich 40a teilweise mit dem Betriebsdruck des Druckbereichs beaufschlagt und dadurch abdichtend gegen die Zahnräder 1 1 , 12 gedrückt. Die beaufschlagten
Druckfelder werden dabei durch die beiden Axialfelddichtungen 18, 19 begrenzt. Die Abdichtung am Umfang der Zahnräder 1 1 , 12 zum Pumpengehäuse 2 hin wird durch kleinste Spalte sichergestellt, die sich druckabhängig zwischen den Zahnrädern 1 1 , 12 und dem Pumpengehäuse 2 einstellen.
Die axiale Lagerung der Zahnräder 1 1 , 12 wird über die Lagerbrillen 30, 40 realisiert, welche sich mittels der beiden Axialfelddichtung 18, 19 und dem vorliegendem Druckfeld durch die beiden Hochdruckbereiche 30a, 40a an Deckel 3 bzw. Bodenflansch 4 abstützen. Erfindungsgemäß sind die Lagerstellen, genauer die vier Restvolumina 51 a, 52a, 53a, 54a vom Saugbereich der
Außenzahnradpumpe 1 hydraulisch getrennt und an das höhere zweite
Druckniveau des Druckbereichs gekoppelt. Die Kopplung erfolgt über die vier Verbindungsbohrungen 61 , 62, 63, 64, welche auch als Drosselstellen ausgeführt sein können.
Die Spalte bzw. Drosselstellen der Wellen 21 , 22 und Zahnräder 1 1 , 12 zu ihren jeweils benachbarten Bauteilen müssen so gewählt werden, das der Bereich der Gleitlagerungen deutlich an das hohe zweite Druckniveau der Außenzahnradpumpe 1 angelehnt ist. Bei dem zweiten Restvolumen 52a ist darauf zu achten, dass ein Leckagestrom sowohl durch die Gleitlagerung zum ersten Zahnrad 1 1 stattfindet, als auch durch die Abdichtung des ersten
Wellendichtrings 16 in den Niederdruckbereich 30a. Weiterhin ist die wirksame hydraulische Axialkraft durch den Fluiddruck im zweiten Restvolumen 52a auf die erste Welle 21 geringer als in den anderen drei Restvolumina 51 a, 53a, 54a, da die wirksame Fläche wegen der Ausführung als Antriebswelle geringer ist. Um dennoch eine wirksame hydraulische Axialkraft zu erzeugen, weist die erste Welle 21 einen Durchmessersprung im Bereich des zweiten Restvolumens 52a auf. Optional kann hier auch ein zusätzliches Federelement, beispielsweise eine Druckfelder, angeordnet sein um die Axialkräfte auf die erste Welle 21 zwischen dem ersten Restvolumen 51 a und dem zweiten Restvolumen 52a auszugleichen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerung der beiden Wellen 21 , 22 der Außenzahnradpumpe 1 ergeben sich folgende Vorteile:
Die Verwendung von schlecht schmierenden Arbeitsmedien ist möglich. Arbeitsmedien mit sehr niedrigen Viskositäten können eingesetzt werden. Auch bei geringen Drücken des Arbeitsmediums im Einlass 2b können gute hydrodynamische Schmiereigenschaften in den Gleitlagerungen (sowohl axial als auch radial) der Wellen 1 1 , 12 erzeugt werden.
Auch bei einem geringen Abstand zwischen der Betriebstemperatur und der Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums ist die Gefahr durch
Kavitationsschäden im Bereich der Lagerung der beiden Wellen 21 , 22 deutlich reduziert.

Claims

Ansprüche
Außenzahnradpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), wobei in dem Pumpengehäuse (2) ein Einlass (2a), ein Auslass (2b) und ein
Arbeitsraum (6) ausgebildet sind, wobei in dem Arbeitsraum (6) ein auf einer ersten Welle (21) angeordnetes erstes Zahnrad (11) und ein auf einer zweiten Welle (22) angeordnetes zweites Zahnrad (12) miteinander kämmend angeordnet sind, wobei die erste Welle (21) in einer ersten Lagerbohrung (51) und in einer zweiten Lagerbohrung (52) gelagert ist, wobei die zweite Welle (22) in einer dritten Lagerbohrung (53) und in einer vierten Lagerbohrung (54) gelagert ist, wobei im Betrieb der Außenzahnradpumpe (1) Arbeitsmedium von dem Einlass (2a) zu dem Auslass (2b) förderbar ist, wobei das Arbeitsmedium im Einlass (2a) ein erstes Druckniveau aufweist und im Auslass (2b) ein höheres zweites Druckniveau,
dadurch gekennzeichnet, dass
die vier Lagerbohrungen (51, 52, 53, 54) hydraulisch mit dem zweiten Druckniveau verbunden sind.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Zahnrad (11) zwischen der ersten Lagerbohrung (51) und der zweiten Lagerbohrung (52) angeordnet ist und dass das zweite Zahnrad (12) zwischen der dritten Lagerbohrung (53) und der vierten
Lagerbohrung (54) angeordnet ist.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Lagerbohrung (52) und die vierte Lagerbohrung (54) in einer Lagerbrille (30) ausgebildet sind und dass die erste Lagerbohrung (51) und die dritte Lagerbohrung (53) in einer weiteren Lagerbrille (40) ausgebildet sind. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Lagerbohrung (51) in einer ersten Lagerbuchse (9a) ausgebildet ist, dass die zweite Lagerbohrung (52) in einer zweiten Lagerbuchse (9b) ausgebildet ist, dass die dritte Lagerbohrung (53) in einer dritten
Lagerbuchse (9c) ausgebildet ist und dass die vierte Lagerbohrung (54) in einer vierten Lagerbuchse (9d) ausgebildet ist.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Lagerbuchse (9b) und die vierte Lagerbuchse (9d) in einer Lagerbrille (30) angeordnet sind und dass die erste Lagerbuchse (9a) und die dritte Lagerbuchse (9c) in einer weiteren Lagerbrille (40) angeordnet sind.
Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 3, oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Lagerbohrung (51) über eine erste Verbindungsbohrung (61), die zweite Lagerbohrung (52) über eine zweite Verbindungsbohrung (62), die dritte Lagerbohrung (53) über eine dritte Verbindungsbohrung (63) und die vierte Lagerbohrung (54) über eine vierte Verbindungsbohrung (64) hydraulisch mit dem zweiten Druckniveau verbunden sind.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Verbindungsbohrung (62) und die vierte Verbindungsbohrung (64) in der Lagerbrille (30) ausgebildet sind und dass die erste
Verbindungsbohrung (61) und die dritte Verbindungsbohrung (63) in der weiteren Lagerbrille (40) ausgebildet sind.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 6 oder 7
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerbrille (30) mittels einer Axialfelddichtung (18) in dem
Pumpengehäuse (2) gelagert ist und dass die weitere Lagerbrille (40) mittels einer weiteren Axialfelddichtung (19) in dem Pumpengehäuse (2) gelagert ist. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Rückseite (30_1) der Lagerbrille (30), die Axialfelddichtung (18) und ein Bodenflansch (4) einen Hochdruckbereich (30a) begrenzen, und dass eine Rückseite (40_1) der weiteren Lagerbrille (40), die weitere
Axialfelddichtung (19) und ein Deckel (3) einen weiteren
Hochdruckbereich (40a) begrenzen, wobei der Hochdruckbereich (30a) und der weitere Hochdruckbereich (40a) das zweite Druckniveau aufweisen.
10. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Verbindungsbohrung (61) und die dritte Verbindungsbohrung (63) hydraulisch mit dem weiteren Hochdruckbereich (40a) verbunden sind, und dass die zweite Hochdruckbohrung (62) und die vierte
Hochdruckbohrung (64) hydraulisch mit dem Hochdruckbereich (30a) verbunden sind.
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