CN109642567A - 用于余热回收系统的外齿轮泵 - Google Patents

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CN109642567A CN201780053257.5A CN201780053257A CN109642567A CN 109642567 A CN109642567 A CN 109642567A CN 201780053257 A CN201780053257 A CN 201780053257A CN 109642567 A CN109642567 A CN 109642567A
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G·布雷登费尔德
J·布兰蔡辛
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Abstract

本发明涉及一种具有泵壳体(2)的外齿轮泵(1)。在所述泵壳体(2)中构造有入口(2a)、出口(2b)和工作室(6)。布置在第一轴(21)上的第一齿轮(11)和布置在第二轴(22)上的第二齿轮(12)相互啮合地布置在所述工作室(6)中。两个齿轮(11,12)具有，所述齿具有齿宽(b)。所述第一轴(21)在径向上支承在至少一个滑动轴承(61)中，并且其中，所述第二轴(22)在径向上支承在至少一个另外的滑动轴承(63)中。所述滑动轴承(61)具有轴承直径(D63)，并且，所述另外的滑动轴承(63)具有另外的轴承直径(D63)。在所述外齿轮泵(1)运行时，工作介质的输送体积(V)能够从所述入口(2a)被输送至所述出口(2b)。所述两个轴承直径(D61,D63)这样地设计，使得比例V/(D612*b)<1.1并且比例V/(D632*b)<1.1。

Description

用于余热回收系统的外齿轮泵
技术领域
本发明涉及一种外齿轮泵、尤其实施为内燃机的余热回收系统的供给流体泵。
背景技术
通常由现有技术已知流体输送泵，例如作为由公开文献DE 10 2009 045 030 A1已知的外齿轮泵。
此外，例如由公开文献DE 10 2013 205 648 A1也已知供给流体泵在内燃机的余热回收系统内的原理性布置。然而，已知的文件公开：供给流体泵如何也能够用余热回收系统的侵蚀性的工作介质以尽可能长的使用寿命运行，所述侵蚀性的工作介质具有非常低的粘性。
发明内容
与之相对地，根据本发明的外齿轮泵具有以下优点：该外齿轮泵可以被用于低粘性的、润滑差的工作介质并且对于这种工作介质也能够在滑动轴承中形成动液压润滑膜。由此显著提高轴承使用寿命。
为此，外齿轮泵具有泵壳体。在泵壳体中构造有入口、出口和工作室。布置在第一轴上的第一齿轮和布置在第二轴上的第二齿轮相互啮合地布置在工作室中。两个齿轮具有齿，所述齿具有齿宽b。第一轴在径向上支承在至少一个滑动轴承中，并且，第二轴在径向上支承在至少一个另外的滑动轴承中。滑动轴承具有轴承直径D61，并且，所述另外的滑动轴承具有另外的轴承直径D63。在外齿轮泵1运行时，工作介质的输送体积V能够从入口被输送至出口。两个轴承直径D61,D63这样地设计，使得比例V/(D61 2*b)<1.1并且比例V/(D63 2*b)<1.1。
此外有利地，比例V/(D61 2*b)>0.5，尤其大于1.0。与此类似地，比例V/(D63 2*b)>0.5，尤其大于1.0。即这两个比例不应变得任意小，因为接近零的输送体积V以及接近无穷大的尺寸对于根据本发明的外齿轮泵是没有意义的。
该外齿轮泵的设计与本领域技术人员的典型做法相反地进行，本领域技术人员希望在外齿轮泵组件的尺寸尽可能小的情况下实现尽可能大的输送体积V。
滑动轴承例如可以作为轴承孔构造在泵壳体中或者构造在布置在泵壳体中的轴承座圈或者轴承套筒中。输送体积V是在典型的运行点中被输送至出口的工作介质的体积。
由于由此所使用的、对于外齿轮泵的滑动轴承而言非典型的大轴承直径，能够输送低粘性的、润滑差的工作介质，而不必将滑动轴承相对于工作室严密地密封。甚至能够输送具有<<2mm2/s的运动学粘性的工作介质。通过该设计增大了轴和滑动轴承之间的接触面，使得在运行时可以在滑动轴承中形成动液压滑动膜。由此显著减小在滑动轴承中的磨损，并且与之相应地提高滑动轴承的使用寿命，并且从而也提高整个外齿轮泵的使用寿命。在最好的情况下，对于滑动轴承甚至可以省去昂贵的、尤其抗磨损的材料。
在优选的扩展方案中，所述滑动轴承和所述另外的滑动轴承的两个轴承直径一样大。由此可以统一进行两个滑动轴承的设计。此外，也可以选择一样大的齿轮，使得优化外齿轮泵的效率。
在有利的实施方式中，两个轴在径向上分别支承在两个滑动轴承中，有利地支承在齿轮两侧。上述设计公式，即V/(D2*b)<1.1，其中，D＝{D61；D62；D63；D64}适用于所有四个滑动轴承，其中，D61，D62，D63，D64为四个轴承直径。优选地，所有四个轴承直径也一样大：D61＝D62＝D63＝D64。
下面说明替代的或者也能够与之前设计组合的设计方案。在此，下面的设计方案与输送体积V无关。
为此，外齿轮泵具有泵壳体。在泵壳体中构造有入口、出口和工作室。布置在第一轴上的第一齿轮和布置在第二轴上的第二齿轮相互啮合地布置在工作室中。第一齿轮具有第一齿顶圆直径DK11，并且，第二齿轮具有第二齿顶圆直径DK12，其中，两个齿顶圆直径DK11,DK12优选一样大。第一轴在径向上支承在至少一个滑动轴承中，并且，第二轴在径向上支承在至少一个另外的滑动轴承中。两个轴以轴间距a相对彼此平行地布置。滑动轴承具有轴承直径D61，并且，所述另外的滑动轴承具有另外的轴承直径D63。两个轴承直径D61,D63这样地设计，使得比例(DK11*a)/D61 2<2.5并且比例(DK12*a)/D63 2<2.5。
此外有利地，比例(DK11*a)/D61 2>1.5，尤其大于2.0。与此类似地，比例(DK12*a)/D63 2>1.5，尤其大于2.0。即这两个比例不应变得任意小，因为齿顶圆直径和轴间距接近零以及轴承直径接近无穷大对于根据本发明的外齿轮泵是没有意义的。
外齿轮泵的设计与本领域技术人员的典型做法相反地进行，本领域技术人员将轴承直径总是实施得尽可能小。
在这些实施方式中，滑动轴承例如也可以作为轴承孔构造在泵壳体中，或者构造在布置在泵壳体中的轴承座圈或者轴承套筒中。
由于通过该设计方案所使用的、对于外齿轮泵的滑动轴承而言非典型的大轴承直径，能够输送低粘性的、润滑差的工作介质，而不必将滑动轴承相对于工作室严密地密封。上面已经说明的相同优点也适用。
同样地，也存在本发明的与上述相同的扩展方案：两个轴分别通过两个滑动轴承径向地支承并且对于所有滑动轴承使用同样大的轴承直径，其中，每个轴承直径应相应于本设计方案进行尺寸设计。
外齿轮泵很好地适用于在内燃机的余热回收系统中的应用。这种余热回收系统通常使用低粘性的、润滑差的工作介质。因此，根据本发明的外齿轮泵能够非常有利地使用在余热回收系统中。余热回收系统具有引导工作介质的回路，其中，该回路沿工作介质的流动方向包括供给流体泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器。在此，供给流体泵实施为具有之前所说明的特征的外齿轮泵。
附图说明
在下面参照附图详细地说明本发明的实施例。附图示出了：
图1在分解示图中的现有技术的外齿轮泵，其中，仅示出主要区域，
图2由现有技术的外齿轮泵的示意性的截面示图，
图3在纵截面中的外齿轮泵，其中，仅示出主要区域。
具体实施方式
在图1中以分解示图示出现有技术的外齿轮泵1。外齿轮泵1包括泵壳体2、盖3和底部法兰4。盖3和底部法兰4在中间放置泵壳体2的情况下通过四个螺钉5相互夹紧。泵壳体2、盖3和底部法兰4限界工作室6。
第一齿轮11和第二齿轮12相互啮合地布置在工作室6中。在此，两个齿轮11,12具有一定数量的齿，所述齿分别具有齿宽或者说齿宽b。第一齿轮11固定在第一轴21上并且第二齿轮12固定在与第一轴21平行的第二轴22上。在此，第一轴21用作驱动轴并且与未示出的驱动装置连接，例如与内燃机的曲轴连接。为此，第一轴21穿过底部法兰4伸出。
两个轴21,22分别穿过配属于它们的齿轮11,12伸出并且与所述齿轮牢固地连接，例如通过各一个压配合连接。轴21,22在齿轮11,12两侧支承。该支承通过两个轴承座圈30,40实现，其中，轴承座圈30,40布置在工作室6中：轴承座圈30与底部法兰4相邻地布置并且另一轴承座圈40与盖3相邻地布置。两个轴承套筒9分别被压入到两个轴承座圈30,40中。轴承座圈30的轴承套筒9在驱动侧支承两个轴21,22并且另一轴承座圈40的轴承套筒9在齿轮11,12的与所述轴承座圈对置的一侧上支承两个轴21,22。因此，轴承套筒9构成用于两个轴21,22的滑动轴承。替代地，两个轴承套筒9也可以与轴承座圈30一件式地实施。相同情况也适用于另一轴承座圈40。
四个轴承套筒9分别具有径向轴承功能并且分别构成滑动轴承，所述滑动轴承具有配属于它们的轴21,22。轴向轴承功能通过两个轴承座圈30,40实现：为此，轴承座圈30在端侧具有止挡面31并且另一轴承座圈40在端侧具有另一止挡面42。两个止挡面31,42与两个齿轮11,12共同作用。止挡面31沿朝底部法兰4的轴向方向取向地支承两个齿轮11,12；另一止挡面42沿朝盖3的轴向方向取向地支承两个齿轮11,12。
为了使工作室6相对于周围环境密封，两个密封件布置在泵壳体2上：一个密封件28布置在泵壳体2和底部法兰4之间，并且另一密封件29布置在泵壳体2和盖3之间。两个密封件28,29大致环形地在泵壳体28,29的周边上延伸并且通常布置在相应的槽中。
此外，在轴承座圈30和底部法兰4之间布置有轴向区域密封件18，并且在另一轴承座圈40和盖3之间布置有另一轴向区域密封件19。一方面，两个轴向区域密封件18,19构成两个轴承座圈30,40在泵壳体2内的轴向支承。另一方面，两个轴承座圈30,40的端侧或者说背侧由此与转速相关地或者被加载以压力区域的压力水平、或者被加载以抽吸区域的压力水平。
图2在示意性的截面示图中示出由现有技术已知的外齿轮泵1的作用原理。在泵壳体2中构造有入口2a和出口2b，所述入口和出口在对置侧上通到工作室6中。因此，工作介质的输送体积V在泵壳体2的壳体壁上在两个齿轮11,12的齿之间从入口2a被输送至出口2b。在此，输送体积V相应于在外齿轮泵1额定运行时所输送的体积，即在主要运行点中所输送的体积。因此，关于两个齿轮11,12的齿宽b产生比输送体积Vspec＝V/b。
在入口2a的区域中由此形成外齿轮泵1的具有低的第一压力水平(例如大气压)的抽吸区域，并且在出口2b的区域中形成外齿轮泵1的具有较高的第二压力水平、例如40bar的压力区域。在此，压力区域的第二压力水平取决于随后的流动拓扑结构、例如节流部位。
此外，示出第一齿轮11的齿顶圆直径DK11和第一齿轮12的齿顶圆直径DK12以及两个轴21,22之间的轴间距a。优选地，两个齿顶圆直径DK11，DK12一样大，并且两个齿轮11,12具有相同数量的齿。
图3示出根据本发明的外齿轮泵1的在穿过两个轴21,22的纵轴线区域中的横截面，所述两个轴以轴间距a相对彼此平行地布置。根据本发明，两个轴21,22的滑动轴承61,62,63,64的直径实施为比在常规外齿轮泵的情况下明显更大。由此，根据本发明的外齿轮泵1适用于低粘性(例如对于粘性<<2mm2/s)和润滑差的工作介质。因此，根据本发明的外齿轮泵1特别好地适用于使用在内燃机的余热回收系统中。
齿轮对、即两个齿轮11,12借助滑动轴承61,62,63,64支承。在图3的实施方式中，在两个两部分构成的轴承座圈30,40中进行支承。然而，两个轴承座圈30,40也可以一件式地实施。可选地，也可以使用轴承套筒，如在图1中简要示出的那样。此外，轴承座圈30和另一轴承座圈40在此可以不同地实施。
轴承座圈30通过轴向区域密封件18支撑在底部法兰4上，并且另一轴承座圈40通过另一轴向区域密封件19支撑在盖3上。因此，两个轴承座圈30,40即通过两个轴向区域密封件18,19和布置在所述两个轴向区域密封件之间的轴21,22和齿轮11,12支承在泵壳体2中。
在底部法兰4中构造有轴穿通部15。由此，外齿轮泵1的驱动轴(在这种情况下是第一轴21)可以从泵壳体2中引出并且耦合在驱动装置上，例如离合器或皮带上。
在轴承座圈30,40中构造有四个轴承孔51,52,53,54，使得第一轴21通过第一轴承孔51和通过第二轴承孔52支承并且使得第二轴22通过第三轴承孔53和通过第四轴承孔54支承。三个轴承孔52,53,54实施为盲孔，第一轴承孔51实施为通孔，使得实施为驱动轴的第一轴21可以从轴承座圈30中被导出。
四个轴承孔51,52,53,54分别构成用于轴21,22的滑动轴承61,62,63,64。第一轴21支承在两个滑动轴承61,62中，其中，两个滑动轴承61,62沿轴向方向观察布置在第一齿轮11的对置侧上。第二轴22支承在两个另外的滑动轴承63,64中，其中，所述两个另外的滑动轴承63,64沿轴向方向观察布置在第二齿轮12的对置侧上。
在替代的实施方式中，外齿轮泵1的每个轴21,22仅具有一个滑动轴承。即例如第一轴21在泵壳体2内仅通过滑动轴承61在径向上支承，并且第二轴22仅通过所述另外的滑动轴承63在径向上支承。
根据本发明，滑动轴承61,62,63,64与常规的设计相反地设有特别大的轴承直径D61,D62,D63,D64。各个轴承直径D61,D62,D63,D64这样地设计，使得适用：
·关于比输送体积Vspec：Vspec/D2<1.1
·关于输送体积V：V/(D2b)<1.1
其中，D＝{D61；D62；D63；D64}。
在此有利地，D61＝D62＝D63＝D64。
替代地或补充地，滑动轴承61,62,63,64的轴承直径D61,D62,D63,D64应根据两个齿轮11,12的齿顶圆直径DK11，DK12和根据两个轴21,22相对彼此的轴间距a设计。在此，应适用：(DK*a)/D2<2.5，其中，DK＝{DK11；DK12}并且D＝{D61；D62；D63；D64}。
轴21,22在滑动轴承61,62,63,64中的柱形接触面的圆周速度由此被如此程度地提高，使得在给定的低粘性工作介质和给定的外齿轮泵1的较小输送体积V的情况下，径向滑动支承在动液压运行中工作，即可以在轴21,22和滑动轴承61,62,63,64之间建立润滑膜。为此，力求滑动轴承61,62,63,64的轴承直径D61,D62,D63,D64尽可能大并且因此选择两个齿轮11,12的齿部，所述齿部一方面机械上流畅地滚动并且允许相对于泵壳体2、盖3和底部法兰4的足够的液压密封，而不产生过大的输送体积V，其中，输送体积V尤其应适用于余热回收系统。
在规划设计常见的、相应于现有技术的、用于通常较高粘性的工作介质的外齿轮泵时，不提出将外齿轮泵1设计为使得在轴21,22和滑动轴承61,62,63,64之间的滑动速度被极大提高的任务。在那里，即在给定输送体积的情况下，可以在紧凑的安装空间方面被优化，即朝滑动轴承尽可能小的方向优化。但是，在滑动轴承的接触中仍产生动液压润滑膜。
本发明这样限定，使得输送齿部的比输送体积Vspec(输送体积V[mm3]/齿宽[mm])与滑动轴承的轴承直径D平方的比例小于1.1。通常，相应于现有技术的泵具有为2和在2以上的这种比例。替代地，由齿顶圆直径DK和轴间距a的乘积除以轴承直径D平方的另一比例小于2.5。通常，相应于现有技术的泵具有为3和在3以上的这种另一比例。
在特别有利的实施方式中，根据本发明的外齿轮泵1布置在内燃机的余热回收系统中。氧气通过空气输送装置供应给内燃机；在燃烧过程之后排出的废气通过废气管路从内燃机被导出。
余热回收系统具有引导工作介质的回路，所述回路沿工作介质的流动方向包括供给流体泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器。工作介质可以根据需求经由从收集容器的分支管路和阀单元被供给到回路中。在此替代地，收集容器也可以被纳入到回路中。
蒸发器附接到内燃机的废气管路上，即利用内燃机废气的热能。
液态工作介质通过供给流体泵、必要时从收集容器被输送到蒸发器中并且在那里通过内燃机废气的热能蒸发。随后，蒸发的工作介质在膨胀机中在例如给未示出的发电机或者给未示出的变速器输出机械能的情况下释放压力。随后，工作介质在冷凝器中又被液化并且被引回到收集容器中或者被供应给供给流体泵。
在此，余热回收系统的供给流体泵是根据前述实施方式之一的外齿轮泵1。

Claims (11)

1.一种具有泵壳体(2)的外齿轮泵(1)，其中，在所述泵壳体(2)中构造有入口(2a)、出口(2b)和工作室(6)，其中，布置在第一轴(21)上的第一齿轮(11)和布置在第二轴(22)上的第二齿轮(12)相互啮合地布置在所述工作室(6)中，其中，两个齿轮(11,12)具有齿，所述齿具有齿宽(b)，其中，所述第一轴(21)在径向上支承在至少一个滑动轴承(61)中，并且其中，所述第二轴(22)在径向上支承在至少一个另外的滑动轴承(63)中，其中，所述滑动轴承(61)具有轴承直径(D61)，并且其中，所述另外的滑动轴承(63)具有另外的轴承直径(D63)，其中，在所述外齿轮泵(1)运行时，工作介质的输送体积(V)能够从所述入口(2a)被输送至所述出口(2b)，
其特征在于，
比例V/(D61 2*b)<1.1并且比例V/(D63 2*b)<1.1。
2.根据权利要求1所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
所述比例V/(D61 2*b)>0.5、尤其大于1.0，并且，所述比例V/(D63 2*b)>0.5、尤其大于1.0。
3.根据权利要求1或2所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
所述轴承直径D61和所述另外的滑动轴承D63一样大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
所述两个轴(21,22)分别在径向上支承在两个滑动轴承(61,62,63,64)中，其中，对于每个轴承直径(D61,D62,D63,D64)适用：V/(D2*b)<1.1，其中D＝{D61；D62；D63；D64}。
5.根据权利要求4所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
此外适用：D61＝D62＝D63＝D64。
6.一种具有泵壳体(2)的外齿轮泵(1)，其中，在所述泵壳体(2)中构造有入口(2a)、出口(2b)和工作室(6)，其中，布置在第一轴(21)上的第一齿轮(11)和布置在第二轴(22)上的第二齿轮(12)相互啮合地布置在所述工作室(6)中，其中，所述第一齿轮(11)具有第一齿顶圆直径(DK11)，并且，所述第二齿轮(12)具有第二齿顶圆直径(DK12)，其中，所述第一轴(21)在径向上支承在至少一个滑动轴承(61)中，并且其中，所述第二轴(22)在径向上支承在至少一个另外的滑动轴承(63)中，其中，两个轴(11,12)隔开轴间距(a)相对彼此平行地布置，其中，所述滑动轴承(61)具有轴承直径(D61)，并且其中，所述另外的滑动轴承(63)具有另外的轴承直径(D63)，
其特征在于，
比例(DK11*a)/D61 2<2.5并且比例(DK12*a)/D63 2<2.5。
7.根据权利要求6所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
所述比例(DK11*a)/D61 2>1.5、尤其>2.0，并且，所述比例(DK12*a)/D63 2>1.5、尤其>2.0。
8.根据权利要求6或7所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
所述轴承直径D61和所述另外的轴承直径D63一样大。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
所述两个轴(21,22)在径向上分别支承在两个滑动轴承(61,62,63,64)中，其中，对于每个轴承直径(D61,D62,D63,D64)适用：(DK*a)/D2<2.5，其中DK＝{DK11；DK12}并且其中D＝{D61；D62；D63；D64}。
10.根据权利要求9所述的外齿轮泵(1)，
其特征在于，
此外适用：D61＝D62＝D63＝D64。
11.一种具有引导工作介质的回路的余热回收系统，其中，所述回路沿所述工作介质的流动方向包括供给流体泵、蒸发器、膨胀机(104)和冷凝器，
其特征在于，
所述供给流体泵实施为根据权利要求1至10中任一项所述的外齿轮泵(1)。
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