WO2006047986A1 - Pumpe mit beschichtetem rotor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der drehbar zwischen zwei Seitenflächen angeordnet ist. Um den Verschleiß zu mindern, ist der Rotor mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen.

Description

PUMPE MIT BESCHICHTETEM ROTOR
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der drehbar zwischen zwei Seitenflächen angeordnet ist.
Flügelzellenpumpen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Sie weisen einen Rotor auf, der zwischen zwei Gehäuseseitenflächen beziehungsweise Seitenplatten innerhalb eines Hub¬ rings rotiert. Der Rotor ist drehbar gelagert und weist radiale Schlitze auf, in denen Flügel ver¬ schiebbar aufgenommen sind. Der Rotor, der Hubring und die Gehäuseseitenflächen bezie¬ hungsweise Seitenplatten begrenzen jeweils zwischen zwei benachbarten Flügeln einen Verdrängerraum, dessen Volumen sich ändert, wenn der Rotor in Drehung versetzt wird. Da¬ bei kommt es auf der Saugseite der Flügelzellenpumpe zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums in den jeweiligen Verdrängerraum bewirkt, und auf der Druckseite zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem jeweili¬ gen Verdrängerraum bewirkt. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird ein Saugbe¬ reich und ein Druckbereich ausgebildet, wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernder Volumina und der Druckbereich im Bereich sich verkleinernder Volumina angeordnet ist. Der Saugbereich steht mit einem Sauganschluss und der Druckbereich mit einem Druckanschluss der Flügelzellenpumpe in Verbindung. Im Betrieb tritt an den Kontaktflächen zwischen dem Rotor und den Gehäuseseitenflächen beziehungsweise Seitenplatten Reibung auf, die sich ungünstig auf den Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der drehbar zwischen zwei Seitenflächen angeordnet ist, zu schaffen, die weniger ver¬ schleißanfällig ist als herkömmliche Pumpen.
Die Aufgabe ist bei einer Pumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der drehbar zwischen zwei Seitenflächen angeordnet ist, dadurch gelöst, dass der Rotor mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen ist. Vorzugsweise ist der Rotor aus einem härte¬ ren Material gebildet als die Seitenflächen. Zur Reduzierung einer unerwünschten Fressnei¬ gung zwischen dem Rotor und den Seitenflächen könnten die Seitenflächen mit einer rei¬ bungsmindernden Beschichtung versehen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass sich eine auf die Seitenflächen aufgebrachte Beschichtung im Betrieb der Pumpe ablösen kann. Ein derartiges unerwünschtes Ablösen der Beschichtung kann vermieden werden, wenn der Rotor statt der Seitenflächen beschichtet wird. Darüber hinaus liefert die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass nur ein Teil beschichtet werden muss.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus einem härteren Material gebildet ist als die Seitenflächen. Der Rotor ist vorzugsweise aus einem gehärteten Stahl, zum Beispiel 100Cr6, gebildet. Die Seitenflächen sind zum Beispiel aus einem Sinterstahl gebildet, können aber auch aus Gusseisen oder Aluminium gebildet sein. Die Beschichtung des im Vergleich mit den Seitenflächen härteren Rotors liefert den Vorteil, dass das die Beschichtung tragende Grundmaterial bei einer Druckbelastung, bei Ka¬ vitation oder bei starker Reibung nicht nachgibt und sich nicht durchbiegt. Dadurch wird ein unerwünschtes Abplatzen der Beschichtung verhindert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen aus einem porösen Material, wie Sintermetall oder Gusseisen oder aus Aluminiumdruckguss, gebildet sind. Vorzugsweise sind die Seitenflächen nicht beschichtet. Dadurch können die Herstellkosten der Pumpe gesenkt werden, da nicht zwei Teile beschich¬ tet werden müssen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit einer Beschichtung aus Mangan-Phosphat versehen ist. Die Beschichtung kann aber auch Silber, Kupfer oder Messing enthalten.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von 1 bis 5 μm aufweist. Vorzugsweise hat die Beschichtung ei¬ ne Dicke von 3 bis 4 μm. Je nach Material kann die Beschichtung aber auch andere Dicken aufweisen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Oberfläche des Rotors mit der reibungsmindernden Beschichtung versehen ist. Das bedeutet, dass der Rotor auch im Bereich der Schlitze mit der Beschichtung versehen ist. Alternativ ist es möglich, den Rotor vor dem Anbringen der Schlitze zu beschichten. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen¬ den Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Flügelzellenpum¬ pe. Es kann sich aber auch um eine Rollenzellenpumpe oder eine Zahnradpumpe handeln. Derartige Pumpen können zum Beispiel als Vakuumpumpen in Bremskraftverstärkeranlagen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, aber auch|als Lenkhelfpumpen, Getriebepumpen o- der Schmierölpumpen.
Die einzige Figur zeigt die Rotationsgruppe einer Flügelzellenpumpe.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe umfasst einen Rotor (1), der im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe aufweist. Der Rotor ist innerhalb eines Hubrings (3) drehbar ange¬ ordnet. Der Hubring (3) ist zwischen zwei Seitenflächen eines Gehäuses angeordnet, das ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Die Seitenflächen können auch durch so genannte Sei¬ tenplatten innerhalb (5,7) eines Gehäuses gebildet werden.
Die Innenkontur (9) des Hubrings (3) ist so gewählt, dass sich zwei diametral gegenüberlie¬ gende Pumpenräume zwischen dem Außenumfang des Rotors (1) und der Innenfläche (9) des Hubrings (3) ergeben. Hierzu weist die Innenkontur (9) des Hubrings (3) einen so genann¬ ten Kleinkreis (11) auf, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Rotors entspricht. Ferner weist die Innenkontur (9) des Hubrings (3) einen so genannten Großkreis (13) auf, dessen Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rotors(1), so dass es zur Ausbildung der Pumpenräume kommt.
Der Rotor (1) weist eine kreiszylindermantelförmige Umfangsfläche (15) auf, die von zwei kreisförmigen Stirnflächen (17) begrenzt wird. Über seine Umfangsfläche (15) verteilt weist der Rotor (1) mehrere radial verlaufende Schlitze (19) auf. Innerhalb der Schlitze sind radial bewegliche Flügel (21) angeordnet, die sich über die gesamte Breite des Rotors erstrecken.
Der Rotor(1), der Hubring (3) und die Gehäuseseitenflächen (5,7) begrenzen jeweils zwischen zwei benachbarten Flügeln (21) einen Verdrängerraum, dessen Volumen sich verändert, - A - wenn sich der Rotor (1) dreht. Dabei kommt es auf der Saugseite der Flügelzellenpumpe zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums in den Verdrängerraum bewirkt. Gleichzeitig kommt es auf der Druckseite der Flügelzellenpumpe zu einer Volumen¬ abnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem jeweiligen Verdrängerraum bewirkt. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors (1) werden ein Saugbereich und ein Druckbe¬ reich ausgebildet. Der Saugbereich ist über eine Saugniere (23) mit einem Sauganschluss der Flügelzellenpumpe verbunden, während der Druckbereich über eine Druckniere (25) mit ei¬ nem Druckanschluss der Flügelzellenpumpe verbunden ist. Die Seitenflächen (5,7) des Ge¬ häuses liegen dichtend an den Stirnflächen (17) des Rotors (1) beziehungsweise den Seiten¬ kanten der Flügel (21)an.
Funktionsbedingt ist zwischen den Seitenflächen (5,7) des Gehäuses und den Stirnflächen (17) des Rotors (1) ein Spalt ausgebildet. Die Hauptaufgaben des Spaltes zwischen dem Ro¬ tor (1) und den Seitenflächen (5,7) sind: Dichten zwischen dem Druckbereich und dem Saug¬ bereich, Dichten zwischen dem Saugbereich und einer eventuell vorgesehenen Unterflügel¬ versorgung sowie Führen der Flügel (21) in axialer Richtung, ohne direkte Berührung zwi¬ schen Rotor (1) und Seitenflächen (5,7).
Die Funktion einer Flügelzellenpumpe ist allgemein bekannt, so dass hier nur das Wesentliche angegeben wird. Über eine nicht dargestellte Antriebswelle wird der Rotor (1) in Drehbewe¬ gung versetzt, wodurch die Flügel (21) an der Innenkontur (9) des Hubrings (3) entlang ge¬ führt werden. Im Übergang vom Kleinkreis (11) zum Großkreis (13) werden die Flügel (21) ra¬ dial nach außen gefahren, so dass sich zwischen zwei benachbarten Flügeln (21) eine Kam¬ mer mit sich vergrößerndem Volumen bildet. Hierdurch wird über die Saugniere (23) ein Fluid im Saugbereich angesaugt. Im Übergangsbereich zwischen dem Großkreis (13) und dem Kleinkreis(11), dem Druckbereich, werden die Flügel (21) radial nach innen gedrängt, so dass sich das Volumen der Kammer zwischen zwei benachbarten Flügeln (21) verringert und ein hier zuvor angesaugtes Fluid über die Drucknieren (25) ausgepresst wird. Entsprechend der Drehzahl des Rotors (1) stellt sich somit ein bestimmter Volumenstrom eines geförderten Flu¬ ids ein.
Zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten und der Fressneigung zwischen Rotor (1) und Seitenflächen (5,7) können die Seitenflächen im Stand der Technik beschichtet, insbesondere phosphatiert werden. Die Seitenflächen (5,7) können auch als Stahlplatten vorgesehen sein, die mit Bronze oder Messing beschichtet sind. Beim Beschichten von Seitenplatten (5,7), ins¬ besondere aus Sintermaterial oder aus Aluminium oder Gusseisen, kann es passieren, dass Schmutz oder Ölreste in die Poren des Materials eindringen. Dadurch wird das Haftvermögen der Schicht herabgesetzt. Bei diesen Materialien ist eine aufwendige Reinigung erforderlich. Beim Phosphatieren besteht zusätzlich die Gefahr des Säureangriffs an der zu phosphatie- renden Oberfläche. Dieser Angriff kann das Material der Seitenflächen (5,7) soweit schädigen, dass sich über die Lebensdauer der Pumpe der Hubring (3) in die Seitenflächen (5,7) ein¬ gräbt, wodurch es zu einer ungewollten Spielverkleinerung kommt. Bei relativ weichen Grundmaterialien, auf die eine dünne, harte Schicht aufgebracht wird, besteht zudem die Ge¬ fahr, dass bei einer Druckbelastung durch Biegung der Platten (5,7), bei Kavitation oder bei Reibung das Grundmaterial nachgibt und die harte Schicht abplatzt. Dieser Effekt wird auch als Eierschaleneffekt bezeichnet.
Beim Klemmen der Pumpe bei sehr hohen Drücken oder Druckspitzen reibt der Rotor (1) an den Seitenflächen (5,7), da sich diese gegen den Rotor durchbiegen. Der Rotor (1) ist vor¬ zugsweise aus einem härteren Material gebildet als die Seitenflächen (5,7) oder zusätzlich gehärtet. Daher verschleißen aufgrund der im Betrieb aufgetretenen Reibung eher die Seiten¬ flächen (5,7). Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der relativ harte Rotor (1) mit einer rei- bungsmindemden Oberfläche versehen. Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass der so genannte Eierschaleneffekt nicht auftritt, da das relativ harte Bauteil, nämlich der Rotor (1), beschichtet ist und sich nicht durchbiegt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nur ein Bau¬ teil, nämlich der Rotor (1), beschicht werden muss. Der Rotor (1) ist aus einem gehärteten Stahl, zum Beispiel 100Cr6, gebildet und nicht porös. Er lässt sich daher leichter und besser reinigen, wodurch die Anzahl mit einer fehlerhaften Beschichtung versehener Teil geringer wird.
Die Seitenplatten (5,7) sind vorzugsweise aus Sinter- oder Gussmaterial oder Aluminium- druckguss gebildet und nicht mit einer Beschichtung versehen. Dadurch wird vermieden, dass die porösen Materialien der Seitenflächen beim Beschichten einem Säureangriff ausgesetzt werden. Die Einbettung des Hubrings (3) in die Seitenflächen (5,7) ist, bezogen auf die glei¬ che Laufleistung der Pumpe, geringer. Dies führt über die gesamte Lebensdauer der Pumpe zu einem höheren Klemmdruck, das ist der Druckwert, bei dem die Seitenplatten (5,7) unter Durchbiegung den Rotor (1) berühren würden,, und der im Normalbetrieb möglichst nicht ere- richt werden soll. Bezugszeichenliste
I Rotor
3 Hubring
5 Seitenplatte
7 Seitenplatte
9 Innenkontur des Hubrings
I 1 Kleinkreis der Innenkontur 13 Großkreis der Innenkontur
15 Kreiszylinder mantelförmige Umfangsfläche des Rotors
17 kreisförmige Stirnfläche des Rotors
19 radiale Schlitze im Rotor
21 radial bewegliche Flügel
23 Saugniere
25 Druckniere

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor (1), der drehbar zwischen zwei Seitenflächen (5,7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) mit einer reibungsmindemden Beschichtung versehen ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) aus einem härteren Material gebildet ist als die Seitenflächen (5,7).
3. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (5,7) aus einem porösen Material, wie Sintermetall oder Gusseisen oder aus Aluminiumdruckguss, gebildet sind.
4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) mit einer Beschichtung aus Mangan-Phosphat versehen ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von 1 bis 5 [mu]m aufweist.
6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Oberfläche des Rotors (1) mit der reibungsmindemden Beschichtung versehen ist.
7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (5,7) nicht beschichtet sind.
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