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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere ausgeführt als Speisefluidpumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Fluidförderpumpen sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als Außenzahnradpumpen aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 045 030 A1 .
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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 gegenüber den aggressiven Medien von Abwärmerückgewinnungssystemen geschützt werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe, insbesondere verwendet als eine Speisefluidpumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems, hat demgegenüber den Vorteil, dass sie bei sehr aggressiven Medien eingesetzt werden kann.
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Dazu umfasst die Zahnradpumpe ein Pumpengehäuse. In dem Pumpengehäuse ist ein Arbeitsraum ausgebildet, wobei in dem Arbeitsraum ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad miteinander kämmend angeordnet sind. Das Pumpengehäuse weist ein Innengehäuse auf, wobei das Innengehäuse den Arbeitsraum begrenzt.
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Dadurch kann das den Arbeitsraum begrenzende Innengehäuse so gestaltet werden, dass es besonders robust gegenüber einem Arbeitsmedium ist, welches durch den Arbeitsraum strömt.
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Vorteilhafterweise ist das Innengehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgeführt, vorzugsweise aus PEEK. Viele thermoplastische Kunststoffe sind sehr resistent gegenüber aggressiven Medien. Weiterhin korrodieren Kunststoffe nicht. Die Lebensdauer der Zahnradpumpe wird dadurch erhöht. Insbesondere in der Anwendung für Arbeitsmedien eines Abwärmerückgewinnungssystems sind thermoplastische Kunststoffe daher sehr geeignet.
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In vorteilhaften Ausführungen ist das Innengehäuse als Spritzgussteil ausgeführt. Dadurch können sehr komplexe Geometrien sehr kostengünstig hergestellt werden. Die Maße des Innengehäuses können dadurch vergleichsweise eng toleriert werden, so dass eine hohe Laufruhe der Zahnräder und ein geringer Verschleiß von Zahnrädern und Innengehäuse sowie ein hoher Wirkungsgrad der Pumpe sichergestellt ist.
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Vorteilhafterweise ist das Innengehäuse in das Pumpengehäuse eingepresst. Dies ist zum einen eine sehr kostengünstige und feste Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Innengehäuse. Zum anderen kann das Innengehäuse mit sehr engen Toleranzen, speziell bezüglich des Arbeitsraums bzw. der beiden Zahnräder, innerhalb des Pumpengehäuses positioniert werden. Die Verbindung zu weiteren Teilen, beispielsweise zum Antrieb der Zahnradpumpe, kann dadurch sehr exakt ausgeführt werden. Hohe Laufruhe, geringer Verschleiß und Erhöhung der Lebensdauer sind die Folge.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Innengehäuse einen Sicherungskonus auf. Der Sicherungskonus ist von einer am Pumpengehäuse ausgebildeten Schulter hinterschnitten. Dadurch ist das Innengehäuse sehr genau in dem Pumpengehäuse fixiert, und diese Positionierung wird auch über größere Temperaturänderungen beibehalten. Unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Pumpengehäuse und Innengehäuse können so ausgeglichen werden.
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In vorteilhaften Ausführungen sind in dem Innengehäuse ein Einlasskanal und/oder ein Auslasskanal ausgebildet. Dadurch ist die Fluidzufuhr in den Arbeitsraum bzw. die Fluidabfuhr aus dem Arbeitsraum sehr einfach und kostengünstig in dem Innengehäuse angeordnet. Weiterhin ist das Innengehäuse ohnehin chemikalienbeständig gestaltet, so dass keine zusätzlichen Bauteile, beispielsweise das Pumpengehäuse, ebenso chemikalienbeständig gestaltet werden müssen.
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Vorteilhafterweise ist der Sicherungskonus den Einlasskanal oder den Auslasskanal umgebend angeordnet. Dadurch werden bauraumsparend zwei Funktionen in dem Sicherungskonus vereinigt: die Ausbildung eines Fluidkanals – Einlass- bzw. Auslasskanal – und die Fixierung des Innengehäuses im Pumpengehäuse.
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In vorteilhaften Ausführungen weist die Zahnradpumpe eine Sicherungsschraube auf, wobei die Sicherungsschraube das Innengehäuse in dem Pumpengehäuse fixiert. Vorzugsweise ist das Innengehäuse dabei in das Pumpengehäuse eingepresst. Dadurch ist das Innengehäuse sehr fest in dem Pumpengehäuse fixiert. Diese Positionierung wird auch über größere Temperaturänderungen beibehalten, so dass unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Pumpengehäuse und Innengehäuse damit ausgeglichen werden können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Sicherungsschraube ein Fluidkanal ausgebildet. Vorzugsweise mündet der Fluidkanal in den Einlasskanal oder in den Auslasskanal. In vorteilhaften Ausführungen ist die Sicherungsschraube Bestandteil einer Druckleitung, welche an die Zahnradpumpe zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Arbeitsmediums angeschlossen wird. Dadurch wird die Fluidversorgung der Zahnradpumpe auf einfache Weise gewährleistet und gleichzeitig das Innengehäuse im Pumpengehäuse gesichert.
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In vorteilhaften Ausführungen weist die Zahnradpumpe einen Deckel auf. Der Deckel begrenzt den Arbeitsraum und ist unter Zwischenlage einer Dichtung mit dem Innengehäuse verspannt. Dadurch wird der Arbeitsraum auf einfache Weise verschlossen und mediendicht zur Umgebung abgedichtet.
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In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Dichtung auf das Innengehäuse aufgespritzt oder aufgedruckt. Dadurch entfällt zum einen kostengünstig eine Nut zum Einlegen der Dichtung, zum anderen ist die Montage vereinfacht. Die Fertigungskosten für die Zahnradpumpe werden somit gesenkt.
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In vorteilhaften Ausführungen weist das Innengehäuse einen Gehäuseboden auf. Der Gehäuseboden begrenzt den Arbeitsraum und wirkt mit dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad in axialer Richtung zusammen. Dadurch ist der Arbeitsraum nur noch zu einer Seite geöffnet und an den restlichen Seiten mit dem chemikalienbeständigen Material des Innengehäuses umgeben. Vorzugsweise wird die eine offene Seite durch den Deckel unter Zwischenlage der Dichtung verschlossen. Der Deckel ist vorzugsweise ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere PEEK, ausgeführt.
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In vorteilhaften Ausführungen ist die Zahnradpumpe als Außenzahnradpumpe ausgeführt. Das erste Zahnrad ist mit einer ersten Welle verbunden und das zweite Zahnrad mit einer zweiten Welle. Die Außenzahnradpumpe ist eine kostengünstige Ausführung der Zahnradpumpe, bei der auf das Pumpengehäuse bzw. auf das Innengehäuse nur vergleichsweise geringe Kräfte wirken. Dadurch kann das Innengehäuse aus einem vergleichsweise weichen Material, beispielsweise Kunststoff, ausgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die erste Welle und die zweite Welle in einer Lagerbrille gelagert. Die Lagerbrille ist in dem Innengehäuse angeordnet, beispielsweise eingepresst. In einer alternativen Ausführung ist die Lagerbrille schwimmend, also mit geringem Spiel, in dem Innengehäuse gelagert. Beim Einlaufen der Zahnradpumpe wird zwischen den Stirnseiten der Zahnräder und dem vergleichsweise weichen Innengehäuse ein Span gezogen, welcher einen Nullspalt zwischen den Zahnrädern und dem Innengehäuse realisiert.
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Durch die Lagerung in einer Lagerbrille wird eine günstige Lagerung der beiden Wellen realisiert, die gleichzeitig sehr enge Toleranzen einhalten kann und somit eine hohe Laufruhe und geringen Verschleiß der Zahnradpumpe sicherstellt.
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Vorzugsweise sind die beiden Wellen parallel zueinander angeordnet. Durch die parallele Lagerung wird ein sehr guter Parallellauf der beiden Zahnräder zueinander erzielt. Dadurch ist der Zahneingriff der beiden Zahnräder optimiert. Demzufolge ist der volumetrische Wirkungsgrad der Außenzahnradpumpe maximiert und die Leckage minimiert. Weiterhin kann die Lagerbrille, zumindest an ihren Außenflächen, ebenfalls aus einem chemikalienbeständigen Material gefertigt werden und somit innerhalb des Arbeitsraums angeordnet werden.
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Entsprechend der oben genannten Vorteile ist die Lagerbrille aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise PEEK, ausgeführt. Dadurch weist auch die Lagerbrille eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf.
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Zahnradpumpen eignen sich sehr gut für die Anwendung in Abwärmerückgewinnungssystemen von Brennkraftmaschinen. Daher ist die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 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 Zahnradpumpe mit den vorhergehend beschriebenen Merkmalen ausgeführt.
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Neben der hohen Chemikalienbeständigkeit weist die Zahnradpumpe eine robuste Bauart und eine kostengünstige Fertigung auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine Außenzahnradpumpe des Stands der Technik in Explosionsdarstellung, wobei nur die wesentlichen Bereich dargestellt sind,
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2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
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3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
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4 ein Innengehäuse eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
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5 schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine als Außenzahnradpumpe ausgeführte Zahnradpumpe 1 aus dem Stand der Technik in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Zahnradpumpe 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.
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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.
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Die beiden Wellen 21, 22 ragen jeweils durch das ihnen zugeordnete Zahnrad 11, 12 und sind mit diesem fest verbunden. 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.
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Die vier Lagerbuchsen 9 haben jeweils eine Radiallagerfunktion. Die Axiallagerfunktion wird durch 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.
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Zur Abdichtung des Arbeitsraums 6 zur Umgebung sind zwei Dichtungen am Pumpengehäuse 2 angeordnet: Eine Dichtung 28 zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Deckel 3, und eine weitere Dichtung 29 zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Bodenflansch 4. Beide Dichtungen 28, 29 verlaufen etwa ringförmig über den Umfang des Pumpengehäuses 28, 29 und sind üblicherweise in entsprechenden Nuten angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist die Zahnradpumpe 1 nun so gestaltet, dass sie resistent gegenüber aggressiven Medien, insbesondere gegenüber Arbeitsmedien von Abwärmerückgewinnungssystemen, beispielsweise Ethanol, ausgeführt ist.
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Dazu zeigt 2 einen Schnitt im Bereich der Zahnräder 11, 12 durch eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1. Ein Innengehäuse 60 ist in das Pumpengehäuse 2 eingepresst oder eingespritzt und begrenzt den Arbeitsraum 6. Die beiden Zahnräder 11, 12 sind dementsprechend innerhalb des Innengehäuses 60, also im Arbeitsraum 6, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Zahnradpumpe 1 als Außenzahnradpumpe ausgebildet; demzufolge fördern die beiden Zahnräder 11, 12 das Arbeitsmedium entlang einer Innenwand 61 des Innengehäuses 60.
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Das Material des Innengehäuses 60 ist nun so ausgeführt, dass es eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber dem Arbeitsmedium aufweist. Das Arbeitsmedium kann beispielsweise Ethanol sein. Daher eignet sich ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere PEEK (Polyetheretherketon), sehr gut als Material des Innengehäuses 60. Dadurch weist das Innengehäuse 60 eine hohe chemische Beständigkeit auf und gleichzeitig werden die notwendigen Funktionen der Zahnradpumpe 1, wie Einlaufverhalten, Gewichtsersparnis und kostengünstige Fertigung erhalten. Zudem ist der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten von PEEK zu einem metallischen Material des festigkeitsunterstützenden Pumpengehäuses 2 vergleichsweise gering, so dass die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 ist aufgrund des Innengehäuses 60 sehr chemikalienbeständig, weist aber dennoch eine hohe Festigkeit bzw. Steifigkeit aufgrund des Materials des Pumpengehäuses 2, beispielsweise Aluminium, auf. Weiterhin sind die Kosten durch das vergleichsweise günstige Pumpengehäuse 2 für die gesamte Zahnradpumpe 1 immer noch günstig.
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2 zeigt weiterhin einen Einlasskanal 71 und einen Auslasskanal 72 der Zahnradpumpe 1, welche in den Arbeitsraum 6 der Zahnradpumpe 1 münden. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind der Einlasskanal 71 und der Auslasskanal 72 in dem Innengehäuse 60 ausgebildet. In alternativen Ausführungsbeispielen können der Einlasskanal 71 und der Auslasskanal 72 jedoch auch anderweitig gestaltet sein, beispielsweise im Deckel 3 oder im Bodenflansch 4 ausgebildet.
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Die Ausführung der 2 weist vorteilhafterweise zwei Hinterschnitte auf, um das eingepresste Innengehäuse 60 im Pumpengehäuse 2 zu fixieren: einen auslassseitigen Sicherungskonus 75 und einen einlassseitigen Sicherungskegel 76. Der Sicherungskonus 75 und der Sicherungskegel 76 sind so gestaltet, dass sie von entsprechenden Schultern 75a, 76a des Pumpengehäuses 2 hinterschnitten werden und so auch bei größeren Temperaturgradienten das Innengehäuse 60 exakt im Pumpengehäuse 2 positionieren. Dadurch können auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Pumpengehäuse 2 und Innengehäuse 60 ausgeglichen werden. Alternativ kann auch jeweils nur ein Hinterschnitt als Sicherungsgeometrie verwendet werden.
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Vorteilhafterweise umgeben der Sicherungskonus 75 und der Sicherungskegel 76 den Auslasskanal 72 bzw. den Einlasskanal 71. Dadurch sind der Sicherungskonus 75 und der Sicherungskegel 76 bauraumsparend in der Zahnradpumpe 1 angeordnet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Bohrung des Auslasskanals 72 mit einem Innengewinde 78 versehen. Dadurch kann eine Druckleitung an den Auslasskanal 72 angeschlossen werden; gleichzeitig wird beim Anschluss der Druckleitung das Innengehäuse 60 im Bereich des Innengewindes 78 radial nach außen gegen das Pumpengehäuse 2 gepresst und dadurch die Verbindung zwischen Innengehäuse 60 und Pumpengehäuse 2 noch fester gestaltet. Vorzugsweise ist analog auch die Bohrung des Einlasskanals 71 mit einem weiteren, nicht dargestellten Innengewinde versehen.
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Die beiden dargestellten Hinterschnitte 75, 76 der Ausführung der 2 können sehr gut mit einem als Kunststoff ausgeführten Innengehäuse 60 dargestellt werden. Als Fertigungsverfahren wird dazu vorzugsweise ein Spritzgussverfahren verwendet.
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3 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. In dieser Ausführung umgreift das Innengehäuse 60 auch die Lagerbrille 30, 40 bzw. beide Lagerbrillen 30, 40, abhängig davon ob die Zahnradpumpe 1 eine oder zwei Lagerbrillen 30, 40 aufweist. Die Lagerbrillen 30, 40 sind demzufolge ebenfalls dem Arbeitsmedium ausgesetzt und müssen entsprechend chemikalienbeständig gestaltet sein.
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Zur Abdichtung des Arbeitsraums 6 und der darin angeordneten Zahnräder 11, 12 und Lagerbrillen 30, 40 sind ein oder zwei Dichtungen 28, 29 stirnseitig auf das Innengehäuse 60 aufgelegt bzw. aufgespritzt. Ist das Innengehäuse 60 mit einem Gehäuseboden versehen, so ist lediglich eine Dichtung 28, 29 notwendig, andernfalls zwei Dichtungen 28, 29, wie in 1 dargestellt. Ein Innengehäuse 60 mit einem Gehäuseboden wird in 4 noch näher beschrieben.
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Ist das Innengehäuse 60 zu beiden Stirnseiten offen gestaltet, so sind zwei Dichtungen 28, 29 zur Abdichtung des Arbeitsmediums angeordnet: die Dichtung 28 zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Deckel 3, und die weitere Dichtung 29 zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Bodenflansch 4. Beide Dichtungen 28, 29 verlaufen etwa ringförmig über den Umfang des Pumpengehäuses 28, 29. Sie sind üblicherweise in entsprechenden Nuten angeordnet oder durch Aufspritzen als Weichdichtungen gestaltet. Alternativ können die Dichtungen 28, 29 auch auf das Innengehäuse 60 aufgedruckt sein.
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Vorteilhafterweise gleichen die Dichtungen 28, 29 unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile der Zahnradpumpe 1 aus, so dass die Abdichtung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 6 auch bei sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen gewährleistet ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist das Innengehäuse 60 in das Pumpengehäuse 2 eingepresst und mit einer Sicherungsschraube 79 zusätzlich innerhalb des Pumpengehäuses 2 fixiert. Optional kann in der Sicherungsschraube 79 auch ein Fluidkanal ausgebildet sein, welcher hydraulisch mit dem Einlasskanal 71 oder dem Auslasskanal 72 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Sicherungsschraube 79 dann Bestandteil einer mit der Zahnradpumpe 1 verbundenen Druckleitung. Die Sicherungsschraube 79 kann dabei beispielsweise in ein Innengewinde 78, wie in 2 dargestellt, eingeschraubt werden.
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4 zeigt das Innengehäuse 60 einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe 1. Das Innengehäuse 60 begrenzt durch seine Innenwand 61 den Arbeitsraum 6, also den Arbeitsraum der Zahnradpumpe 1. Eine am Innengehäuse 60 ausgebildete Außenwand 62 wirkt mit einer entsprechenden Innenkontur des nicht dargestellten Pumpengehäuses 2 zusammen, beispielsweise indem eine Pressverbindung gebildet wird. Weiterhin weist das Innengehäuse 60 eine Stirnfläche 63 auf, welche mit dem nicht dargestellten Deckel 3, gegebenenfalls unter Zwischenlage der Dichtung 28, oder mit dem nicht dargestellten Bodenflansch 4, gegebenenfalls unter Zwischenlage der weiteren Dichtung 29, zusammenwirkt.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 sind der Einlasskanal 71 und der Auslasskanal 72 in dem Innengehäuse 60 ausgebildet, und zwar zwischen der Innenwand 61 und der Außenwand 62 in im Wesentlichen radialer Richtung verlaufend.
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In der Ausführung der 4 weist das Innengehäuse 60 auch einen geschlossenen Gehäuseboden 64 auf, der den Arbeitsraum 6 begrenzt. Der Gehäuseboden 64 dient für die beiden Zahnräder 11, 12 als Lauffläche bzw. als Anschlagfläche in einer axialen Richtung. Anders als in 1 dargestellt weist die Zahnradpumpe 1 in dieser Ausführung dann lediglich eine Lagerbrille 30, 40 auf, die andere Lagerbrille 30, 40 entfällt.
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In alternativen Ausführungen kann der Gehäuseboden 64 des Innengehäuses 60 entfallen, und der Einlasskanal 71 und der Auslasskanal 72 können anderweitig angeordnet sein.
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Generell kann die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 auch als Innenzahnradpumpe ausgeführt sein. Dann weist das Innengehäuse 60 vorzugsweise den Gehäuseboden 64 auf, da eine radiale Lagerung der Zahnräder 11, 12 – genauer die Lagerung des äußeren Zahnrads – dann üblicherweise an der Innenwand 61 des Innengehäuses 60 erfolgt. Ein beidseitig offenes Innengehäuse 60 wäre demzufolge nicht erforderlich.
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5 zeigt ein Abwärmerückgewinnungssystem 100 einer Brennkraftmaschine 110. Der Brennkraftmaschine 110 wird Sauerstoff über eine Luftzufuhr 112 zugeführt; das nach dem Verbrennungsvorgang ausgestoßene Abgas wird durch eine Abgasleitung 111 aus der Brennkraftmaschine 110 abgeführt.
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Das Abwärmerückgewinnungssystem 100 weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf 100a auf, der in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe 102, einen Verdampfer 103, eine Expansionsmaschine 104 und einen Kondensator 105 umfasst. Das Arbeitsmedium kann nach Bedarf über eine Stichleitung aus einem Sammelbehälter 101 und eine Ventileinheit 101a in den Kreislauf 100a eingespeist werden. Der Sammelbehälter 101 kann dabei alternativ auch in den Kreislauf 100a eingebunden sein.
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Der Verdampfer 103 ist an die Abgasleitung 111 der Brennkraftmaschine 110 angeschlossen, nutzt also die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine 110.
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Flüssiges Arbeitsmedium wird durch die Speisefluidpumpe 102, gegebenenfalls aus dem Sammelbehälter 101, in den Verdampfer 103 gefördert und dort durch die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine 110 verdampft. Das verdampfte Arbeitsmedium wird anschließend in der Expansionsmaschine 104 unter Abgabe mechanischer Energie, beispielsweise an einen nicht dargestellten Generator oder an ein nicht dargestelltes Getriebe, entspannt. Anschließend wird das Arbeitsmedium im Kondensator 105 wieder verflüssigt und in den Sammelbehälter 101 zurückgeführt bzw. der Speisefluidpumpe 102 zugeführt.
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Die Funktionsweise der Zahnradpumpe 1 ist wie folgt:
Eines der beiden Zahnräder 11, 12 wird durch die entsprechende Welle 21, 22 angetrieben, so dass durch den Zahneingriff die beiden Zahnräder 11, 12 miteinander kämmen. Ersatzweise kann der Antrieb auch anderweitig, beispielsweise elektromechanisch, erfolgen. Im Beispiel der 2 ist die Zahnradpumpe 1 als Außenzahnradpumpe ausgeführt; demzufolge rotiert das erste Zahnrad 11 im Uhrzeigersinn und das zweite Zahnrad 12 entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch wird Arbeitsmedium zwischen den Zahnrädern 11, 12 und der Innenwand 61 des Innengehäuses 60 vom Einlasskanal 71 in den Arbeitsraum 6 und anschließend zum Auslasskanal 72 gefördert. Die entgegengesetzte Strömungsrichtung dichtet der Zahneingriff zwischen den beiden Zahnrädern 11, 12 ab. In Abhängigkeit des am Auslasskanal 72 anliegenden Drucks wird das Arbeitsmedium dabei im Arbeitsraum 6 verdichtet.
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Je nach Ausführungsform ist die Welle 21, 22 bzw. sind die Wellen 21, 22 nur auf einer Seite der Zahnräder 11, 12 oder beidseitig der Zahnräder 11, 12 gelagert. Demzufolge werden für die Lagerung entweder nur eine Lagerbrille 30, 40 bzw. Lagerhülse oder zwei Lagerbrillen 30, 40 bzw. Lagerhülsen verwendet. Bei einer lediglich einseitigen Lagerung weist das Innengehäuse 60 vorteilhafterweise einen Gehäuseboden 64 auf und wird demzufolge nur auf der entgegengesetzten Stirnfläche 63 mit Hilfe einer Dichtung 28, 29 abgedichtet.
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Erfindungsgemäß eignen sich die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Zahnradpumpe 1 sehr gut für die Verwendung als Speisefluidpumpe 102 innerhalb des Abwärmerückgewinnungssystems 100, da das dort verwendete Arbeitsmedium sehr aggressiv ist und die Funktion der chemischen Beständigkeit für die Speisefluidpumpe 102 sehr wichtig ist. Das chemikalienbeständige Material des Innengehäuses 60, beispielsweise PEEK, schützt das Innengehäuse 60 und damit die Zahnradpumpe 1 vor Korrosion und verlängert dadurch die Lebensdauer des Innengehäuses 60 und somit auch die Lebensdauer der Zahnradpumpe 1, 102 bzw. des gesamten Abwärmerückgewinnungssystems 100.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045030 A1 [0002]
- DE 102013205648 A1 [0003]
