DE2920759A1

DE2920759A1 - Fluegelpumpe

Info

Publication number: DE2920759A1
Application number: DE19792920759
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: 1978-05-24
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1979-12-06
Also published as: CA1135119A; US4276007A; DE2920759C2; JPS57232Y2; JPS54171512U

Description

European Patent Office

Nippon Piston Ring Co., Ltd. und Möhlstraße 37

D-8000 München 80

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha,

Tel.: 089/982085-87

Tokio bzw. Toyota-shi, Japan Telex: 0529802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

22. Mai 1979

N-3-21157M/KK

Flügelpumpe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kreisel- bzw. Flügelpumpe und insbesondere ein Rotorgehäuse für eine Flügelpumpe mit einer Anzahl von Flügeln aus Kohlenstoff.

Die Pumpenrotorgehäuse bestehen üblicherweise aus Grauguß, oder sie weisen eine Verchromung ihrer Innenumfangs- bzw. Lauffläche auf, während die mit dieser Lauffläche des Rotorgehäuses in Berührung stehenden Flügel im Hinblick auf Verschleißfestigkeit und Selbstschmiereigenschaften im allgemeinen aus Kohlenstoff bestehen. Der Reibungskoeffizient der Werkstoffpaarung Kohlenstoff/Grauguß oder Kohlenstoff/Chrom ist jedoch vergleichsweise hoch, d.h. er liegt bei 0,15 bzw. 0,16. Infolgedessen erfahren die Flügel einen schnellen Verschleiß, wodurch die Abdichtung zwischen ihnen und dem Rotorgehäuse verschlechtert wird. Hierdurch verkürzt sich auch die Betriebslebensdauer der Pumpe.

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Zur Überwindung dieser Schwierigkeit ist bereits ein Rotorgehäuse aus Aluminium oder Aluminiumlegierung vorgeschlagen worden, das mit Pumpenflügeln aus Kohlenstoff in Gleitberührung gelangt, wobei aufgrund des niedrigen Reibungskoeffizienten von 0,06 zwischen Aluminium (Aluminiumlegierung) und Kohlenstoff der Verschleiß an den aus Kohlenstoff bestehenden Flügeln herabgesetzt werden soll. Da Aluminium jedoch eine große Wärmeausdehnung besitzt, kann sich ein solches Rotorgehäuse aufgrund der durch die Reibberührung zwischen dem Gehäuse und den Flügeln erzeugten Wärme in Axialrichtung ausdehnen. Hierdurch entsteht in nachteiliger Weise ein sich vergrößernder Zwischenraum bzw. Spalt zwischen den Stirnseiten des Rotors bzw. Pumpenläufers und den Stirnflächen des Gehäuses, wodurch die Abdichtung zwischen diesen Flächen verschlechtert wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der vorstehend geschilderten Nachteile und Mangel durch Schaffung einer verbesserten Flügelpumpe, bei welcher insbesondere der Verschleiß an den Flügeln verringert sein soll.

Bei dieser Pumpe soll außerdem eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen den Stirnflächen von Rotor und Gehäuse sowie zwischen den Flügeln und dem Rotorgehäuse gewährleistet sein.

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

Erfindungsgemäß ist eine Büchse aus Aluminium oder Aluminiumlegierung als Laufflächenbüchse in die Bohrung eines aus Grauguß bestehenden Rotorgehäuses eingepreßt. Vorzugsweise ist die axiale Länge der Büchse kleiner als die Länge des Rotorgehäuses, so daß Freiräume entstehen, d.h. es sind Zwischenräume zwischen den Stirnenden der Büchse und den Seiten- oder Stirnflächen von Gehäusedeckeln vorhanden. Die axiale Länge

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dieses Zwischenraums ist auf die Größe der thermischen Ausdehnung der Büchse abgestimmt, so daß sich letztere axial auszudehnen vermag, dabei aber eine ausgezeichnete Abdichtung gewährleistet, während gleichzeitig auch ein verringerter Verschleiß der Pumpenflügel erreicht wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flügelpumpe mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 1 ähnelnde Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine den Fig. 1 und 3 ähnelnde Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Verschleißgröße eines Pumpenflügels in Radialrichtung desselben.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein Läufer bzw. Rotor 8 mittels einer kreissegmentförmigen Keilfeder 40 auf einer Antriebswelle 10 montiert und exzentrisch in einer Rotorkammer angeordnet, die durch ein Rotorgehäuse 2 und zwei Gehäuse(stirn)deckel 4, 6 gebildet wird. Der Rotor kann dabei auch auf die Antriebswelle aufgepreßt oder auf dieser mittels eines Stifts oder eines Klebemittels befestigt sein. Die am einen Ende antriebsmäßig mit einer Keilriemenscheibe 20 verbundene Antriebswelle 10 ruht in Lagern 17, 18, die ihrerseits in den Gehäusedeckeln 4 bzw. 6 angeordnet sind.

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In den Läufer bzw. Rotor 8 sind mehrere radiale Flügelnuten 12 eingestochen, die gemäß Fig. 2 eine gleich große Anzahl von Flügeln 14 aus Kohlenstoff aufnehmen, welche sich ihrerseits bei der Drehung des Rotors 8 unter Fliehkrafteinfluß und Strömungsmitteldruck in den Nuten 12 radial nach außen verschieben. Dabei stehen die Stirnflächen der Flügel 14 in Flächenberührung mit den Innenflächen 4a, 6a der Gehäusedeckel 4 bzw. 6, während ihre in Radialrichtung äußeren Endflächen mit der Innenumfangs- bzw. Lauffläche des Rotorgehäuses in Gleitberührung stehen. Bei der Rotordrehung erfolgen somit die Arbeitstakte des Ansaugens, Verdichtens und AusStoßens von Strömungsmittel in an sich bekannter Weise.

In das Innere bzw. die Bohrung 2a des Rotorgehäuses 2 ist eine zylindrische Büchse 16 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung so eingepreßt, daß die radialen Außenendflächen der Flügel 14 mit dieser Büchse 16 in Flächen- bzw. Gleitberührung stehen. Der Reibungskoeffizient zwischen der aus Aluminium(legierung) bestehenden Büchse und den aus Kohlenstoff hergestellten Pumpenflügeln ist vergleichsweise klein, so daß der Verschleiß dieser Pumpenflügel herabgesetzt wird und somit über lange Betriebszeiträume hinweg eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen Pumpenflügeln und Lauffläche erhalten bleibt. Vorzugsweise ist die axiale Länge l.der Büchse 16 kleiner als die axiale Länge L des Rotorgehäuses 2, so daß Zwischenräume S entstehen, die bei hohen Drehzahlen des Rotors 8 eine thermische Ausdehnung der Büchse 16 in Axialrichtung zulassen. Falls die beiden Längen L und 1 gleich groß wären, könnten infolge der thermischen Ausdehnung der Büchse Zwischenräume bzw. Spalte zwischen den Stirnflächen des Rotors und den Gehäusedeckeln und/oder zwischen der Büchse und den Flügeln entstehen, wodurch die Abdichtung zwischen diesen Teilen beeinträchtigt werden würde. Der Längenunterschied

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(L - 1) entspricht dem Unterschied in der axialen Länge der Büchse vor und nach ihrer thermischen Ausdehnung.

Bei der erfindungsgemäßen Flügelpumpe ist dieser Längenunterschied auf einen Faktorbereich von 2,2/10 bis 6,6/10 der axialen Länge des Rotorgehäuses festgelegt, und zwar aus folgendem Grund:

Wenn der Längenunterschied (Länge des Zwischenraums) weniger als 2,2/10 der Axiallänge des Rotorgehäuses beträgt, kann sich die Büchse bei thermischer Ausdehnung im Querschnitt derart bogenförmig verformen, daß ihr Mittelbereich (in Längsrichtung) nach innen gewölbt ist und somit nur noch dieser Mittelbereich mit den Flügeln in Berührung steht, wodurch sich die Abdichtung zwischen Büchse und Flügeln verschlechtert. Bei der noch zu beschreibenden Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann sich die Büchse 16 sogar in die Dichtscheiben hineindrücken, wodurch ebenfalls die Abdichtung zwischen der Rotorstirnfläche und der betreffenden Seitenplatte verschlechtert wird.

Wenn dagegen der Längenunterschied mehr als 6,6/10 der axialen Länge des Rotorgehäuses beträgt, bleibt der Zwischenraum weiter bestehen, weil die axiale Wärmedehnung der Büchse nicht ausreicht, um den Zwischenraum vollständig zu schließen.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, auf der Innenfläche der Büchse 16 einen anodischen Oxydationsfilm zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und mithin zur Verringerung des Verschleißes der Kohlenstoff-Flügel vorzusehen. Ein solcher Film kann in an sich bekannter Weise durch Elektrolyse (Eloxieren) aufgebracht werden, wobei das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung als Anode wirkt."

§09849/0645

Weiterhin wird die Außenfläche der Büchse 16 vorzugsweise gerändelt, um im Betrieb ein Drehen der Büchse im Gehäuse zu verhindern. Wahlweise kann die Büchse 16 mit Hilfe eines Klebmittels im Rotorgehäuse befestigt werden.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher den vorher beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform entspricht die axiale Länge der Büchse derjenigen des Rotorgehäuses 2, wobei jedoch zwei Zwischenscheiben 22, 24 zwischen das Rotorgehäuse 2 und die Gehäusedeckel 4 bzw. 6 eingefügt sind, um jeweils einen Zwischenraum S₁ festzulegen. Die Dicke der Zwischenscheiben entspricht der Größe der thermischen Ausdehnung der Büchse 6 in Axialrichtung derselben. Diese Ausführungsform bietet dieselbe Wirkung wie die Ausführungsform nach Fig. 1 und 2.

Bei der in Fig. 4 dargestellten, weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwei Dichtplatten bzw. -scheiben 25 jeweils zwischen das Rotorgehäuse 2 und die Gehäusedeckel 4 bzw. 6 eingefügt. Durch einen Raum zwischen dem betreffenden Gehäusedeckel 4, 6 und der zugeordneten Dichtscheibe 25 wird weiterhin an jedem Ende je eine End- oder Stirnkammer 26 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist in jede Dichtscheibe 25 an einer auf die Büchse 16 ausgerichteten Stelle jeweils eine Ringnut S₂ eingestochen, deren Tiefe der Größe der thermischen Ausdehnung der Büchse 16 entspricht. Diese Ausführungsform bietet ebenfalls dieselbe Wirkung und dieselben Vorteile wie die vorher beschriebenen Ausführungsformen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Versuchsergebnissen näher erläutert.

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Abmessungen der Flügelpumpe

Rotorgehäuse Innendurchmesser 52 mm

Axiale Länge 40,030 mm

Rotor Außendurchmesser 48 mm

Axiale Länge 4 0 mm

Exzentrizität 2 mm

Flügel Zahl 4

Werkstoff Kohlenstoff

Axiale Länge 39,854 mm

Radiale Länge 14,955 mm Dicke 4,001 mm

Dichtscheiben Dicke 2,5 mm

Vorratsbehälter Volumen 5 Liter

Obgleich bei dieser Pumpe die axiale Länge des Rotorgehäuses größer ist als die axiale Länge von Rotor und Flügeln, wird der vorhandene Zwischenraum im Betrieb aufgrund der Wärmedehnung von Rotor und Flügeln aufgehoben.

Unter Zugrundelegung dieser Flügelpumpe wurden verschiedene Arten von Rotorgehäusen zur Untersuchung der Wärmebelastung jeder Pumpe hergestellt.

Beispiel 1

Es wurde ein Rotorgehäuse aus Aluminiumlegierung angefertigt, dessen Innenumfangs- bzw. Lauffläche mit einem anodischen Oxydationsfilm versehen war.

Beispiel 2 (erfindungsgemäß)

In die Bohrung eines Rotorgehäuses aus Grauguß wurde eine zylindrische Büchse aus Aluminiumlegierung eingepreßt, deren

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Lauffläche mit einem anodischen Oxydationsfilm versehen worden war. Die Büchse besaß eine axiale Länge von 40,030 mm und eine Dicke von 2,0 mm.

Beispiel 3 (erfindungsgemäß)

In die Bohrung eines Rotorgehäuses aus Grauguß wurde eine zylindrische Büchse aus Aluminiumlegierung eingepreßt, deren Lauffläche mit einem anodischen Oxydationsfilm versehen worden war. Die Büchse besaß eine axiale Länge von 39,97 mm und eine Dicke von 2,0 mm.

Versuchsbedingungen

Die zu prüfenden Pumpen wurden auf Raumtemperatur gebracht. Die Drehzahl jeder Pumpe wurde erhöht, bis die in Tabelle 1 angegebene Temperatur des Rotorgehäuses erreicht wurde. Die Temperatur des Rotorgehäuses wurde an einer Stelle 2 mm von seiner Innenumfangsflache und 1 mm von seinem Auslaß (Punkt A gemäß Fig. 2) entfernt gemessen. Anschließend wurde die Pumpendrehzahl auf 1000/min verringert, um den Pumpenwirkungsgrad in Abhängigkeit von der Wärmebelastung zu messen. Gemäß Tabelle 1 zeigte die Pumpe nach Beispiel 3 die beste Leistung, während sich die Leistung der Pumpe gemäß Beispiel 2 als gut erwies. Die Pumpe nach Beispiel 1 ist dagegen für praktischen Einsatz nicht brauchbar. Die Anfangsdrehzahl lag erheblich über 1000/min, um die angegebene Temperatur des Rotorgehäuses zu erreichen.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ändert sich bei einer Temperaturänderung unter Wärmebelastung der Pumpe die Pumpenleistung bzw. der Pumpenwirkungsgrad im Fall der Pumpe nach Beispiel 1 beträchtlich, während die Leistung bzw. der Wirkungsgrad der Pumpen nach Beispiel 2 und 3 ungefähr konstant blieb.

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Tabelle 1

Temperatur Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel '>

PumpenleisLung bei

1000/min (ohne

Wärmebelastung der

Pumpe) 640 mm Hg 640 mm Hg 6 4 0 nun Η·ί

112-114°C 257

95-100⁰C 278

76- 77⁰C 358

68- 70⁰C 393

60⁰C 493

50⁰C 527

37°C 584

500	660
553	65 5
540	653
543	650
577	648
576	645
607	643

Weiterhin wurde ein viertes Versuchsmuster angefertigt/ um die Größe des dabei auftretenden radialen Verschleißes des Pumpenflügeis mit der für Beispiel 3 ermittelten Verschleißgröße zu vergleichen. Die Flügelpumpe gemäß Beispiel 4 besaß ein Rotorgehäuse aus Grauguß, dessen Innenumfangs- bzw. Lauffläche verchromt war. Dieses Muster wurde 4 00 h lang mit 8000/min betrieben, worauf der Verschleiß an den Flügeln gemäß Fig. 5 gemessen wurde. Gemäß Fig. 5 liegt der Verschleiß an den Flügeln von Beispiel 3 bei 5,04 6 mm, während die Flügel der Pumpe nach Beispiel 4 einen Verschleiß von 6,087 mm zeigten. Hieraus läßt sich schließen, daß bei einer Pumpe mit einem erfindurigsgemäßen Rotorgehäuse ein geringerer Flügelverschleiß auftritt als bei einer bisherigen F1üge!pumpe.

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ORIGINAL INSPECTED

ßolbntverntändl i cli sind dem Fncliiiiann vcT.schiedene Amlfi tingen und Abwand lungen möglich, olino daß vom Rahmen der Krfindung abgewichen wird. Beispielsweise kann die zylindrische Büchse so angeordnet; sein, daß sie mit einer Stirnfläche am einen Gehäusedeckel anliegt, während zwischen ihrer anderen Stirnfläche und dem anderen Gehäusedeckel ein Zwischenraum festgelegt: wird.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Kreisel- bzw. Flügelpumpe (für Strömungsmittel) geschaffen, die in einer Rotorkammer angeordnete Flügel aus Kohlenstoff aufweist. In die Bohrung des Rotorgehäuses ist dabei eine zylindrische Aluminium-Büchse eingepreßt, welche die Reibung zwischen Gehäuse und Flügeln herabsetzt und welche dieselbe oder eine kleinere axiale Länge besitzen kann als das Rotorgehäuse. Im Fall gleicher axialer Längen von Rotorgehäxise und Büchse werden Stirnflächen-Dichtscheiben, welche die erforderliche Dehnfuge gewährleisten, oder Stirnflächon-Zwischenscheiben am Rotorgehäuse zur Vergrößerung seiner effektiven axialen Länge vorgesehen.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzci Patentanwälte Registered Representatives before the European Patent Office Nippon Piston Ring Co., Ltd. und Möhlstraße37 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, D-8000 München 80 Tokio bzw. Toyota-shi, Japan Tel · 089/982085-87 : — Telex: 05 29 802 hnkl d Telegramme: ellipsoid 22. Mai 1979 N-3-21157M/KK Flügelpumpe Patentansprüche

1.) Flügelpumpe mit einem Rotorgehäuse, zwei Seitendeckeln, die mit dem Rotorgehäuse eine Rotorkammer bilden, einem drehbar in letzterer angeordneten Pumpenläufer bzw. Rotor und einer Anzahl von aus Kohlenstoff bestehenden Flügeln, die in einer gleich großen Zahl von Schlitzen bzw. Nuten im Rotor angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine zylindrische Büchse (16) aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, die in das Innere bzw. in die Bohrung (2a) des Rotorgehäuses (2) eingepreßt ist.

2. Flügelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Büchse (16) kleiner ist als diejenige des Rotorgehäuses (2), so daß zwischen beiden ein Zwischenraum (S) vorhanden ist, dessen axiale Länge der Größe der thermischen Ausdehnung der Büchse (16) entspricht.

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3. Flügelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (16) an ihrer Lauffläche mit einem anodischen Oxydationsfilm versehen ist.

4. Flügelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die¹ axiale Länge des Zwischenraums (S) im Bereich von 2,2/10 bis 6,6/10 der axialen Länge des Rotorgehäuses (2) liegt.

5. Flügelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsflache der Büchse (16) zur Verbesserung des Sitzes in der Bohrung (2a) des Rotorgehäuses (2) gerändelt ist.

6. Flügelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Büchse (16) und Rotorgehäuse (2) ein Klebmittel· angeordnet ist.

7. Flügelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Büchse (16) derjenigen des Rotorgehäuses (2) entspricht.

8. Flügelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotorgehäuse (2) und Gehäusedeckel (4, 6) zwei
Zwischenscheiben (22, 24) eingefügt sind, welche einen
axialen Freiraum (S₁) entsprechend ihrer Dicke zum Ausgleich für thermische Ausdehnung festlegen.

9. Flügelpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

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der axiale Freiraum in der Größenordnung von 2,2/10 bis 6,6/10 der axialen Länge des Rotorgehäuses liegt.

10. Flügelpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotorgehäuse (2) und Gehäusedeckel (4, 6) zwei
Dichtscheiben (25) eingefügt sind, die jeweils eine radial auf die Büchse (16) ausgerichtete Ringnut (S₂) aufweisen.

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11. Flügelpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ringnuten (S₂) 2,2/10⁴ bis 6,6/10³ der axialen Länge des Rotorgehäuses beträgt.

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