DE8490031U1

DE8490031U1 - Rotor fuer fluegelpumpen und -motoren

Info

Publication number: DE8490031U1
Application number: DE19848490031
Authority: DE
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1984-02-22
Publication date: 1985-04-11

Description

Nippon Piston Ring Co., Ltd. 24. Oktober 1984

2-6, Kudan-kita 4-chome, Chiyoda-ku K 5847

Tokyo 102, Japan Wa/Sch

Beschreibung

Rotor für Flüqelpumpen und -motoren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hohlen

Rotor zur Verwendung in Flügelpumpen und -rotoren. ]\

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Flügelpumpen und -motoren werden zahlreich in den meisten ■;>.

Industrien eingesetzt und werden üblicherweise mit einem :* verhältnismäßig schweren massiven Rotor versehen, wie dies

in der japanischen Anmeldung 58-65988 offenbart ist. Es |

besteht immer die Erfordernis, das Gewicht einer Pumpe zu J

reduzieren. So wird seit kurzem gewünscht, daß die Pumpe ί

für die Verwendung in Fahrzeugen ein geringeres Gewicht ;,j

aufweisen soll um Energie zu sparerin Die Pumpe kann nicht | im Gewicht vermindert werden ohne daß der schwere massive _oc Rotor durch einen hohlen leichten Rotor ersetzt wird. Es

ist jedoch das Problem, wie man wirkungsvoll einen hohlen Rotor fertigt. Es ist wünschenswert, daß ein hohler Rotor so dünn wie möglich ist und daß Rotorelemente, wie ein Rotorkörper, eine Rotorwelle und Seitenplatten aus einem

leichten Metall wie Aluminium und ähnliches hergestellt 30

wird. Dieses erfordert die Lösung eines anderen Problems, daß nämlich ein dünner Rotorkörper oder eine Leichtmetallwelle eine zu geringe Festigkeit aufweist um praktisch verwendet zu werden. Bei ölfreien Flügelpumpen, bei welchen

die Temperatur hoch ansteigt, ist ein Wärmerohr wünschens-35

wert, das in einen Rotor eingebaut ist, um die Innenseite der Pumpe zu kühlen.

Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten hohlen Rotor zu schaffen, der ein geringeres Gewicht aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen verbesserten hohlen Rotor zu schaffen, der eine dünne und feste Wandung aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen verbesser-. 10 ten hohlen Rotor zu schaffen, dessen Elemente aus Leichtmetall gefertigt sind.

Der erfindungsgemäße Rotor weist einen hohlen Körper auf, dessen beide Endflächen an den gegenüberliegenden Endflächen des Rotorkörpers geschweißt sind und zumindestens eine Rotorwelle, der mit einer der beiden Endplatten verbunden ist. Der Hohlkörper und die Rotorwelle sind vorzugsweise aus einem Grundmetall hergestellt, welches durch Einlagen (Whiskers) verstärkt ist. Das Grundmetall kann entweder eisenhaltiges oder nichteisenhaltiges Material sein. Die Einlagen können aus einem anorganischen Material sein, so wie Siliciumcarbid, Kohle und Glas, welches eine Erweichungs- oder eine Schmelztemperatur aufweist, die höher ist, als das Grundmetall.

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Der Hohlkörper oder die Rotorwelle kann aus dem vorstehend beschriebenen zusammengesetzten Material durch ein Gußverfahren hergestellt werden. Die Einlagen werden so zusammengefügt, daß sie einen Leerraum von zumindestens 50 % aufweisen und dann in eine Gußform eingelegt· Dann wird das geschmolzene Grundmetall in die Gußform gegossen um in den Leerraum in den Einlagen einzudringen und einen vollständigen hohlen Körper zu bilden, der durch Einlagen oder durch superhochfeste Fasern verstärkt ist, welche eine extrem hohe spezifische Festigkeit aufweisen, so daß der Körper im Vergleich zu den üblichen Körpern mit einer sehr dünnen und leichten Wand ausgeführt werden kann.

Ein Wärmerohr kann in den Rotor in einer Weise pingebaut werden, daß Arbeitsflüssigkeit in eine Blindbohrung gedrängt wird, welche in der Rotorwelle ausgebildet ist und welche sich zu einem Block auf der Rotorwelle verjüngt.

Die Blindbohrung ist durch einen Stopfen abgedichtet, ier in der Mitte der Endplatte montiert ist. Andererseits kann die Flüssigkeit in die gesamte Innenseite des Rotors geführt werden.

Die Vorteile, die sich durch die Erfindung ergeben, sind die, daß der hohle Rotor eine einfache Konstruktion aufweist, bei welcher ein Hohlkörper mit den beiden Endplatten verschweißt ist und daß er ein geringeres Gewicht aufweist und einfach in der Massenfertigung ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß Wärmeröhren in einfacher Weise in den Rotor eingebaut werden können um die Innenseite zu kühlen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Figur 1 und 2 teilweise geschnittene, perspektivische Explosionsdarstellungen des erfindungsgemäßen Rotors;

Figur 3 eine Ansicht, ähnlich Figur 2, einer

anderen Ausführungsform, welche mit einem Wärmerohr versehen ist;

Figur 4 eine Ansicht, ähnlich Figur 3, einer

weiteren Ausführungsform;

Figur 5 ist ein teilweise vergrößerter Schnitt des Rotors;

Figur 6 ist eine Ansicht, ähnlich Figur 5, von

noch einer anderen Ausführungsform;

Figur 7 ist ein schematischer Längsschnitt der

Rotorwelle und der Endfläche, welche aus

einem Teil durch Guß hergestellt worden y

sind; i

If

Figur 8 ist ein Schnitt einer Vorform, welche in |

die Rotorwelle und in die Abschlußfläche ^

als ein Körper geschmiedet werden soll; und ;

Ι Figur 9 ist ein Schnitt der Rotorwelle und der

Endplatte, welche als ein Körper geschmiedet worden sind.

Zu bevorzugende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors werden nachstehend in bezug auf die Zeichnung beschrieben. In den Figuren 1 and 2 weist der Rotor 10 einen hohlen Rotorkörper 12 auf, der stranggepreßt, gepreßt oder ähnliches ist, die beiden Endplatten 13, 14, die getrennt durch Pressen, Gießen oder Schmieden gefertigt sind und dann mit den gegenüberliegenden Seiten des hohlen Rotorkörpers durch Schweißen, vorzugsweise durch Widerstandsschweißen verbunden sind. Die Rotorwelle 11 und die Endplatte 14 können als ein Körper durch einen einzigen Schmiedeprozeß gefertigt worden sein, welcher jedoch mehr Kosten erfordert als das zuvor erwähnte Preß- und Schmiedeverfahren. Der hohle Rotor 10 ist leicht und hat seine Elemente, wie den hohlen Rotorkörper 12, die Rotorwelle 11 und die Endplatten 13, 14, welche einfach hergestellt werden können und durch Schweißen zusammengefügt werden, so daß er für eine Massenfertigung bei niedrigen Kosten geeignet ist.

Der Rotorkörper 12 ist vorzugsweise mit zumindestens einer Verstärkungsplatte 16 versehen, welche im Profil dem Profil des hohlen Schnitts des Hohlkörpers entspricht und mit der inneren Oberfläche des Körpers 12 verbunden ist, wie dies in Figur 2 zu sehen ist. Der verstärkte

-S-

Körper arbeitet gut unter schweren Bedingungen, bei welchen der Rotorkörper 12 gemäß Figur 1 eine verformte Flügelnut haben würde.

Wie in Figur 3 zu sehen ist, ist die Rotorwelle 11 mit einer Blindbohrung 2 versehen, welche sich gegenüber dem Block-Montageende verjüngt, bevor das entgegengesetzte Ende mit der Endplatte 14 verschweißt wird. Die Blindbohrung 2 hat ein mit einem Gewinde versehenen Einsatz 3, der zur Innenseite des Rotorkörpers 12 geöffnet ist. Die Blindbohrung 2 ist mit einer Wärmerohr-Arbeitsflüssigkeit gefüllt und dann durch Zwischenschaltung eines Dichtelementes 4 und eines Stopfens 5 abgedichtet, welcher in die Einlaß-Öffnung 3 geschraubt ist. Die Rotorwelle 11 dient solcherart als Wärmerohr, und zwar ist das eine Ende, welches ir.it der Endplatte 14 verbunden ist, ein Wärmeaufnahmeteil und das andere block-montierte Ende ein wärmeableitendes Teil. Die Wärme innerhalb des Rotors wird durch die Endplatte 14 zu dem wärmeaufnehmenden Teil gefördert, in welchem die Arbeitsflüssigkeit zum Verdampfen gebracht wird. Die verdampfte Arbeitsflüssigkeit geht durch das Zentrum der Blindbohrung 2 zu dem wärmeabführenden Teil, in welchem sie die Wärme durch das Block-Montageende an die Umgebung abgibt um sich wieder zu verflüssigen und zu dem wärmeaufnehmenden Teil zurückzufließen, und zwar entlang der konischen Peripherie der Blindbohrung 2. Pie Wärmerohrtätigkeit bewirkt einen schnellen Wärmeaustausch und erlaubt eine wirkungsvolle Abfuhr der inneren Wärme, so daß die Temperatur in dem Rotor 10 niemals über eine zulässige Grenze ansteigt.

Wie in Figur 4 zu sehen ist, kann der Hohlkörper 12 sowie die Rotorwelle 11, die Arbeitsflüssigkeit enthalten und als wärmeabsorbierenden Teil eines Wärmerohrs zur schnelleren Kühlung des Rotors 10 dienen. Die Blindbohrung 2 ist ähnlich in der einseitigen Rotorwelle 11 geformt, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Der Einlaß 3 ist an der entgegen-

gesetzten Seite der Rotorwelle 15 angeordnet, welche mit der anderen Endfläche 13 verbunden ist. Wenn der Rotorkörper 12 und die Rotorwelle 11 mit der Arbeitsflüssigk^it gefüllt worden sind, wird der Stopfen 5 in die Einlaß-Öffnung 3 in der Rotorwelle 15 geschraubt. Im Fall eines fliegenden Rotors mit einer einzelnen Rotorwelle, kann die Einlaßöffnung in der Mitte der flachen Endfläche angeordnet werden, welche im Zentrum konkav gestaltet ist. Der Stopfen kann mit der Einlaßöffnung verschweißt werden.

Wie in Figur 5 zu sehen ist, kann der Rotorkörper 12 aus einem zusammengesetzten Material hergestellt werden, mit einem Leichtmetall M als Basis, wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung oder ähnliches und Einlagen F einer anorganischen Substanz, wie Siliciumcarbid, Kohle, Glas oder ähnliches. Die Einlagen F sind so zusammengefügt, daß sie zumindest einen Freiraum von 50 % aufweisen und werden dann in eine Form eingelegt, in welchem der Körper gegossen werden soll. Das geschmolzene Basis-Leichtmetall M wird in die Gießform gegossen um in den Freiraum der zusammengefügten Einlagen einzudringen und um so cten Rotorkörper 12 zu bilden, der aus einem zusammengesetzten Material besteht. Der Rotorkörper 12 kann eine dünne leichte und feste Wand aufweisen, welche aus einem Leichtmetall M hergestellt ist, das durch faserartige superhochfeste Einlagen F verstärkt ist und das Gewicht beträchtlich im Vergleich zum üblichen reduzieren. Der gegossene Körper wird mit einer getrennt hergestellten Abschlußplatte mit einer Rotorwelle verschweißt, um einen vollständigen Rotor zu erzeugen.

Der Hohlkörper aus Aluminium oder Aluminiumlegierung kann an seiner äußeren Peripherie teilweise oder vollständig durch eine anodische Oxidation behandelt werden. Insbesondere kann die Flügelnut vorzugsweise oxidiert werden um ein glattes Gleiten des Flügels zu erreichen.

Der Rotorkörper 12 kann durch Schmieden hergestellt werden.

-τ ι Die Einlagen F sind so zusammengefügt, daß sie zumindestens ungefähr 50 % Leerraum bilden und werden dann in eine Gußform gesetzt, in welchem der Körper hergestellt wird. Das geschmolzene Basis-Leichtmetall M wird in die Gußform gegössen um in den Zwischenraum in den zusammengefügten Einlagen einzudringen um eine Vorform eines zusammengesetzten Materials zu bilden. Diese Vorform wird in einem hohlen Rotorkörper 12 geformt, in welchem die Einlagen F entlang der Kornflußlinien in dem Grundmetall M liegen, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Der geschmiedete Ro-« or 12 hat deshalb eine extrem hohe spezifische Festigkeit.

Wie in Figur 7 zu sehen ist, körnen die Abschlußendplatten 13, 14 mit den entsprechenden Rotorwellen 11, 15 ebenfalls auf einem zusammengesetzten Material hergestellt werden, das aus einem Basis-eisenhaltigen oder nichteisenhaltigen Material M besteht, so wie Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierung und Magnesiumlegierung sowie Einlagen F von anorganischen Material, wie Siliciumcarbid, Kohle und Glas.

Die Einlagen F werden so durch Pressen zusammengefügt, daß sie einen Hohlraum von zumindestens 50 % aufweisen und werden dann in eine Form gesetzt, in welcher eine Rotorwelle einstückig mit einer Endplatte gegossen wird. Das geschmolzene Metall M wird in die Form gegossen um in den Zwischenraum in den zusammengefügten Einlagen einzudringen um eine Rotorwelle 11 oder 15 mit der entsprechenden Abschlußfläche 13 oder 14 zu bilden, welche aus einem zusammengesetzten Material besteht. Die Rotorwelle 11 oder 15 mit den Abschlußflächen 13 oder 14 kann eine dünne, leichte und feste Struktur aufweisen, welche aus einem Metall M besteht, das durch faserartige, superhochfeste Einlagen F verstärkt ist und dessen Gewicht im Vergleich zum üblichen beträchtlich reduziert idt. Die Rotorwelle 11, 15 mit den entsprechenden Abschlußplatten 13, 14 werden mit dem getrennt hergestellten Rotorkörper verschweißt um einen vollständigen Rotor zu bilden.

Die mit der Rotorwelle gemeinsame Endfläche aus einem zu-

sammengesetzten Material kann ebenso durch Schmieden hergestellt werden. Die Einlagen werden so zusammengefügt, daß sie zumindestens einen Freiraum von 50 ? aufweisen und werden dann in eine Form gesetzt, in welche geschmolzenes Grundmetall gegossen wird. Das geschmolzene Grundmetall (bzw. Basismetall) M dringt in den Zwischenraum in der zusammengefügten Einlagen 11 ein, um eine Vorform zu bilden, welche aus einem zusammengesetzten Material besteht, wie dies in Figur 8 gezeigt ist. Die Vorform wird in die Rotor-IQ welle 11 oder 13 mit der Endfläche 13 oder 14 geformt, in welcher die Einlagen F entlang der Kornflußlinien in dem Grundmaterial M liegen, wie dies in Figur 9 gezeigt ist« Aus diesem Grund weisen die geschmiedeten Rotorwellen 11, 15 mit den entsprechenden Endflächen 13, 14 eine extrem hohe spezifische Festigkeit auf .

Der erfindungsgemäße Rotor für die Verwendung in Flügelpumpen und Motoren hat ein geringeres Gewicht, da er hohl ist. Er ist besonders geeignet für Flügelpumpen, welche als Lader für ein Kraftfahrzeugmotor und als Kompressor für Luftkühler verwendet werden.

Claims

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE BARDEHLE. PAGENBERG, DOST. ALTENBURG & PARTNER

RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

JOCHEN PAGENBERG DR jur ll μ harvard HEINZ BARDEHLE oipl ing

BERNHARD FROHWITTER dipl.-ing WOLFGANG A DOST DR dipl chem

GÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipl -ing ifhi UDO W. ALTENBURG dipl -phvs

POSTFACH 86 06 20. BOOO MÜNCHEN

TELEFON (08B) 88 03 61

TELEX 5 22 791 pad d

CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN

BÜRO: GALILEIPLATZ 1. B MÜNCHEN

Datum 24. Oktober 1984

K 5847 Wa/Sch

Echutzansprüche

. Rotor für Fiügelpumpen und -motoren, dadurch gekennzeichnet , daß er einen hohlen Rotorkörper (12) aufweist, sowie zwei Endplatten (13, 14), welche mit den beiden Endseiten dieses kohlen Rotorkörpers verschweißt sind, sowie eine Rotorwelle (11), die zumindestens mit einer dieser Endplatten verbunden ist.
2. Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (11) einstückig mit einer Endplatte (14) ausgebildet ist.
3. Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Rotorwelle (11) mit der Endplatte (14) verschweißt ist.
4. Rotor gemäß Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (12) zumindestens mit einer Verstärkungsplatte (16) verstärkt ist, welche im Profil dem hohlen Querschnitt dieses hohlen Rotorkörpers entspricht und welche mit der inneren Oberfläche dieses hohlen Rotorkörpers verbunden ist.
5. Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (12) aus einem zusammengesetzten Material hergestellt ist, welches ein Grundmetall (M) und Einlagen (F) enthält.
6. Rotor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Grundmetall (M) entweder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, um den äußeren Umfang dieses Rotorkörpers (12) zu bilden, welches durch eine anodische Oxidation behandelt ist.
7. Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (11, 15) aus einem Zusammengesetzen Material aus einem Grundmetall (M) hergestellt ist, welches durch Einlagen (F) verstärkt ist.
8. Rotor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatte (13, 14) aus einem zusammengesetzten Material aus einem Grundmetall (M) hergestellt ist, welches durch Einlagen (F) verstärkt ist.
9. Rotor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zusammengesetzte Material geschmiedet wird, um dies« Einlagen entlang der Kornflußlinien auszurichten.
10. Rotor für Flügelpumpen und -motoren, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Rotorkörper (12) aufweist, sowie zwei Endplatten (13, 14), welche mit den beiden Endflächen dieses Rotorkörpers verschweißt sind sowie eine Rotorwelle (11), welche zumindestens mit einer dieser Endplatten verbunden ist und welche mit einer Blindböhrung (2) verbunden ist, welche sich zu dem Block-Montageende dieser Rotationswelle verjungt, und daß eine Wärmeaustausch-Arbeitsflüssigkeit in dieser Blindbohrvng eingeschlossen wird.
11. Rotor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

diese Arbeitsflüssigkeit in der Blindbohrung in der Rotorwelle (11) durch ein Dichteleföent (4) und einen Stopfen abgedichtet wird, der in eine Einlaßöffnung dieser Blindbohrung eingepaßt ist.
12. Rotor gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßöffnung in der Rotorwelle (15) ausgebildet ist, welche mit der Abschlußplatte (13) verbunden ist, die auf der entgegengesetzten Seite dieser Rotorwelle (11) angeordnet ist, wobei diese Einlaßöffnung durch einen Stopfen verschlossen ist, um die Arbeitsflüssigkeit im Innern des Rotorkörpers (12) und der Rotorwelle (11) abzudichten.