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"DrehkolbenluStpumpe bzw. -kompressor".
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Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenluftpumpe bzw.
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einen Drehkolbenluftkompressor, insbesondere fUr pneuma= tische SignalgerEte
od.dgl., mit einem exzentrisch in einem zylindrischen Gehause angeordneten Rotor
und mit in Schlitzen des Rotors passend jedoch frei beweglich gelagerten, durch
die Zentrifugalkraft gegen die Gehäuse= innenwand gedruckten Schiebern.
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Bei diesen Drehkolbenluftpumpen bzw. -kompressoren entsteht im Betrieb
eine sehr hohe Reibung zwischen der Innenwand des zylindrischen Gehäuses und den
gegen diese GehRusewand gedrückten, darauf abgleitenden, Susseren Schieberenden.
Infolgedessen ist auch der
Verschleiss der äusseren Schieberenden
und der Gehäuse= -innenwand entsprechend gross. Um diesen Verschleiss herabzusetzen
und die Lebensdauer der Drehkolbenluftc pumpe bzw. des Drehkolbenluftkompressors
entsprechend zu erhöhen, werden die Schieber der bekannten Aus£5hrun= gen aus vergUtetem,
besonders hartem und verschleiss= festem Stahl hergestellt. Auch die Innenwand des
GehMuses besteht bei den bekannten Ausftihrungen aus besonders verschleissfestem
und hartem Werkstoff, insbesondere aus vergtetem Gusseisen mit Kugelgraphit,sogenanntem
"SphEroguss". Die grosse Härte und die erforderliche Nachbearbeitung bzw. Nachbehandlung
dieser Werkstoffe erhdhen aber erheblich die Herstellungskosten der bekannten Drehkolbenluftpumpen
bzw. -kompressoren.
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Die aus Stahl hergestellten Schieber weisen ausserdem ein verhältnismässig
grosses Eigengewicht auf und werden infolgedessen mit einer entsprechend grossen
Zentrifu= galkraft gegen die Gehäuseinnenwand gedrückt. Dadurch werden die mit der
Benutzung der genannten Werkstoffen erzielten Vorteile hinsichtlich der Verschleissfestig=
keit und der Lebensdauer der Schieber zum Teil wieder rfickgängig gemacht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Ausführungen
zu beheben und eine Drehkolbenz luftpumpe bzw. einen Drehkolbenluftkompressor der
eingangs genannten Art zu schaffen, der mit bedeutend niedrigeren Material- und
Arbeitskosten herstellbar ist
und bei dem der Verschleiss der Schieberenden
und der Gehäuseinnenwand hauptsächlich durch Herabsetzung des Anpressdrucks zwischen
diesen beiden Teilen bedeutend reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemss dadurch gelöst, dass die Schieber
aus Kunststoff mit Metallpulver als Füllstoff bestehen.
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Der erfindungsgemäss für die Schieber der Drehkolben= luftpumpe bzw.
des Drehkolb'enluftkompressors benutzte Kunststoff mit Metallpulver als Füllstoff
stellt zu= nächst einen bedeutend billigeren Werkstoff als der bisher vervendete,
harte, verschleissfeste, vergütete Stahl dar. Dieser billigere Werkstoff lässt sich
auch mit bedeutend, kleinerem Zeit- und MQheaufwand nach den aus der Kunststoffverarbeitung
bekannten Verfahren zu den jeweils gewünschten Schiebern verarbeiten. Dabei brauchen
keine so enge Masstoleranzen wie bei der Herstellung der Schieber aus Stahl eingehalten
zu -werden, da der Kunststoff auch bei sehr hohem Metall= pulvergehalt eine zum
Ausgleich von Grobtoleranzen noch ausreichende elastische Nachgiebigkeit aufweist.
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Die bisher erforderliche thermische VergUtungsbehandlung entfällt
vollständig. Die Herstellungskosten der Schieber für Drehkolbenluftpumpen bzw. -kompressoren
werden dadurch um etwa 20-25% herabgesetzt.
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Der erfindungsgemäss für dieSchieber der Drehkolben= luftpumpen bzw.
-kompressoren benutzte Werkstoff (Kunststoff mit Metallpulver als FUllstoff) weist
aber auch ein wesentlich kleineres Gewicht als Stahl auf.
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Infolgedessen wird gleichzeitig mit den Herstellungs= kosten auch
das Eigengewicht der Schieber und infolge= dessen auch die Anpresakraft, mit der
diese durch die Fliehwirkung gegen die Gehäuseinnenwand gedrückt werden, gegenliber
den bekannten Schiebern'in Stahlausfahrung bedeutend herabgesetzt. Dadurch wird
der Verschleiss der äusseren Schieberenden und der Gehäuseinnenwand entsprechend
reduziert.
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Das Gewicht der Schieber ist hauptsächlich durch den Prozentratz des
als Fflllstoff dem KunstStoff zugesetzten Metallpulvers bestimmt. Infolgedessen
kann das Schieber= gewicht einfach durch die Wahl des Metallpulveranteils unter
Beibehaltung der Schieberabmessungen in weiten Grenzen abgeändert und den jeweiligen
Erfordernissen angepasst werden. Insbesondere ist es dadurch ohne Schwierigkeiten
mdglich, das Eigengewicht der Schieber derart einzustellen, dass die Schieber im
Betrieb, d.h.
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bei der jeweils gewünschten Betriebsdrehzahl des Rotors durch die
Fliehwirkung mit einer zur Erzielung der erforderlichen Abdichtung zwischen den
Schieberenden und der Gehäuseinnenwand zwar ausreichenden, jedoch sonst-mbglichst
kleinen Anpresskraft gegen die Gehäuse= innenwand gedruckt werden. Uberraschenderweise
hat es
sich dabei gezeigt, dass mit den erfindungsgemässen Schiebern
die erforderliche Abdichtung auch mit verhält= nismässig kleinen bzw. sehr knapp
bemessenen Anpress= drücken erzielt werden kann. Der Grund dafür liegt wahr scheinlich
in der elastischen Verformbarkeit des Kunst stoffs und in der davon abhtngigen Anpassungsfähigkeit
der Schieberenden an die Oberflächenunregelmässigkeiten und -unebenheiten der Gehäuseinnenwand.
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Aus diesem Grund und da mit der Herabsetzung des Anpressdrucks zwischen
den Schieberenden und der Gehäuseinnenwand auch die Verschleissbeanspruchung der
Gehäuseinnenwand herabgesetzt wird, ist es nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung
der Erfindung möglich, die Gehäuseinnenwand aus unvergütetem Werkstoff, wie z.B.
Grauguss, Sinterbronze, Aluminiumlegierungen od.dgl.
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herzustellen. Dadurch wird eine weitere Herabsetzung des Material-
und Arbeitsaurwands und infolgedessen der Herstellungskosten der Drehkolbenluftpumpe
bzw. des Drehkolbenkompressors erzielt. Erfindungsgemäss kann dabei das ganze Gehäuse
der Drehkolbenluftpumpe bzw.
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des Drehkolbenkompressors oder eine darin eingesetzte, die Gehäuseinnenwand
bildende Zylinderbuchse aus den genannten Werkstoffen bestehen.
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Im Gegensatz zu der bisher vorherrschenden Meinung der Fachwelt, dass
der Verschleiss der Gehäuseinnenwand und der darauf abgleitenden Schieberenden in
Drehkolben=
luftpumpen bzw. -kompressoren durch Herstellung der
Schieber und der Gehäuseinnenwand aus vergütetem, möglichst hartem, besonders verschleissfesteni,
aber.
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deshalb auch aufwendigem, schwerem und schwer zu verar= beitendem
Stahl bzw. Gusseisen vermieden werden kann, sieht die Erfindung für die Schieber
der genannten Pumpen bzw. Kompressoren einen billigeren und leichter zu verar= beitenden
Werkstoff (Kunststoff mit Metallpulver als SUllstoff) vor, dessen bedeutend niedrigere
Verschleiss= festigkeit durch das wesentlich kleinere Eigengewicht und durch den
entsprechend schwächeren Anpressdruck der Schieber gegen die Gehäuseinnenwand ausgeglichen
wird.
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Erfindungsgemäss wird also entgegen der herkömmlichen Meinung und
in Cberraschender Weise mit einem Werkstoff kleinerer Härte und piedrigerer Verschleissfestigkeit
zumindest der selbe technische Effekt wie bisher mit möglichst harten, besonders
verschleissfesten Werkstoffen erreicht, wobei der Vorteil eines kleineren Material-und
Arbeitsaufwands und infolgedessen einer Herabsetzung der Herstellungskosten erzielt
wird.
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Das als Ft1lstoff im Kunststoffkörper der Schieber ent= haltene, gleichförmig
verteilte Metallpulver dient nicht nur dazu, den Schiebern das jeweils erforderliche
bzw.
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vorteilhafte Eigengewicht zu verleihen, sondern erhöht auch die Wärmeleitfähigkeit
der Kunststoffmasse und fordert dadurch die Abfuhr der Wärme von den im Betrieb
durch
die Reibung gegen die Gehäuseinnenwand und gegen die Rotorschlitzwände erwärmten
Schiebern. Ausserdem wirkt dieses Metallpulver als Festschmiermittel und setzt dadurch
den Verschleiss der Schieberenden und der Gehäuse= innenwand weiter herab. Besonders
gute Ergebnisse können nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dadurch
erzielt werden, dass das Metallpulver aus Bronzepulver besteht. Vorzugsweise wird
ein rundkörniges Metallpulver bzw. Bronzepulver insbesondere mit Korngrösse zwischen
O und 100 t benutzt, von dem vorteilhafterweise unge= fähr 80% der Körner kleiner
als 73 µ sind. Die Menge des als Füllstoff im Kunststoffkörper der Schieber ent=
haltenen Metall- bzw. Bronzepulvers hängt vom angestrebten Eigengewicht der Schieber
ab, beträgt aber im allgemeinen etwa 80 - 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa
85 Gewichtsprozent.
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Der in Verbindung mit dem Metallpulver als Füllstoff für die Herstellung
der Schieber benutzte Kunststoff kann ebenfalls je nach den Erfordernissen beliebig
gewählt werden. Es können dabei sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste benutzt
werden. Die Polyamide haben sich besonders gut bewährt.
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Die durch die Benutzung des Metallpulvers, insbesondere des Bronzepulverso
als BUllstoff für die Kunststoffkbrper der Schieber erzielte selbstschmierende Wirkung
kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung
dadurch
erhöht werden, dass der Kunststoff zur Her= stellung der Schieber als zustzlicher
Füllstoff ein Festschmiermittel, insbesondere Molybdändisulfid enthält.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausfhrungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 eine Drehkolbenluftpumpe bzw. einen Drehkolben= kompressor, im Querschnitt..
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Fig. 2 ein Diagramm der auf die Schieber des Drehkolben= kompressors
in Abhängigkeit von der Drehzahl wirkenden Fliehkräfte bei Drehkolbenkompressoren
nach dem Stand der Technik (gestrichelt gezeichnete Kurven) und nach der Erfindung
(mit ausgezogenen Linien gezeichnete Kurven).
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Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenluftpumpen bzw. -kompressoren
der in Fig. 1 im Querschnitt darge= stellten Art. Diese Drehkolbenmaschinen bestehen
aus einer kreisrunden, zylindrischen Kammer 1, die umfangs seitig von der Innenwand
2 eines Gehäuses 3 begrenzt ist. Die Gehäuseinnenwand 2 ist als zylindrische, in
das Gehäuse 3 eingesetzte und darin befestigte Buchse ausgebildet.
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In der Kammer 1 ist exzentrisch ein mit Schlitzen 5 ver=
sehener
Rotor 4 drehbar gelagert, der z.B. von einem koaxialen, nicht dargestellten Elektromotor
in der ein= gezeichneten Pfeilrichtung angetrieben wird. Die Schlitze 5 sind nicht
radial zu dem Rotor 4 gerichtet, sondern zu dem gedachten, durch den Schnittpunkt
zwischen jedem Schlitz und dem Rotormantel gelegten Radius geneigt.
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In jedem Schlitz 5 des Rotors 4 ist passend, jedoch frei verschiebbar
ein Schieber 6 gelagert, der im Betrieb durch die Zentrifugalkraft nach aussen verstellt
und mit seinem äusseren, freien Ende gegen die GehEuseinnenwand bzw. die Zylinderbuchse
2 gedrückt wird. Die Innenwand des Gehäuses 3 bzw. die Zylinderbuchse 2 wird in
einem Punkt von der Mantelfläche des Rotors 4 fast bewahrt.
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In diesem Bereich sind die Schieber 6 ganz bzw. fast ganz in die entsprechenden
Schlitze 5 des Rotors 4 eingedrAckt bzw. eingefahren. Beim Durchlaufen des anschliessenden,
in der Kammer 1 freigelassenen, sichel förmigen Pumpen- bzw. Kompressorraumes werden
die Schieber 6 entsprechend der Breite dieses sichelförmigen Raumes aus- und dann
wieder eingefahren. Im Anfangsbereich des sichelförmigen Pumpen- bzw. Kompressorraumes
ist eine mantelseitige Saugöffnung 7 und im Endbereich eine manteilseitige Drucköffnung
8 vorgesehen. Der Mantel= körper des Gehäuses 3 kann mit Hohlräumen versehen sein
und insbesondere einen einerseits mit der Saugöffnung 7 und andererseits Uber eine
Einlauföffnung 9 mit der Aussenluft verbundenen Hohlraum 10 und einen mit der
Drucköffnung
8 und mit einem Auslaufstutzen 11 verbundenen, als Windkessel wirkenden Hohlraum
12 aufweisen.
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In diesen an sich bekannten, insbesondere für pneumati= sche Signalgeräte
od.dgl. verwendeten Drehkolbenluftpumpen bzw. -kompressoren sind erfindungsgemäss
die Schieber 6 aus Kunststoff insbesondere Polyamid hergestellt, das als BUllstoff
ein Metallpulver, insbesondere etwa 85 Gewichts= prozent rundkörniges Bronzepulver,
und ein Festschmier= mittel, insbesondere etwa 2 Gewichtsprozent olybdändi= sulfid
in gleichmässiger Verteilung enthält. Die Korn grösse des Metall- bzw. Bronzepulvers
liegt zwischen 0 und 100 , wobei 80% dieses Pulvers eine Korngrösse von weniger
als 73/v aufweist. Die Schieber 6 werden mit einem beliebigen, aus der Kunststoffverarbeitung
bekannten Verfahren hergestellt und ohne Nachbearbeitung bzw. Nachbehandlung eingesetzt.
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Das Gehäuse 3 bzw. die Laufbuchse 2- sind aus Grauguss ohne j jegliche
Nachbehandlung* bzw. aus Aluminiumlegierungen, Sintermaterialen od.dgl. hergestellt.
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In Fig. 2 sind die Zentrifugalkräfte in Gramm (g) ange= geben, die
bei verschieden grossen Drehzahlen (U/min) des Rotors 4 auf einen Schieber 6 der
Drehkolbenluftpumpe bzw. des Drehkolbenkompressors nach Fig. 1 wirken. Mit den gestrichelten
Linien Al und A2 ist die Abhängigkeit
.der Zentrifugalkraft von
der Drehzahl bei den bisher bekannten, aus Stahl hergestellten Schiebern dargestellt,
wobei sich die Kurve Al auf den ganz ausgefahrenen Schieber, d.h. etwa auf den l;7ittelbereich
des sichelför= migen Pumpen- bzw. Kompressorraumes, und die Kurve A2 auf den ganz
eingefahrenen Schieber bezieht. Mit den voll ausgezogenen Linien 31 und 32 ist dagegen
die Abhängigkeit der Zentrifugalkraft von dqr Drehzahl bei den erfindungsgemäss
aus Kunststoff mit Metallpulver als Fflllstoff hergestellten Schiebern 6 dargestellt.
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Dabei beziehen sich wiederum die Kurve 31 auf den ganz ausgefahrenen
und die Kurve 32 auf den ganz eingefahrenen Schieber 6.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass auf den erSindungsgemäss ausZebildetenj
bedeutend leichteren Schieber 6 eine Zentrifugalkraft einwirkt, die etwa halb so
gross ist wie die bei gleichen Bedingungen auf den bisher bekannten Stahlschieber
wirkende Zentrifugalkraft. Infolgedessen wird der erfindungsgemäss ausgebildete
Schieber 6 mit einem entsprechend kleineren Anpressdruck gegen die Innenwand des
Gehäuses 3 bzw. gegen die Zylinderbuchse 2 gedrückt. Dadurch wird der Verschleiss
der Zylinderbuchse 2 und der äusseren Enden der Schieber 6 so weit herab= gesetzt,
dass die erfindungsgemässen Drehkolbenluftpumpen bzw. -kompressoren zumindest die
selbe Lebensdauer wie die bisher bekannten Ausfthrungen mit Stahlschiebern aufweisen.
Der Material- und Arbeitsaufwand für die
Herstellung der erfindungsgemEssen
Drehkolbenluft= pumpen bzw. -kompressoren ist jedoch bedeutend kleiner, da keine
Vergütung bzw. Nachbearbeitung der Schieber 6 bzw. der Zylinderbuchse 2 erfordarlich
sind.