Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Wärmerückgewinnungseinrichtung gemäß Anspruch 5.

Flügelzellenpumpen und Wärmerückgewinnungseinrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Insbesondere bei Motoren, beispielsweise Lastkraftwagen-Motoren, ist es Ziel, den Kraftstoff optimal auszunutzen. Daher werden Wärmerückgewinnungseinrichtungen verwendet, in Zusammenhang mit Kraftfahrzeugmotoren Abgas-Wärmerückgewinnungseinrichtungen, die dazu dienen, die bei der Verbrennung des Kraftstoffs im Motor entstehende Energie möglichst weitgehend zu nutzen, einschließlich der in den Abgasen vorhandenen Wärme. Bei derartigen Wärmerückgewinnungseinrichtungen, innerhalb derer ein sogenannter Rankine-Prozess abläuft, werden Flügelzellenpumpen eingesetzt. Diese fördern ein Medium, welches einem Verdampfungskreislauf der Wärmerückgewinnungseinrichtung zugeführt wird. Bei der Durchführung des Rankine-Prozesses werden als Medium Wasser, verschiedene Alkohole wie Ethanol, Ammoniak oder andere organische Flüssigkeiten sowie Mischungen derartiger Bestandteile verwendet. Diese Bestandteile zeichnen sich dadurch aus, dass sich ein relativ hoher Verschleiß der Flügelzellenpumpe ergibt. Um dies zu vermeiden, wird den genannten Bestandteilen ein Schmiermittel zugefügt, wobei der Schmiermittelanteil vorzugsweise maximal 10 Gew.-% beträgt, um bei der Verdampfung des Mediums innerhalb des Verdampfungskreislaufes nicht zu hohe Wirkungseinbußen hinnehmen zu müssen. Bei Einsatz von Flügelzellenpumpen in Wärmerückgewinnungseinrichtungen der hier angesprochenen Art zur Realisierung des Rankine-Prozesses wird also ein Medium verwendet, welches zur Reduktion des Verschleißes der Flügelzellenpumpe ein Schmiermittel umfasst. Es hat sich herausgestellt, dass aufgrund des begrenzten Schmiermittelanteils noch ein nicht unerheblicher Verschleiß gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, die diesen Nachteil vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen, die ein Gehäuse, einen drehantreibbaren Rotor mit einer Anzahl von Schlitzen und mit darin verschieblich angeordneten Flügeln aufweist. Der Rotor ist gemeinsam mit den Flügeln in einem Pumpenraum untergebracht, dessen Seitenflächen dichtend an dem Rotor und an den in den Schlitzen untergebrachten Flügeln anliegt. Der zwischen den Seitenflächen liegende Raum wird außen von einer als Hubkontur ausgebildeten Fläche begrenzt, an der die außen liegenden Flügelenden im Betrieb der Flügelzellenpumpe anliegen. Zwischen den Flügeln werden dadurch Förderzellen ausgebildet, deren Volumen im Betrieb der Pumpe variabel ist. In den Seitenflächen des Pumpenraums sind Öffnungen vorgesehen, von denen mindestens eine der Befüllung der Förderzellen dient und als Saugöffnung bezeichnet wird. Mindestens eine weitere der Öffnungen dient der Abfuhr eines von den Förderzellen geförderten Mediums, das unter Druck in diese Öffnungen gepresst und einem Druckbereich der Flügelzellenpumpe zugeführt wird. Die Flügelzellenpumpe fördert ein Medium, das Wasser, Alkohole wie Ethanol, Ammoniak o- der andere organische Flüssigkeiten oder ein Gemisch aus den genannten Substanzen enthält. Außerdem umfasst das Medium ein Schmiermittel, dessen spezifisches Gewicht größer ist als das der übrigen Bestandteile des Mediums. Das Schmiermittel dient dazu, die Berührungsbereiche zwischen Rotor und Seitenflächen sowie den Flügeln und den Seitenflächen zu schmieren, außerdem den Berührungsbereich zwischen den äußeren Enden der Flügel und der Hubkontur. Um Nachteile bei der Verwendung des Mediums in einem auch als Rankine- Prozess bezeichneten Wärmerückgewinnungsverfahren zu vermeiden, darf der Schmiermittelanteil nicht zu hoch sein, weil dies sich in einem Verdampfungskreislauf eine Wärmerückgewinnungseinrichtung negativ auswirkt. Um trotz des reduzierten Schmiermittelanteils insbesondere in dem besonders belasteten Bereich der Berührung der Flügel mit der Hubkontur eine ausreichende Schmierung sicherzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein der Hubkontur zugewandter Rand der Öffnungen in einem Abstand zur Hubkontur angeordnet ist. Betrachtet man also die Öffnungen aufweisenden Seitenflächen des Pumpenraums, so zeigt sich, dass die Öffnungen einen Rand aufweisen, wobei ein äußerer der Hubkontur zugewandter Rand gegeben ist und ein gegenüberliegender etwa dem Zentrum des Pumpenraums zugewandter unterer Rand. Die hier angesprochene Flügelzellenpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der äußere Rand in einem Abstand zur Hubkontur angeordnet ist, sodass im Betrieb der Flügelzellenpumpe aufgrund der Rotation des Rotors und der Flügelzellen erzeugte Zentrifugalkräfte Flüssigkeit an der Hubkontur anliegt. Es bildet sich ein Flüssigkeitsring, dessen Dicke dem Abstand des der Hubkontur zugewandten Randes der Öffnungen entspricht. Da das Schmiermittel ein höheres spezifisches Gewicht als die übrigen Bestandteile des von der Flügelzelle geförderten Mediums aufweist, bildet sich ein Schmiermittelring an der Hubkontur, der wegen des Abstandes des Randes der Öffnungen nicht aus den Öffnungen austritt, durch die das unter Druck stehende Medium ausgetragen wird. Durch den Rand wird im Betrieb der Flügelzellenpumpe ein Schmiermittelring gebildet, innerhalb dessen das

Schmiermittel aus den übrigen Bestandteilen des Mediums ausgeschieden ist. Dieses Schmiermittel wird nicht aus dem Pumpenraum ausgetragen, sodass dieses nicht in den Druckbereich der Flügelzellenpumpe gelangt. Es wird damit einem Verdampfungskreislauf einer Wärmerückgewinnungseinrichtung nicht zugeführt.

Durch die Ausbildung eines Schmiermittelrings entlang der Hubkontur mit einer Dicke, die dem Abstand des äußeren Randes der Öffnungen zur Hubkontur entspricht, wird ein geschlossener Schmiermittelfilm in dem besonders verschleißbelasteten Bereich der Pumpe gewährleistet, nämlich dem Berührungsbereich der Flügelenden mit der Hubkontur. Damit steht gerade diesem Verschleißbereich ein hochkonzentriertes Schmiermittel zur Verfügung, sodass der Verschleiß innerhalb der Flügelzellenpumpe auf ein Minimum reduziert wird. Durch den Abstand der Öffnung der Hubkontur wird nach allem ein Flüssigkeitsring ausgebildet, der zu einem hohen Prozentsatz aus Schmiermittel besteht. Das aus einer Öffnung ausgetragene Medium weist damit einen stark reduzierten Schmiermittelanteil auf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe ist vorgesehen, dass auch die Außenkontur des Rotors in einem Abstand zur Hubkontur angeordnet ist. Dadurch wird ein im Betrieb der Flügelzellenpumpe aufgebauter Flüssigkeitsring durch den Rotor nicht gestört, insbesondere nicht unterbrochen, sodass einerseits den Enden der Flügelzellen im Berührungsbereich mit der Hubkontur ein ungestörter Schmiermittelfilm zur Verfügung steht und andererseits sichergestellt ist, dass ein intakter Schmiermittelring auf der Hubkontur ausgebildet werden kann, sodass der Anteil des Schmiermittels in dem aus den im Druckbereich liegenden Öffnungen reduziert ist.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Abstand des Randes der Öffnungen zur Hubkontur und der Abstand der Außenfläche des Rotors zur Hubkontur aneinander angepasst, vorzugsweise gleich groß sind.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der hier angesprochene Abstand des Randes der Öffnungen zur Hubkontur einerseits und der Außenfläche des Rotors zur Hubkontur andererseits im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,7 mm bis 1 ,3 mm. Besonders bevorzugt wird ein Abstand von 1 mm.

Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, eine Wärmerückgewinnungseinrichtung zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Wärmerückgewinnungseinrichtung vorgeschlagen, die einen Verdampfungskreislauf und eine Flügelzellenpumpe aufweist, die ein zu verdampfendes Medium fördert, wobei das Medium Schmiermittel enthält, dessen spezifisches Gewicht größer ist als das der übrigen Bestandteile des Mediums, und/oder dessen Viskosität größer ist als die der übrigen Bestandteile des Mediums.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze eines Teils einer Flügelzellenpumpe im Längsschnitt mit einem Rotor in einem Pumpenraum.

Die Figur zeigt im Querschnitt einen Teil einer Flügelzellenpumpe 1 mit einem Gehäuse 3, einem Rotor 5, der in seinem Grundkörper 7 eine Anzahl von Schlitzen 9 aufweist. Diese sind radial zu einer Mittelachse 1 1 des Rotors 5 angeordnet, die senkrecht zu der Bildebene der Figur verläuft. Die Schlitze 9 sind in Umfangsrichtung bezüglich des Rotors 5 gesehen, in vorzugsweise gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die Anzahl der Schlitze ist in einem weiten Rahmen frei wählbar. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe 1 weist der Rotor 5 acht Schlitze 9 auf, von denen hier drei dargstellt sind. Einer verläuft in Richtung einer gedachten senkrechten Durchmesserlinie 13, ein weiterer auf einer gedachten horizontalen Durchmesserlinie 15. Dazwischen ist auch einer gedachten Winkelhalbierenden ein weiterer Schlitz 9 angeordnet. Bei der hier dargestellten Flügelzellenpumpe ist jeweils den hier dargestellten Schlitzen gegenüberliegend ein weiterer Schlitz vorgesehen, außerdem symmetrisch zu dem Schlitz auf der Winkelhalbierenden rechts oben ein weiterer Schlitz und diesem gegenüberliegend ein achter Schlitz.

In den Schlitzen 9 sind innerhalb der Schlitze verschiebliche Flügel 17 angeordnet, welche die Schlitze vorzugsweise vollständig ausfüllen und dichtend an den seitlichen Innenflächen der Schlitze 9 anliegen. Von den acht Flügeln des hier dargestellten Ausführungsbeispiels der Flügelzellenpumpe 1 sind wiederum lediglich drei dargestellt.

Zwischen zwei aufeinander folgenden Flügeln liegen Förderzellen 19 und 21 , deren Volumen sich im Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 ändert. Das Gehäuse 3 der Flügelzellenpumpe 1 weist einen Pumpenraum 23 auf, der Seitenwände umfasst. Eine der Seitenwände 25 ist bei der Schnittdarstellung gemäß der Figur in Draufsicht wiedergegeben. Der Pumpenraum 23 wird durch zwei parallel zueinander angeordnete Seitenwände seitlich begrenzt, die in einem Abstand liegen, der so gewählt ist, dass die Seitenwände dichtend an den Seitenflächen des Rotors 5 und den Seitenflächen der Flügel 17 anliegt.

Der Pumpenraum 23 wird durch eine den Rotor 5 umgebende Innenfläche umgeben, die als Hubkontur 27 bezeichnet wird. Diese ist im weitesten Sinne elliptisch ausgebildet, sodass eine Flügelzellenpumpe 1 mit zwei Förderräumen realisiert wird, die symmetrisch zur senkrechten Durchmesserlinie 13 angeordnet und in sich symmetrisch zur horizontalen Durchmesserlinie 15 ausgebildet sind. Die Förderräume sind sichelförmig.

In die Seitenwand 25 sind Öffnungen 29 und 31 eingebracht. Vorzugsweise sind in der der Seitenwand 25 gegenüberliegenden, hier nicht dargstellten Seitenwand identische Öffnungen vorgesehen. Im Übrigen finden sich symmetrisch zur horizontalen Durchmesserlinie 15 weitere Öffnungen.

Im Betrieb der Förderzellenpumpe 1 wird durch eine der in der Figur dargestellten Öffnungen das von der Förderzellenpumpe 1 geförderte Medium angesaugt, während durch die andere Öffnung das geförderte Medium ausgepresst wird.

Der Rotor 5 ist in dem Gehäuse 3 drehantreibbar gelagert, in der Regel durch eine Welle, die konzentrisch zur Mittelachse 1 1 angeordnet und mit dem Rotor 5 drehfest gekoppelt ist.

Im Folgenden wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Rotor gemäß dem Pfeil 33 im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird. Bei einer Drehung des Rotors liegen die äußeren Enden der Flügel 17 an der Hubkontur 27 dichtend an. Eine zwischen dem senkrechten und dem links davon liegenden Flügel ausgebildete Förderzelle 19 vergrößert bei einer Drehbewegung des Rotors 5 in Richtung des Pfeils 33 ihr Volumen. Links von dem mittleren Flügel ist die Förderzelle 21 zu sehen, deren Volumen größer ist als das der Förderzelle 19, weil die Flügel bei der Drehbewegung des Rotors 5 der Hubkontur 27 folgend nach außen fahren, sodass sich das größere Volumen der Förderzelle 21 gegenüber der Förderzelle 19 ergibt.

Da die Hubkontur 27 symmetrisch zur horizontalen Durchmesserlinie 15 ausgebildet ist, werden die Flügel nach Erreichen der horizontalen Position, wie sie in der Figur wiedergegeben ist, von der Hubkontur 27 in das Innere der Schlitze 9 eingefahren, sodass sich ein zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flügeln befindliches Volumen einer Förderzelle reduziert. Symmetrisch zur Öffnung 29 ist eine hier nicht dargestellte Öffnung vorgesehen. Da sich das Volumen der Förderzelle 19 bei einer Drehbewegung des Rotors 5 vergrößert, wird durch die Öffnung 29 ein Medium von der Flügelzellenpumpe 1 angesaugt, solange sich die Öffnung 29 in Fluidverbindung mit der Förderzelle befindet. Bei einer weiteren Drehbewegung in Richtung des Pfeils 33 erreicht der auf der Winkelhalbierenden liegende Flügel den linken Rand 37 der Öffnung 29, sodass keine Fluidverbindung zwischen der Förderzelle 21 und der Öffnung gegeben ist. Verkleinert sich im Verlauf einer weiteren Drehung des Rotors das Volumen der Förderzelle 21 , so wird das Medium mit Druck beaufschlagt und unter Druck aus der symmetrisch zur horizontalen Durchmesserlinie 15 bezüglich der Öffnung 29 angeordneten, hier nicht dargstellten Öffnung ausgetragen.

Entsprechendes gilt für die Öffnung 31 , aus der ein unter Druck stehendes Medium aus einer Förderzelle ausgepresst wird.

Die hier beschriebene Grundfunktion einer Flügelzellenpumpe ist bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.

Die Figur zeigt deutlich, dass die Öffnung 29 einen äußeren Rand 39 und die Öffnung 31 einen äußeren Rand 41 aufweist. Die äußeren Ränder 39 und 41 sind der Hubkontur 27 zugewandt und in einem Abstand x zur Hubkontur 27 angeordnet. Der dem äußeren Rand 39 beziehungsweise 41 gegenüberliegende innere Rand der Öffnungen 29 und 31 wird hier durch die Seitenfläche des Rotors 5 verdeckt, was durch eine gepunktete Linie angedeutet ist.

Bei dem von der Flügelzellenpumpe 1 geförderten Medium handelt es sich um Wasser, Alkohole wie Ethanol, Ammoniak oder andere organische Flüssigkeiten. Es kann sich hier auch um ein Gemisch der genannten Substanzen handeln. Dem Medium ist zusätzlich ein Schmiermittel beigemischt, dessen spezifisches Gewicht größer ist als das der übrigen Bestandteile des Mediums.

Betrachtet man die Seitenfläche 25, so zeigt sich, dass der äußere Rand 39 beziehungsweise 41 der Öffnungen 29 beziehungsweise 31 bereichsweise in etwa der Hubkontur 27 folgt, diese aber wegen des Abstands x nicht berührt. Wird im Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 der Rotor 5 mit den Flügeln 17 in Rotation versetzt, so ergeben sich Fliehkräfte, aufgrund der derjenige Bestandteil des geförderten Mediums sich an die Hubkontur 27 anlegt, der das höchste spezifische Gewicht hat. Es ergibt sich also, dass sich ein Schmiermittelring auf der Innenfläche der Hubkontur 27 ausbildet, dessen Dicke dem Abstand x des äußeren Randes 39, 41 zur Hub- kontur 27 entspricht. Gerade im Bereich der Hubkontur 27 wird also ein Schmiermittelfilm ausgebildet, der nur einen sehr geringen Anteil von Wasser, Alkoholen oder Ammoniak enthält, sodass die Schmierwirkung des Schmiermittels gerade im Berührungsbereich der äußeren Enden der Flügel 17 mit der Hubkontur 27 gegeben ist. Das Schmiermittel wird aufgrund des in einem Abstand x zur Hubkontur 27 angeordneten äußeren Randes 41 der Öffnung 31 nicht aus der Öffnung 31 ausgetragen, weil es nicht über den Rand seitlich austreten kann. Lediglich der Anteil des Schmiermittels, der sich in einem Schmiermittelring ablagert, der höher ist als der Abstand x kann aus der Öffnung 31 austreten. Es findet also im Betrieb der Flügelzellenpumpe eine Anreicherung des Schmiermittels unmittelbar auf der Hubkontur 27 statt. Das aus der Öffnung 31 austretende Medium ist also schmiermittelärmer und daher besonders gut geeignet, einer Wärmerückgewinnungseinrichtung zugeführt zu werden.

Wegen des Abstandes x des äußeren Randes 39 der Öffnung 29 zur Hubkontur 27 kann das Schmiermittel auch nicht aus der Öffnung 29 austreten.

Vorzugsweise ist im Übrigen vorgesehen, dass die Außenkontur 43 des Rotors 5 einen Abstand y zur Innenkontur 27 einhält. Diese Ausgestaltung wird deshalb bevorzugt, weil der sich auf der Innenkontur 27 im Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 ausbildenden Schmiermittelring damit durch den Rotor 5 nicht beeinträchtigt wird. Würde die Außenkontur 23 die Innenkontur 27 berühren, würde der Schmiermittelring vollständig verdrängt und müsste in anschließenden Bereichen, die von den äußeren Enden der Flügel berührt werden, neu aufgebaut werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Abstand y dem Abstand x entspricht. Insbesondere ist bevorzugt, dass die beiden Abstände x und y identisch ausgebildet sind.

Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, dass sich im Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 ein stabiler Flüssigkeitsring auf der Innenkontur 27 ausbildet, der praktisch zu 100 % aus

Schmiermittel besteht. Damit laufen die äußeren Enden der Flügel 17 auf der Hubkontur 27 innerhalb eines Schmiermittelrings ab, sodass der Verschleiß auf ein Minimum reduziert ist.

Durch den Abstand x der Öffnungen 29 und 31 zur Hubkontur 27 wird eine gewisse Dicke des Schmiermittelrings gewährleistet, sodass eine Unterbrechung der Schmierung mit höchster Wahrscheinlichkeit vermieden wird. Dies umso mehr, wenn die Außenkontur 43 des Rotors 5 in einem Abstand y zur Innenkontur 27 angeordnet ist, sodass der Schmiermittelring durchgehend auf der gesamten Innenkontur 27 ausgebildet werden kann.

Es hat sich herausgestellt, dass der Abstand x in einem Bereich von 0,1 mm bis 2 mm vorzugsweise liegen sollte, insbesondere im Bereich von 0,3 mm bis 1 ,0 mm. Besonders bevorzugt wird ein Abstand x von 1 mm. Im Übrigen gilt hier: y > x.

Durch den Schmiermittelanteil in dem von der Flügelzellenpumpe 1 geförderten Medium ergibt sich nicht nur der Vorteil der verbesserten Schmierung sondern der weitere Vorteil, dass vo- lumetrische Spaltverluste zwischen dem äußeren Ende der Flügel, also der Flügelkopf, und der Innenkontur 27 auf eine Minimum reduziert werden. Dies beruht auf der gegenüber den übrigen Bestandteilen des Mediums höheren Viskosität des Schmiermittels.

Bezuqszeichenliste

I Flügelzellenpumpe

3 Gehäuse

5 Rotor

7 Grundkörper

9 Schlitze

I I Mittelachse

13 senkrechte Durchmesserlinie

15 horizontale Durchmesserlinie

17 Flügel

19 Förderzelle

21 Förderzelle

23 Pumpenraum

25 Seitenwand

27 Hubkontur

29 Öffnung

31 Öffnung

33 Pfeil

35 äußere Enden

37 linker Rand

39 äußerer Rand

41 äußerer Rand

43 Außenkontur

x Abstand

y Abstand