DE3015040C2 - Rotationsverdrängerpumpe - Google Patents

Description

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ί| wird Nun erreicht der Treibstoff den Auslaß 2b und Im folgenden soll eine bevorzugte Ausführungsform gelangt in den Innenraum des Metallzylinders 8. der Erfindung anhand der Fig.3 und 4 beschrieben Schließlich strömt der Treibstoff durch den Auslaß 9 werden. Diese umfaßt einen Motoranker 1 mit einer ^aus- Antriebswelle la und einer Halterung Ib für die nichtBei einer herkömmlichen Pumpe dieser Bauart korn- 5 gezeigten Bürsten zur Zufuhr der elektrischen Energie men bei der Rotationsbewegung des Rotors 4 und der zum Motor sowie für ein Lager 3, welches die Antriebs- | Rollen 5 beide Enden des Rotors 4 in Kontakt mit der welle la lagert Ferner ist eine Pumpenbasis 2 vorgeseebenen Oberfläche 2a der Pumpenbasis 2 und der ebe- hen, deren eine Seite als ebene Innenfläche 2a der Pum- : nen Oberfläche 7a des Pumpengehäuses 7, während penkammer ausgebildet ist Die Pumpenbasis 2 weist ; gleichzeitig die Nuten 4a in Kontakt mit der Außenflä- 10 einen Durchgang 2b auf, welcher als Auslaß dient Ein j ehe der Rollen 5 bleiben. Die Rollen 5, welche in Kon- Rotor 4 ist fest auf der Antriebswelle la befestigt Er takt mit den Außenflächen der Nuten 4a stehen, beruh- weist eine Vielzahl von Nuten 4a auf, welche in gleichem ren die zylindrische Innenwandung des Pumpengehäu- Abstand voneinander an der Peripherie verteilt angeses 6. Beide Enden der Rollen 5 kommen ferner in Kon- ordnet sind und zur Peripherie hin offen sind. Ferner takt mit den ebenen Oberflächen 2a und 7a Aufgrund 15 sind freibewegbare Rollen 5 jeweils in die Nuten 4a des ; der erheblichen Reibung der verschiedenen Bereiche Rotors 4 eingesetzt Ein Pumpengehäuse 6 bildet die j der Pumpenkomponenten kommt es zu einer erhebli- zylindrische Seitenwandung der Pumpenkammer. Der ^; chen Abnutzung dieser Bauteile an ihren Kontaktflä- Rotor 4 und die Rollen 5 sind derart im Pumpengehäuse chen. Dieser Effekt tritt insbesondere dann ein, wenn die 6 angeordnet daß sie darin frei drehbar sind. Gemäß Pumpe während mehrerer Stunden trocken läuft Auch 20 F i g. 4 ist das Zentrum der Innenkammer des Pumpenbei normalem Betrieb tritt dieser Abnutzungseffekt gehäuses 6 exzentrisch zum Zentrum der Antriebswelle schließlich nach längerer Betriebszeit ein. Der Abrieb la angeordnet und der Abstand der beiden Zentren ist führt zu einer Steigerung der Stromaufnahme, einer mit A bezeichnet Der Radius der Innenkammer des Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit und einer Pumpengehäuses 6 ist geringfügig größer als die Sum-Senkung des Förderdrucks und der Fördermenge. 25 me des Radius R des Rotors 4 und des Abstandes A Schließlich wird dem Verbrennungsmotor kein Treib- zwischen dem Zentrum der Antriebswelle la und dem stoff mehr zugeführt Bei allen herkömmlichen Pumpen Zentrum des Pumpengehäuses 6. Somit hat der Radius der beschriebenen Bauart sind sämtliche Abriebkompo- der Innenkammer den Wert A + R + tx. Das Pumpennenten, d. h. der Rotor 4, die Rollen 5 und das Pumpen- gehäuse 6 umfaßt eine Ansaugausnehmung 6a und eine gehäuse 6, mit hoher Präzision bearbeitet Sie werden 30 Ausiaßausnehmung 6b sowie einen Durchgang 6c für z. B. nach dem Abschrecken (zur Erhöhung der Abrieb- den Austritt der Flüssigkeit und eine Schlauchverbinfestigkeit) einer Schleifbearbeitung unterzogen. Hier- dung 6e mit einem Durchgang 6d für den Eintritt der durch werden die Kosten (aufgrund der Bearbeitung) Flüssigkeit in die Ansaugausnehmung 6a. Ferner ist ein sowie das Gewicht erheblich gesteigert Ferner muß Pumpengehäuse 7 mit einer ebenen Seitenwandung 7a auch die Pumpenbasis 2 und das Pumpengehäuse 7 nach 35 vorgesehen sowie ein metallisches, zylindrisches Gehäudem Gießen einer Oberflächenbearbeitung unterzogen se 8 für das Pumpensystem. Ein Auslaßrohr 10 mit eiwerden, um die flachen Oberflächen 2a und 7a auszubil- nem Auslaßdurchgang 9 ist mit Hilfe einer Packung 11 den. Dies ist ein weiterer Nachteil, welcher die Kosten in das zylindrische Metallgehäuse 8 eingesetzt. Zur hererhöht metischen Abdichtung dienen O-Ringe 12,13,14,15 und Aus der DE-OS 25 37 980 ist es bereits bekannt die 40 16. Die Halterung \b besteht aus Kunststoff (z. B. einem Innenwand des Pumpengehäuses aus Aluminium zu fer- Polyacetal). Die Pumpenbasis 2 und das Pumpengehäutigen. Durch diese Maßnahme alleine können jedoch die se 7 bestehen aus einer Aluminiumplatte. Diese weist beschriebenen Probleme nicht gelöst werden. auf ihrer Oberfläche einen harten, porösen Oxidfilm auf, Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine welcher mit Teflon imprägniert ist. Eine solche Oberflä-Rotationsverdrängerpumpe der eingangs genannten 45 chenschicht zeigt eine ausgezeichnete Abrieb- und Kor-Art derart weiterzubilden, daß die einzelnen Bauteile, rosionsfestigkeit sowie einen geringen Reibungskoeffinämlich das Pumpengehäuse, der Rotor und die Rollen zienten. Der Rotor 4 wird hergestellt durch Gießen eieinem geringen gegenseitigen Abrieb unterliegen und, ner Zinkgießlegierung in eine Gießform, durch spanabmsbesondere auch bei Trockenlauf, nicht zu einem hebende Bearbeitung des Gußkörpers und durch Auf-Festfressen neigen. 50 bringung einer Kupfer- und Nickelplattierung auf die

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Oberfläche.

Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptan- Die Rollen 5 bestehen vorzugsweise aus Polyphenyspruchs gelöst Die Materialien des Rotors, des Gehäu- lensulfid, welches eine ausgezeichnete Hitzefestigkeit, ses und der Rollen sind derart aufeinander abgestimmt, Starrheit, Flammfestigkeit und Chemikalien'estigkeit daß der Abrieb äußerst gering ist und auch bei Trocken- 55 aufweist. Das Polyphenylensulfid wird gewöhnlich lauf ein Festfressen praktisch verhindert wird. Außer- durch Einverleiben von Kohlenstoff- oder Glasfasern dem hat die Pumpe einen kompakten Aufbau und ein verstärkt. Falls erforderlich, werden Fluorkomponenten geringes Gewicht. oder Molybdänkomponenten zugesetzt. Zur Herstel-Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeich- lung der Rollen 5 aus dem mit Füllstoff verstärkten synnungen näher erläutert; es zeigt ₆o thetischen Polymeren wird das Spritzgußverfahren an-F1 g. 1 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche gewendet. Zur Herstellung des Pumpengehäuses 6 wird Rotations Verdrängerpumpe; vorzugsweise eine Aluminiumlegierung vergossen und F i g. 2 einen Querschnitt durch die Verdrängerpumpe dann mit Polytetrafluorethylen beschichtet. Vorzugsgemäß *' ?· '^; , weise erfolgt die Beschichtung des Aluminiumlegie-F1 g. 3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemä- 65 rungsgubkörpers mit dem Polytetrafluorethylen nach ßeRotationsverdrängerpumpe;und einer spanabhebenden Oberflächenbehandlung (z.B. Fig. 4 einen Querschnitt durch die erfindungsgemä- Drehen oder Schleifen). Hierdurch wird die Abriebfeße Pumpe gemäß F i g. 3. stigkeit der Innenfläche verbessert. Bei einer bevorzug-

ten Ausführungsform besteht das gesamte Pumpengehäuse 6 aus einem Aluminiumgußkörper. Es ist jedoch auch möglich, eine Aluminiumplatte zu verwenden, welche in die zweckentsprechende Form durch Pressen oder durch Kaltwalzen gebracht wird und danach mit Polytetrafluoräthylen beschichtet wird. Ferner kann das zylindrische Pumpengehäuse 6 mit einem Ring versehen werden, welcher an seiner Innenfläche eine Polytetrafluoräthylenbeschichtung aufweist.

Bei Wahl einer solchen Materialkombination muß eine Anzahl von Erfordernissen erfüllt werden. Die einzelnen Bauteile müssen eine hohe Korrosionsfestigkeit, eine große Festigkeit gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen, eine hohe Festigkeit bei Trockenlaufen der Pumpe, eine hohe Beständigkeit gegenüber Treibstoff, eine hohe Abriebfestigkeit und eine geringe Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Sie müssen eine hohe Drehzahl gestatten und mit hoher Präzision bearbeitet sein (geringe Toleranzen). Vor allem muß ein Abrieb oder ein Festfressen der Bauteile aufgrund von Rotationsreibung verhindert werden. Auch ein einziges Bauteil der Gesamtkombination kann zu erheblichem Abrieb oder zu einem Festfressen führen, falls das Material oder die Oberflächenbehandlung fehlerhaft sind. Hierdurch kann das Betriebsverhalten und die Pumpenleistung wesentlich beeinträchtigt werden und schließlich kommt die. Pumpe zum Stillstand. Unter diesen Gesichtspunkten wurden die oben erwähnten Materialien anhand einer Gesamtzahl von dreißig grundlegenden Abriebsfestigkeitstests ausgewählt sowie anhand von fünfzehn verschiedenen Behandlungstests der Materialien, anhand von zwölf verschiedenen Behandlungstests in Bezug auf die Komponenten und anhand von etwa fünfzehn verschiedenen Kombinationstests sowie anhand von acht verschiedenen Beständigkeitstests im praktischen Betrieb der Testpumpe. Diese Versuche bestätigen, daß die ausgewählte Materialkombination die erforderliche Beständigkeit von 4000 Betriebsstunden beim Pumpen von Benzin aufweist Diese Beständigkeit ist ausreichend für die Verwendung der Pumpen als Treibstoffpumpen in Automobilen.

Die erfindungsgemäße Pumpe arbeitet in der gleichen Weise wie eine herkömmliche Pumpe. Daher soll die Beschreibung dieser Arbeitsweise ausgelassen werden. Es muß bemerkt werden, daß die erfindungsgemäße Pumpe auf einfachste Weise und äußerst kostengünstig hergestellt werden kann. Sie hat ein sehr geringes Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Pumpen, bei denen die Pumpenbasis 2 und das Pumpengehäuse 7 aus Aluminiumguß bestehen. Demgegenüber bestehen diese Bauteile bei vorliegender Erfindung aus geformten und gestanzten Aluminiumplatten. Da der Rotor 4 gemäß vorliegender Erfindung aus einem Gußkörper aus Zinklegierung besteht erfordert er keine Abschreckung und keine Präzisionsbearbeitung (Schleifen) wie der Rotor einer herkömmlichen Pumpe. Auch hierdurch wird die Herstellung äußerst vereinfacht und verbilligt Die Verwendung von PPS-Material zur Herstellung der Rollen 5 erübrigt ebenfalls ein Abschrecken des Materials und eine Präzisionsbearbeitung desselben durch Schleifen oder dergL Auch hierdurch wird die Herstellung wesentlich vereinfacht und verbilligt Ferner wird durch solche Rollen das Gewicht wesentlich verringert und es kommt beim Umlauf der Rollen zu geringerer Geräuschentwicklung durch Kontakt derselben mit der zylindrischen Wandung des Pumpengehäuses 6 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft Auch die Drehbewegung der Rollen 5 innerhalb der Nuten 4a des Rotors 4 verursacht kaum Geräusche. Desgleichen kommt es zu keiner Geräuschbelästigung durch den Kontakt zwischen der flachen Fläche 2a der Pumpenbasis 2 und der flachen Fläche 7a des Pumpengehäuses 7. Aufgrund der Selbstschmiercharakteristik des Materials ist der Abrieb der Rollen 5 und der mit diesen in Berührung stehenden Komponenten erheblich herabgesetzt. Dies ist ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung. Das PPS-Material hat eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit sowie eine Beständigkeit gegen Ol und Chemikalien. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist ebenso gering wie derjenige von Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen, so daß im wesentlichen keine Störungen durch eine Längsausdehnung der Rollen 5 in Richtung auf die flachen Flächen 2a und 7a der Pumpenbasis 2 und des Pumpengehäuses 7, welche den Rollen 5 gegenüberliegen, bei höheren Temperaturen auftreten. Ferner treten auch keine Schwierigkeiten durch ein Schrumpfen der Rollen 5 bei niedrigeren Temperaturen auf. Bei einem solchen Schrumpfen würden sich zu weite Abstände und damit eine unzureichende Saugwirkung ergeben. Durch die Anwendung des Gießverfahrens zur Herstellung des Pumpengehäuses 6 aus einer Aluminiumlegierung wird die Herstellung dieses Pumpengehäuses wesentlich vereinfacht und verbilligt und das Gewicht wird wesentlich verringert Ein Abschrekken des Materials und eine nachträgliche Präzisionsbearbeitung, wie bei herkömmlichen Herstellungsverfahren sind nicht erforderlich.

Die Verwendung von abgeschrecktem unlegiertem Stahl zur Herstellung des Rotors 4, der Rollen 5 und des Pumpengehäuses 6 birgt in sich die Gefahr eines Festfressens der einzelnen Bauteile bei längerem Trockenlaufen der Pumpe während mehrerer Stunden. Außerdem würde in diesem Fall ein erhöhter Abrieb eintreten. Demgegenüber wird erfindungsgemäß ein mit Nickel plattiertes Zinklegierungsmaterial für die Herstellung des Rotors 4 verwendet Zur Herstellung der Rollen 5 dient PPS-Material. Zur Herstellung des Pumpengehäil· ses 6, der Pumpenbasis 2 und des Pumpengehäuses 7 dient ein Aluminiummaterial, das an seiner Oberfläche eine mit Teflon imprägnierte, harte, poröse Oxidschicht aufweist Diese Materialkombination ist hervorragend auf die Pumpenanforderungen zugeschnitten. Es besteht keinerlei Möglichkeit zu einem Kontakt zwischen Komponenten, welche aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Härte aufweisen. Die erfindungsgemäßen Pumpenbauteile weisen daher eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit auf. Somit erhält man erfindungsgemäß kompakte Pumpen mit geringem Gewicht und mit großer Gebrauchstüchtigkeit aufgrund einer guten Abriebfestigkeit Die erfindungsgemäße Pumpe kann leicht und mit geringen Kosten hergestellt werden. Vorstehend wurde die Erfindung in Verbindung mit einer Schaufelpumpe vom Rollentyp beschrieben. Die erfindungsgemäßen Prinzipien können jedoch auch bei anderen Schaufelpumpen mit anderen Typen von Schaufeln Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 rotieren. Zwischen dem Zentrum des Innendurchmes- Patentansprüche: ssrs des Pumpengehäuses 6 und dem Zentrum der Antriebswelle la besteht gemäß Fig.2 eine Exzentrizität

1. Rotationsverdrängerpumpe mit einem Pumpen- um einen bestimmten Betrag A. Der Radius des Innengehäuse, welches unter hermetischer Abdichtung 5 durchmessen; des Pumpengehäuses 6 ist geringfügig auf beiden Seiten mit je einer Pumpenbasis verbun- größer als die Summe des Abstandes A und des Radius den ist und eine Pumpenkammer mit einer zylindri- R des Rotors 4. Der Innenradius des Pumpengehkuses sehen Seitenwandung aufweist, in der ein durch ei- hat somit den Betrag A + R + oc Die Pumpenkammer nen Motor angetriebener Rotor mit einer Vielzahl ist derart ausgebildet, daß der Rotor 4 an der Stelle 6a von Nuten auf der Außenfläche untergebracht ist, io am weitesten von der inneren, zylindrischen Wandung wobei in die Nuten jeweils eine aus einem syntheti- des Pumpengehäuses entfernt liegt Hier besteht zur sehen Kunststoff bestehende Rolle eingesetzt ist, die zylindrischen Innenwandung ein Abstand von aufgrund der Zentrifugalkraft der Drehbewegung 2(A + ac) = B. Ein Pumpengehäuse 7 umfaßt schließlich des Rotors in radialer Richtung bewegt wird und in eine Wandung 7a mit einer flachen Fläche und einer Berührung mit der Innenfläche des Pumpengehäu- 15 Einlaßnut 76 für das Ansaugen von Flüssigkeit sowie ein ses gelangt und hierdurch jeweils einen Pumpenar- Schlauchverbindungsorgan Td mit einer Einspeisungsbeitsraum bildet, sowie mit einem mit dem Pumpen- öffnung 7c Letztere steht mit der Einlaßnut Tb in Verarbeitsraum kommunizierenden Pumpeneünlaß und bindung. Ein Metallz^linder 8 dient der Unterbringung Einern Pumpenauslaß, dadurch gekenn- des Pumpensystems. Er weist ein Auslaßrohr 10 auf, zeichnet, daß mindestens die Innenwandung des 20 welches eine Auslaßöffnung 9 umfaßt und über eine Pumpengehäuses (6) aus einer Aluminiumlegierung Packung 11 befestigt ist Schließlich sind zur hermetibesteht und einer Behandlung zur Erhöhung der Ab- sehen Dichtung O-Ringe 12,13,14 vorgesehen, riebfestigkeit unterzogen worden ist und daß der Im folgenden sollen Details bezüglich der Konstruk-Rotor (4) durch Gießen einer Zinklegierung herge- tion und der Materialien der einzelnen Komponenten stellt und einer die Abriebfestigkeit erhöhenden Be- 25 der Pumpenkammer erläutert werden. Die Pumpenbahandlung unterzogen worden ist sis 2 und das Pumpengehäuse 7 werden durch Gießen

2. Rotationsverdrängerpumpe nach Anspruch 1, einer Aluminiumgußlegierung in eine Gießform hergedadurch gekennzeichnet daß der synthetische stellt Die Wandungen 2a und 7a, welche die flachen Kunststoff Polyphenylensulfid ist Flächen iür das Pumpengehäuse bilden, werden nach

3. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der An- 30 der spanabhebenden Endbearbeitung einer Oberfläsprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die chenbehandlung (Anodisierung) unterzogen, wobei ein Innenwandung des Pumpengehäuses (6) zur Erhö- Film mit einer hohen Abriebfestigkeit gebildet wird, hung der Abriebfestigkeit einer Beschichtung mit Der Rotor 4 und die Rollen 5 werden durch Drehen Polytetrafluoräthylen unterzogen worden ist. eines Werkstücks aus unlegiertem Stahl (Kohlenstoff-

4. Rotationsverdrängerpumpe nach einem der An- 35 stahl) hergestellt Sie erhalten dabei eine Gestak gemäß Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der der Zeichnung. Dabei erfolgt die Abschreckung zur ErRotor zur Erhöhung der Abriebfestigkeit einer Plat- höhung der Abriebfestigkeit Schließlich wird eine tierung mit Kupfer oder Nickel unterzogen worden Schleifbearbeitung der Oberfläche vorgenommen. Das ist Pumpengehäuse 6 wird durch Stanzen einer Platte aus

40 unlegiertem Stahl (Kohlenstoffstahl) hergestellt Dann

wird diese Platte abgeschreckt zur Erhöhung der Abriebfestigkeit und schließlich erfolgt eine Schleifbearbeitung der zylindrischen Innenfläche und der beiden Die Erfindung betrifft eine Rotationsverdrängerpum- Endflächen.

pe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Eine 45 Im folgenden soll die Arbeitsweise der so hergestellsolche Rotationsverdrängerpumpe ist bekannt aus der ten Pumpe beschrieben werden. Wenn dem Anker I GB-PS 5 91 143. Bei dieser Pumpe kommt es zu einem elektrischer Strom zugeführt wird, so wird der fest mit erheblichen Abrieb des Rotors und des Gehäuses, und der Antriebswelle la verbundene Rotor 4 im Gegenuhrdie Pumpe frißt beim Trockenlaufen rasch fest zeigersinn zusammen mit der Antriebswelle la gedreht

Diese Probleme sollen im folgenden anhand der 50 Aufgrund der Drehbewegung des Rotors 4 werden die F i g. 1 näher erläutert werden, welche eine herkömmli- Rollen 5 durch Zentrifugalkraft im Kontakt mit der zyche Rotationsverdrängungspumpe ähnlich derjenigen in lindrischen Innenfläche des Pumpengehäuses 6 gehalder GB-PS 5 91 143 zeigt. Diese Pumpe umfaßt einen ten, und sie rollen hier im Gegenuhrzeigersinn ab. Im Motoranker 1 für den Antrieb der Pumpe sowie eine folgenden sollen die Vorgänge und Situationsänderun-Antriebswelle la und eine Pumpenbasis 2 in Form einer 55 gen der Rollen 5 in der Pumpenkammer während der Schüssel. Diese umfaßt eine Wandung 2a, die als flache Drehbewegung des Rotors 4 im einzelnen untersucht Fläche der Pumpenkammer dient, sowie einen Durch- werden. Zunächst soll eine Rolle 5 betrachtet werden, gang 2b, welcher als Pumpenauslaß dient. Ferner ist ein welche beim Start der Pumpe an der Stelle 6b an der Lager 3 vorgesehen, welches die Antriebswelle la un- zylindrischen Innenwandung anliegt Beim Start der terstützt. 60 Pumpe nimmt der durch diese Rolle definierte Pumpen-

Auf der Antriebswelle la ist ein Rotor 4 befestigt, raum mit der Drehbewegung des Rotors allmählich zu, welcher eine Vielzahl von Nuten 4a aufweist. Letztere so daß ein Unterdruck entsteht Daher wird z. B. Treibsind in gleichem Abstand voneinander angeordnet und stoff durch die öffnung 7c und die Einlaßnut Tb angezur Peripherie hin offen. Ferner sind freibewegliche saugt. Wenn nun der Rotor 4 weitergedreht wird und Rollen 5 vorgesehen, deren jede in eine Nut 4a des 65 die betrachtete Rolle an der Stelle 6a der zylindrischen Rotors 4 eingelegt ist. Ein Pumpengehäuse 6 bildet eine Innenwandung vorbeibewegt wird, so nimmt nun der zylindrische Seitenwand der Pumpenkammer. Der Ro- durch diese Rolle definierte Raum der Pumpenkammer tor 4 und die Rollen 5 können frei im Pumpengehäuse 6 ab, so daß der Druck des Treibstoffs allmählich erhöht