WO2018114934A1

WO2018114934A1 - Aussenzahnradpumpe für ein abwärmerückgewinnungssystem

Info

Publication number: WO2018114934A1
Application number: PCT/EP2017/083519
Authority: WO
Inventors: Jakob Branczeisz; Toni Jankowski
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-06-28
Also published as: DE102016225878A1

Abstract

Außenzahnradpumpe mit einem Gehäuse. Das Gehäuse umfasst eine Oberplatte, eine Unterplatte und eine Rahmenplatte. Die Rahmenplatte ist zwischen der Oberplatte und der Unterplatte angeordnet. In der Rahmenplatte ist eine Ausnehmung als Arbeitsraum ausgebildet. In dem Arbeitsraum sind ein auf einerersten Welle angeordnetes erstes Zahnrad und ein auf einer zweiten Welle angeordnetes zweites Zahnrad miteinander kämmend angeordnet. Zur radialen Lagerung der beiden Wellen sind jeweils zwei Lager in der Oberplatte und in der Unterplatte angeordnet. Weiterhin ist eine Einstellscheibe zwischen der Rahmenplatte und der Unterplatte angeordnet.

Description

Beschreibung

Titel

Außenzahnradpumpe für ein Abwärmerückgewinnungssvstem

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

Stand der Technik

Fluidförderpumpen sind vielfach aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als Außenzahnradpumpen aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 045 030 A1 .

Weiterhin ist auch die prinzipielle Anordnung von Speisefluidpumpen innerhalb eines Abwärmerückgewinnungssystems einer Brennkraftmaschine bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 205 648 A1 . Jedoch lassen die bekannten Dokumente offen, wie die Speisefluidpumpe auch mit aggressiven Arbeitsmedien von Abwärmerückgewinnungssystemen, welche eine sehr niedrige Viskosität aufweisen, mit möglichst langer Lebensdauer betrieben werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe hat demgegenüber den Vorteil, dass sie für niederviskose, schlecht schmierende Arbeitsmedien eingesetzt werden kann. Weiterhin ist die Außenzahnradpumpe resistent gegenüber Kavitationsschäden und kann so auch für Betriebstemperaturen nahe an der Verdampfungstemperatur des zu fördernden Arbeitsmediums eingesetzt werden. Daher eignet sich die Außenzahnradpumpe insbesondere für Abwärmerückgewinnungssysteme von Brennkraftmaschinen, welche oft niederviskose Arbeitsmedien verwenden. Dazu weist die Außenzahnradpumpe ein Gehäuse auf. Das Gehäuse umfasst eine Oberplatte, eine Unterplatte und eine Rahmenplatte. Die Rahmenplatte ist zwischen der Oberplatte und der Unterplatte angeordnet. In der Rahmenplatte ist eine Ausnehmung als 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. Zur radialen

Lagerung der beiden Wellen sind jeweils zwei Lager in der Oberplatte und in der Unterplatte angeordnet. Weiterhin ist eine Einstellscheibe zwischen der

Rahmenplatte und der Unterplatte angeordnet.

Die Einstellscheibe dient der Einstellung der Spalthöhen zu den Stirnseiten der Zahnräder. Durch sie wird letztendlich die Höhe des Arbeitsraums bzw. der Abstand zwischen Oberplatte und Unterplatte eingestellt. Dies wiederum ist wichtig für die Spalthöhe zwischen den Stirnseiten der Zahnräder und der ihnen zugewandten Platte, also Oberplatte oder Unterplatte. Die Spalthöhe wird dabei so eingestellt, dass sie einerseits möglichst gering ist, um die Leckage zu verringern und damit die Effizienz der Außenzahnradpumpe zu erhöhen.

Andererseits darf die Spalthöhe aber auch nicht zu gering sein, um die

Festkörperreibung zu den Stirnseiten der Zahnräder zu minimieren oder sogar zu vermeiden; vorzugsweise sollte sich in diesen Spalten während des Betriebs ein hydrodynamischer Schmierfilm des Arbeitsmediums ausbilden. Bei niedrigen Viskositäten ist dazu die Einstellung einer vergleichsweise geringen Spalthöhe erforderlich, die zudem nur geringen Toleranzen unterliegen darf, da andernfalls der Aufbau des hydrodynamischen Schmierfilms des niederviskosen

Arbeitsmediums nicht funktioniert. In Abhängigkeit der Dicken der Rahmenplatte und der beiden Zahnrädern kann somit die dazu passende Einstellscheibe für die gewünschte Spalthöhe gewählt werden.

Durch die pro Welle nah zueinander angeordneten Gleitlager, nämlich in der Ober- bzw. Unterplatte, ist weiterhin die Bauraumgröße sehr minimiert. Dadurch sind auch die Toleranzkette und damit die Koaxialfehler minimiert. In vorteilhaften Ausführungen ist zur radialen Abdichtung des Arbeitsraums jeweils ein Dichtring zwischen der Rahmenplatte einerseits und der Oberplatte und der Unterplatte andererseits angeordnet. Durch die beiden Dichtringe ist der Arbeitsraum zur Umgebung abgedichtet. Zusätzlich wird je nach Bauart der Außenzahnradpumpe eine weitere Dichtung für einen Wellendurchtrieb verwendet, falls eine der beiden Wellen als Antriebswelle ausgebildet ist und aus dem Gehäuse geführt wird.

In vorteilhaften Weiterbildungen ist je eine Axialfeldplatte zwischen den

Zahnrädern einerseits und der Oberplatte und der Unterplatte andererseits angeordnet. Die Axialfeldplatten dienen den Zahnrädern somit als Axiallager, wobei idealerweise ein hydrodynamischer Schmierspalt zwischen den Stirnseiten der Zahnräder und den Axialfeldplatten ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise ist dabei je eine Axialfelddichtung zwischen je einer

Axialfeldplatte einerseits und der Oberplatte und der Unterplatte andererseits angeordnet. Die Axialfelddichtungen unterteilen die Räume zwischen den Axialfeldplatten einerseits und der Oberplatte und der Unterplatte andererseits jeweils in einen Niederdruckraum und einen Hochdruckraum. Durch das Prinzip der Außenzahnradpumpe unterliegen die Stirnseiten der Zahnräder lokal unterschiedlichen Fluiddrücken in dem Spalt zwischen den Zahnrädern und der zugehörigen Axialfeldplatte. Dementsprechend würde der Spalt im Bereich höherer Drücke größer sein als im Bereich niedriger Drücke. Diesem Effekt wird entgegengesteuert, indem die Rückseite der Axialfeldplatten mit einer ähnlichen Druckbelastung beaufschlagt wird, wie die den Zahnrädern zugewandte

Vorderseite der Axialfeldplatten. Dies wird durch die Axialfelddichtung erreicht, welche die Rückseite einer Axialfeldplatte in einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich unterteilt. Dadurch ist die Axialfeld platte quasi

druckausgeglichen und vorzugsweise stellt sich so ein über den Umfang der Zahnräder konstanter Spalt von den Zahnrädern zu den Axialfeld platten ein.

In alternativen Ausführungen kann auch nur eine Stirnseite der Zahnräder mit Axialfeldplatte und zugehöriger Axialfelddichtung versehen sein. Man spricht dann von einer einseitig kompensierten Außenzahnradpumpe. In vorteilhaften Ausführungen sind die Oberplatte, die Rahmenplatte und die Unterplatte durch mindestens zwei Passstifte koaxial zueinander ausgerichtet. Dadurch werden die relevanten Maße der zueinander bewegten Teile möglichst ideal koaxial ausgerichtet, nämlich insbesondere der Arbeitsraum bzw. die entsprechende Innenwand der Rahmenplatte zu den Zahnrädern bzw. die Lager zueinander. Dadurch reduzieren sich Verschleiß und Leckage. Die

Außenzahnradpumpe wird somit effizienter und langlebiger.

In vorteilhaften Weiterbildungen ist der den Zahnrädern abgewandte Bereich der Lager jeweils über einen Verbindungskanal hydraulisch mit einem

Niederdruckbereich der Außenzahnradpumpe verbunden. Der den Zahnrädern zugewandte Bereich der Lager weist dabei - insbesondere im Kontaktbereich zwischen Lager und Welle - einen höheren Fluiddruck des Arbeitsmediums auf als der den Zahnrädern abgewandte Bereich. Dadurch liegt in den Lagern ein Druckgefälle in axialer Richtung vor, und zwar von den Zahnrädern weg gerichtet. Dieses Druckgefällte führt dazu, dass die Lager durchspült werden. Dies wiederum sorgt zum einen für eine gute hydrodynamische Schmierung des Lagers, also für einen Schmierfilmaufbau mit Arbeitsmedium in der Lagerstelle. Zum anderen wird aufgrund der Durchspülung ein Heißlaufen des Lagers verhindert, indem mit dem Arbeitsmedium Wärmeenergie aus der Lagerstelle abgeführt wird.

In vorteilhaften Ausführungen sind dabei jeweils zwei Verbindungskanäle in der Oberplatte und in der Unterplatte ausgebildet, da auch jeweils zwei Lager in Ober- und Unterplatte angeordnet sind. Dadurch werden die Durchspülungen der Lager bauraumsparend auf einfache Art und Weise ausgeführt. Die Rückführung des durch die Lager fließenden Arbeitsmediums erfolgt dabei vorzugsweise in den Einlass der Außenzahnradpumpe.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Montage einer Außenzahnradpumpe mit einer Einstellscheibe beansprucht:

Zunächst werden die Oberplatte, die Rahmenplatte und die beiden Zahnräder positioniert. Anschließend werden die Rahmenplatte und die beiden Zahnräder mit den jeweiligen äquivalenten Betriebskräften in axialer Richtung beaufschlagt. Die Zahnräder können dabei sowohl unmittelbar als auch mittelbar über die Wellen mit den Betriebskräften beaufschlagt werden. Kräftemäßig wird dadurch also eine Betriebssituation eingestellt, vorzugsweise für den Nenndruck der Außenzahnradpumpe. Danach wird unter den Krafteinwirkungen ein axialer Abstand s zwischen der Rahmenplatte und den beiden Zahnrädern gemessen. Vorzugsweise ist dabei die Höhe der Zahnräder größer als die Dicke der

Rahmenplatte. In Abhängigkeit des axialen Abstandes s und einer gewünschten Spalthöhe x zwischen den Zahnrädern einerseits und der Oberplatte bzw. der Unterplatte andererseits wird die Einstellscheibe bzgl. ihrer Dicke ausgewählt. So kann der im Betrieb der Außenzahnradpumpe gewünschte axiale Spalt zwischen den Zahnrädern und den Platten (Oberplatte, Unterplatte, Axialfeld platten) auf einen gewünschten idealen Spalt eingestellt werden.

Außenzahnradpumpen eignen sich sehr gut für die Anwendung in

Abwärmerückgewinnungssystemen von Brennkraftmaschinen. Derartige Abwärmerückgewinnungssysteme verwenden oft niederviskose, schlecht schmierende Arbeitsmedien. Die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe ermöglicht eine sehr Einstellung der Spalthöhe zwischen den Zahnrädern und den Platten und ist somit insbesondere für schlecht schmierende Arbeitsmedien geeignet. Daher ist die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe sehr vorteilhaft in einem Abwärmerückgewinnungssystem verwendbar. Das

Abwärmerückgewinnungssystem weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf auf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe, einen Verdampfer, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator umfasst. Die Speisefluidpumpe ist dabei als Außenzahnradpumpe nach einer Ausführung mit den vorhergehend beschriebenen Merkmalen ausgeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter

Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Außenzahnradpumpe des Stands der Technik in

Explosionsdarstellung, wobei nur die wesentlichen Bereich dargestellt sind. Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Außenzahnradpumpe aus dem Stand der Technik. Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Außenzahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Außenzahnradpumpe während eines Montageverfahrens.

Fig. 5 eine Weiterbildung der Ausführung der Fig.3 in einem schematischen Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig.1 ist eine Außenzahnradpumpe 1 aus dem Stand der Technik in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Außenzahnradpumpe 1 umfasst ein

Pumpengehäuse 2, einen Deckel 3 und einen Bodenflansch 4. Der Deckel 3 und der Bodenflansch 4 sind unter Zwischenlage des Pumpengehäuses 2 durch vier Schrauben 5 miteinander verspannt. Das Pumpengehäuse 2, der Deckel 3 und der Bodenflansch 4 begrenzen einen Arbeitsraum 6.

In dem Arbeitsraum 6 sind ein erstes Zahnrad 1 1 und ein zweites Zahnrad 12 kämmend miteinander angeordnet. Beide Zahnräder 1 1 , 12 weisen dabei eine gewisse Anzahl von Zähnen mit jeweils einer Zahnbreite bzw. Zahnradbreite b auf. Das erste Zahnrad 1 1 ist auf einer ersten Welle 21 befestigt und das zweite Zahnrad 12 auf einer zur ersten Welle 21 parallelen zweiten Welle 22. Alternativ können je ein Zahnrad und je eine Welle auch einteilig ausgeführt sein. Die erste Welle 21 dient in der Ausführung der Fig.1 als Antriebswelle und ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden, beispielsweise einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Dazu ragt die erste Welle 21 durch den Bodenflansch 4.

Die beiden Wellen 21 , 22 ragen jeweils durch das ihnen zugeordnete Zahnrad 1 1 , 12 und sind mit diesem fest verbunden, beispielsweise durch je einen Pressverband. Beiderseits der Zahnräder 1 1 , 12 sind die Wellen 21 , 22 gelagert. Die Lagerung erfolgt durch zwei Lagerbrillen 30, 40, wobei die Lagerbrillen 30, 40 in dem Arbeitsraum 6 angeordnet sind: eine Lagerbrille 30 ist benachbart zum Bodenflansch 4 angeordnet und eine weitere Lagerbrille 40 benachbart zum Deckel 3. In beiden Lagerbrillen 30, 40 sind jeweils zwei Lagerbuchsen 9 eingepresst. Die Lagerbuchsen 9 der Lagerbrille 30 lagern die beiden Wellen 21 , 22 antriebsseitig und die Lagerbuchsen 9 der weiteren Lagerbrille 40 auf der dazu gegenüberliegenden Seite der Zahnräder 1 1 , 12. Die Lagerbuchsen 9 bilden somit Gleitlager für die beiden Wellen 21 , 22 aus. 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 jeweils ein Gleitlager mit der ihnen zugeordneten Welle 21 , 22. Die

Axial lagerfunktion wird durch die beiden Lagerbrillen 30, 40 erreicht: Dazu weist die Lagerbrille 30 stirnseitig eine Anschlagfläche 31 auf und die weitere

Lagerbrille 40 stirnseitig eine weitere Anschlagfläche 42. Beide Anschlagflächen 31 , 42 wirken mit beiden Zahnrädern 1 1 , 12 zusammen. Die Anschlagfläche 31 lagert beide Zahnräder 1 1 , 12 in der axialen Richtung zum Bodenflansch 4 orientiert; die weitere Anschlagfläche 42 lagert beide Zahnräder 1 1 , 12 in der axialen Richtung zum Deckel 3 orientiert.

Zur Abdichtung des Arbeitsraums 6 zur Umgebung sind zwei Dichtungen am Pumpengehäuse 2 angeordnet: Eine Dichtung 28 zwischen dem

Pumpengehäuse 2 und dem Bodenflansch 4, und eine weitere Dichtung 29 zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Deckel 3. Beide Dichtungen 28, 29 verlaufen etwa ringförmig über den Umfang des Pumpengehäuses 28, 29 und sind üblicherweise in entsprechenden Nuten angeordnet. Weiterhin ist zwischen der Lagerbrille 30 und dem Bodenflansch 4 eine erste

Axialfelddichtung 18 angeordnet, und zwischen der weiteren Lagerbrille 40 und dem Deckel 3 ist eine zweite 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.

Fig.2 zeigt das Wirkprinzip der aus dem Stand der Technik bekannten

Außenzahnradpumpe 1 in einer schematischen Schnittdarstellung. In dem Pumpengehäuse 2 sind ein Einlass 2a und ein Auslass 2b ausgebildet, welche an gegenüberliegenden Seiten in den Arbeitsraum 6 münden. Ein Fördervolumen V des Arbeitsmediums wird so an der Gehäusewand des Pumpengehäuses 2 zwischen den Zähnen der beiden Zahnräder 1 1 , 12 vom Einlass 2a zum Auslass 2b gefördert. Das Fördervolumen V entspricht dabei dem geförderten Volumen im Nennbetrieb der Außenzahnradpumpe 1 , das heißt dem geförderten Volumen in wesentlichen Betriebspunkten.

Im Bereich des Einlasses 2a bildet sich dadurch der Saugbereich der

Außenzahnradpumpe 1 mit einem niedrigen ersten Druckniveau - beispielsweise Atmosphärendruck - aus, und im Bereich des Auslasses 2b bildet sich der

Druckbereich der Außenzahnradpumpe 1 mit einem höheren zweiten

Druckniveau - beispielsweise 40 bar - aus. Das zweite Druckniveau des

Druckbereichs hängt dabei von der nachfolgenden Strömungstopologie ab, beispielsweise von einer Drosselstelle.

Fig.3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe 1 in Plattenbauweise. Die Außenzahnradpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches eine Oberplatte 51, eine Unterplatte 52 und eine Rahmenplatte 50 umfasst. Die Rahmenplatte 50 ist zwischen der Oberplatte 51 und der Unterplatte 52 angeordnet und zwischen diesen verspannt,

beispielsweise verschraubt. In der Rahmenplatte 50 ist eine Ausnehmung als 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, so wie es dem üblichen Wirkprinzip von Außenzahnradpumpen entspricht. In der Oberplatte 51 bzw. in der Unterplatte 52 sind die vier Lager 71, 72, 73, 74 für die beiden Wellen 21, 22 angeordnet:

Ein erstes Lager 71 ist in der Oberplatte 51 zur Lagerung der ersten Welle 21 angeordnet.

Ein zweites Lager 72 ist in der Unterplatte 52 zur Lagerung der ersten Welle

21 angeordnet.

Ein drittes Lager 73 ist in der Oberplatte 51 zur Lagerung der zweiten Welle

22 angeordnet.

Ein viertes Lager 74 ist in der Unterplatte 52 zur Lagerung der zweiten Welle 22 angeordnet.

Die Lager 71 , 72, 73, 74 können als Wälz- oder als Gleitlager ausgeführt werden. Dabei sind drei Lager 71 , 73, 74 in Sacklochbohrungen angeordnet, so dass keine axiale Abdichtung der Lager 71 , 73, 74 zur Umgebung erforderlich ist. Das zweite Lager 72 der als Antriebswelle ausgeführten ersten Welle 21 ist quasi als Durchgangslager ausgeführt, so dass an diesem Lager 22 die erste Welle 21 durch die Unterplatte 52 ragt. Dementsprechend ist zwischen der Unterplatte 52 und der ersten Welle 21 ein Wellendichtring 65 angeordnet, welcher an dem Wellendurchtrieb den Arbeitsraum 6 nach außen zur Umgebung in axialer Richtung abdichtet.

Die Oberplatte 51 , die Rahmenplatte 50 und die Unterplatte 52 sind durch zwei Passstifte 59 ausgerichtet und durch Schrauben zusammen verspannt, wobei jeweils ein Dichtring 82, 83 zwischen den Platten 51 , 50, 52 angeordnet ist, um das Gehäuse 2 nach außen, insbesondere in radialer Richtung, abzudichten. Die Bohrungen für die Passstifte 59 müssen in allen Platten 51 , 50, 52 symmetrisch vorgesehen werden. Dadurch werden letztendlich vor allem die Lager 71 , 72, 73, 74 exakt zu dem in der Rahmenplatte 50 ausgebildeten Arbeitsraum 6

ausgerichtet, was insbesondere für die radiale Abdichtung zwischen der

Rahmenplatte 50 und den Zahnrädern 1 1 , 12 und für einen reibungsminimierten Lauf der Zahnräder 1 1 , 12 sehr wichtig ist.

Die Rahmenplatte 50 bildet die radiale Abdichtung des Arbeitsraums 6 und enthält vorzugsweise auch die jeweiligen Anschlussverschraubungen an den Niederdruck und an den Hochdruck; in der Rahmenplatte 50 sind somit auch der Einlass 2a und der Auslass 2b ausgebildet. Die Innengeometrie der

Rahmenplatte 50 sollte daher sehr genau gefertigt werden, um eine möglichst gute radiale Abdichtung zu den Zahnköpfen der beiden Zahnräder 11, 12 zu gewährleisten.

Eine axiale Abdichtung der Förderkammern zwischen den Zähnen der Zahnräder 11, 12 und der Innenwand der Rahmenplatte 50 bzw. eine Minimierung der Leckage erfolgt durch möglichst geringe Spalthöhen x zwischen den Stirnseiten der Zahnräder 11, 12 und der Oberplatte 51 bzw. der Unterplatte 52.

Vorzugsweise sind die beiden Spalthöhen auf beiden Stirnseiten der Zahnräder

11, 12 dabei gleich groß. Die Einstellung der axialen Abdichtung wird durch eine Einstellscheibe 53 ermöglicht, welche axial zwischen der Rahmenplatte 50 und der Unterplatte 52 - alternativ zwischen der Rahmenplatte 50 und der Oberplatte 51 - angeordnet ist.

Die Gesamtdicke aus den Dicken von Einstellscheibe 53 und Rahmenplatte 50 muss dabei so groß sein wie die Dicke der Zahnräder 11, 12 zuzüglich der beiden axialen Spalthöhen x zwischen Oberplatte 51 und Zahnräder 11, 12 bzw. zwischen Unterplatte 52 und Zahnräder 11, 12. Die Auswahl der Einstellscheibe 53 wird dementsprechend anhand der gewünschten Spalthöhen x getroffen.

Fig.4 zeigt dazu ein Montageverfahren zur Auswahl der Einstellscheibe 53. Die Oberplatte 51, die Rahmenplatte 50 und die beiden Zahnräder 11, 12 werden zueinander positioniert, vorzugsweise mit Hilfe der Passstifte 59, der beiden Lager 71, 73 und der beiden Wellen 21, 22. Anschließend werden die

Rahmenplatte 50 und die beiden Zahnräder 11, 12 mit den jeweiligen

äquivalenten Betriebskräften F in axialer Richtung beaufschlagt. Die

Beaufschlagung der Zahnräder 11, 12 kann dabei auch über die beiden Wellen 21, 22 erfolgen. Die Betriebskraft für die Rahmenplatte 50 beinhaltet auch die Vorspannkräfte aus der Verschraubung von Oberplatte 51 zu Unterplatte 52.

In dem kräftebeaufschlagten Zustand wird ein axialer Abstand s zwischen der Rahmenplatte 50 und den beiden Zahnrädern 11, 12 gemessen. Anhand dieses axialen Abstands s und der Spalthöhe x zwischen den Zahnrädern 11, 12 einerseits und der Oberplatte 51 und der Unterplatte 52 andererseits, wie sie während des Betriebs der Außenzahnradpumpe 1 im Optimalfall vorliegen soll, wird nun die Dicke D der Einstellscheibe 53 ausgewählt. Vorzugsweise gilt also: D = s + 2x.

Fig.5 zeigt eine Weiterbildung der Ausführung der Fig.3 in einem schematischen Querschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Zusätzlich zu den Merkmalen der Ausführung nach Fig.3 weist die Ausführung der

Außenzahnradpumpe 1 nach Fig.5 vier Verbindungskanäle 91 , 92, 93, 94 auf. Durch die Verbindungskanäle 91 , 92, 93, 94 werden die Lager 71 , 72, 73, 74 hydraulisch vorzugsweise an den Niederdruck, beispielsweise an den Einlass 2a, der Außenzahnradpumpe 1 gekoppelt.

Es ist je Lager 71 , 72, 73, 74 je ein Verbindungskanal 91 , 92, 93, 94 ausgebildet:

Ein erster Verbindungskanal 91 ist in der Oberplatte 51 zur hydraulischen Anbindung des ersten Lagers 71 an den Niederdruckbereich der

Außenzahnradpumpe 1 ausgebildet.

Ein zweiter Verbindungskanal 92 ist in der Unterplatte 52 zur hydraulischen Anbindung des zweiten Lagers 72 an den Niederdruckbereich der

Außenzahnradpumpe 1 ausgebildet.

- Ein dritter Verbindungskanal 93 ist in der Oberplatte 51 zur hydraulischen

Anbindung des dritten Lagers 73 an den Niederdruckbereich der

Außenzahnradpumpe 1 ausgebildet.

Ein vierter Verbindungskanal 94 ist in der Unterplatte 52 zur hydraulischen Anbindung des vierten Lagers 74 an den Niederdruckbereich der

Außenzahnradpumpe 1 ausgebildet.

Die Anbindung der Lager 71, 72, 73, 74 an den Niederdruckbereich der

Außenzahnradpumpe 1 über die Stirnseiten der beiden Wellen 21, 22 wird mittels der Verbindungskanäle 91, 92, 93, 94 in den Deckelplatten 51, 52 realisiert und führt zu einer guten Durchspülung und zu einem guten Wärmehaushalt der Lager

71, 72, 73, 74. Die Lager 71, 72, 73, 74 werden so in axialer Richtung von den Zahnrädern 11, 12 zu den Stirnseiten der beiden Wellen 21, 22 mit

Arbeitsmedium durchspült, von wo aus das Arbeitsmedium weiter in den

Niederdruckbereich, beispielsweise zum Einlass 2a, der Außenzahnradpumpe 1 strömt. Dadurch wird in den Lagern 71, 72, 73, 74 zum einen ein

hydrodynamischer Schmierfilm des Arbeitsmediums aufgebaut, und zum anderen wird Wärme aus den Lagern 71, 72, 73, 74 mittels des durchströmenden Arbeitsmediums abgeführt.

Fig.6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe 1 in Plattenbauweise. Im Unterschied zu den Ausführungen der Figuren 3 und 5 ist die Ausführung der Fig.6 als kompensierte Außenzahnradpumpe 1 aufgebaut.

Die kompensierte Variante der Außenzahnradpumpe 1 weist zwei

Axialfeldplatten 54, 55 und zwei Axialfelddichtungen 18, 19 auf. Die

Axialfelddichtungen 18, 19 weisen dabei annähernd jeweils die Form einer 3 auf, wie schon in Fig.1 zu sehen ist. Dadurch werden die jeweiligen Räume zwischen den Axialfeldplatten 54, 55 einerseits und der Oberplatte 51 bzw.

Unterplatte 52 andererseits teilweise mit Hochdruck - also dem Druck des Auslasses 2b - und teilweise mit Niederdruck - also dem Druck des Einlasses 2a

- beaufschlagt. Diese Druckunterteilung entspricht im Wesentlichen der

Druckverteilung, wie sie auf den anderen Seiten der Axialfeldplatten 54, 55 - also zu den beiden Zahnrädern 1 1 , 12 gerichtet - entspricht. Das heißt durch die Axialfelddichtungen 18 ,19 werden die Axialfeldplatten 54, 55 so mit

unterschiedlichem Fluiddruck belastet, dass sich idealerweise parallele Flächen zwischen den Stirnseiten der Zahnräder 1 1 , 12 und den Axialfeldplatte 54, 55 einstellen. Entsprechend wird der Verschleiß dieser Bauteile dadurch minimiert.

Die Kompensierung durch die Axialfeldplatten 54, 55 kann beidseitig erfolgen, wie in Fig.6 dargestellt, oder auch nur einseitig. In diesem Fall wäre dann nur eine Axialfeldplatte 54, 55 und dementsprechend auch nur eine Axialfelddichtung 18, 19 entweder zur Oberplatte 51 oder zur Unterplatte 52 in der

Außenzahnradpumpe 1 angeordnet. Beide Varianten - also die einseitige und die beidseitige Kompensierung - können dabei mit den Verbindungskanälen 91 , 92, 93, 94 zur Durchspülung der Lager 71 , 72, 73, 74 kombiniert werden.

Durch die Einstellscheibe 53 wird auch bei der kompensierten bzw. einseitig kompensierten Variante die Spalthöhe x zwischen den Zahnrädern 1 1 , 12 und der oder den Axialfeldplatten 54, 55 eingestellt. Die Einstellscheibe 53 bestimmt die Höhe des Arbeitsraums 6, indem sie den Abstand zwischen Oberplatte 51 und Unterplatte 52 festlegt. Damit wird über die Einstellscheibe 53 auch festgelegt, ob und welche Vorspannkräfte über die Axialfelddichtungen 18, 19 und die Axialfeldplatten 54, 55 auf die Stirnseiten der beiden Zahnräder 1 1 , 12 wirken. Weiterhin ermöglicht die genutzte Plattenbauweise des Gehäuses 2 ein

Gleichteilkonzept, was eine sehr kostengünstige Lösung ist, speziell im Hinblick auf verschiedene Applikationen der Außenzahnradpumpe 1. Die Anpassung aller Bauteile der Plattenbauweise nach ihrer Funktion - Materialanpassung und Anpassung des Vergütungszustands - ermöglicht ebenfalls ein

Kostenoptimum.

Die dargestellte Außenzahnradpumpe 1 ist sehr gut für schlecht schmierende, niederviskose Arbeitsmedien geeignet, wie sie beispielsweise in

Abwärmerückgewinnungssystemen für Brennkraftmaschinen verwendet werden. In besonders vorteilhaften Ausführungen ist die erfindungsgemäße

Außenzahnradpumpe 1 demzufolge in einem Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der Brennkraftmaschine wird Sauerstoff über eine Luftzufuhr zugeführt; das nach dem Verbrennungsvorgang

ausgestoßene Abgas wird durch eine Abgasleitung aus der Brennkraftmaschine abgeführt.

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.

Der Verdampfer ist an die Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen, nutzt also die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine.

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 nicht dargestellten Generator oder an ein nicht dargestelltes Getriebe, entspannt. Anschließend wird das Arbeitsmedium im Kondensator wieder verflüssigt und in den Sammelbehälter zurückgeführt bzw. der Speisefluidpumpe zugeführt. Die Speisefluidpumpe des Abwärmerückgewinnungssystems ist dabei eine

Außenzahnradpumpe 1 nach einer der obigen Ausführungen. Diese eignen sich besonders gut für ein Abwärmerückgewinnungssystem, da sie auch für schlecht schmierende Arbeitsmedien mit sehr niedrigen Viskositäten geeignet sind.

Weiterhin sind sie, insbesondere in den Ausführungen mit Verbindungskanälen 91, 92, 93, 94 auch für Betriebstemperaturen geeignet, welche nahe an der

Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums liegen, da die Durchspülung der Lager 71, 72, 73, 74 eine Temperaturerhöhung auf Verdampfungstemperatur unterbindet und somit auch die Gefahr von Kavitationserosion in den Lagern 71, 72, 73, 74 minimiert.

Claims

Ansprüche

Außenzahnradpumpe (1) mit einem Gehäuse (2), wobei das Gehäuse (2) eine Oberplatte (51), eine Unterplatte (52) und eine Rahmenplatte (50) umfasst, wobei die Rahmenplatte (50) zwischen der Oberplatte (51) und der Unterplatte (52) angeordnet ist, wobei in der Rahmenplatte (50) eine Ausnehmung als 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 zur radialen Lagerung der beiden Wellen (21, 22) jeweils zwei Lager (71, 72, 73, 74) in der Oberplatte (51) und in der Unterplatte (52) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Einstellscheibe (53) zwischen der Rahmenplatte (50) und der Unterplatte (52) angeordnet ist.

Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet, dass

zur radialen Abdichtung des Arbeitsraums (6) jeweils ein Dichtring (82, 83) zwischen der Rahmenplatte (50) einerseits und der Oberplatte (51) und der Unterplatte (52) andererseits angeordnet ist.

Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2

dadurch gekennzeichnet, dass

je eine Axialfeldplatte (54, 55) zwischen den Zahnrädern (11, 12) einerseits und der Oberplatte (51) und der Unterplatte (52) andererseits angeordnet ist.

Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 3

dadurch gekennzeichnet, dass

je eine Axialfelddichtung (18, 19) zwischen je einer Axialfeldplatte (54, 55) einerseits und der Oberplatte (51) und der Unterplatte (52) andererseits angeordnet ist, wobei die Axialfelddichtungen (18, 19) die Räume zwischen den Axialfeldplatten (54, 55) einerseits und der Oberplatte (51) und der Unterplatte (52) andererseits jeweils in einen Niederdruckraum und einen Hochdruckraum unterteilen.

Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4

dadurch gekennzeichnet, dass

die Oberplatte (51), die Rahmenplatte (50) und die Unterplatte (52) durch mindestens zwei Passstifte (59) koaxial zueinander ausgerichtet sind.

Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5

dadurch gekennzeichnet, dass

der den Zahnrädern (11, 12) abgewandte Bereich der Lager (71, 72, 73, 74) jeweils über einen Verbindungskanal (91, 92, 93, 94) hydraulisch mit einem Niederdruckbereich der Außenzahnradpumpe (1) verbunden ist.

Außenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 6

dadurch gekennzeichnet, dass

jeweils zwei Verbindungskanäle (91, 92, 93, 94) in der Oberplatte (51) und in der Unterplatte (52) ausgebildet sind.

Verfahren zur Montage einer Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7

durch folgende Montageschritte gekennzeichnet:

- Positionieren der Oberplatte (51), der Rahmenplatte (50) und der beiden Zahnräder (11, 12)

- Beaufschlagen der Rahmenplatte (50) und der beiden Zahnräder (11, 12) mit den jeweiligen äquivalenten Betriebskräften F in axialer Richtung

- Messen eines axialen Abstandes s zwischen der Rahmenplatte (50) und den beiden Zahnrädern (11, 12)

- Auswahl der Einstellscheibe (53) in Abhängigkeit des axialen

Abstandes s und einer Spalthöhe x zwischen den Zahnrädern (11, 12) einerseits und der Oberplatte (51) und der Unterplatte (52) andererseits.

Abwärmerückgewinnungssystem mit einem ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe, einen Verdampfer, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Speisefluidpumpe als Außenzahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist.