ZAHNRADPUMPE MIT DECKEL UND BEIDSEITIGER LAGERUNG

Abstract

 Eine Zahnradpumpe, insbesondere zum Fördern von flüssigem Brennstoff in einem brennstoffbetriebenen Heizgerät, umfasst einen Förderraum (22) in einem Pumpengehäuse (20), einen den Förderraum (22) wenigstens bereichsweise abschließenden Gehäusedeckel (40), ein in dem Förderraum (22) um eine Drehachse (D) drehbares Förderzahnrad (24), eine mit dem Förderzahnrad (24) zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse (D) gekoppelte Antriebswelle (26), eine erste Lagereinheit (28) zur Lagerung der Antriebswelle (26) an einer ersten axialen Seite des Förderzahnrads (24) sowie eine zweite Lagereinheit (44) zur Lagerung der Antriebswelle (26) an einer zweiten axialen Seite des Förderzahnrads (24).

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, die beispielsweise zum Fördern von flüssigem Brennstoff in einem brennstoffbetriebenen Heizgerät eingesetzt werden kann. Derartige brennstoffbetriebene Heizgeräte können stationär beispielsweise als Gebäudeheizungen betrieben werden, oder können beispielsweise als Zuheizer oder Standheizungen in Fahrzeugen genutzt werden, beispielsweise um die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft zu erwärmen.

[0002] Derartige Zahnradpumpen weisen im Allgemeinen zwei in einem Förderraum miteinander kämmend angeordnete Zahnräder auf. Um die beiden Zahnräder zur Drehung anzutreiben und dabei in dem Förderraum vorhandenes flüssiges Medium zu fördern, ist eines dieser Zahnräder an einer beispielsweise durch einen elektromotorischen Antrieb zur Drehung antreibbaren Antriebswelle getragen. Die in einem beispielsweise auch den Förderraum bereitstellenden Pumpengehäuse angeordnete Antriebswelle ist in einem Bereich axial zwischen dem Antrieb und dem mit dieser zur gemeinsamen Drehung gekoppelten Förderzahnrad bezüglich des Pumpengehäuses drehbar gelagert.

[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Zahnradpumpe so auszugestalten, dass beim Fördern nicht schmierender Medien, wie zum Beispiel nicht schmierender Kraftstoffe, ein übermäßiger Verschleiß insbesondere im Bereich eines an einer Antriebswelle getragenen Förderzahnrads vermieden wird.

[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Zahnradpumpe, insbesondere zum Fördern von flüssigem Brennstoff in einem brennstoffbetriebenen Heizgerät, umfassend:

• einen Förderraum in einem Pumpengehäuse,
• einen den Förderraum wenigstens bereichsweise abschließenden Gehäusedeckel,
• ein in dem Förderraum um eine Drehachse drehbares Förderzahnrad,
• eine mit dem Förderzahnrad zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelte Antriebswelle,
• eine erste Lagereinheit zur Lagerung der Antriebswelle an einer ersten axialen Seite des Förderzahnrads;
• eine zweite Lagereinheit zur Lagerung der Antriebswelle an einer zweiten axialen Seite des Förderzahnrads.

[0005] Durch die Lagerung der Antriebswelle an beiden axialen Seiten des mit dieser zur gemeinsamen Drehung gekoppelten Förderzahnrads können insbesondere durch den im Förderbetrieb entstehenden vergleichsweise hohen Druck des geförderten flüssigen Mediums induzierte Querbelastungen der Antriebswelle, welche dazu führen können, dass das Förderzahnrad bei Bewegung quer zur Drehachse in Kontakt mit den Förderraum begrenzenden Wandungen des Pumpengehäuses kommt, vermieden werden. Ein übermäßiger Verschleiß des Förderzahnrads insbesondere im Bereich der Zähne desselben kann somit vermieden werden.

[0006] Die Antriebswelle kann vermittels der ersten Lagereinheit bezüglich des Pumpengehäuses gelagert sein. Ferner kann die Antriebswelle vermittels der zweiten Lagereinheit bezüglich des Gehäusedeckels gelagert sein.

[0007] Zum Erhalt eines möglichst einfach und kostengünstig zu realisierenden Aufbaus kann die Antriebswelle zwischen der ersten Lagereinheit und der zweiten Lagereinheit freitragend sein. Durch die Lagerung axial beidseits des Antriebszahnrads an nur zwei Lagerstellen wird eine zuverlässige Abstützung der Antriebswelle und damit auch des Förderzahnrads gegen seitliche Ausweichbewegungen gewährleistet.

[0008] Dabei ist es zum Vermeiden derartiger seitlicher Ausweichbewegungen im Bereich des Förderzahnrads besonders vorteilhaft, wenn ein axialer Abstand der zweiten Lagereinheit vom Förderzahnrad kleiner ist als ein axialer Abstand der ersten Lagereinheit vom Förderzahnrad.

[0009] Zum Gewährleisten einer langen Betriebslebensdauer wird vorgeschlagen, dass die erste Lagereinheit ein erstes Wälzkörperlager umfasst. Beispielsweise kann dabei das erste Wälzkörperlager ein Kugellager umfassen.

[0010] Um dieses Wälzkörperlager gegen das zu fördernde flüssige Medium abzuschirmen, wird vorgeschlagen, dass die erste Lagereinheit axial zwischen dem ersten Wälzkörperlager und dem Förderzahnrad eine einen fluiddichten Anschluss der Antriebswelle an das Pumpengehäuse bereitstellende erste Wellendichtung, beispielsweise einen Wellendichtring, umfasst.

[0011] Die zweite Lagereinheit kann ein zweites Wälzkörperlager, beispielsweise ein Kugellager, umfassen.

[0012] Um auch dieses Wälzkörperlager gegen das zu fördernde flüssige Medium abzuschirmen, wird vorgeschlagen, dass die zweite Lagereinheit axial zwischen dem zweiten Wälzkörperlager und dem Förderzahnrad eine einen fluiddichten Anschluss der Antriebswelle an den Gehäusedeckel bereitstellende zweite Wellendichtung, beispielsweise einen Wellendichtring, umfasst.

[0013] Bei einer insbesondere hinsichtlich des beanspruchten Bauraums und der Herstellungskosten vorteilhaften Alternative kann die zweite Lagereinheit eine Gleitlagerbuchse umfassen.

[0014] Die Gleitlagerbuchse kann mit Polymermaterial oder Verbundmaterial aufgebaut sein, also mit einem Material, das insbesondere für den Einsatz einer derartigen Gleitlagerbuchse in nicht schmierenden bzw. vollständig trockenen Umgebungen geeignet ist.

[0015] Die Erfindung betrifft ferner ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend einen vermittels eines Gebläses mit Verbrennungsluft und vermittels einer erfindungsgemäß aufgebauten Zahnradpumpe mit flüssigem Brennstoff zu speisenden Brennerbereich. Der Brennerbereich weist bevorzugt einen Zersteuberbrenner auf, in welchem ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft durch die Einspritzung von Brennstoff vermittels einer Zersteuberdüse generiert wird.

[0016] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Teil-Schnittansicht einer Zahnradpumpe;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausgestaltungsart;

Fig. 3 eine prinzipartige Darstellung eines brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgeräts.

[0017] Bevor nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 detailliert der Aufbau einer Zahnradpumpe beschrieben wird, wird mit Bezug auf die Fig. 3 der grundsätzliche Aufbau eines allgemein mit 10 bezeichneten brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgeräts erläutert, bei welchem eine derartige Zahnradpumpe 12 zum Fördern von flüssigem Brennstoff als flüssiges Medium eingesetzt werden kann.

[0018] Das Fahrzeugheizgerät 10 umfasst einen Brennerbereich 14 und einen Wärmetauscherbereich 16. Dem Brennerbereich 14 wird vermittels eines Verbrennungsluftgebläses 17 Verbrennungsluft L zugeführt. Ferner wird dem Brennerbereich 14 vermittels der Zahnradpumpe 12 flüssiger Brennstoff B zugeführt, der zum Erzeugen eines Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches durch eine Zersteuberdüse eingespritzt wird. In einer Brennkammer 18 des Brennerbereichs 14 wird die Verbrennungsluft L mit dem beispielsweise durch ein poröses Verdampfermedium verdampften Brennstoff B gemischt, so dass ein verbrennungsfähiges Gemisch aus Verbrennungsluft L und Brennstoff B entsteht. Die bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsabgase A strömen, bevor sie zur Umgebung ausgestoßen werden, in den Wärmetauscherbereich 16, in welchem im Verbrennungsabgas A transportierte Wärme auf ein zu erwärmendes Medium M übertragen wird. Dieses zu erwärmende Medium M kann beispielsweise die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft sein. Grundsätzlich kann das Medium M aber auch ein flüssiges Medium, beispielsweise das in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs vorhandene flüssige Kühlmedium, sein.

[0019] Die Zahnradpumpe 12 umfasst ein allgemein mit 20 bezeichnetes Pumpengehäuse. An einer Seite des Pumpengehäuses ist in einem allgemein mit 22 bezeichneten Förderraum ein als Stirnrad ausgebildetes Förderzahnrad 24 angeordnet. Das Förderzahnrad 24 ist an einer im Wesentlichen in dem Pumpengehäuse 20 sich erstreckenden Antriebswelle 26 fest getragen, so dass die Antriebswelle 26 und das Förderzahnrad 24 gemeinsam um eine Drehachse D rotieren, wenn die Antriebswelle 26 durch einen in Fig. 2 nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, in Drehung versetzt wird.

[0020] In Fig. 1 nicht erkennbar ist ein weiteres Förderzahnrad, welches, ebenso wie das Förderzahnrad 24, im Förderraum 22 angeordnet ist und derart bezüglich der Drehachse D seitlich neben dem Förderzahnrad 24 liegt, dass dieses mit dem Förderzahnrad 24 in Kämmeingriff steht. Bei Rotation des Förderzahnrads 24 um die Drehachse D wird somit auch dieses in Fig. 1 nicht erkennbare weitere Förderzahnrad zur Drehung angetrieben, wodurch ein im Förderraum 22 vorhandenes, flüssiges, zu förderndes Medium aus dem Förderraum 22 verdrängt und somit in Richtung zu einem zu speisenden Systembereich, also beispielsweise der Brennkammer 18, ausgestoßen wird.

[0021] In einem im Inneren des Pumpengehäuses 20 liegenden Erstreckungsbereich ist die Antriebswelle 26 vermittels einer ersten Lagereinheit 28 gelagert. Die erste Lagereinheit 28 ist in einem radial erweiterten Bereich 30 einer die Antriebswelle 26 aufnehmenden Wellenöffnung 32 des Pumpengehäuses 20 angeordnet. Die erste Lagereinheit 28 umfasst ein die Antriebswelle 26 radial bezüglich des Pumpengehäuses 20 drehbar lagerndes, beispielsweise als Kugellager ausgebildetes erstes Wälzkörperlager 34. Um dieses erste Wälzkörperlager 34 gegen das zu fördernde Medium abzuschirmen und insbesondere auch den Austritt des zu fördernden Mediums über die Wellenöffnung 32 zu verhindern, umfasst die erste Lagereinheit 28 axial zwischen dem Förderzahnrad 24 und dem ersten Wälzköperlager 34 eine beispielsweise als Wellendichtring ausgebildete Wellendichtung 36. Diese liegt sowohl am Außenumfang der Antriebswelle 26, als auch am Innenumfang des radial erweiterten Bereichs 30 der Wellenöffnung 32 an und realisiert somit einen flüssigkeitsdichten Anschluss der um die Drehachse D drehbaren Antriebswelle 26 an das Pumpengehäuse 20.

[0022] An einer Stirnseite 38 des Pumpengehäuses 20, zu welcher grundsätzlich auch der Förderraum 22 offen ist, ist ein Gehäusedeckel 40 angeordnet und mit dem Pumpengehäuse 20 derart fest verbunden, dass durch den Gehäusedeckel 40 der Förderraum 22 in Richtung der Drehachse D abgeschlossen ist.

[0023] Die Antriebswelle 26 erstreckt sich axial über das Förderzahnrad 24 hinaus in eine im Gehäusedeckel 40 gebildete Aussparung 42. In dieser Aussparung 42 ist die Antriebswelle 26 bezüglich des Gehäusedeckels 42 vermittels einer zweiten Lagereinheit 44 drehbar gelagert. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel umfasst die zweite Lagereinheit 44 eine Gleitlagerbuchse 46. Die Gleitlagerbuchse 46 ist mit einem Material aufgebaut, welches besonders für den Einsatz in Verbindung mit nicht schmierenden bzw. trocken laufenden Umgebungen geeignet ist. Beispielsweise kann die Gleitlagerbuchse 46 zumindest in ihrem die Antriebswelle 26 radial abstützenden Oberflächenbereich mit Polymermaterial aufgebaut bzw. beschichtet sein. Auch der Einsatz von Verbundmaterialien zumindest in dem die Antriebswelle 26 radial stützenden Oberflächenbereich ist möglich. Derartige Verbundmaterialien können beispielsweise einen Trägerkörper oder eine Trägerlage umfassen, in welche Festschmierstoffpartikel eingebettet sind. Derartiges Trägermaterial kann beispielsweise Blei oder Kupfer sein, und die in dieses Trägermaterial eingebetteten Festschmierstoffpartikel können aus PTFE-Material aufgebaut sein. Derartige für den Einsatz in Verbindung mit einer Zahnradpumpe besonders geeignete Gleitlagerbuchsen werden beispielsweise von der GGB Heilbronn GmbH unter der Marke bzw. Handelsbezeichnung DU-Buchse vertrieben. Dabei handelt es sich um Gleitlagerbuchsen, welche mit einem aus Stahlmaterial aufgebauten Grundkörper ausgebildet sind. Auf diesem Stahl-Grundkörper ist eine poröse Sinterbronze-Zwischenschicht aufgebracht, die wiederum an ihrer zur Lagerung vorgesehenen Seite mit einem Laufschichtgemisch aus PTFE und Blei überdeckt ist.

[0024] Durch das Lagern der Antriebswelle 26 an beiden axialen Seiten des Förderzahnrads 24 und insbesondere auch dadurch, dass die zweite Lagereinheit 44 axial deutlich näher am Förderzahnrad 24 positioniert ist als die erste Lagereinheit 28, werden seitliche Ausweichbewegungen der Antriebswelle 26 und damit des Förderzahnrads 24 in denjenigen axialen Bereich, in welchem das Förderzahnrad 24 an der Antriebswelle 26 getragen ist, im Wesentlichen vollständig ausgeschlossen. Die Gefahr, dass das Förderzahnrad 24 in seinem radial äußeren und in Fig. 1 in dem durch eine Linie I eingefassten Bereich mit seinen Zähnen gegen eine den Förderraum 24 begrenzende Wandung des Pumpengehäuses 20 stößt und dadurch eine übermäßige Abnutzung des Förderzahnrads 24 entsteht, kann somit ausgeschlossen werden. Dadurch ist die Zahnradpumpe 12 besonders geeignet zur Verwendung in Verbindung mit nicht schmierenden Medien bzw. Brennstoffen, wie z. B. Kerosin, Benzin oder dergleichen. Es kann daher auf die Zugabe von schmierenden Additiven verzichtet werden. Durch die Lagerung der Antriebswelle 26 an beiden axialen Seiten des Förderzahnrads 24 mit den beiden Lagereinheiten 28, 44 kann auf zusätzliche Lagerungsmaßnahmen, beispielsweise eine weitere Lagereinheit zwischen der ersten Lagereinheit 28 und dem Förderzahnrad 24 oder/und eine weitere Lagereinheit zwischen der ersten Lagereinheit 28 und dem in den Figuren nicht dargestellten Antrieb, verzichtet werden.

[0025] Eine alternative Ausgestaltungsform einer derartigen Zahnradpumpe 12 insbesondere für den Einsatz in Verbindung mit nicht schmierenden zu fördernden Medien ist in Fig. 2 dargestellt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausgestaltungsform ist die zweite Lagereinheit 44 mit einem zweiten Wälzkörperlager 48 aufgebaut, durch welches die Antriebswelle 26 am Gehäusedeckel 40 radial gestützt ist. Axial zwischen dem beispielsweise wiederum als Kugellager ausgebildeten zweiten Wälzkörperlager 48 und dem Förderzahnrad 24 ist eine zweite Wellendichtung 50, beispielsweise wiederum in Form eines Wellendichtrings, angeordnet, um das zweite Wälzkörperlager 48 gegen das zu fördernde Medium abzuschirmen.

[0026] Auch bei dieser Ausgestaltung werden seitliche Ausweichbewegungen des Förderzahnrads 24 im Wesentlichen vollständig ausgeschlossen, so dass eine übermäßige Abnutzung des Förderzahnrads 24 insbesondere im Bereich der radial außen liegenden Zähne desselben ausgeschlossen werden kann.

[0027] Mit der erfindungsgemäß aufgebauten Zahnradpumpe kann insbesondere dann, wenn diese beispielsweise bei einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät in Verbindung mit nicht oder nur schlecht schmierenden Brennstoffen zum Fördern derselben in eine Brennkammer eingesetzt wird, aufgrund des Vermeidens eines nicht geschmierten Kontakts eines an einer Antriebswelle getragenen Förderzahnrads mit einer einen Förderraum umgebenden Wandung die Betriebslebensdauer einer derartigen Zahnradpumpe wesentlich erhöht werden, ohne dass dazu vergleichsweise komplexe bauliche Maßnahmen erforderlich sind oder das Einführen eines zu einer Beeinträchtigung der Fördereffizienz führenden radialen Zwischenraums zwischen den Zähnen eines Förderzahnrads und einer den Förderraum umgebenden Wandung eines Pumpengehäuses erforderlich ist.

Ansprüche

1. Zahnradpumpe, insbesondere zum Fördern von flüssigem Brennstoff in einem brennstoffbetriebenen Heizgerät, umfassend:

- einen Förderraum (22) in einem Pumpengehäuse (20),

- einen den Förderraum (22) wenigstens bereichsweise abschließenden Gehäusedeckel (40),

- ein in dem Förderraum (22) um eine Drehachse (D) drehbares Förderzahnrad (24),

- eine mit dem Förderzahnrad (24) zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse (D) gekoppelte Antriebswelle (26),

- eine erste Lagereinheit ( 28) zur Lagerung der Antriebswelle ( 26) an einer ersten axialen Seite des Förderzahnrads (24),

- eine zweite Lagereinheit (44) zur Lagerung der Antriebswelle (26) an einer zweiten axialen Seite des Förderzahnrads (24).

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (26) vermittels der ersten Lagereinheit (28) bezüglich des Pumpengehäuses (20) gelagert ist, oder/und dass die Antriebswelle (26) vermittels der zweiten Lagereinheit (44) bezüglich des Gehäusedeckels (40) gelagert ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (26) zwischen der ersten Lagereinheit (28) und der zweiten Lagereinheit (44) freitragend ist.

4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand der zweiten Lagereinheit (44) vom Förderzahnrad (24) kleiner ist als ein axialer Abstand der ersten Lagereinheit (28) vom Förderzahnrad (24).

5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinheit (28) ein erstes Wälzkörperlager (34) umfasst.

6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wälzkörperlager (34) ein Kugellager umfasst.

7. Zahnradpumpe noch Anspruch 5 oder 6, sofern auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinheit (28) axial zwischen dem ersten Wälzkörperlager (34) und dem Förderzahnrad (24) eine einen fluiddichten Anschluss der Antriebswelle (26) an das Pumpengehäuse (20) bereitstellende erste Wellendichtung (36) umfasst.

8. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinheit (44) ein zweites Wälzkörperlager (48) umfasst.

9. Zahnradpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wälzkörperlager (48) ein Kugellager umfasst.

10. Zahnradpumpe noch Anspruch 7 oder 8, sofern auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinheit (44) axial zwischen dem zweiten Wälzkörperlager (48) und dem Förderzahnrad (24) eine einen fluiddichten Anschluss der Antriebswelle (26) an den Gehäusedeckel (40) bereitstellende zweite Wellendichtung (50) umfasst.

11. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinheit (44) eine Gleitlagerbuchse (46) umfasst.

12. Zahnradpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (46) mit Polymermaterial oder Verbundmaterial aufgebaut ist.

13. Brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, umfassend einen vermittels eines Gebläses (17) mit Verbrennungsluft (L) und vermittels einer Zahnradpumpe (12) nach einem der Ansprüche 1-12 mit flüssigem Brennstoff zu speisenden Brennerbereich (14).

Zeichnung