DE2750137A1

DE2750137A1 - Kreiselpumpe bzw. -verdichter

Info

Publication number: DE2750137A1
Application number: DE19772750137
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Maeda; Tadashi Saitou; Hiroshi Sakamaki; Aichi Toyota; Fumihiro Ushijima
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1978-07-20
Also published as: CA1081190A; JPS5358807A; GB1553794A; US4198195A; AU514728B2; FR2370185A1; AU3033977A

Description

Kreiselpumpe bzw. -verdichter

Die Erfindung betrifft eine Kreisel- oder Flügelradpumpe bzw. einen -verdichter mit Seitenplatten, die im Betrieb vergleichsweise verschleißfrei sind und eine ungehinderte Radial-Auswärtsverschiebung der Flügel sowie eine gute Abdichtung gewährleisten, und wobei die Seitenplatten vorzugsweise aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit als derjenigen des Materials des Läufers oder Rotors hergestellt sind.

Ein großes und andauerndes Problem bei der Konstruktion von Flügelrad- oder Kreiselpumpen und -Verdichtern besteht seit langem in der zufriedenstellenden Abdichtung der axialen Enden des Arbeitsraums an den Gleitflächen zwischen Rotor und Statorgehäuse. Jegliche Undichtigkeit an diesen Abdichtstellen beeinträchtigt die Pumpenförderleistung oder das Verdichtungsverhältnis. Dieses Problem verstärkt sich insbesondere im Hinblick auf die im Betrieb im Arbeitsraum auftretenden axialen Ausdehnungsdrücke.

Die US-PS 2 702 309 beschreibt eine Kreiselpumpe mit zwei an den gegenüberliegenden Enden des Rotors angeordneten, elastischen Dichtmembranen zur Verhinderung einer Undichtigkeit an

809829/0593

den Stirnflächen des Rotors. Da die Membranen jedoch die Axialverschiebung oder Neigung der Rotorstirnflächen nicht mitmachen, wird eine zufriedenstellende Abdichtung nicht immer erreicht.

Zur Vermeidung dieses Mangels werden gemäß den US-PSen 2 558 837 und 2 833 465 an den Stirnflächen des Rotors lose Polster oder Platten vorgesehen, die durch Vorbeiastungsfedern gegen den Rotor angedrückt werden. Diese Polster oder Platten liegen jedoch eng am Rotor an und können sich mit ihm mitdrehen, und sie können durch die Rotorwelle, welche Aufnahmebohrungen in den Polstern oder Platten durchsetzt, beschädigt werden.

Gemäß der US-PS 3 695 791 werden zwei Bimetallstücke als Dichtplatten verwendet, um jeden Zwischenraum zwischen den Platten und den Rotorstirnflächen auszuschalten. Die Birnetailstücke benötigen jedoch eine gewisse Zeit zur entsprechenden Verformung unter Wärmeeinfluß, so daß eine wirksame Abdichtung, insbesondere während der Anfahrperiode, nicht immer gewährleistet ist.

Zur Ausschaltung der vorstehend geschilderten Mängel wurde bereits eine verbesserte Kreiselpumpen- bzw. -verdichterkonstruktion gemäß der USA-Patentanmeldung S.N. 637,459 vom 3.12.1975 vorgeschlagen. Gemäß Fig. 1 weist diese bereits vorgeschlagene Konstruktion ein Statorgehäuse 1 und zwei Stirnplatten oder -deckel 2, 3 mit darin ausgebildeten Ausnehmungen 2a, 3a auf, die einen Pumpenraum bilden, in welchem ein Rotor 6" freitragend auf dem einen Ende einer im Stirndeckel 3 exzentrisch gelagerten Antriebswelle 5 angeordnet ist. Zwei flexible Seitenplatten 7', 8¹ sind unter Abdichtung zwischen die Seitenwände des Statorgehäuses und die betreffenden Stirnceckel 2 bzw. 3 eingesetzt, so daß sie den Pumpenraum in zwei

809829/0593

durch die Platten 7', 8· gebildete End- oder Stirnkammern 9 bzw· 10 und einen Rotor- bzw* Arbeitsraum 4 unterteilen. In die Stirnkammern kann Druckluft eingeleitet werden, um gegenüber dem Arbeitsraum ein positives Druckgefälle zu erzeugen, durch welches die Seitenplatten zur Aufrechterhaltung einer zufriedenstellenden Arbeitsdichtung mit den Stirnflächen des Rotors in Berührung gedrängt werden. Im Betrieb der Konstruktion als Verdichter kann der Druckunterschied durch Rückkopplungskanäle vom Auslaß 0 zu den Stirnkammern gewährleistet werden, wobei diese Kanäle die Form einfacher öffnungen oder Bohrungen in den Seitenplatten im oberen Bereich des Arbeitsraums besitzen können» obgleich ein solcher Druckunterschied bzw. Druckgefälle nicht immer erforderlich ist. Im Betrieb als Pumpe können die Stirnkammern einfach zur Außenluft hin entlüftet oder unter Atmosphärendruck abgedichtet werden, wobei ein Druckgefälle durch den im Einlaß I herrschenden Unterdruck erzeugt wird. Der Rotor bzw. Läufer kann ein Radialgleitflügelrotor sein; bei dieser Anordnung wird bei Antrieb der Welle 5 ein Arbeitsmedium zwischen Einlaß I und Auslaß 0 gefördert bzw. verdichtet.

Bei dieser Kreiselpumpenkonstruktion haben sich Jedoch noch verschiedene Schwierigkeiten herausgestellt. Insbesondere sind dabei der Rotor 6" aus Grauguß und die Seitenplatten 7', 8* aus Kunstharz hergestellt. In der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho-50-261636 ist die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser der Rotorkammer und der Dicke der Seitenplatten beschrieben. Falls dabei die Dicke der Seitenplatten unter einer vorbestimmten Größe liegt, wird der dem Verdichtung^whubⁿabschnitt zugewandte Teil der Seitenplatten in Richtung auf die Stirnkammern verformt, wodurch die Abdichtung verschlechtert wird. Liegt dagegen die Dicke der Seitenplatten über dem vorbestimmten Wert, so können sich diese unter den Druckänderungen in der Rotorkammer, wenn die Pumpe als Unterdruckpumpe eingesetzt wird, nicht zufriedenstellend an die Stirnflächen

809829/0593

des Rotors anlegen, wodurch die Abdichtung ebenfalls verschlechtert wird. Wenn die aus Kunstharz bestehenden Seitenplatten mit dem Außenrand in die Stirndeckel eingelassen sind, können die Seitenplatten aufgrund ihrer thermischen Ausdehnung in zu starke AndruckberUhrung mit den Stirnflächen des Rotors gelangen, was einen übermäßigen Verschleiß der Seitenplatten zur Folge hat. Infolgedessen können die Seitenplatten durch Reibungsabrieb zwischen Berührungspunkten und berührungsfreien Punkten stufenförmigen Verschleiß erfahren. Wenn die Seitenplatten andererseits mit ihrem Außenrand nicht in die Stirndeckel eingelassen, sondern einfach zwischen das Statorgehäuse und die Stirndeckel eingesetzt sind, entsteht gemäß Versuchen an den Seitenplatten nach 500 Betriebsstunden ein um 0,6 mm abgestufter Bereich, wenn die Verdichterpumpe mit einer Drehzahl von 6000 U/min betrieben wird. Wenn die Drehzahl unmittelbar von 6000 U/min auf 500 - 1000 U/min herabgesetzt wird, nimmt der Förderstrom im Laufe der Zeit bei 800 - 1000 U/min zu stark ab, so daß sich eine solche Pumpe nicht für kommerzielle Zwecke eignet. Wenn dagegen an den Seitenplatten nach 500 Betriebsstunden bei 6000 U/min eine Abstufung von weniger als 0,2 mm unter Aufrechterhaltung einer hohen Förderleistung entstehen würde, würde sich eine solche Pumpe ersichtlicherweise für die praktische Verwendung für Betrieb im Drehzahlbereich von 800 - 6000 U/min eignen. Die eine geringere Verschleißfestigkeit besitzenden Seitenplatten sind daher einem Verschleiß unterworfen, durch den zwischen ihren mit dem Rotor in Berührung stehenden Flächen und ihren nicht mit dem Rotor in Berührung stehenden Flächen nach längerer Betriebszeit stufenförmig vertiefte Bereiche entstehen. Diese Stufenabschnitte behindern die Radlalverschiebung der Flügel und somit deren einwandfreie Gleitbewegung. Diese Tendenz ist häufig zu beobachten, wenn die auf die Flügel einwirkenden Fliehkräfte klein sind, d.h. wenn der Rotor im niedrigen Drehzahlbereich von etwa 500 - 1500 U/min umläuft. Bei der zu beschreibenden Verdichterpumpe gemäß der

809829/0593

Erfindung lassen sich diese Stufenabschnitte in den Seitenplatten nicht völlig vermeiden, da die Seitenplatten bei der Drehung des Rotors mit dessen Stirnflächen in Form von Membranen in Berührung stehen, weshalb die durch diese Stufenabschnitte hervorgerufene Wirkung berücksichtigt werden muß. Obgleich eine Lösungsmöglichkeit darin bestehen könnte, die Seitenplatten aus Eisen- oder Nichteisenmetallen herzustellen, könnten derartige Seitenplatten nicht ohne Schmiermittel eingesetzt werden, weil sonst zwischen den Seitenplatten und dem Rotor eine ein Festfressen hervorrufende Reibung entstehen würde. Auch wenn sowohl die Seitenplatten als auch der Rotor aus Kunststoff hergestellt sind, erhöht sich der Andruck zwischen beiden Elementen aufgrund ihrer großen thermischen Ausdehnung, was zu einer Vergrößerung der Abriebstufenabschnitte und schließlich zu einem Festfressen führt. Verwendet man zur Vermeidung dieser Schwierigkeit dünne Seitenplatten, so ergeben sich die vorher genannten Nachteile bezüglich der Verschlechterung der Abdichtung infolge einer Verformung der Seitenplatten·

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer verbesserten Flügelrad- oder Kreiselpumpen- bzw. -verdichterkonstruktion für Strömungsmittel mit Seitenplatten aus einem Werkstoff, der eine höhere Verschleißfestigkeit als zumindest die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen des Rotors besitzt, so daß ein Verschleie der Seitenplatten vermieden und unter maximaler Verbesserung der Abdichtwirkung eine ungehinderte radiale Auswärtsverschiebung der Flügel gewährleistet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich, als innen ungeschmierter bzw. trocken laufender Verdichter für die Förderung von Sekundärverbrennungsluft zu einer Abgasentgiftungsanlage einer Brennkraftmaschine oder als Unterdruck-Förderpumpe (Servopumpe) einer servounterstUtzten Bremsanlage.

»09829/0593

Die genannte Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bisher üblichen Kreiselpumpe, in welcher die Verformung der Seitenplatten übertrieben stark dargestellt ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Strömungsmittel-Kreiselpumpe o.dgl. gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 bis 10 Schnittansichten von bei der erfindungsgemäßen Pumpen- oder Verdichterkonstruktion verwendeten Rotoren,

Fig. 11 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung der Rotoren gemäß Fig. 4 bis 10 und

Fig.12 eine graphische Darstellung eines Vergleichs zwischen den erfindungsgemäßen und den bisherigen Pumpen o.dgl.

Die erfindungsgemäße, trocken laufende Kreisel- bzw, Flügelradpumpe ist speziell zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen zur Speisung pneumatisch betätigter Ausrüstungsteile vorgesehen. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist bekanntlich großen Schwankungen unterworfen, d.h. sie liegt zwischen der Leerlaufdrehzahl von etwa 500 - 1500 U/min und der Höchstdrehzahl von z.B. 6000 U/min und mehr. Für die angetriebene Kreiselpumpe hat dies folgende Bedeutung:

809829/C393

1. Sie muß auch bei niedriger Drehzahl der Maschine, etwa im Leerlauf, einen ausreichend hohen Druck bzw. Unterdruck liefern und

2. bei hoher Drehzahl dürfen weder übermäßiger, durch Reibung bedingter Verschleiß noch ein Festfressen auftreten.

Im folgenden ist erläutert, auf welche Weise diese beiden Erfordernisse beim Erfindungsgegenstand erfüllt werden.

Bei der in den Figuren und insbesondere in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Seitenplatten 7 und 8 aus einem Eisenmetall, wie Grauguß oder Stahl, oder aber aus einem Nichteisenmetall, wie Aluminiumlegierung, hergestellt, während der Läufer bzw. Rotor 6 aus einem hoclJwärmebeständigen und verschleißfesten Kunstharz, wie Polyamidharz, besteht, dem Kohlenstoff in amorpher Form und/oder Graphitform einverleibt sein kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bestehen die Seitenplatten aus demselben Material wie bei der Vorrichtung nach Fig. 2, während der Rotor 6* aus einem Eisenoder Nichteisenmetallelement besteht, an dessen beiden Stirnseiten Platten befestigt sind, die entweder aus einem Kunstharz mit diesem einverleibten Kohlenstoff in amorpher Form und/oder Graphitform hergestellt sind oder aber hauptsächlich aus Kohlenstoff mit einem Kunstharzbindemittel bestehen. Die Anbringung der Kunstharzplatten 6'b an den beiden Stirnflächen des Eisen- oder Nichteisenmetallelements 6'a erfolgt vorzugsweise durch Angießen zur Gewährleistung eines innigen Kontakts. Vorzugsweise besitzen dabei die beiden Stirnflächen des Rotors 6'a beim Angießen der Seitenplatten eine Oberflächenrauhigkeit von mehr als entsprechend 3 S nach japanisdier Industrienorm JIS BO6O1.

Zur Verbesserung der festen Verbindung ist es vorteilhaft, gemäß den Fig. 4 und 5 in den beiden Stirnflächen des Rotor-

809829/0593

elements 6'a koaxiale Ringnuten vorzusehen. Diese Ringnuten können entweder einen V-förmigen Querschnitt gemäß Fig. 4 oder einen rechteckigen Querschnitt gemäß Fig. 5 besitzen. Andere Konfigurationen der beiden Stirnflächen, die für die Verbesserung der engen Verbindung zwischen den Kunstharzplatten und dem Rotor vorteilhaft sind, sind in den Fig. 6 bis 10 veranschaulicht. Besonders wirksam sind dabei die konzentrischen, einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt besitzenden Ringnuten gemäß Fig. 10.

Fig.11 veranschaulicht eine Vorrichtung zum Angießen der Kunstharzplatten an den beiden Stirnflächen des Rotors 6'a. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 11 besitzt ein beheizter Zylinder 11 einen Innendurchmesser entsprechend dem Außendurchmesser des Rotors 14. Das Angießen des Kunstharzes an den beiden Stirnflächen des Rotors erfolgt in der Weise, daß ein unterer Formteil 12 in den Zylinder 11 eingesetzt wird, Kunstharzteilchen 13 in den Zylinder eingefüllt werden, sodann der Rotorrohling in den Zylinder eingesetzt wird, darauf weitere Kunstharzteilchen in den Zylinder eingegeben werden und schließlich die gesamte Anordnung mittels eines oberen Formteils bzw. Stempels unter hoher Temperatur während einer vorbestimmten Zeitspanne mit hohem Druck verpreßt wird. Der auf diese Weise hergestellte Rotor wird dann mit einer Wellenbohrung und mit den Flügelnuten versehen.

Wie erwähnt, werden die Seitenplatten aus einem Eisenmetall, wie Grauguß oder Stahl, oder aus einem Nichteisenmetall, wie Aluminiumlegierung, hergestellt. Die Dicke der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendenden Seitenplatten bestimmt sich durch Druckänderungen der Pumpe, thermischen Ausdehnungskoeffizienten, Verschleißfestigkeit und Durchmesser der Läufer- bzw. Rotorkammer. Insbesondere im Hinblick auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Duktilität der

Ö09829/0593

Seitenplatte!! ist ihre Dicke, wenn sie aus eines Eisenmetall bestehen, in allgemeinen um das 1,5-fache größer als im Fall von Seitenplatten aus Aluminium. Vorteilhaft liegt die Dicke der Seitenplatten gev5bnlic!i in eines Bereich -von 1 - 5 am.

Wahlweise können die Rotor-Seitenplatten 6'b im wesentlichen aus ein Kunstharzbindenittel enthaltendes Kohlenstoff bestehen. Bei der Herstellung solcher Platten wird zunächst amorpher Kohlenstoff, etwa Lnfl, getrocknet und vorgewärmt. Sodann werden die Kohlenstoffklumpen zur Bildung eines Pulvers gemahlen, das mit einen Kunsisbarzbindenittel» vie Teerpech, vermischt wird. Das Gesisch wird gemahlen, anschließend mittels einer Walze auf die gewünschte Dicke gepreßt und bei einer Tempatur im Bereich von 800 - 1200⁰C gesintert· Da die nach diesem Verfahren hergestellten Rotorplatten als Hauptkomponente Kohlenstoff enthalten, werden sie im folgenden als Kohlenetoffplatten bezeichnet, um sie von den vorher beschriebenen, im folgenden einfach als nrzplatten bezeichneten, aus Kunstharz hergestellten Platten zn unterscheiden.

Wenn der gesamte Rotor, wie bei der Ansführungsform gemäß Pig. 2, aus Kunstharz besteht, besteht die Möglichkeit dafür, daß der Rotor aufgrund seiner WSrmeausdehnung einen übermäßigen Druck gegen die Seitenplatten ausübt, wodurch sehr zeitig ein Abriebe tuenabschnitt entsteht. Außerdem kann dabei die Verbindung zwischen der Welle und dem Rotor infolge der Wärmeausdehnung des Rotors unsicher sein. Ans diesem Grund werden bei Verwendung der Pumpe bei einem Kraftfahrzeug die Pumpenrotoren gemäß den Fig. 3 bis 1O bevorzugt. Ebenso kann der Rotor, wenn er vollständig aus amorphem Kohlenstoff besteht, infolge der Druckverbindung zwischen Ihm und der Welle brechen, so daß die Verbindung zwischen beiden Teilen unsicher wird und sich der Rotor in Axialrichtung relativ zur Welle verschieben kann. Außerdem können dabei die Seitenplatten die Bewegung des Rotors nicht

809829/0593

mitmachen, so daß sie teilweise verschleißen. Auch aus diesem Grund wird die Konstruktion nach Fig. 3 bis 10 bevorzugt, wenn die Pumpe oder dgl. bei einem Kraftfahrzeug verwendet werden soll.

Vorteilhaft besitzen die Rotorplatten eine Dicke S im Bereich von etwa 0,3 - 2 mm, weil Platten mit einer Dicke von weniger als 0,3 mm einem zu starken Verschleiß unterworfen sind und eine Dicke von mehr als 2 mm für die erfindungsgemäß angestrebte Lösung unnötig ist. Wenn die Dicke von aus Kunstharz bestehenden Rotorplatten mehr als 2 mm beträgt, steigt insbesondere der Andruck der Seitenplatten gegen die Stirnflächen der Rotorplatten aufgrund ihrer Wärmeausdehnung zu stark an, so daß ein vorzeitiger Verschleiß von Seitenplatten und Rotorplatten zu erwarten ist. Da die Drehzahl der Pumpe außerdem im Bereich zwischen Leerlaufdrehzahl (500 - 15000 U/min) und Normaldrehzahl (2000 - 4000 U/min) variiert, können sich die Seitenplatten zusammenziehen, wenn die Drehzahl von Normaldrehzahl auf Leerlaufdrehzahl geändert wird. Bei der Verringerung der Drehzahl kann es daher vorkommen, daß die Seitenplatten in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Rotorkammer nicht mehr ausreichend an den Rotorplatten anliegen. Infolgedessen entsteht aufgrund des Verschleißes der Rotorplatten im Betrieb mit normaler Drehzahl ein unerwünschtes Spiel zwischen Seitenplatten und Rotorplatten bei Leerlaufdrehzahl, wodurch die Abdichtung zwischen ihnen beeinträchtigt wird.

Die Dicke von aus Kunstharz bestehenden Rotorplatten bestimmt sich auch im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Wärmeausdehnung und der Haftung bzw. Adhäsion der Rotorplatten an den Stirnflächen des Rotors innerhalb des oben genannten Bereichs. Die Dicke S wird daher nach folgender Formel bestimmt:

S = (0,003^0,008) χ D,

809829/0593

worin S die Dicke der Rotorplatte und D den Durchmesser des Rotors bedeuten. Wenn Kunstharzplatten mit großem Wärmeausdehnungskoeffizienten an einem Rotor mit großem Durchmesser angebracht werden, sollte innerhalb dieses Bereichs von 0,003 bis 0,008 ein kleiner Wert gewählt werden. Bei Verwendung von Kunstharzplatten mit kleinem thermischen Dehnungskoeffizienten an einem Rotor mit kleinem Durchmesser ist dagegen ein großer Wert aus diesem Bereich zu wählen.

Die Seitenplatten und die an den Rotorstirnflächen befestigten Platten können aus den folgenden Materialkombinationen hergestellt werden:

Seitenplatte Rotorplatte Eisenmetall Kunstharz Eisenmetall Kohlenstoff Nichteisenmetall Kunstharz Nichteisenmetall Kohlenstoff

Als Beispiele für Eisenmetalle, die sich für die Verwendung als Seltenplattenmaterial eignen, seien die folgenden genannt:

FC 25

Grauguß nach Japanischer Indusijrienorm JIS G 5501:

C :	unter	3,6	Gew.-96
Si:	unter	2,6	Gew.-96 .
14η:	unter	0,8	Gew.-Ji
P :	unter	0,1	Gew.-96
S :	unter	0,1	Gew.-%
Cu:	unter	0,5	Gew.-96
Cr:	unter	0,35 Gew.-#
Rest	Fe

809829/0593

- 16 SK 5

Stahl nach Japanischer Industrienorm JIS G 4401:

C : 0,80/^/0,90 Gew.-96 Si: unter 0,35 Gew.-96 Mn: unter 0,50 Gew.-96 P : unter 0,030 Gew.r% Rest Fe

Ein Beispiel für ein Nichteisenmetall, das sich bevorzugt als Seitenplattenmaterial eignet, ist folgendes?

AC 7A

Aluminiumlegierungsguß nach Japanischer Industrienorm JIS H 5202:

Cu: unter 0,1 Gew.-96

Si: unter 0,3 Gew.-96

Hg: 3,5~5,5 Gew.-96

Zn: unter 0,1 Gew.-%

Fe: unter 0,4 Gew.-96

Mn: unter 0,6 Gew.-96

Ti: unter 0,2 Gew.-96 Rest Al

Bevorzugte Kunstharzplattenmassen sind folgende:

Graphit 20 Gew.-96 Tetrafluoräthylen 20 Gew.-96 und Rest Polyimid

oder

809829/0593

amorpher Kohlenstoff 20 Gew.-# Graphit 20 Gew.-% und Rest Polyimid.

Da die Seitenplatte, wie erwähnt, erfindungsgemäß aus einem Werkstoff mit höherer Verschleißfestigkeit als derjenigen des Rotors hergestellt wird, ist der Verschleiß an der mit dem Rotor in Berührung stehenden Seitenplattenfläche außerordentlich gering. Infolgedessen bildet sich auch kein Stufenabschnitt, der die radiale Auswärtsverschiebung der Pumpenflügel behindern würde, und es kann eine gute Abdichtung während einer langen Betriebszeit aufrechterhalten werden. Da bei der erfindungs gemäßen Pumpe oder dgl. die Seitenplatten durch den Druckunterschied zwischen Rotorkammer und Stirnkammern in enge Berührung mit den Rotorstirnflächen gedrängt werden, wird die Dichtwirkung auch dann nicht verschlechtert, wenn die Rotorstirnflächen einem Verschleiß unterworfen sind. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Schmierung geräuscharm arbeiten, wenn der Rotor oder die Rotorstirnflächen aus Kohlenstoff oder aus einem Kunstharz mit Selbstschmiereigenschaften und die Seitenplatten aus einen Bisen- oder Nichteisenmetall hergestellt werden.

Im folgenden sind die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zwischen einer Kreiselpumpe gemäß der Erfindung und einer bisher üblichen Kreiselpumpe aufgeführt·

Abmessungen der untersuchten Pumpen

(Innendurchmesser des Gehäuses) χ (axiale Länge des Gehäuses):

80,00 mm χ 60,06 mm

(Innendurchmesser des Rotors) χ (axiale Länge des Rotors):

72,00 mm χ 60,00 mm

Zahl der Flügel: 4

axiale Tiefe der Stirnkammern: 1 mm

809829/0593

Im Mittelteil der Stirndeckel sind, wie bei A in Fig. 2 angedeutet, zwei Vorsprünge bzw. Angüsse ausgebildet. Der Auslaßbzw. Förderdruck vom Auslaß O wird hierbei in die beiden Stirnkammern eingeleitet, um zwischen Rotorkammer und Stirnkammern ein Druckgefälle zu erzeugen, durch welches die Seitenplatten gegen die Stirnflächen des Rotors angedrückt werden.

Bisher übliche Verdichterpumpe:

(entsprechend der Pumpe gemäß USA-Patentanmeldung 637,459)

Seitenplattendicke: 3 mm
Seitenplattenmaterial: Graphit 20 Gew.-#

Tetrafluoräthylen 20 Gew.-96

Polyimid = Rest
Rotormaterial: FC 25

Verdichterpumpe gemäß erster Ausführungsform der Erfindung;

Seitenplattendicke: 1,8 mm

Seitenplattenmaterial: FC 25

Rotorplattenmaterial: Kunstharzplatten an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotors angebracht. Die Kura tharzplatten bestehen aus 20 Gew.-96 Graphit, 20 Gew.-# Tetrafluoräthylen und im Rest aus Polyimid; Plattendicke = 2 mm.

Verdichterpumpe gemäß zweiter Ausführungsform der Erfindung:

Seitenplattendicke: 1,8 mm

Seitenplattenmaterial: FC 25

Rotorplattenmaterial: An den beiden Stirnseiten des

Rotors angebrachte Kohlenstoffplatten aus amorphem Kohlenstoff, wie Lampenruß, der zunächst ge-

809829/0553

trocknet und vorgewärmt wird, worauf die Kohlenstoffklumpen zur Herstellung eines Pulvers gemahlen werden, das mit einem Kunstharzbindemittel, wie Teerpech, vermischt wird. Das Gemisch wird gemahlen, sodann mittels einer YJalze zu einer Plattendicke von 0,3 mm gepreßt und schließlich bei einer Temperatur im Bereich von 800 - 1200⁰C gesintert.

Verdichterpumpe gemäß dritter Ausführungsform der Erfindung: Seitenplattendicke: 1,8mm Seitenplattenmaterial: FC 25

Rotorplattenmaterialf Ähnlich wie bei zweiter Verdichterpumpe, jedoch unter Zugabe von 2 Gew.-% Keramikmaterial und 13 Gew.-# Eisentetraoxid als Füllstoff.

Es wurden Vergleichsversuche mit je zwei Verdichterpumpen jeder Bauart durchgeführt, von denen die eine bei 1000 U/min und die andere bei 5000 U/min unter folgenden Bedingungen betrieben wurde:

1. 600 Std. Dauerlauf ohne Schmierung

2. Ladedruck: 0,6 kg/cm

3« ohne Kühlung durch ein Gebläse

Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 12 veranschaulicht. Die Ausstoß- bzw. Fördermenge der bisher üblichen, mit 1000 U/min

809829/0593

betriebenen Verdichterpumpe nahm nach 100 Betriebsstunden allmählich ab, und die Pumpe wurde nach 375 Betriebsstunden unbrauchbar. Dies war auf einen0,3 mm tiefen, in der Seitenplatten entstandenen Stufenabschnitt zurückzuführen, welcher die radiale Auswärtsverschiebung außerordentlich stark behinderte. Andererseits blieb die Fördermenge bei den drei erfindungsgemäßen Verdichterpumpen kontinuierlich auf einem hohen Wert, wobei diese Pumpen eine Betriebszeit von 600 Stunden überstanden. Bei jeder der erfindungsgemäßen Pumpen war nach dieser Betriebs zeit nur ein 0,005 mm tiefer Stufenabschnitt in der Seitenplatte festzustellen, so daß die Pumpe ausreichend betriebsfähig blieb. Die Fördermenge der bisher üblichen, mit 5000U/min betriebenen Verdichterpumpe nahm ebenfalls allmählich ab, wobei nach 415 Betriebsstunden ein Bruch der Flügelpumpen festzustellen war. Dieser Bruch war darauf zurückzuführen, daß sich die Flügel in dem entstandenen, 0,6 mm tiefen Stufenabschnitt festklemmten. Dagegen blieb bei den mit 5000 U/min betriebenen Verdichterpumpen gemäß der Erfindung die Fördermenge im Betriebsverlauf nach wie vor hoch, und jede Pumpe überstand eine Betriebszeit von 600 Stunden. Bei diesen Pumpen gemäß der Erfindung war in den Seitenplatten Jeweils nur eine stufenartige Vertiefung von etwa 0,1 mm zu beobachten, so daß jede Pumpe zufriedenstellend betriebsfähig blieb.

Aus den vorstehenden Versuchsergebnissen geht somit hervor, daß die erfindungsgemäße Pumpe o.dgl. eine mehrfach höhere Betriebslebensdauer besitzt als die bisher üblichen Verdichte rpumpen.

809829/0593

Claims

Patentansprüche

1J Kreiselpumpe oder -verdichter für Strömungsmittel, mit einem in einer Rotorkammer, die durch ein Statorgehäuse und zwei Stirndeckel gebildet wird, geführten Rotor bzw. Läufer und zwei Seitenplatten, die jeweils zwischen das Gehäuse und einen der Stirndeckel eingefügt sind und zwischen sich und dem betreffenden Stirndeckel jeweils eine End- oder Stirnkammer bilden, wobei die Stirnkammern mit einem höheren Druck als dem in der Rotorkammer herrschenden Druck beaufschlagbar sind, um die Seitenplatten im Betrieb in enge Anlage an die beiden Stirnflächen des Rotors zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten (z.B. 7, 8) aus einem Werkstoff hergestellt sind, der eine höhere Verschleißfestigkeit besitzt als der Werkstoff zumindest der beiden Stirnflächen des Rotors (6).
2. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten aus einem Metall hergestellt sind und der Rotor aus einem hoch wärmebeständigen und verschleißfesten Kunstharz besteht.

- 2

Ke/Bl/ro

809829/0593

ORIGINAL INSPECTED

-z-
3. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunstharz Kohlenstoff einverleibt ist.
4. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz Polyamidharz ist.
5. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff amorpher Kohlenstoff und/oder
Graphit ist.
6. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Eisenmetall ist.
7. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Nichteisenmetall ist.
8. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten aus einem Metall bestehen und
daß der Rotor aus einem Metallelement hergestellt ist, an dessen beiden Stirnflächen Platten aus einem Kunstharz
angebracht sind.
9. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunstharz Kohlenstoff einverleibt ist.
10. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz Polyamidharz ist.
11. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff amorpher Kohlenstoff und/oder
Graphit ist.
12. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Eisenmetall ist.

809829/0593
13. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Nichteisenmetall ist.
14. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen des Metallelements unregelmäßig geformte Oberflächen zur Begünstigung der Haftung der Platten aufweisen.
13. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen des Metallelements mit einer Vielzahl konzentrischer Ringnuten versehen sind.
16. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten einen V-förmigen Querschnitt besitzen.
17. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten einen rechteckigen Querschnitt besitzen.
18. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt besitzen.
19. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten durch Angieben am Metallelement befestigt sind.
20. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten eine Dicke im Bereich von etwa 0,3 - 2 mm besitzen.
21. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten aus Metall hergestellt sind und daß der Rotor aus einem Metalleleraent geformt 1st an

809829/0593

dessen beiden Stirnflächen Platten befestigt sind, die hauptsächlich aus Kohlenstoff mit einem Kunstharzbindemittel bestehen.
22. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff amorpher Kohlenstoff ist.
23. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Teerpech ist.
24. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Eisenmetall ist.
25. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Nichteisenmetall ist.
26. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten eine Dicke im Bereich von 0,3 - 2 mm besitzen.
27. Kreiselpumpe o.dgl. nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatten eine Dicke von etwa 1,8 mm besitzen und aus Grauguß hergestellt sind und daß die an den beiden Stirnflächen des Rotors befestigten Platten aus etwa 20 Gew.-# Graphit, etwa 20 Gew.-96 Tetrafluoräthylen (ethylene tetrafluoride) und im Rest aus Polyimid bestehen und eine Dicke von etwa 2 mm besitzen.

809829/0593