DE3820483A1 - Pumpe fuer viskose fluessigkeiten, insbesondere schmieroelpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für viskose Flüssig­ keiten, insbesondere zur Verwendung als Schmierölpumpe bei Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten, wie Motorkettensägen oder dgl. nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Eine derartige Pumpe, auch Schraubenrotorpumpe genannt, ist aus der DE-PS 19 03 069 bekannt. Auf einer Welle mit glat­ ter Außenfläche ist nach Art eines Kugellagers ein Rotor mit mehrgängiger Wendelnut drehfest befestigt. Der Rotor dreht in einem als Außenring ausgebildeten Stator, der den Sauganschluß für den Druckanschluß aufweist. Der Stator trägt an seinen axialen Enden Dichtplatten, die die Pumpe nach außen abdichten. Um die Funktion der bekannten Pumpe sicherzustellen, ist diese möglichst tief in die zu pum­ pende Flüssigkeit einzutauchen.

Liegt die Pumpe nur zum Teil in der zu pumpenden Flüssig­ keit oder außerhalb dieser, so muß zur sicheren Funktion gewährleistet sein, daß keine Luft in das System eindringen kann. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund von Verschleiß ein Spiel zwischen Stator und Rotor auf­ tritt, das sowohl zu einem Kurzschluß zwischen benachbarten Wendeln der Nut führt, als auch das Eindringen von Luft in das Pumpensystem begünstigt. Sowohl ein Kurzschluß zwischen benachbarten Wendeln, wie auch Luft im System führt zu einer verringerten Pumpenleistung, gegebenenfalls auch zum Ausfall der Pumpe. Ferner führen auch Montagefehler, wie zum Beispiel Verkanten beim Einbau, zu einem raschen Pum­ penausfall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß sie leicht montierbar ist und ohne Abfall der Pumpenleistung eine hohe Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Ausbildung des die Wendelnut begrenzenden Wandab­ schnittes aus Elastomer stellt sicher, daß ein bei der Montage auftretendes Verkanten von Stator und Rotor zu keinen Schäden führt, da die Elastizität des Elastomers größere Achsabweichungen des Rotors zum Stator zuläßt. Liegen Rotor und Stator dann in ihrer Einbaulage, nimmt der elastisch deformierte Wandabschnitt wieder seine Sollform ein, die eine dichte Anlage an der gegenüberliegenden Fläche sicherstellt. Der Montagefehler hat keine Aus­ wirkungen auf die Funktionsfähigkeit oder die Lebensdauer der Pumpe.

Tritt Verschleiß auf, so wird dieser durch das elastische Elastomer ausgeglichen, wodurch eine hohe Lebensdauer der Pumpe erzielt ist. Der Randabschnitt liegt - auch nach längerer Betriebszeit - immer dicht an der gegenüber­ liegenden glatten Fläche an und verhindert somit einen Kurzschluß zwischen benachbarten Wendeln. Die Pumpen­ leistung verändert sich über die Betriebszeit nicht.

Hervorzuheben ist, daß insbesondere bei der Montage oder mit der zu fördernden Flüssigkeit eintretende Fremdpartikel bei der erfindungsgemäßen Pumpe nicht zwangsläufig deren kurzfristigen Ausfall zur Folge haben. Vielmehr gewähr­ leistet die Elastizität des verwendeten Elastomers einen Verschleißausgleich und stellt so über eine längere Be­ triebszeit die Funktion der Pumpe sicher.

Das verwendete Elastomer ist vorzugsweise ein Gummi, beispielsweise ein Nitril-Butadien-Rubber (NBR). Als zweckmäßig hat sich auch Fluor-Karbon-Kautschuk (FPM, FKM) erwiesen, mit dem sehr hohe Betriebszeiten zu erreichen sind.

Die Abmessungen der Wendelnut liegen im Bereich von mehreren Zehntel bis Hundertstel Millimeter. Vorteilhaft ist eine Gestalt der Nut derart, daß ihre Breite etwa viermal so groß ist wie ihre Tiefe. Bei dieser Nutgeometrie hat sich herausgestellt, daß - ohne Einfluß auf die Förder­ leistung - zur Erhöhung des Förderdrucks die Wendelnut lediglich um weitere Wendeln zu verlängern ist. Anderer­ seits ist - ohne Einfluß auf den Förderdruck - durch die Abmessung der Nut die Förderleistung einstellbar.

In bevorzugter Ausführungsform ist der die Wendelnut tragende Körper zusammen mit dem Wandabschnitt als Spritzteil ausgebildet, wobei vorzugsweise an dem Körper gleichzeitig die die Pumpe nach außen abdichtenden Dichtringe als Dichtlippen angespritzt sind. Dieses Teil ist leicht zu handhaben und zu montieren. Ist der Körper als Stator ausgebildet, so kann er auf jede rotierende Welle mit glatter Außenfläche aufgeschoben werden, um die Pumpe zu bilden. Ein Austausch einer defekten Ölpumpe ist durch einfaches Abziehen des defekten Stators und Auf­ schieben eines neuen Stators leicht auszuführen. Ein bei der Montage des Stators auftretendes Verkanten gleicht dieser aufgrund des elastischen Elastomers leicht und ohne bleibende Schäden aus.

Soll das Spritzteil größere Toleranzen ausgleichen, als es die Elastizität des verwendeten Elastomers zuläßt, so kön­ nen zur Erhöhung der radialen Elastizität des Spritzteiles in diesem mindestens eine Aussparung als radialer Hohlraum vorgesehen werden. Es kann zweckmäßig sein, in die den Hohlraum bildende Aussparung einen elastischen Füllkörper einzusetzen, dessen Elastizität größer, vorzugsweise wesentlich größer, als die des verwendeten Elastomers ist. Werden zum Beispiel zwischen dem Stator und dem Rotor sehr große Toleranzen zugelassen, was bei der erfindungsgemäßen Pumpe möglich ist, könnten sich beim Zusammenbau der Pumpe die Wandabschnitte derart stark verformen, daß sich die Gestalt der Wendelnut stark ändert und so eine Änderung der Pumpenleistung nach sich ziehen könnte. Durch die Erhöhung der Elastizität des Spritzteils in radialer Richtung wird diese unerwünschte Deformation der Wendelnut vermieden.

In einfacher Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe wird der Wandabschnitt auf einen starren Träger, vorzugs­ weise eine zylindrische Hülse, aufgespritzt, wobei die die Pumpe axial abschließenden Dichtringe ebenfalls auf den Träger aufgespritzt werden können, so daß die erfindungs­ gemäße Pumpe wiederum nur aus zwei miteinander zu mon­ tierenden Teilen besteht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen sowie der Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind, die nachfolgend im einzelnen erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen elastomeren Stator mit schraubengangförmiger Wendelnut,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Stator nach Fig. 1 mit angespritzten Dichtlippen,

Fig. 3 einen Axialschnitt und einen Radialschnitt durch einen Stator nach Fig. 2 mit im Stator angeord­ neten Hohlräumen,

Fig. 4 eine Ansicht eines Rotors als elastomeres Spritz­ teil,

Fig. 5 eine Ansicht eines Rotors nach Fig. 4 mit einem elastischen Füllkörper,

Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine starre Rotorhülse mit aufgespritztem Wandabschnitt zur Bildung der Wendelnut,

Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine starre Statorhülse mit aufgespritztem Wandabschnitt zur Bildung der Wendelnut,

Fig. 8 einen Axialschnitt durch eine starre Rotorhülse nach Fig. 6 mit aufgespritzter Elastomerhülse, deren die Wendelnut bildender Wandabschnitt einen schraubengangförmigen Schlitz durchragt,

Fig. 9 einen Axialschnitt durch eine starre Statorhülse nach Fig. 7 mit aufgespritzter Elastomerhülse, deren die Wendelnut begrenzender Wandabschnitt einen schraubengangförmigen Schlitz durchragt.

In Fig. 1 ist das Grundprinzip der Erfindung an einem ein­ fachen Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Stator 1 ist koaxial zu einer Welle angeordnet, die den Rotor 2 bildet. Der Stator 1 hat in seiner dem Rotor 2 zugewandten Innen­ fläche eine schraubengangförmige Wendelnut 3 eingearbeitet. Diese Wendelnut 3 mündet an ihrem Anfang in eine Ringnut 4 und an ihrem Ende in eine Ringnut 5 des Stators 1. Die Ringnuten 4 und 5 sind an den axialen Enden des Stators 1 durch Dichtringe 6, 7 (O-Ringe) abgedichtet. Die Ringnut 4 steht mit einem Sauganschluß 8, die Ringnut 5 mit einem Druckanschluß 9 in Verbindung. Gemäß der Erfindung ist zumindest der die Wendelnut 3 begrenzende Wandabschnitt 3 a aus einem Elastomer hergestellt; im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der gesamte Stator 1 als Spritzteil aus Elastomer hergestellt. Die den Rotor 2 bildende Welle ist auf ihrer Umfangsfläche, also der der Wendelnut 3 zuge­ wandten Fläche, glatt ausgebildet. Dreht sich die dicht am Stator anliegende Welle, so wird die bereits die Wendelnut vollständig ausfüllende Flüssigkeit aufgrund ihrer Visko­ sität vom Sauganschluß 8 zum Druckanschluß 9 mitgeschleppt, wodurch sich eine Förderung der Flüssigkeit in Richtung der Pfeile 10 und 11 ergibt. Die geförderte Menge ist sehr klein, etwa in der Größenordnung von 20 cm³ pro Stunde. Die Wendelnut 3 ist etwa viermal so breit wie tief; die Ab­ messungen bewegen sich zwischen mehreren Zehnteln und Hundertstel Millimetern. Um den Förderdruck zu ändern, sind mehr oder weniger Wendeln der Wendelnut vorzusehen; soll die Fördermenge variiert werden, so kann dies durch die Änderung der Tiefe und Breite der Nut geschehen, wobei selbstverständlich die Geschwindigkeit des Rotors zu berücksichtigen ist. Dabei ist wesentlich, daß Fördermenge und Förderdruck unabhängig voneinander einstellbar sind.

Bei einer derartigen Schraubenrotorpumpe ist wesentlich, daß keine Luft in die Wendelnut 3 eintritt, da dann die Schleppwirkung und damit die Förderleistung der Pumpe gefährdet ist. Aufgrund der elastomeren Ausbildung des Wandabschnittes 3 a ist sichergestellt, daß dieser absolut dicht an der glatten Fläche der drehenden Welle anliegt, so daß ein durch Undichtigkeiten auftretender Kurzschluß zwischen benachbarten Wendeln vermieden ist. Aufgrund der dem Elastomer eigenen Elastizität ist - in entsprechendem Rahmen - ein Ausgleich von Toleranzen möglich, so daß die erfindungsgemäße Pumpe auch leicht herzustellen und zu montieren ist; durch Verkanten bei der Montage bedingte Ausfälle der Pumpe sind weitgehend entfallen.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Dichtringe 6, 7 als Dichtlippen 6 a, 7 a am Stator angespritzt bzw. einteilig mit diesem gespritzt, wie in Fig. 2 gezeigt. Ein derartiger bevorzugter Stator 1 bildet durch Aufschieben auf eine glatte Welle mit dieser eine langlebige, funktionssichere, einfache und kostengünstige Pumpe, die vorteilhaft als Schmierölpumpe bei Zweitaktmotoren, insbesondere Zweitakt­ einspritzmotoren für handgeführte Arbeitsgeräte, wie Motorkettensägen oder dgl., eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Ölpumpe wird bei diesen Motoren zur Ge­ trenntschmierung verwendet, um die Kolbenlaufbahn, die Lager usw. mit Öl zu versorgen. Vorteilhaft mündet der Druckanschluß in das Kurbelgehäuse des Motors, zum Beispiel über ein in Richtung auf das Kurbelgehäuse öffnendes Rück­ schlagventil. Damit erzielt man ein auch ohne Pumpe bei Betrieb des Motors anliegendes Druckgefälle vom Saugan­ schluß zum Druckanschluß, der die Förderwirkung der Pumpe selbst unterstützt. Gegebenenfalls auftretende Förder­ schwierigkeiten beim Anlauf der Pumpe - wie zum Beispiel bei kaltem Öl oder geringem Ölschäumen - können so leicht überwunden werden. Vorteilhaft kann der Druckanschluß auch im Saugrohr münden.

Die Pumpe ist auch für die Zufuhr von Schmieröl zur Säge­ kette vorteilhaft einsetzbar. Ein beim Anlaufen der Pumpe deren Förderwirkung unterstützendes Druckgefälle vom Sauganschluß zum Druckanschluß wäre dann mit anderen Mitteln zu erzeugen.

Die Saugleitung und die Druckleitung können unmittelbar am elastomeren Spritzgußteil des Stators 1 angeschlossen wer­ den. Als vorteilhaft hat sich eine den Stator umgebende Manschette 12 aus starrem Material, wie zum Beispiel Stahl oder ähnlichem, erwiesen, wie sie in Fig. 2 strichliert dargestellt ist. An eine derartige Manschette können die Saugleitung und die Druckleitung druckdicht angeschlossen werden.

Um dem elastomeren Spritzteil eine höhere Elastizität zu geben, insbesondere wenn eine Stahlmanschette 12 oder ähnliches den Stator einengt, sind im Statorkörper ein oder mehrere Hohlräume vorgesehen, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Hohlräume sind als von einer zur anderen axialen Stirnseite des Spritzteils durchgehende, offene Aussparungen 13 vorge­ sehen, die sich etwa über 100° Umfangswinkel erstrecken. Aufgrund der Erstreckung in Umfangsrichtung können im gezeigten Ausführungsbeispiel nur drei Aussparungen vor­ gesehen werden; die Anzahl der Aussparungen kann durch ihre Abmessungen dem Einsatzfall entsprechend angepaßt werden.

Es kann vorteilhaft sein, den Hohlraum bzw. die Hohlräume mit einem entsprechend geformten Füllkörper auszufüllen, der aus einem Material besteht, dessen Elastizität größer, vorzugsweise wesentlich größer als die des verwendeten Elastomers ist.

In Umkehrung der nach den Fig. 1 bis 3 ausgeführten Pumpe kann es vorteilhaft sein, den Rotor 2 als Spritzteil mit schraubengangförmiger Wendelnut 5 vorzusehen, der in einem zylindrischen Stator 1 dreht. Der die Wendelnut 3 begren­ zende, schraubengangförmige Wandabschnitt 3 a liegt dicht auf der Innenfläche 1 a des Stators 1 an. Die Dichtlippen 6 a, 7 a, die die Ringnuten 4 und 5 zu den Stirnseiten des Rotors 2 und gegen den Stator 1 abdichten, sind wieder am Rotorkörper angespritzt bzw. einteilig mit diesem ge­ fertigt. Die Funktionsweise dieser Pumpe entspricht identisch der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten.

Um wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine höhere Elastizität des die Wendelnut 3 tragenden Körpers zu erzielen, ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ein zentraler Hohlraum 13 a vorgesehen, der zu nur einer Stirnseite des Rotors 2 offen ist. Um eine untere, zur Funktion der Pumpe notwendige Steifigkeit des Rotors 2 sicherzustellen, ist der Hohlraum mit einem Füllkörper großer Elastizität ausgefüllt. Durch diese Ausbildung sind auch große Toleranzen noch auszugleichen, ohne daß sich aufgrund von Deformation die Nutgeometrie ändert.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 bis 9 ist der den Wandabschnitt 3 a der Wendelnut 3 tragende Körper eine zylindrische Hülse 14. In Fig. 6 bildet diese Hülse den Rotor 2; dieser ist in einem Stator 1 angeordnet und trägt auf seiner Außenfläche 15 den aufgespritzten Wandabschnitt 3 a der Wendelnut 3. An den axialen Enden der Hülse 14 ist ferner die jeweilige Dichtlippe 6 a bzw. 7 a aufgespritzt. Bereits eine derartige einfache Ausführungsform, bei der im wesentlichen nur der Wandabschnitt 3 a der Wendelnut 3 aus Elastomer besteht, zeigt die eingangs beschriebenen Vor­ teile.

In Fig. 7 ist das Umkehrprinzip von Fig. 6 gezeigt. Der Wandabschnitt 3 a ist auf der Innenfläche 16 der Hülse 14 aufgespritzt; ebenso dicht Dichtlippen 6 a und 7 a. Der Wandabschnitt 3 a liegt an der glatten Außenfläche eines von der Welle gebildeten Rotors 2 an.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 entspricht im Grund­ aufbau dem nach Fig. 6. Der Wandabschnitt 3 a wird aber nun nicht auf die Außenfläche aufgespritzt, sondern ragt von einer elastomeren Hülse 17 durch einen in der starren Hülse 14 eingefrästen schraubenförmigen Wendelschlitz, um auf der Außenfläche 15 der Hülse 14 die Wendelnut 3 zu bilden. Die Dichtlippen 6 a, 7 a bilden die Enden der elastomeren Hülse 17 und umgreifen die axialen Enden der starren Hülse 14 und dichten gegen die glatte Innenfläche 1 a des Stators 1 ab. Die elastomere Hülse 17 ist fest mit der starren Hülse 14 verbunden, vorzugsweise auf sie aufgespritzt bzw. auf­ vulkanisiert.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 bildet die starre Hülse 14 den Stator 1. Auf der Außenfläche 15 dieser starren Hülse 14 ist eine elastomere Hülse 17 aufgespritzt, die einen schraubengangförmigen Wandabschnitt 3 a trägt, der durch einen entsprechenden schraubengangförmigen Wendel­ schlitz in der starren Hülse 14 durchgreift, um auf der Innenfläche 16 die schraubengangförmige Wendelnut 3 zu bilden. Der Wandabschnitt 3 a liegt zur Bildung der Pumpe auf der glatten Außenfläche eines Rotors 2 an. Die axialen Enden der elastomeren Hülse 17 sind wieder als Dichtlippen 6 a, 7 a ausgebildet, die die axialen Enden der starren Hülse 14 umgreifen und an der glatten Außenfläche des Rotors 2 dichtend anliegen.

Claims (14)

1. Pumpe für viskose Flüssigkeiten, insbesondere zur Verwendung als Schmierölpumpe bei Verbrennungsmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten, wie Motorkettensägen oder dgl., bestehend aus einem den Stator (1) bildenden Körper und einem den Rotor (2) bildenden Körper, die koaxial zueinander liegen und deren einander zugewandte Flächen dicht aneinander liegen und wobei in einer der Flächen eine schraubengangförmige Wendelnut (3) vorge­ sehen ist, deren Anfang mit einem Sauganschluß (8) und deren Ende mit einem Druckanschluß (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der die Wendelnut (3) begrenzende, an der gegenüberliegenden glatten Fläche anliegende, schraubengangförmige Wandabschnitt (3 a) aus einem Elastomer gebildet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Kaut­ schuk, vorzugsweise Nitril-Butadien-Rubber (NBR) ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer eine Fluor-Karbon-Kautschuk-Verbindung ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelnut (3) etwa viermal so breit wie tief ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wendelnut (3) tragende Körper (1, 2) ein mit dem Wandabschnitt (3 a) einteilig ausgebildetes Spritzteil ist (Fig. 1, 2, 4).

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pumpe axial ab­ dichtenden Dichtringe (6, 7) als einteilig am Spritz­ teil angeformte Dichtlippen (6 a, 7 a) ausgebildet sind (Fig. 2, 4).

7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzteil von einer starren Manschette (12), vorzugsweise Stahlmanschette, umgeben ist (Fig. 2, 3) .

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Spritzteil mindestens eine Aussparung (13) als radialer Hohlraum vorgesehen ist (Fig. 3, 5).

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum ein Füllkörper (13 a) angeordnet ist, dessen Elastizität größer, vor­ zugsweise wesentlich größer, als die des verwendeten Elastomers ist (Fig. 5).

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (3 a) auf einem Träger (14) aufgespritzt ist (Fig. 6, 7).

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (3 a) Teil einer elastomeren Hülse (17) ist, die am Träger (14) anliegt, wobei der Wandabschnitt (3 a) einen schrauben­ gangförmigen Schlitz des Trägers (14) durchragt und auf der der elastomeren Hülse (17) abgewandten Seite des Trägers (14) die Wendelnut (3) bildet (Fig. 8, 9).

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Enden der elastomeren Hülse (17) als Dichtlippen ausgebildet sind, die die axialen Enden des Trägers (14) umfassen und dichtend an der gegenüberliegenden glatten Fläche des anderen Körpers anliegen (Fig. 8, 9).

13. Pumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Hülse (14) aus starrem Material, vorzugsweise Stahl, ist (Fig. 6 bis 9).

14. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wendelnut (3) tragende Körper der Stator (1) ist und der Rotor (2) eine drehende Welle ist.