WO2019057405A1 - AUßENZAHNRADPUMPE - Google Patents

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WO2019057405A1
WO2019057405A1 PCT/EP2018/072108 EP2018072108W WO2019057405A1 WO 2019057405 A1 WO2019057405 A1 WO 2019057405A1 EP 2018072108 W EP2018072108 W EP 2018072108W WO 2019057405 A1 WO2019057405 A1 WO 2019057405A1
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WO
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bearing
shaft
external gear
shaft portion
gear pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/072108
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English (en)
French (fr)
Inventor
Anselm Koch
Armin Merz
Eberhard Maier
Gerhard Lutz
Jakob Branczeisz
Yufei CAO
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019057405A1 publication Critical patent/WO2019057405A1/de

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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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F01C21/104—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber
    • F01C21/108—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber with an axial surface, e.g. side plates
    • 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
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • 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
    • 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
    • F04C2240/56—Bearing bushings or details thereof
    • 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
    • F04C2240/60—Shafts

Definitions

  • the present invention relates to an external gear pump.
  • Fluid delivery pumps are widely known from the prior art, for example as external gear pumps from the published patent application
  • the known external gear pump has a
  • a working space is formed.
  • a first gear arranged on a first shaft and a second gear arranged on a second shaft are meshed with each other.
  • a shaft portion is formed, wherein the shaft portion cooperates radially with a bearing bore and thereby forms a sliding bearing.
  • the external gear pump according to the invention has the advantage that the contact pressures between shaft portion and bearing bore are distributed more homogeneously and so the stress on the sliding bearing is reduced. The life of the plain bearing and thus the entire external gear pump is thereby increased.
  • the external gear pump has a pump housing.
  • Pump housing is designed a working space. In the working space are arranged on a first shaft first gear and one on a second Shaft arranged second gear meshing with each other. On the first shaft, a shaft portion is formed, wherein the shaft portion cooperates radially with a bearing bore and thereby forms a sliding bearing.
  • the shaft section is convex or convex.
  • edge supports - contact pressure peaks on the edge zones of the plain bearing - avoided, which arise due to singularities and tilting.
  • the shaft section Due to the crown, the shaft section has at its outer edge regions a diameter which is smaller than the central region.
  • the contact pressure or the bearing clearance between the shaft portion and the bearing bore - which is formed for example in a bearing bush - is thus designed very homogeneous. This has an advantageous effect on the wear and the hydrodynamic lubricant film of the plain bearing.
  • Shaft section can be achieved an optimum for the bearing component and the bearing clearance with a theoretical and actual tilting. At the same time, the leakage can be reduced by the sliding bearing due to the lower bearing clearance, which contributes to a better volumetric efficiency of the external gear pump.
  • the formation of a hydrodynamic lubricant film in the plain bearing is too large
  • Sharing depends on the diameter of the plain bearing, the effective bearing length (bearing ratio) and the fluid viscosity.
  • An essential parameter, especially in connection with very low-viscosity media, is the bearing gap or the
  • the bearing gap or the bearing play should be as small as possible.
  • cylindrical shaft sections can take a misalignment in the camps through the tolerance chain of the external gear pump, which is why a large bearing clearance is kept in the rule.
  • the presently described design with a convex shaft section therefore has a positive effect on the formation of hydrodynamics in the sliding bearing, in that the supporting portion is increased even when tilted and a small bearing gap is made possible.
  • the shaft section has a cylindrical central region, a tapered first edge region and a tapered second edge region. With a sufficient length I of the sliding bearing, this is the best contour of the shaft section to a homogeneous
  • Manufacturing tolerances can be determined for example with a tolerance analysis software.
  • first edge region and the second edge region are preferably designed to be convex, for example, when viewed in cross-section, with a large radius R.
  • Particularly advantageous is a convex logarithmic shape. This will be the
  • the middle region has a diameter Do.
  • the shaft portion has a reduced diameter Di on the other hand.
  • Edge bearers occur at the ends of the
  • the bearing bore is formed in a bearing glasses or in a bearing bush.
  • the bearing bush can also be pressed in turn in the bearing goggles. This achieves good parallelism between the first shaft and the second shaft; Furthermore, a good positioning of the gears to each other or to the pump housing and the sealing points is achieved.
  • the bearing goggles are mounted in the pump housing by means of an axial field seal.
  • the Axialfelddichtung separates the
  • Gears and the bearing glasses over the entire surface is approximately constant; Axiallagerleckage is thereby minimized.
  • the bearing glasses are stored virtually floating. This can also lead to tilting in the plain bearing.
  • the crown in the plain bearing affects the resulting
  • the first shaft on both sides of the first gear on a sliding bearing Preferably, the respective
  • Shaft sections are both convex, according to an embodiment as described above.
  • a first shaft portion and a second shaft portion are formed on the first wave.
  • the first gear is preferably disposed between the first shaft portion and the second shaft portion.
  • the first shaft portion cooperates radially with the first bearing bore and thereby forms the first sliding bearing, as described above.
  • the second shaft portion cooperates radially with a second bearing bore and thereby forms a second sliding bearing.
  • Shaft section and the second shaft section can also be designed differently. Due to the sliding bearing on both sides, the gear wheel is very robustly positioned in the working space.
  • the second shaft is mounted analogously to the first shaft according to one of the embodiments described above.
  • Waste heat recovery systems of internal combustion engines Such waste heat recovery systems often use low viscosity working media in which formation of a hydrodynamic lubricating film is difficult. A slight bearing clearance in the plain bearings will nevertheless provide for a
  • the waste heat recovery system includes one
  • Working medium leading circuit wherein the circuit in the flow direction of the working medium, a feed fluid pump, an evaporator and a
  • Expansion machine includes.
  • the feed fluid pump is as
  • Fig. 1 shows an external gear pump of the prior art in
  • FIG. 2 shows a cross section of an external gear pump according to the invention, wherein only the essential areas are shown,
  • Fig. 3 shows a shaft portion of a shaft of an inventive
  • 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 clamped together with the interposition of the pump housing 2 by four screws 5.
  • the pump housing 2, the lid 3 and the bottom flange 4 define a working space 6.
  • a first gear 11 and a second gear 12 are arranged in mesh with each other.
  • the first gear 11 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, a crankshaft of an internal combustion engine.
  • the first shaft 21 protrudes through the bottom flange.
  • the two shafts 21, 22 each protrude through their associated gear 11, 12 and are firmly connected to this, for example by a respective press fit.
  • On both sides of the gears 11, 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 adjacent to
  • Bushings 9 are also made in one piece with the bearing glasses 30. The same applies to the other bearing glasses 40th
  • the four bearing bushes 9 each have a radial bearing function and form with the associated shaft sections of the two shafts 21, 22 each one
  • the thrust bearing function is achieved by the two bearing glasses 30, 40:
  • the bearing glasses 30 frontally a stop surface 31 and the other bearing glasses 40 frontally another stop surface 42. Both stop surfaces 31, 42 cooperate with two gears 11, 12 together.
  • the abutment surface 31 supports both gears 11, 12 in the axial direction to
  • Both seals 28, 29 extend approximately annular over the circumference of the pump housing 28, 29 and are usually arranged in corresponding grooves.
  • Axial field seal 18 arranged, and between the other bearing glasses 40 and the cover 3, a further Axialfelddichtung 19 is arranged.
  • the two axial field seals 18, 19 constitute an axial bearing of the two bearing glasses 30, 40 within the pump housing 2.
  • the end faces or rear sides of the two bearing eyeglasses 30, 40 are characterized dependent on the angle of rotation either with the pressure level of the pressure range or with the pressure level of the suction range acted upon.
  • the external gear pump 1 is now developed in such a way that it is particularly suitable for low-viscosity working media
  • 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 thus mounted on the two Axialfelddichtonne 18, 19 and arranged between them shafts 21, 22 and gears 11, 12 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.
  • a first shaft seal 16 is arranged between the first shaft 21 and the bearing glasses 30, between the first shaft 21 and the bottom flange 4, a second
  • Shaft seal 17 arranged 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.
  • Three 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 bearing bores 51, 52, 53, 54 each act with a shaft portion
  • the bearing bores 51, 52, 53, 54 may be formed in the bearing glasses 30, 40 - as shown in Figure 2 - or in
  • one or more shaft sections 211, 212, 221, 222 are now crowned or convex, so that the contact pressures at the respective axial ends of the respective plain bearings 101, 102, 103, 104 are minimized. Due to the deflection of the shafts 21, 22, tilting of the shaft sections 211, 212, 221, 222 in the respective sliding bearing 101, 102, 103, 104 occurs. This effect can lead to an edge contact of the shaft 21, 22 in the sliding bearing 101, 102, 103 , 104 lead; There are so-called edge beams, so contact pressure peaks.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the crowning of the shaft section 211, 212, 221, 222.
  • Wave portion 211, 212, 221, 222 includes three regions: a middle region 211_1, 212_1, 221_1, 222_1
  • the central region 211_1, 212_1, 221_1, 222_1 is cylindrical in shape, has the width bo, and is arranged between the first edge region 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 and the second edge region 211_3, 212_3, 221_3, 222_3.
  • the first edge region 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 and the second edge region 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 are configured convex and each have the width bi.
  • the length I of the shaft section 211, 212, 221, 222 thus results in:
  • the first edge region 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 and the second edge region 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 are convex or convex in that they are in the
  • Section of Figure 3 each having a radius R, so that the diameter of the two edge regions 211_2, 212_2, 221_2, 222_2, 211_3, 212_3, 221_3, 222_3, starting from the central region 211_1, 212_1, 221_1, 222_1 steadily decreases, namely the diameter Do of the central region 211_1, 212_1, 221_1, 222_1 to the reduced diameter Di at both ends of the
  • t (Do-Di) / 2.
  • the first edge region 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 and the second edge region 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 then have no radius R in the sectional view, but a line.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Außenzahnradpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2). In dem Pumpengehäuse (2) ist 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. An der ersten Welle (21) ist ein Wellenabschnitt (211, 212) ausgebildet, wobei der Wellenabschnitt (211, 212) mit einer Lagerbohrung (51) radial zusammenwirkt und dadurch ein Gleitlager (101) ausbildet. Der Wellenabschnitt (211, 212) ist konvex ausgeführt.

Description

Beschreibung Titel
Außenzahnradpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe.
Stand der Technik
Fluidförderpumpen sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als Außenzahnradpumpen aus der Offenlegungsschrift
DE201510224659 AI. Die bekannte Außenzahnradpumpe weist ein
Pumpengehäuse auf. In dem Pumpengehäuse ist 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. An der ersten Welle ist ein Wellenabschnitt ausgebildet, wobei der Wellenabschnitt mit einer Lagerbohrung radial zusammenwirkt und dadurch ein Gleitlager ausbildet.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kontaktdrücke zwischen Wellenabschnitt und Lagerbohrung homogener verteilt sind und so die Beanspruchung des Gleitlagers verringert wird. Die Lebensdauer des Gleitlagers und damit der gesamten Außenzahnradpumpe wird dadurch erhöht.
Dazu weist die Außenzahnradpumpe ein Pumpengehäuse auf. In dem
Pumpengehäuse ist 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. An der ersten Welle ist ein Wellenabschnitt ausgebildet, wobei der Wellenabschnitt mit einer Lagerbohrung radial zusammenwirkt und dadurch ein Gleitlager ausbildet. Der Wellenabschnitt ist konvex bzw. ballig ausgeführt.
Dadurch werden sogenannte Kantenträger - Kontaktdruckspitzen an den Randzonen des Gleitlagers - vermieden, die aufgrund von Singularitäten und Verkippungen entstehen. Durch die Balligkeit weist der Wellenabschnitt an seinen äußeren Randbereichen einen gegenüber dem mittleren Bereich verringerten Durchmesser auf. Der Kontaktdruck bzw. das Lagerspiel zwischen dem Wellenabschnitt und der Lagerbohrung - welche beispielsweise in einer Lagerbuchse ausgebildet ist - ist dadurch sehr homogen gestaltet. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Verschleiß und den hydrodynamischen Schmierfilm des Gleitlagers aus.
Mit konvexen Bereichen auf dem Wellenabschnitt kann das Lagerspiel reduziert werden. Dies beeinflusst die Hydrodynamik und insbesondere den Traganteil des Gleitlagers positiv. Mit einer günstigen Auslegung der Kontur des
Wellenabschnitts kann ein Optimum für den Traganteil und das Lagerspiel bei einer theoretischen und tatsächlichen Verkippung erreicht werden. Gleichzeitig kann aufgrund des geringeren Lagerspiels die Leckage durch das Gleitlager verringert werden, was zu einem besseren volumetrischen Wirkungsgrad der Außenzahnradpumpe beiträgt. Die Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilms im Gleitlager ist zu großen
Teilen vom Durchmesser des Gleitlagers, der wirksamen Lagerlänge (Traganteil) und von der Fluidviskosität abhängig. Wesentlicher Parameter, vor allem in Verbindung mit sehr niederviskosen Medien, ist der Lagerspalt bzw. das
Lagerspiel. Um eine ausreichende Hydrodynamik zu erreichen sollte der Lagerspalt bzw. das Lagerspiel möglichst klein sein. Üblicherweise können zylindrische Wellenabschnitte durch die Toleranzkette der Außenzahnradpumpe eine Schiefstellung in den Lagern einnehmen, weshalb in der Regel ein großes Lagerspiel vorgehalten wird. Das vorliegend beschriebene Design mit einem konvexen Wellenabschnitt wirkt sich daher positiv auf die Ausbildung von Hydrodynamik im Gleitlager aus, indem der Traganteil auch bei Schiefstellung erhöht wird und ein kleiner Lagerspalt ermöglicht wird. In vorteilhaften Weiterbildungen weist der Wellenabschnitt einen zylindrischen mittleren Bereich, einen sich verjüngenden ersten Randbereich und einen sich verjüngenden zweiten Randbereich auf. Bei einer ausreichenden Länge I des Gleitlagers ist dies die beste Kontur des Wellenabschnitts, um eine homogene
Kontaktdruckverteilung bzw. eine homogene Hydrodynamik zu erzielen. Die maßgeblichen Gestaltungsparameter sind dabei abhängig von den
Betriebsparametern der Außenzahnradpumpe, der Konstruktion und den
Fertigungstoleranzen. Die Einflüsse der Konstruktion und der
Fertigungstoleranzen können beispielsweise mit einer Toleranzanalyse-Software ermittelt werden.
Bevorzugt sind der erste Randbereich und der zweite Randbereich dabei konvex ausgeführt, beispielsweise im Querschnitt betrachtet mit einem großen Radius R. Besonders vorteilhaft ist eine konvexe logarithmische Form. Dadurch wird die
Kontaktdruckverteilung besonders homogen.
Vorteilhafterweise weist der mittlere Bereich einen Durchmesser Do auf. An seinen beiden Enden weist der Wellenabschnitt einen demgegenüber verringerten Durchmesser Di auf. Kantenträger treten an den Enden des
Gleitlagers bzw. Wellenabschnitts auf. Durch den verringerten Durchmesser Di an diesen Enden werden auch die Kantenträger dort reduziert bzw. sogar eliminiert.
In bevorzugten Ausführungen ist die Lagerbohrung in einer Lagerbrille oder in einer Lagerbuchse ausgebildet. Dabei kann die Lagerbuchse auch wiederum in der Lagerbrille eingepresst sein. Dadurch wird eine gute Parallelität zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle erzielt; weiterhin wird dadurch eine gute Positionierung der Zahnräder zueinander bzw. zum Pumpengehäuse und zu den Abdichtungsstellen erzielt.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Lagerbrille mittels einer Axialfelddichtung in dem Pumpengehäuse gelagert. Die Axialfelddichtung trennt die den
Zahnrädern entgegengesetzte Seite der Lagerbrille in einen Hochdruck- und einen Niederdruckbereich, so dass der axiale Lagerspalt zwischen den
Zahnrädern und der Lagerbrille über die gesamte Fläche annähernd konstant ist; die Axiallagerleckage ist dadurch minimiert. Demzufolge ist die Lagerbrille quasi schwimmend gelagert. Dadurch kann es auch zu Verkippungen im Gleitlager kommen. Die Balligkeit im Gleitlager wirkt den daraus resultierenden
Kantenträgern entgegen.
In vorteilhaften Ausführungen weist die erste Welle zu beiden Seiten des ersten Zahnrads eine Gleitlagerung auf. Vorzugsweise sind die jeweiligen
Wellenabschnitte beide konvex ausgeführt, nach einer Ausführung wie oben beschrieben. An der ersten Welle sind also ein erster Wellenabschnitt und ein zweiter Wellenabschnitt ausgebildet. Das erste Zahnrad ist bevorzugt zwischen dem ersten Wellenabschnitt und dem zweiten Wellenabschnitt angeordnet. Der erste Wellenabschnitt wirkt mit der ersten Lagerbohrung radial zusammen und bildet dadurch das erste Gleitlager aus, wie oben beschrieben. Der zweite Wellenabschnitt wirkt mit einer zweiten Lagerbohrung radial zusammen und bildet dadurch ein zweites Gleitlager aus. Die Balligkeiten des ersten
Wellenabschnitts und des zweiten Wellenabschnitts können dabei auch unterschiedlich ausgebildet sein. Durch die Gleitlagerung zu beiden Seiten ist das Zahnrad sehr robust im Arbeitsraum positioniert. In bevorzugten Ausführungen ist die zweite Welle analog zu der ersten Welle gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungen gelagert.
Außenzahnradpumpen eignen sich sehr gut für die Anwendung in
Abwärmerückgewinnungssystemen von Brennkraftmaschinen. Derartige Abwärmerückgewinnungssysteme verwenden oft niederviskose Arbeitsmedien, bei welchen die Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilms erschwert ist. Ein geringes Lagerspiel in den Gleitlagern sorgt dann dennoch für einen
hydrodynamischen Schmierfilm. 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 und eine
Expansionsmaschine 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 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
Fig. 3 einen Wellenabschnitt einer Welle einer erfindungsgemäßen
Außenzahnradpumpe in einem Ausführungsbeispiel, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig.l 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 11 und ein zweites Zahnrad 12 kämmend miteinander angeordnet. Das erste Zahnrad 11 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 11, 12 und sind mit diesem fest verbunden, beispielsweise durch je einen Pressverband. Beiderseits der Zahnräder 11, 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 11, 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 und bilden mit den zugehörigen Wellenabschnitten der beiden Wellen 21, 22 jeweils ein
Gleitlager aus. 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 11, 12 zusammen. Die Anschlagfläche 31 lagert beide Zahnräder 11, 12 in der axialen Richtung zum
Bodenflansch 4 orientiert; die weitere Anschlagfläche 42 lagert beide Zahnräder 11, 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.
Erfindungsgemäß ist die Außenzahnradpumpe 1 nun so weitergebildet, dass sie insbesondere bei niederviskosen Arbeitsmedien von
Abwärmerückgewinnungssystemen, wie beispielsweise Ethanol oder Kältemittel, einen lediglich geringen Verschleiß an den Radiallagern bzw. Gleitlagern und eine große Lebensdauer aufweist.
Dazu zeigt Fig.2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen
Außenzahnradpumpe 1 im Bereich durch die Längsachsen der beiden Wellen 21, 22. Das Zahnradpaar, also die beiden Zahnräder 11, 12, wird mittels
Gleitlagerung radial gelagert. In der Ausführung der Fig.2 erfolgt die Lagerung in zwei Lagerbrillen 30, 40. Optional können auch Lagerbuchsen verwendet werden, wie in Fig.l 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 11, 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. Zwischen der ersten Welle 21 und der Lagerbrille 30 ist ein erster Wellendichtring 16 angeordnet. Weiterhin ist zwischen der ersten Welle 21 und dem Bodenflansch 4 ein zweiter
Wellendichtring 17 angeordnet, um 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 Lagerbohrungen 51, 52, 53, 54 wirken jeweils mit einem Wellenabschnitt
211, 212 der ersten Welle 21 bzw. mit einem Wellenabschnitt 221, 222 der zweiten Welle 22 zusammen und bilden so vier Gleitlager 101, 102, 103, 104 aus. Die Lagerbohrungen 51, 52, 53, 54 können dabei in den Lagerbrillen 30, 40 ausgebildet sein - so wie in Fig.2 dargestellt - oder aber auch in
entsprechenden Lagerbuchsen 9, welche vorzugsweise in die Lagerbrillen 30, 40 eingepresst sind.
Erfindungsgemäß sind nun ein oder mehrere Wellenabschnitte 211, 212, 221, 222 ballig bzw. konvex gestaltet, so dass die Kontaktpressungen an den jeweiligen axialen Enden der betreffenden Gleitlager 101, 102, 103, 104 minimiert sind. Aufgrund der Durchbiegung der Wellen 21, 22 kommt es zum Verkippen der Wellenabschnitte 211, 212, 221, 222 im jeweiligen Gleitlager 101, 102, 103, 104. Dieser Effekt kann zu einer Kantenberührung der Welle 21, 22 im Gleitlager 101, 102, 103, 104 führen; es entstehen sogenannte Kantenträger, also Kontaktdruckspitzen. Generell tritt dieser Effekt auch bei Singularitäten an der Kante des Kontaktbereichs zwischen Wellenabschnitt 211, 212, 221, 222 und zugehöriger Lagerbohrung 51, 52, 53, 54 auf. Beim Kantenträger kommt es dann zu sehr hohen Kontaktdrücken in der Berührstelle, die zu Verschleiß und einer Überhitzung und schließlich zum Ausfall der gesamten Lagerstelle des
Gleitlagers 101, 102, 103, 104 führen. Um dies zu vermeiden werden die Wellenabschnitte 211, 212, 221, 222 leicht ballig bzw. konvex ausgeführt.
Fig.3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Balligkeit des Wellenabschnitts 211, 212, 221, 222. Der Wellenabschnitt 211, 212, 221, 222 für das
entsprechende Gleitlager 101, 102, 103, 104 weist die Länge I auf. Der
Wellenabschnitt 211, 212, 221, 222 umfasst drei Bereiche: einen mittleren Bereich 211_1, 212_1, 221_1, 222_1
einen ersten Randbereich 211_2, 212_2, 221_2, 222_2
einen zweiten Randbereich 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 Der mittlere Bereich 211_1, 212_1, 221_1, 222_1 ist zylindrisch gestaltet, weist die Breite bo auf und ist zwischen dem ersten Randbereich 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 und dem zweiten Randbereich 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 angeordnet. Der erste Randbereich 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 und der zweite Randbereich 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 sind konvex gestaltet und weisen jeweils die Breite bi auf. Die Länge I des Wellenabschnitts 211, 212, 221, 222 ergibt sich somit zu:
Der erste Randbereich 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 und der zweite Randbereich 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 sind konvex bzw. ballig gestaltet, indem sie im
Schnitt der Fig.3 jeweils einen Radius R aufweisen, so dass der Durchmesser der beiden Randbereiche 211_2, 212_2, 221_2, 222_2, 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 ausgehend vom mittleren Bereich 211_1, 212_1, 221_1, 222_1 stetig abnimmt, nämlich vom Durchmesser Do des mittleren Bereichs 211_1, 212_1, 221_1, 222_1 zum verringerten Durchmesser Di an beiden Enden des
Wellenabschnitts 211, 212, 221, 222. Somit weist die Balligkeit des
Wellenabschnitts 211, 212, 221, 222 eine Tiefe t auf, welche vorzugsweise 3 μηη bis 10 μηη beträgt, wobei t = (Do-Di)/2. In alternativen Ausführungen kann die Konvexität des Wellenabschnitts 211, 212,
221, 222 auch durch eine Kantenrücknahme der Tiefe t realisiert werden. Der erste Randbereich 211_2, 212_2, 221_2, 222_2 und der zweite Randbereich 211_3, 212_3, 221_3, 222_3 weisen dann in der Schnittdarstellung keinen Radius R auf, sondern eine Linie.

Claims

Ansprüche
Außenzahnradpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), wobei in dem Pumpengehäuse (2) ein Arbeitsraum (6) ausgebildet ist, 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 an der ersten Welle (21) ein Wellenabschnitt (211, 212) ausgebildet ist, wobei der Wellenabschnitt (211, 212) mit einer Lagerbohrung (51) radial zusammenwirkt und dadurch ein Gleitlager (101) ausbildet,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (211, 212) konvex ausgeführt ist.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wellenabschnitt (211, 212) einen zylindrischen mittleren Bereich (211_1, 212_1), einen sich verjüngenden ersten Randbereich (211_2, 212_2) und einen sich verjüngenden zweiten Randbereich (211_3, 212_3) aufweist.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Randbereich (211_2, 212_2) und der zweite Randbereich (211_3, 212_3) jeweils konvex ausgeführt sind.
Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 2 oder 3
dadurch gekennzeichnet, dass
der mittlere Bereich (211_1, 212_1) einen Durchmesser Do aufweist und dass der Wellenabschnitt (211, 212) an seinen beiden Enden einen demgegenüber verringerten Durchmesser Di aufweist.
5. Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerbohrung (51) in einer Lagerbrille (30) ausgebildet ist.
6. Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerbohrung (51) in einer Lagerbuchse (9) ausgebildet ist.
7. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerbuchse (51) in eine Lagerbrille (30) eingepresst ist.
8. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 5 oder 7
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerbrille (30) mittels einer Axialfelddichtung (18) in dem
Pumpengehäuse (2) gelagert ist.
9. Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8
dadurch gekennzeichnet, dass
an der ersten Welle (21) ein erster Wellenabschnitt (211) und ein zweiter Wellenabschnitt (212) ausgebildet sind, wobei das erste Zahnrad (11) zwischen dem ersten Wellenabschnitt (211) und dem zweiten
Wellenabschnitt (212) angeordnet ist, wobei der erste Wellenabschnitt (211) mit einer ersten Lagerbohrung (51) radial zusammenwirkt und dadurch eine erstes Gleitlager (101) ausbildet und wobei der zweite Wellenabschnitt (212) mit einer zweiten Lagerbohrung (52) radial zusammenwirkt und dadurch eine zweites Gleitlager (102) ausbildet, wobei beide Wellenabschnitte (211, 212) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt sind.
10. Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Welle (22) analog zu der ersten Welle (21) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8 gelagert ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2772638A (en) * 1950-09-13 1956-12-04 John L Nagely Gear pump or motor
DE102015224659A1 (de) 2015-12-09 2017-06-14 Robert Bosch Gmbh Zahnradpumpe für ein Abwärmerückgewinnungssystem

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