DE102017218315A1 - External gear pump for a waste heat recovery system - Google Patents

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Abstract

Außenzahnradpumpe (1), insbesondere für ein Abwärmerückgewinnungssystem. Die Außenzahnradpumpe (1) umfasst ein Pumpengehäuse (2), wobei das Pumpengehäuse (2) einen Arbeitsraum (6) begrenzt. In dem Arbeitsraum (6) sind ein erstes Zahnrad (11) und ein zweites Zahnrad (12) miteinander kämmend angeordnet. Das erste Zahnrad (11) ist auf einer ersten Welle (21) und das zweite Zahnrad (12) ist auf einer zur ersten Welle (21) parallelen zweiten Welle (22) angeordnet. Die erste Welle (21) und die zweite Welle (22) sind in einer Lagerbrille (30, 40) gelagert. An der ersten Welle (21) ist eine Mehrzahl von Wellenstufen (211, 212, 213, 214) zur Lagerung in der Lagerbrille (30, 40) ausgebildet, und an der zweiten Welle (22) ist eine Mehrzahl von weiteren Wellenstufen (221, 222, 223, 224) zur Lagerung in der Lagerbrille (30, 40) ausgebildet. Beide Mehrzahlen von Wellenstufen (211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224) weisen jeweils alternierende Durchmesser auf. Jeweils eine Wellenstufe (211, 212, 213, 214) der ersten Welle (21) und eine weitere Wellenstufe (221, 222, 223, 224) der zweiten Welle (22) sind in einer Ebene angeordnet, wobei in einer Ebene eine der beiden Wellenstufen (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) mit kleinerem Durchmesser und die andere der beiden Wellenstufen (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) mit größerem Durchmesser ausgeführt sind.External gear pump (1), in particular for a waste heat recovery system. The external gear pump (1) comprises a pump housing (2), wherein the pump housing (2) delimits a working space (6). In the working space (6), a first gear (11) and a second gear (12) are arranged meshing with each other. The first gear (11) is arranged on a first shaft (21) and the second gear (12) is arranged on a second shaft (22) parallel to the first shaft (21). The first shaft (21) and the second shaft (22) are mounted in a bearing glasses (30, 40). A plurality of shaft stages (211, 212, 213, 214) are formed on the first shaft (21) for mounting in the bearing eyeglasses (30, 40), and on the second shaft (22) a plurality of further shaft stages (221, 222, 223, 224) for storage in the bearing glasses (30, 40) is formed. Both multiple numbers of shaft stages (211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224) each have alternating diameters. In each case one shaft stage (211, 212, 213, 214) of the first shaft (21) and a further shaft stage (221, 222, 223, 224) of the second shaft (22) are arranged in one plane, wherein in one plane one of the two Shaft stages (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) with a smaller diameter and the other of the two shaft stages (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) are designed with a larger diameter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe, insbesondere ausgeführt als Speisefluidpumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems einer Brennkraftmaschine.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.

Stand der TechnikState of the art

Außenzahnradpumpen sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift EP 0 715 078 B1 . Die bekannte Außenzahnradpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, in welchem eine Innenwand ausgebildet ist. Die Innenwand begrenzt einen Arbeitsraum. In dem Arbeitsraum sind ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad miteinander kämmend angeordnet. Die Zahnräder sind jeweils auf einer Welle angeordnet, wobei die Wellen gleitgelagert sind.External gear pumps are widely known from the prior art, for example from the published patent application EP 0 715 078 B1 , The known external gear pump comprises a pump housing in which an inner wall is formed. The inner wall limits a work space. In the working space, a first gear and a second gear are meshed with each other. The gears are each arranged on a shaft, wherein the shafts are slidably mounted.

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 mit schlecht schmierenden Medien von Abwärmerückgewinnungssystemen über eine lange Lebensdauer betrieben werden kann.Furthermore, the basic arrangement of Speisefluidpumpen within a waste heat recovery system of an internal combustion engine is known, for example from the published patent application DE 10 2013 205 648 A1 , However, the known documents disclose how the feed fluid pump can be operated with poorly lubricating media from waste heat recovery systems over a long life.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe weist eine verbesserte Hydrodynamik in ihren Lagerstellen auf. Dadurch ist sie auch insbesondere für schlecht schmierende, niedrigviskose Arbeitsmedien geeignet. Somit kann die Außenzahnradpumpe sehr gut als Speisefluidpumpe eines Abwärmerückgewinnungssystems verwendet werden.The external gear pump according to the invention has improved hydrodynamics in its bearings. As a result, it is also suitable in particular for poorly lubricating, low-viscosity working media. Thus, the external gear pump can be used very well as a feed fluid pump of a waste heat recovery system.

Dazu umfasst die Außenzahnradpumpe ein Pumpengehäuse. Das Pumpengehäuse begrenzt einen Arbeitsraum. In dem Arbeitsraum sind ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad miteinander kämmend angeordnet. Das erste Zahnrad ist auf einer ersten Welle und das zweite Zahnrad ist auf einer zur ersten Welle parallelen zweiten Welle angeordnet. Die erste Welle und die zweite Welle sind in einer Lagerbrille gelagert. An der ersten Welle ist eine Mehrzahl von Wellenstufen zur Lagerung in der Lagerbrille ausgebildet, und an der zweiten Welle ist eine Mehrzahl von weiteren Wellenstufen zur Lagerung in der Lagerbrille ausgebildet. Beide Mehrzahlen von Wellenstufen weisen jeweils alternierende Durchmesser auf. Jeweils eine Wellenstufe der ersten Welle und eine weitere Wellenstufe der zweiten Welle sind in einer Ebene angeordnet, wobei in einer Ebene eine der beiden Wellenstufen mit kleinerem Durchmesser und die andere der beiden Wellenstufen mit größerem Durchmesser ausgeführt sind.For this purpose, the external gear pump comprises a pump housing. The pump housing limits a working space. In the working space, a first gear and a second gear are meshed with each other. The first gear is disposed on a first shaft and the second gear is disposed on a second shaft parallel to the first shaft. The first shaft and the second shaft are mounted in a bearing glasses. At the first shaft, a plurality of shaft stages for storage in the bearing glasses is formed, and on the second shaft a plurality of further shaft stages for storage in the bearing glasses is formed. Both multiple numbers of shaft stages each have alternating diameters. In each case a shaft stage of the first shaft and a further shaft stage of the second shaft are arranged in a plane, wherein in one plane one of the two shaft stages with a smaller diameter and the other of the two shaft stages are designed with a larger diameter.

Dadurch gibt es Lagerstufen für beide Wellen, welche einen großen Durchmesser aufweisen, nämlich jeweils die Wellenstufen mit den großen Durchmessern. Diese weisen an ihren Mantelflächen eine hohe Umfangsgeschwindigkeit auf, welche eine Gleitfilmbildung zwischen den Wellenstufen und der Lagerbrille begünstigt und so die Hydrodynamik verbessert. Weiterhin wird durch die Wellenstufen mit größerem Durchmesser eine deutliche Reduktion der Lagerbelastung erzielt. Beide Effekte führen zu einer höheren Lebensdauer der Außenzahnradpumpe. Die Lagerbrille wird entsprechend zu den Wellenstufen gestaltet, so dass zumindest die Wellenstufen mit dem größeren Durchmesser mit der Lagerbrille zur Ausbildung der Gleitlagerung zusammenwirken.As a result, there are bearing stages for both shafts, which have a large diameter, namely in each case the shaft stages with the large diameters. These have on their lateral surfaces on a high peripheral speed, which favors a Gleitfilmbildung between the shaft stages and the bearing glasses and thus improves the hydrodynamics. Furthermore, a significant reduction of the bearing load is achieved by the shaft stages with a larger diameter. Both effects lead to a longer life of the external gear pump. The bearing glasses are designed according to the wave levels, so that at least the shaft stages with the larger diameter interact with the bearing glasses to form the sliding bearing.

Um den verhältnismäßig großen Lagerdurchmesser auf einer Welle zu ermöglichen, muss auf der dazu parallelen zweiten Welle ein entsprechend kleiner Durchmesser ausgeführt sein. Daher ist in der Ebene eine der beiden Wellenstufen mit kleinerem Durchmesser und die andere der beiden Wellenstufen mit größerem Durchmesser ausgeführt. In der nächsten Wellenstufe ist dieses dann genau umgekehrt, so dass beide Wellen alternierend mit dem größeren Lagerdurchmesser gelagert werden können. Dies kann entsprechend der zu erwartenden Lagerbelastung in nahezu beliebig vielen Wellenstufen geschehen. Die Lagerbrille ist kompatibel zu den Wellenstufen ausgeführt, weist also dazu die entsprechende Negativform auf.In order to enable the relatively large bearing diameter on a shaft, a correspondingly smaller diameter must be performed on the second shaft parallel thereto. Therefore, one of the two shaft stages with a smaller diameter and the other of the two shaft stages with a larger diameter is executed in the plane. In the next wave stage, this is then exactly the opposite, so that both waves can be stored alternately with the larger bearing diameter. This can be done in accordance with the expected bearing load in almost any number of wave levels. The bearing glasses is designed to be compatible with the shaft stages, so it has the appropriate negative form.

Weiterhin wird entsprechend der zu erwartenden Belastung und damit der Durchbiegung der beiden Wellen gewählt, welche der Wellen den großen Durchmesser näher am jeweiligen Zahnrad besitzt. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe ist daher die Maximierung des möglichen Lagerdurchmessers durch eine serielle Anordnung - ein- oder mehrstufig - der Lagerstufen bzw. Wellenstufen. Der Bauraum der Außenzahnradpumpe wird dabei nicht vergrößert. Somit werden auch die Zahnräder - und mit ihnen die Leckagemenge - nicht vergrößert; der Wirkungsgrad der Außenzahnradpumpe wird also nicht verringert.Furthermore, it is chosen according to the expected load and thus the deflection of the two waves, which has the large diameter of the waves closer to the respective gear. The particular advantage of the external gear pump according to the invention is therefore the maximization of the possible bearing diameter by a serial arrangement - one or more stages - the bearing stages or shaft stages. The space of the external gear pump is not increased. Thus, the gears - and with them the leakage amount - not increased; the efficiency of the external gear pump is therefore not reduced.

In vorteilhaften Ausführungen weisen alle Wellenstufen mit kleinerem Durchmesser einen Durchmesser D1 auf. Durch den einheitlichen Durchmesser D1 ist die Fertigung der Wellenstufen und auch der Lagerbrille vereinfacht.In advantageous embodiments, all shaft stages with a smaller diameter have a diameter D 1 on. Due to the uniform diameter D 1 the manufacture of the shaft stages and also the bearing glasses is simplified.

Bevorzugt weisen alle Wellenstufen mit größerem Durchmesser einen Durchmesser D2 auf. Durch den einheitlichen Durchmesser D2 ist die Fertigung der Wellenstufen und auch der Lagerbrille vereinfacht. Letztendlich bestimmt der größere Durchmesser D2 den Bauraum der Außenzahnradpumpe bzw. wird von dem Bauraum bestimmt. Daher ist es vorteilhaft für alle größeren Wellenstufen den maximal möglichen größeren Durchmesser D2 einheitlich zu verwenden.Preferably, all shaft stages with a larger diameter have a diameter D 2 on. Due to the uniform diameter D 2 the manufacture of the shaft stages and also the bearing glasses is simplified. Ultimately, the larger diameter determines D 2 the space of the external gear pump or is determined by the space. Therefore, it is advantageous for all major wave levels maximum possible larger diameter D 2 to use uniformly.

In vorteilhaften Weiterbildungen weist die erste Welle zur zweiten Welle einen Achsabstand a auf, wobei der Achsabstand a um eine minimale Wandstärke b größer ist als der größere Durchmesser D2 . Dadurch überschneiden sich die Lagerungen von erster Welle und zweiter Welle nicht. Die minimale Wandstärke b garantiert eine ausreichende Festigkeit der Lagerbrille im Bereich der Lagerungen.In advantageous developments, the first shaft to the second shaft has a center distance a on, with the center distance a around a minimum wall thickness b larger than the larger diameter D 2 , As a result, the bearings of first shaft and second shaft do not overlap. The minimum wall thickness b guarantees a sufficient strength of the bearing glasses in the area of the bearings.

Vorteilhafterweise liegt die minimale Wandstärke b zwischen 0,5 mm und 2,0 mm, so dass einerseits der größere Durchmesser D2 möglichst groß ist, um eine gute Hydrodynamik zu gewährsleisten, und andererseits die Festigkeit der Lagerbrille den Anforderungen genügt.Advantageously, the minimum wall thickness b between 0.5 mm and 2.0 mm, so that on the one hand the larger diameter D 2 is as large as possible to ensure good hydrodynamics, and on the other hand, the strength of the bearing glasses meets the requirements.

In alternativen vorteilhaften Ausführungen beträgt die minimale Wandstärke (b) Null, so dass eine Wellenstufe mit großem Durchmesser D2 auf einer Wellenstufe 211, mit kleinem Durchmesser D1 abrollt.In alternative advantageous embodiments, the minimum wall thickness ( b ) Zero, giving a large-diameter shaft stage D 2 on a wave level 211 , with a small diameter D 1 rolls.

In vorteilhaften Ausführungen ist die Lagerbrille zweiteilig ausgeführt. Dadurch kann die zu den Wellenstufen kompatible Lagerkontur in der Lagerbrille vergleichsweise einfach gefertigt werden und die Außenzahnradpumpe einfach montiert werden.In advantageous embodiments, the bearing glasses is designed in two parts. As a result, the bearing contour compatible with the shaft stages in the bearing gland can be manufactured comparatively easily and the external gear pump can be easily mounted.

Außenzahnradpumpen, welche auch für niederviskose Arbeitsmedien geeignet sind, eignen sich sehr gut für die Anwendung in Abwärmerückgewinnungssystemen von Brennkraftmaschinen. 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.External gear pumps, which are also suitable for low-viscosity working media, are very well suited for use in waste heat recovery systems of internal combustion engines. 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 circuit carrying a working medium, wherein the circuit in the flow direction of the working medium comprises a feed fluid pump, an evaporator and an expansion machine. The feed fluid pump is designed as an external gear pump with the features described above.

Aufgrund des größeren Lagerdurchmessers eignet sich die Außenzahnradpumpe für niederviskose, schlecht schmierende Arbeitsmedien eines Abwärmerückgewinnungssystems, wie beispielsweise Ethanol oder Kältemittel, da sie in den Lagerstellen selbst bei derartigen Arbeitsmedien eine ausreichende Hydrodynamik erzielt.Due to the larger bearing diameter, the external gear pump is suitable for low-viscosity, poorly lubricating working media of a waste heat recovery system, such as ethanol or refrigerant, since it achieves sufficient hydrodynamics in the bearings even with such working media.

Figurenlistelist of figures

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine Außenzahnradpumpe des Stands der Technik in Explosionsdarstellung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
  • 2 einen Schnitt durch eine Außenzahnradpumpe des Stands der Technik, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
  • 4 eine Lagerbrille einer erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe in zwei Ansichten, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 an external gear pump of the prior art in an exploded view, wherein only the essential areas are shown,
  • 2 a section through an external gear pump of the prior art, wherein only the essential areas are shown,
  • 3 a perspective view of an external gear pump according to the invention, wherein only the essential areas are shown,
  • 4 a bearing glasses of an external gear pump according to the invention in two views, with only the essential areas are shown.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 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 1 is an external gear pump 1 from the prior art shown in an exploded view. The external gear pump 1 includes a pump housing 2 , a lid 3 and a bottom flange 4 , The lid 3 and the bottom flange 4 are under the interposition of the pump housing 2 by four screws 5 braced together. The pump housing 2 , the lid 3 and the bottom flange 4 limit a workspace 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.In the workroom 6 are a first gear 11 and a second gear 12 arranged in mesh with each other. The first gear 11 is on a first wave 21 attached and the second gear 12 on one to the first wave 21 parallel second wave 22 , The first wave 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 wave stands out for that 21 through the bottom flange 4 ,

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.The two waves 21 . 22 each protrude through their assigned gear 11 . 12 and are firmly connected to it. On both sides of the gears 11 . 12 are the waves 21 . 22 stored. The storage takes place by two bearing glasses 30 . 40 , where the bearing glasses 30 . 40 in the workroom 6 are arranged: a bearing glasses 30 is adjacent to the bottom flange 4 arranged and another bearing glasses 40 adjacent to the lid 3 , In both bearing glasses 30 . 40 are each two bushings 9 pressed. The bearing bushes 9 the bearing glasses 30 store the two waves 21 . 22 drive side and the bearing bushes 9 the other bearing glasses 40 on the opposite side of the gears 11 . 12 ,

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 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.The four bushings 9 each have a radial bearing function. The thrust bearing function is provided by the two bearing glasses 30 . 40 achieved: This has the bearing glasses 30 an abutment surface on the front side 31 on and the other bearing glasses 40 the front side another stop surface 42 , Both stop surfaces 31 . 42 work with both gears 11 . 12 together. The stop surface 31 stores both gears 11 . 12 in the axial direction to the bottom flange 4 oriented; the further stop surface 42 stores both gears 11 . 12 in the axial direction to the lid 3 oriented.

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.For sealing the work space 6 To the environment are two seals on the pump housing 2 arranged: a seal 28 between the pump housing 2 and the lid 3 , and another seal 29 between the pump housing 2 and the bottom flange 4 , Both seals 28 . 29 run approximately annular over the circumference of the pump housing 28 . 29 and are usually arranged in corresponding grooves.

2 zeigt einen Schnitt im Bereich der Zahnräder 11, 12 durch eine Außenzahnradpumpe 1. Die beiden Zahnräder 11, 12 sind innerhalb des Pumpengehäuses 2, also im Arbeitsraum 6, angeordnet. Die beiden Zahnräder 11, 12 fördern das Arbeitsmedium entlang der Innenwand 61 des Pumpengehäuses 2. 2 shows a section in the area of the gears 11 . 12 through an external gear pump 1 , The two gears 11 . 12 are inside the pump housing 2 So in the workroom 6 arranged. The two gears 11 . 12 promote the working medium along the inner wall 61 of the pump housing 2 ,

2 zeigt weiterhin einen Einlasskanal 71 und einen Auslasskanal 72 der Außenzahnradpumpe 1, welche in den Arbeitsraum 6 der Außenzahnradpumpe 1 münden. Für diesen Fall dreht die erste Welle 21 in der Ansicht der 2 im Uhrzeigersinn 21a und die zweite Welle 22 entgegen des Uhrzeigersinns 22a. Demzufolge stehen die ersten Zähne 13 des ersten Zahnrads 11 an ihren jeweils ersten Zahnflanken 13a im Zahneingriff mit den zweiten Zähnen 14 des zweiten Zahnrads 12 an deren jeweils ersten Zahnflanken 14a. Weiterhin wirken die ersten Zahnköpfe 13b der ersten Zähne 13 und die zweiten Zahnköpfe 14b der zweiten Zähne mit der Innenwand 61 des Pumpengehäuses 2 zusammen. 2 further shows an inlet channel 71 and an outlet channel 72 the external gear pump 1 which are in the workroom 6 the external gear pump 1 lead. For this case, the first shaft rotates 21 in the view of 2 clockwise 21a and the second wave 22 counterclockwise 22a , As a result, the first teeth are standing 13 of the first gear 11 at their respective first tooth flanks 13a in mesh with the second teeth 14 of the second gear 12 at their respective first tooth flanks 14a , Furthermore, the first tooth heads act 13b the first teeth 13 and the second teeth heads 14b the second teeth with the inner wall 61 of the pump housing 2 together.

Im Ausführungsbeispiel der 2 sind der Einlasskanal 71 und der Auslasskanal 72 in dem Pumpengehäuse 2 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.In the embodiment of 2 are the inlet channel 71 and the outlet channel 72 in the pump housing 2 educated. In alternative embodiments, the inlet channel 71 and the outlet channel 72 However, also be designed differently, for example in the lid 3 or in the bottom flange 4 educated.

Die Funktionsweise der Außenzahnradpumpe 1 ist wie folgt:The operation of the external gear pump 1 is as follows:

Eines der beiden Zahnräder 11, 12 wird durch die entsprechende Welle 21, 22 angetrieben, so dass durch den Zahneingriff der entsprechenden Zähne 13, 14 die beiden Zahnräder 11, 12 miteinander kämmen. Ersatzweise kann der Antrieb auch anderweitig, beispielsweise elektromechanisch, erfolgen. Das erste Zahnrad 11 rotiert im Uhrzeigersinn 21a und das zweite Zahnrad 12 entgegen dem Uhrzeigersinn 22a. Dadurch wird Arbeitsmedium zwischen den Zahnrädern 11, 12 und der Innenwand 61 des Pumpengehäuses 2 vom Einlasskanal 71 in den Arbeitsraum 6 und anschließend zum Auslasskanal 72 gefördert. Die entgegengesetzte Strömungsrichtung dichtet der Zahneingriff der entsprechenden Zähne 13, 14 zwischen den beiden Zahnrädern 11, 12 ab. In Abhängigkeit des am Auslasskanal 72 anliegenden Drucks wird das Arbeitsmedium dabei im Arbeitsraum 6 verdichtet.One of the two gears 11 . 12 is through the corresponding shaft 21 . 22 driven, so that by the tooth engagement of the appropriate teeth 13 . 14 the two gears 11 . 12 comb each other. Alternatively, the drive can also be otherwise, for example, electromechanical, done. The first gear 11 rotates clockwise 21a and the second gear 12 counterclockwise 22a , This will work medium between the gears 11 . 12 and the inner wall 61 of the pump housing 2 from the inlet channel 71 in the workroom 6 and then to the outlet channel 72 promoted. The opposite flow direction seals the tooth engagement of the corresponding teeth 13 . 14 between the two gears 11 . 12 from. Depending on the outlet channel 72 applied pressure, the working medium is doing in the work space 6 compacted.

Die Zahnräder 11, 12 bzw. Zähne 13, 14 haben neben der Funktion das Arbeitsmedium vom Einlasskanal 71 in den Auslasskanal 72 zu fördern auch die Funktion die Zahnkammern zwischen den Zähnen 13, 14 zur Innenwand 61 des Pumpengehäuses 2 abzudichten, um eine möglichst hohe Effizienz der Außenzahnradpumpe 1 zu gewährleisten.The gears 11 . 12 or teeth 13 . 14 have next to the function the working medium from the inlet channel 71 in the outlet channel 72 To promote the function of the dental chambers between the teeth 13 . 14 to the inner wall 61 of the pump housing 2 To seal the highest possible efficiency of the external gear pump 1 to ensure.

3 zeigt ein Zahnradpaar 11, 12 der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe 1 in perspektivischer Ansicht mit zwei parallelen Wellen 21, 22, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die erste Welle 21 weist eine erste Wellenkontur 210 auf, und die zweite Welle 22 weist eine zweite Wellenkontur 220 auf. Beide Wellenkonturen 210, 220 bestehen aus alternierenden Wellendurchmessern und sind in axialer Richtung benachbart zu dem jeweiligen Zahnrad 11, 12 angeordnet. Jede Wellenkontur 210, 220 weist in der Ausführung der 3 dazu vier Wellenstufen auf:

  • - Die erste Welle 21 weist vier Wellenstufen 211, 212, 213, 214 auf, wobei in axialer Richtung einer Wellenstufe 211, 213 mit kleinem Durchmesser eine Wellenstufe 212, 214 mit großem Durchmesser folgt.
  • - Die zweite Welle 22 weist vier Wellenstufen 221, 222, 223, 224 auf, wobei in axialer Richtung einer Wellenstufe 221, 223 mit großem Durchmesser eine Wellenstufe 222, 224 mit kleinem Durchmesser folgt.
3 shows a gear pair 11 . 12 the external gear pump according to the invention 1 in perspective view with two parallel waves 21 . 22 , where only the essential areas are shown. The first wave 21 has a first wave contour 210 on, and the second wave 22 has a second wave contour 220 on. Both wave contours 210 . 220 consist of alternating shaft diameters and are adjacent to the respective gear in the axial direction 11 . 12 arranged. Every wave contour 210 . 220 points in the execution of 3 to four wave levels on:
  • - The first wave 21 has four wave levels 211 . 212 . 213 . 214 on, wherein in the axial direction of a shaft stage 211 . 213 small diameter one wave step 212 . 214 followed by a large diameter.
  • - The second wave 22 has four wave levels 221 . 222 . 223 . 224 on, wherein in the axial direction of a shaft stage 221 . 223 with a large diameter a wave step 222 . 224 followed by a small diameter.

Dabei liegen jeweils eine Wellenstufe der ersten Welle 21 und eine Wellenstufe der zweiten Welle 22 in einer Ebene, wobei in der Ebene immer eine Wellenstufe mit kleinem Durchmesser und eine Wellenstufe mit großem Durchmesser angeordnet sind:

  • - Die Wellenstufe 211 mit kleinem Durchmesser und die Wellenstufe 221 mit großem Durchmesser.
  • - Die Wellenstufe 212 mit großem Durchmesser und die Wellenstufe 222 mit kleinem Durchmesser.
  • - Die Wellenstufe 213 mit kleinem Durchmesser und die Wellenstufe 223 mit großem Durchmesser.
  • - Die Wellenstufe 214 mit großem Durchmesser und die Wellenstufe 224 mit kleinem Durchmesser.
In each case, there is a shaft stage of the first wave 21 and a shaft stage of the second shaft 22 in a plane where the plane always has a small diameter shaft step and a large diameter shaft step:
  • - The wave level 211 with a small diameter and the wave level 221 with a large diameter.
  • - The wave level 212 with large diameter and the wave level 222 with a small diameter.
  • - The wave level 213 with a small diameter and the wave level 223 with a large diameter.
  • - The wave level 214 with large diameter and the wave level 224 with a small diameter.

4 zeigt eine Lagerbrille 30, 40, welche mit der Ausführung der beiden Wellen 21, 22 der 3 kompatibel ist, in zwei Ansichten. Die Lagerbrille 30, 40 ist dabei zweiteilig ausgeführt, mit zwei Lagerschalen, welche beispielsweise durch eine nicht dargestellte Schraubverbindung fest miteinander verbunden sind. In 4 ist dabei nur eine der beiden Lagerschalen 30a, 40a in zwei Ansichten gezeigt. 4 shows a bearing glasses 30 . 40 , which coincide with the execution of the two waves 21 . 22 the 3 is compatible, in two views. The bearing glasses 30 . 40 is designed in two parts, with two bearing shells, which are firmly connected to each other for example by a screw, not shown. In 4 is just one of the two cups 30a . 40a shown in two views.

Die Lagerschale 30a, 40a weist zwei Lagerkonturen 310, 320 auf. Die erste Lagerkontur 310 ist dabei zur ersten Wellenkontur 210 kompatibel und die zweite Lagerkontur 320 zur zweiten Wellenkontur 220. Dazu weisen die beiden Lagerkonturen 310, 320 jeweils vier Lagerstufen auf:

  • - Die erste Lagerkontur 310 weist vier Lagerstufen 311, 312, 313, 314 auf, wobei in axialer Richtung einer Lagerstufe 311, 313 mit kleinem Durchmesser eine Lagerstufe 312, 314 mit großem Durchmesser folgt.
  • - Die zweite Lagerkontur 320 weist vier Lagerstufen 321, 322, 323, 324 auf, wobei in axialer Richtung einer Lagerstufe 321, 323 mit großem Durchmesser eine Lagerstufe 322, 324 mit kleinem Durchmesser folgt.
The bearing shell 30a . 40a has two bearing contours 310 . 320 on. The first bearing contour 310 is the first wave contour 210 compatible and the second bearing contour 320 to the second wave contour 220 , For this purpose, the two bearing contours 310 . 320 four storage levels each on:
  • - The first bearing contour 310 has four storage levels 311 . 312 . 313 . 314 on, wherein in the axial direction of a storage stage 311 . 313 with a small diameter, a storage stage 312 . 314 followed by a large diameter.
  • - The second bearing contour 320 has four storage levels 321 . 322 . 323 . 324 on, wherein in the axial direction of a storage stage 321 . 323 with a large diameter a storage stage 322 . 324 followed by a small diameter.

Die Lagerstufen 311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324 sind dabei analog zu den Wellenstufen 211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224 ausgebildet, nämlich so dass jeweils eine Lagerstufe der ersten Lagerkontur 310 und eine Lagerstufe der zweiten Lagerkontur 320 in einer Ebene liegen, wobei in der Ebene immer eine Lagerstufe mit kleinem Durchmesser D1 und eine Lagerstufe mit großem Durchmesser D2 angeordnet sind:

  • - Die Lagerstufe 311 mit kleinem Durchmesser D1 und die Lagerstufe 321 mit großem Durchmesser D2 .
  • - Die Lagerstufe 312 mit großem Durchmesser D2 und die Lagerstufe 322 mit kleinem Durchmesser D1 .
  • - Die Lagerstufe 313 mit kleinem Durchmesser D1 und die Lagerstufe 323 mit großem Durchmesser D2 .
  • - Die Lagerstufe 314 mit großem Durchmesser D2 und die Lagerstufe 324 mit kleinem Durchmesser D1 .
The storage levels 311 . 312 . 313 . 314 . 321 . 322 . 323 . 324 are analogous to the wave levels 211 . 212 . 213 . 214 . 221 . 222 . 223 . 224 designed so that in each case a storage stage of the first bearing contour 310 and a bearing stage of the second bearing contour 320 lying in a plane, wherein in the plane always a storage stage with a small diameter D 1 and a large diameter storage stage D 2 are arranged:
  • - The storage level 311 with a small diameter D 1 and the storage level 321 with a large diameter D 2 ,
  • - The storage level 312 with a large diameter D 2 and the storage level 322 with a small diameter D 1 ,
  • - The storage level 313 with a small diameter D 1 and the storage level 323 with a large diameter D 2 ,
  • - The storage level 314 with a large diameter D 2 and the storage level 324 with a small diameter D 1 ,

Somit bildet die erste Wellenkontur 210 mit der ersten Lagerkontur 310 ein erstes Gleitlager für die erste Welle 21, und die zweite Wellenkontur 220 bildet mit der zweiten Lagerkontur 320 ein zweites Gleitlager für die zweite Welle 22.Thus, the first wave contour forms 210 with the first bearing contour 310 a first sliding bearing for the first shaft 21 , and the second wave contour 220 forms with the second bearing contour 320 a second sliding bearing for the second shaft 22 ,

Die beiden parallelen Wellen 21, 22 weisen einen Achsabstand a auf. Der Achsabstand a ist dabei größer als der große Durchmesser D2 , so dass zwischen der ersten Lagerkontur 310 und der zweiten Lagerkontur 320 eine minimale Wandstärke b zwischen den Kanten eines großen Durchmessers D2 der ersten Lagerkontur 310 und der zweiten Lagerkontur 320 vorhanden ist. Es gilt: b = D2 - a. Vorzugsweise liegt die minimale Wandstärke b im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm. In besonderen Ausführungen kann die minimale Wandstärke b allerdings auch 0 sein, so dass eine Wellenstufe 212, 214, 221, 223 mit großem Durchmesser D2 auf einer Wellenstufe 211, 213, 222, 224 mit kleinem Durchmesser D1 abrollt.The two parallel waves 21 . 22 have a center distance a. The center distance a is larger than the big diameter D 2 so that between the first bearing contour 310 and the second bearing contour 320 a minimal wall thickness b between the edges of a large diameter D 2 the first bearing contour 310 and the second bearing contour 320 is available. The following applies: b = D 2 - a. Preferably, the minimum wall thickness b in the range of 0.5 mm to 2.0 mm. In special embodiments, the minimum wall thickness b, however, also be 0, so that a wave step 212 . 214 . 221 . 223 with a large diameter D 2 on a wave level 211 . 213 . 222 . 224 with a small diameter D 1 rolls.

In vorteilhaften Verwendungen ist die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe 1 in einem Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Der Brennkraftmaschine wird Sauerstoff über eine Luftzufuhr zugeführt; das nach dem Verbrennungsvorgang ausgestoßene Abgas wird durch eine Abgasleitung aus der Brennkraftmaschine abgeführt.In advantageous uses, the external gear pump according to the invention 1 used in a waste heat recovery system of an internal combustion engine. The internal combustion engine is supplied with oxygen via an air supply; the exhaust gas discharged after the combustion process is discharged from the engine through an exhaust pipe.

Das Abwärmerückgewinnungssystem weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf auf, der in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe, einen Verdampfer, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator umfasst. Das Arbeitsmedium kann nach Bedarf über eine Stichleitung aus einem Sammelbehälter und eine Ventileinheit in den Kreislauf eingespeist werden. Der Sammelbehälter kann dabei alternativ auch in den Kreislauf eingebunden sein.The waste heat recovery system comprises a circuit carrying a working medium comprising, in the flow direction of the working medium, a feed fluid pump, an evaporator, an expansion machine and a condenser. The working medium can be fed as needed via a branch line from a sump and a valve unit in the circulation. The collecting container can alternatively be integrated into the circulation.

Der Verdampfer ist an die Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen, nutzt also die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine für den Kreislauf des Abwärmerückgewinnungssystems.The evaporator is connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine, thus uses the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine for the cycle of the waste heat recovery system.

Flüssiges Arbeitsmedium wird durch die Speisefluidpumpe, gegebenenfalls aus dem Sammelbehälter, in den Verdampfer gefördert und dort durch die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine verdampft. Das verdampfte Arbeitsmedium wird anschließend in der Expansionsmaschine unter Abgabe mechanischer Energie, beispielsweise an einen Generator oder an ein Getriebe, entspannt. Anschließend wird das Arbeitsmedium - bei Bedarf - im Kondensator wieder verflüssigt und in den Sammelbehälter zurückgeführt bzw. der Speisefluidpumpe zugeführt.Liquid working fluid is conveyed through the feed fluid pump, possibly from the collecting container, into the evaporator where it is vaporized by the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine. The vaporized working medium is subsequently expanded in the expansion machine with delivery of mechanical energy, for example to a generator or to a transmission. Subsequently, the working medium - if necessary - liquefied in the condenser and returned to the sump or supplied to the feed fluid pump.

Da Arbeitsmedien, wie sie beispielsweise in Abwärmerückgewinnungssystemen eingesetzt werden, z.B. Ethanol oder Kältemittel, nur eine sehr geringe Viskosität und quasi keine Schmiereigenschaft aufweisen, kann bei Nutzung derartiger, kritischer Arbeitsmedien in den Lagerstellen oft kein ausreichend tragfähiger Schmierfilm ausgebildet werden. Die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe 1 verschafft hier Abhilfe und führt zu einer ausreichenden Hydrodynamik in den Lagerstellen bzw. Lagerkonturen 310, 320.Since working media, such as those used in waste heat recovery systems, such as ethanol or refrigerant, have only a very low viscosity and virtually no lubricating property, often no sufficiently viable lubricating film can be formed when using such, critical working media in the bearings. The external gear pump according to the invention 1 provides remedy here and leads to a sufficient Hydrodynamics in the bearings or bearing contours 310 . 320 ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0715078 B1 [0002]EP 0715078 B1 [0002]
  • DE 102013205648 A1 [0003]DE 102013205648 A1 [0003]

Claims (8)

Außenzahnradpumpe (1), insbesondere für ein Abwärmerückgewinnungssystem, wobei die Außenzahnradpumpe (1) ein Pumpengehäuse (2) umfasst, wobei das Pumpengehäuse (2) einen Arbeitsraum (6) begrenzt, wobei in dem Arbeitsraum (6) ein erstes Zahnrad (11) und ein zweites Zahnrad (12) miteinander kämmend angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad (11) auf einer ersten Welle (21) und das zweite Zahnrad (12) auf einer zur ersten Welle (21) parallelen zweiten Welle (22) angeordnet ist, wobei die erste Welle (21) und die zweite Welle (22) in einer Lagerbrille (30, 40) gelagert sind, wobei an der ersten Welle (21) eine Mehrzahl von Wellenstufen (211, 212, 213, 214) zur Lagerung in der Lagerbrille (30, 40) ausgebildet ist und wobei an der zweiten Welle (22) eine Mehrzahl von weiteren Wellenstufen (221, 222, 223, 224) zur Lagerung in der Lagerbrille (30, 40) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Mehrzahlen von Wellenstufen (211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224) jeweils alternierende Durchmesser aufweisen, wobei jeweils eine Wellenstufe (211, 212, 213, 214) der ersten Welle (21) und eine weitere Wellenstufe (221, 222, 223, 224) der zweiten Welle (22) in einer Ebene angeordnet sind, wobei in einer Ebene eine der beiden Wellenstufen (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) mit kleinerem Durchmesser und die andere der beiden Wellenstufen (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) mit größerem Durchmesser ausgeführt sind.External gear pump (1), in particular for a waste heat recovery system, wherein the external gear pump (1) comprises a pump housing (2), wherein the pump housing (2) defines a working space (6), wherein in the working space (6) a first gear (11) and a second gear (12) are arranged meshing with each other, wherein the first gear (11) on a first shaft (21) and the second gear (12) on a first shaft (21) parallel to the second shaft (22) is arranged the first shaft (21) and the second shaft (22) are mounted in a bearing frame (30, 40), wherein on the first shaft (21) a plurality of shaft stages (211, 212, 213, 214) for mounting in the bearing glasses (30, 40) is formed and wherein on the second shaft (22) a plurality of further wave stages (221, 222, 223, 224) for storage in the bearing glasses (30, 40) is formed, characterized in that both pluralities of Wave stages (211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224) each alternie Each of a shaft stage (211, 212, 213, 214) of the first shaft (21) and a further shaft stage (221, 222, 223, 224) of the second shaft (22) are arranged in a plane, wherein in a level one of the two shaft stages (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) with a smaller diameter and the other of the two shaft stages (211, 221, 212, 222, 213, 223, 214, 224) larger diameter are executed. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass alle Wellenstufen (211, 222, 213, 224) mit kleinerem Durchmesser einen Durchmesser D1 aufweisen.External gear pump (1) after Claim 1 characterized in that all the smaller-diameter shaft stages (211, 222, 213, 224) have a diameter D 1 . Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass alle Wellenstufen (221, 212, 223, 214) mit größerem Durchmesser einen Durchmesser D2 aufweisen.External gear pump (1) after Claim 1 or 2 characterized in that all the larger-diameter shaft stages (221, 212, 223, 214) have a diameter D 2 . Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (21) zur zweiten Welle (22) einen Achsabstand (a) aufweist, wobei der Achsabstand (a) um eine minimale Wandstärke (b) größer ist als der größere Durchmesser D2.External gear pump (1) after Claim 3 characterized in that the first shaft (21) to the second shaft (22) has a center distance (a), wherein the axial distance (a) by a minimum wall thickness (b) is greater than the larger diameter D 2 . Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Wandstärke (b) zwischen 0,5 mm und 2,0 mm liegt.External gear pump (1) after Claim 4 characterized in that the minimum wall thickness (b) is between 0.5 mm and 2.0 mm. Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Wandstärke (b) Null beträgt.External gear pump (1) after Claim 4 characterized in that the minimum wall thickness (b) is zero. Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbrille (30, 40) zweiteilig ausgeführt ist.External gear pump (1) according to one of Claims 1 to 6 characterized in that the bearing glasses (30, 40) is designed in two parts. Abwärmerückgewinnungssystem mit einem ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe, einen Verdampfer und eine Expansionsmaschine umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisefluidpumpe als Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist.Waste heat recovery system with a working medium leading circuit, wherein the circuit in the direction of flow of the working medium comprises a feed fluid pump, an evaporator and an expansion machine, characterized in that the feed fluid pump as external gear pump (1) according to one of Claims 1 to 7 is executed.
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