DE2825434C3

DE2825434C3 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2825434C3
Application number: DE2825434A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Hattori; Seiichi Kakuwa; Toshio Yamada; Ichiro Yamagata
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-06-09
Publication date: 1980-08-28
Also published as: DE2825434B2; JPS543607A; US4225294A; JPS589241B2; DE2825434A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Kraftmaschine, deren Gehäuse aus zwei Seitenteilen und einem von diesen begrenzten Gehäusemantel mit trochoidenförmiger Innenfläche besteht, mit einem innerhalb des Gehäuses umlaufenden mehrkantigen Kolben, in dessen Kantenbereichen Dichtleisten angeordnet sind, die mit der Innenfläche des Gehäusemantels in Gleitberührung stehen und in dessen Stirnwandungen in ringförmigen Nuten Gleitringe vorgesehen sind, die in Gleitberührung stehen mit den Innenflächen der Gehäuseseitenteile, deren Werkstoff ein Material auf Eisenbasis ist und deren Innenflächen eine mindestens 1,0 μπι dicke, durch Nitrieren erzeugte Schicht aus einer Fe-C-N-Verbindung aufweisen.

Bei einer aus der DD-PS 89404 bekannten Rotationskolbenmaschine dieser Art sind zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit die reibungsbeanspruchten Gleitflächen des Gehäusemantels und der Seitenteile mit ionitriergehärteten Oberflächen mit einer auf unter 10 μΐη Dicke verminderten Eisennitritschicht mit einer Oberflächenrauhigkeit von höchstens 0,8 μιτΓ versehen. Zur Erhöhung der Lebensdauer von Rotationskolbenmaschinen kommt es aber nicht nur auf die Verschleißfestigkeit der auf Reibung beanspruchten Gleitflächen des Gehäusemantels und der Seitenteile an, sondern auch darauf, daß der Verschleiß zwischen diesen Gleitflächen und den Dichtleisten sowie Gleitringen möglichst gering ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin,

ίο bei einer Rotationskolbenmaschine eingangs genannter Art den Verschleiß zwischen den als Öldichtung wirksamen Gleitringen und den Gehäuseseitenteilen möglichst klein zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

a) Die Schicht auf den Innenflächen der Gehäuseseitenteile ist durch Weichnitrieren erzeugt;

b) die Innenflächen der Gehäuseseitenteile weisen eine Oberflächenrauhigkeit von 0,3 μιτι bis 15 μπι auf;

c) die Gleitringe haben eine Dichtlippe, die mit einer Hartchromschicht von 0,1 bis 0,3 mm Dicke überzogen ist.

Durch Weichnitrieren läßt sich eine harte, aus Fe-C-N-Verbindungen bestehende Schicht bilden, die jedoch als Innenfläche eines Gehäuseseitenteils einer Rotationskolbenmaschine nach längerem Leerlauf zu einem beträchtlichen Verschleiß der Gleitringe führt, der vermutlich darauf zurückzuführen ist, daß bei langsamem Lauf der Maschine die unregelmäßige Oberfläche des Gehäuseseitenteils abgeschliffen wird und dadurch die harten, aus der Oberfläche herausgelösten Teilchen die Gleitringe zerkratzen und abschleifen. Aus diesem Grunde ist bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine vorgesehen, daß die weichnitrierten harten Innenflächen der Gehäuseseitenteile durch eine Oberflächenbearbeitung eine Rauhtiefe erhalten, die innerhalb der angegebenen Grenzen liegt. Andererseits erhalten Flächen mit zu geringer Rauhtiefe keine genügende Schmierung, da der sich auf diesen bildende Ölfilm durch die Gleitringe zerstört wird, so daß mangels ausreichender Schmierung ein erhöhter Verschleiß der aufeinander gleitenden Teile eintritt. Bei einer Rauhtiefe von we-

■45 niger als 0,3 μηι wird keine genügende Schmierung erzielt und bei einer Rauhtiefe über 15 μπι ist die Verschleißfestigkeit beeinträchtigt.

In der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine weisen die Gleitringe Dichtlippen auf, die mit einer Hartchromschicht von 0,1 bis 0,3 mm Dicke überzogen sind. Die Hartchromschicht kann auf die radialen Flächen der Gleitringe aufgebracht werden, so daß der Rand der Chromschicht die Gehäuseseitenteile berührt.

Aus der DE-OS 2062502 ist ein aus Temperguß oder Sphäroguß bestehender Gehäusemantel einer Rotationskolbenmaschine bekannt, dessen Innenfläche durch Weichnitrieren gehärtet ist. Die auf dieser Innenfläche gleitenden Dichtleisten bestehen aus einem nichtmetallischen Werkstoff.

Aus der DE-OS 2233 978 ist eine Rotationskolbenmaschine bekannt, deren Gleitringe mit einer verschleißfesten Schicht aus Chrom bedeckt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

bS den Unteransprüchen näher beschrieben worden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den in einer Kolbennut angeordneten Gleitring mit der angrenzenden Innenfläche des Seitenteils einer Rotationskolbenmaschine, und

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des Verschleißverhaltens der Dichtlippe eineu Gleitrings einer Rotationskolbenmaschine.

Der mehrkantige Kolben 4 einer Rotationskolbenmaschine weist an seinen Stirnwandungen 4 α ringförmige Nuter 4b auf (Fig. 1), in denen die Gleitringe 5 a aus Gußeisen mit hohem Phosphor- und Bor-Gehalt angeordnet sind. Der Gleitring 5a ist auf seiner inneren zylindrischen Umfangsfläche mit einer Hartchromschicht 5 b versehen. Die dem Gehäuseseitenteil 1 zugekehrte Fläche des Gleitrings 5a ist geneigt und bildet mit ihrer radial inneren Kante eine Dichtlippe 5 c, die sich mit einer Lippenbreite t an die Innenfläche la des Gehäuseseitenteils 1 anlegt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele für das Gehäuseseitenteil näher beschrieben.

Beispiel 1

Grundwerkstoff:

Gußeisen mit lamellarem Graphit nach der japanischen Industrienorm (JIS) FCH-2, Rauhtiefe 1,0 μίτι.

Weichnitrieren:

4stündige Behandlung bei 570° Cin einer Gasatmosphäre aus 50% R_x-GaS (Aufhohlungsgas), Rest NH₄-GaS. Nach dem Weichnitrieren betrug die Rauhtiefe 20 μΐη.

Flachschleifen:

Durch Sandstrahlen mit Aluminiumoxidsand Nr. 120, Blasdruck 3 kp/cm², Strahlentfernung 200 mm, Strahlwinkel 30°, Strahlzeit 25 min. Nach der Behandlung betrug die Rauhtiefe 8 bis 10 μπι und die Dicke der weichnitrierten Schicht 5 bis 7 μπι.

Beispiel 2

Grundwerkstoff:

Stahl nach JIS SACM-I. Rauhtiefe 0,8 μπι.

Weichnitrieren:

Wie im Beispiel 1.

Oberflächenbearbeitung:

Läppen mit ölstein Nr. 200 nachder japanischen Industrienorm (JIS), Anpreßdruck 0,4 bar, Behandlungszeit 10 min. Nach der Behandlung betrug die Rauhtiefe 1 bis 3 μπι und die Dicker der weichnitrierten Schicht 8 bis 10 μΐη.

Beispiel 3

Grundwerkstoff:

Wie im Beispiel 1, Rauhtiefe 1,2 μπι.

Weichnitrieren:

3stündige Behandlung nach dem Tufftride-Verfahren bei 570° C mit einer Behandlungslösung, die 43% KCNO₃, 0,1% NaFe(CN)₆, Rest KCN enthielt. Bei dem Tufftride-Verfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das Werkstück 1 bis 6 Stunden in ein Salzbad von 500° bis 590° C getaucht wird, das vorwiegend aus KCN + KCNO oder aus NaCNO mit Zusätzen von beispielsweise BaCO₃ oder Na₂CO₃ besteht.

Oberflächenbearbeitung:

Durch 2stündigen Betrieb der Rotationskolbenmaschine, in der die Gehäuseseitenteile eingebaut waren, bei 2500 U/min. Danach betrug die Rauhtiefe 5 bis ä 7 μη? und die Dicke der weichnitrierten Schicht 3 bis 5 μπι.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Gehäuseseitenteile wurden zusammen mit kreisförmigen Gleitringen verwendet, die einen Außendurchmesser von 130 mm, einen Innendurchmesser von 124 mm, eine Höhe von 6,0 mm und die in Fig. 3 gezeigte Querschnittsform hatten. Der Grundwerkstoff bestand aus Gußeisen mit hohem Phosphor- und Borgehalt. An der radial einwärts gelegenen Fläehe war die Öldichtung bei 5b in Fig. 3 mit einer 0,15 mm dicken Hartchromschicht versehen.

Die Ausführungsbeispiele der Gehäuseseitenteile und die vorstehend beschriebenen Gleitringe wurden folgenden Verschleißprüfungen unterworfen:

Prüfung 1

Aus dem im Beispiel 1 erhaltenen Material wurde eine drehbare Scheibe hergestellt, die auf eine Unterlage gelegt wurde, in der in einer Nut ein 10 mm langer Gleitring angeordnet war. Dieser wurde von einer Feder mit einer Kraft von 53,95 N gegen die Scheibe gedrückt. Die Scheibe wurde nun so gedreht, daß der Gleitring mit einer linearen Geschwindigkeit von 5,2 m/sek auf der Scheibenoberfläche glitt. Es wurde kein Schmiermittel verwendet. Nach der Prüfung wurde der Verschleiß gemessen. Das Ergebnis ist in F i g. 2 durch die Kurve 9 dargestellt. Auf der Ordinate des Diagramms ist die Lippenbreite t in mm und auf der Abszisse die Zeit Zt in min aufgetragen.

Ähnliche Prüfungen wurden mit zwei Anordnungen üblicher Art wie folgt durchgeführt:

Vergleichsprüfung 1

Es wurde ein Gleitring derselben Art zusammen mit einem nicht weichnitrierten Gehäuseseitenteil aus Gußeisen verwendet.

Vergleichsprüfung 2

Dasselbe Gehäuseseitenteil wie in der Vergleichsprüfung 1 wurde zusammen mit einem Gleitring verwendet, der eine gesinterte Dichtlippe besaß.

Einer weiteren Prüfung wurden die gleiche Öldichtung wie im Vergleichsversuch 1 und ein weichnitriertes Gehäuseseitenteil unterworfen. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Fig. 2 als Vergleichsprüfungen 6 bis 8 angegeben.

Man erkennt in der Fig. 2, daß das Ausführungsbeispiel gemäß Kurve 9 eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit besitzt. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß der hartverchromte Gleitring, der bisher hinsichtlich der Verschleißfestigkeit als unbefriedigend angesehen wurde, bei seiner Verwendung mit einem Gehäuse-Seitenteil, das weichnitriert und auf eine vorherbestimmte Rauhtiefe oberflächenbearbeitet worden ist, wesentlich bessere Ergebnisse liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotationskolben-Kraftmaschine, deren Gehäuse aus zwei Seitenteilen und einem von diesen begrenzten Gehäusemantel mit trochoidenförmiger Innenfläche besteht, mit einem innerhalb des Gehäuses umlaufenden mehrkantigen Kolben, in dessen Kantenbereichen Dichtleisten angeordnet sind, die mit der Innenfläche des Gehäusemantels in Gleitberührung stehen und in dessen Stirnwandungen in ringförmigen Nuten Gleitringe vorgesehen sind, die in Gleitberührung stehen mit den Innenflächen der Gehäuseseitenteile, deren Werkstoff ein Material auf Eisenbasis ist und deren Innenflächen eine mindestens 1,0 μηι dicke, durch Nitrieren erzeugte Schicht aus einei Fe-C-N-Verbindung aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Schicht auf den Innenflächen (la) der Gehäuseseitenteile (1) ist durch Weichnitrieren erzeugt;

b) die Innenflächen (la) der Gehäuseseitenteile (1) weisen eine Oberflächenrauhigkeit von 0,3 μπι bis 15 μπι auf;

c) die Gleitringe (5a) haben eine Dichtlippe (5c), die mit einer Hartchromschicht (5b) von 0,1 bis 0,3 mm Dicke überzogen ist.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseseitenteile (1) aus Gußeisen sind.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen (la) der Gehäuseseitenteile (1) Poren aufweisen, die eine Tiefe von 1,0 bis 300 μΐη haben und 5 bis 50% der Fläche bedecken.

4. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenbearbeitung der Innenflächen (la) der Gehäuseseitenteile (1) mindestens im Gleitbereich des Gleitrings (5a) durch Strahlen oder Läppen erfolgt.