DE3425954A1

DE3425954A1 - Drehkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3425954A1
Application number: DE19843425954
Authority: DE
Inventors: Yukio Kazo Saitama Horikoshi; Hiroshi Utsunomiya Tochigi Sakamaki
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1983-07-16
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1985-01-24
Also published as: JPS6361517B2; US4545749A; GB2143279B; JPS6022087A; GB2143279A; DE8421072U1; GB8417925D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben- oder Drehflügelpumpe und insbesondere auf die bauliche Ausgestaltung der seitlichen Gehäuseteile einer solchen Pumpe.

Eine übliche Drehkolbenpumpe weist einen Aufbau auf, wonach ein Rotor drehbar in das mittige Gehäuseteil und exzentrisch zu diesem eingebaut ist, wenigstens ein Flügel in einer im Rotor ausgebildeten Flügelnut verschiebbar aufgenommen ist, ein Fluid in eine zwischen dem Rotor sowie dem mittigen Gehäuseteil oder zwischen dem Rotor sowie einer in das mittige Gehäuseteil eingesetzten drehbaren Buchse gesaugt wird, und nach einer Kompression oder Expansion das Fluid ausgestoßen wird.

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An beide Stirnseiten des mittigen Gehäuseteils sind seitliche Gehäuseteile angesetzt, in denen der Rotor über je ein zugeordnetes Lager abgestützt ist.

Bei einer Drehkolbenpumpe mit diesem Aufbau haftet den seitlichen Gehäuseteilen, die üblicherweise aus Gußeisen gefertigt sind, der Nachteil an, daß sie sehr schwer sind. Um eine Gewichtsverminderung zu erreichen, gingen in jüngerer Zeit Bemühungen dahin, das gesamte Gehäuse aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung zu fertigen.

Wenn jedoch die seitlichen Gehäuseteile aus Leichtmetall, z.B. Aluminium, oder aus einer Leichtmetallegierung, z.B.Al- oder Mg-Iegierung, gefertigt werden, dann verliert das das Lager haltende Wellenaufnahrneteil an Festigkeit und Haltbarkeit, wodurch es zu einer Deformation oder Verformung neigt, was wiederum ein Problem in bezug auf seine Fähigkeit zur Abstützung und Lagerung des Rotors mit hoher Präzision aufwirft.

Es ist insofern die Aufgabe der Erfindung, eine Drehkolbenpumpe zu schaffen, bei der das oben genannte Problem nicht auftritt, d.h., eine Pumpe zu schaffen, die seitliche Gehäuseteile hat, die leichter sind als ein gänzlich aus Gußeisen gefertigtes seitliches Gehäuseteil, und die stärker sowie widerstandsfähiger sind als seitliche Gehäuseteile, die aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen gefertigt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Drehkolbenoder Drehflügelpumpe gemäß der Erfindung ein seitliches Gehäuseteil aus einem das Lager aufnehmenden WeIlenaufnahmeteil und einer Stirn- oder Seitenplatte auf der Seite des Rotors.

Das WeIlenaufnahmeteil wird aus einem Material auf der Basis von Eisen oder einem Verbundmaterial gefertigt, während die Stirn- oder Seitenplatte aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetallegierung hergestellt wird, wobei diese beiden Teile dann miteinander als ein Stück vereinigt werden.

ßei einer solchen Ausbildung ist die Festigkeit oder Widerstandsfähigkeit des Wellenaufnahmeteils zu derjenigen eines gänzlich aus Gußeisen gebildeten seitlichen Gehäuseteils äquivalent, während das Gewicht der Stirn- oder Seitenplatte, die für einen größeren Teil des Gesamtgewichts des seitlichen Gehäuseteils verantwortlich ist, auf Grund ihrer Fertigung aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung im Vergleich zu einem vollständig aus Gußeisen gefertigten seitlichen Gehäuseteil beträchtlich vermindert wird. Demzufolge wird die·gestellte Aufgabe gelöst.

Die Aufgabe und deren Lösung sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von lediglich als Beispiel anzusehenden bevorzugten Ausführungsformen deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Drehkolbenpumpe; Fig. 2 den Querschnitt nach der Linie II - II in der Fig.l; Fig, 3 einen Schnitt durch das frontseitige und Fig. 4 einen Schnitt durch das rückseitige Gehäuseteil der in Fig. 1 dargestellten Pumpe.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist die Drehkolbenpumpe ein mittiges Gehäuseteil (Gehäusehauptteil) 1 sowie einen in dieses drehbar eingebauten Rotor 2 auf, dessen mit ihm einstückige Drehwelle 3 über Lager 4 und 5 durch ein frontseitiges Gehäuseteil 6 sowie ein rückseitiges Gehäuseteil 7 drehbar abgestützt ist. Das frontseitige sowie rückseitige Gehäuse-

teil 6 sowie 7 bilden zusammen mit dem mittigen Gehäusehauptteil 1 ein Gehäuseaggregat. Durch das Gehäusehauptteil 1 und durch den rückseitigen, außerhalb des rückseitigen Gehäuseteils 7 angeordneten Deckel 8 sich erstreckende Bolzen 9 halten das front- und rückseitige Gehäuseteil 6, 7 am Gehäusehauptteil 1. Die Drehwelle 3 des Rotors 2 ist über ein Drehglied 12 mit einer Antriebsscheibe 11 gekoppelt, welche über ein Lager 10 vom frontseitigen Gehäuseteil 6 drehbar getragen und der eine Antriebskraft von einem (nicht gezeigten) Antriebsmechanismus, z.B. der Kurbelwelle eines Motors, vermittelt wird.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist das Zentrum 14 des Rotors 2 exzentrisch zum Zentrum 13 des Gehäusehauptteils 1 angeordnet. Im Rotor 2 sind mehrere, mit einem Boden versehene Flügelnuten 15 ausgebildet, die in radialer Richtung des Rotors verlaufen und zur Innenfläche des Gehäusehauptteils 1 hin offen sind. Der oder die Flügel 16 können sich frei in die Nuten 15 hinein bzw. aus diesen heraus in der radialen Richtung des Rotors 2 bewegen.

Zwischen dem Flügel 16 sowie der Inennfläche des Gehäusehauptteils ist eine drehende Buchse 17, die hohlzylindrisch ausgebildet und im wesentlichen zum Zentrum 13 des Gehäusehauptteils 1 konzentrisch ist, eingebaut. Ein Freiraum zwischen der Außenfläche der drehenden Buchse 17 und der Innenfläche des Gehäusehauptteils 1 bildet eine pneumatische Lagerkammer 18, die sich auf der gesamten Außenfläche der Buchse 17 erstreckt, welche dmait schwimmend im Gehäusehauptteil 1 gelagert ist. Zur pneumatischen Lagerkammer 18 öffnen sich ein Gaseinlaß 19 sowie Gasauslaß 20, die von geraden, parallel zur Achse der drehenden Buchse 17 verlaufenden und an der Innenfläche des Gehäusehauptteils 1 ausgestalteten Schlitzen gebildet werden. Der Gaseinlaß 19 kann auch als Zick-Zack-Schlitz oder als gleichschenkliges Dreieck, dessen Scheitelpunkt in die Drehrichtung zeigt,

ausgebildet sein. Der Gaseinlaß 19 hat über einen im rückseitigen Gehäuseteil 7 ausgestalteten Gaszufuhrkanal 21 mit einer innerhalb des rückseitigen Deckels 8 vorhandenen Ansaugkammer 2 2 Verbindung.

Die Ansaugkammer 22 ist mit. der zwischen dem Rotor 2 sowie der drehenden Buchse 17 ausgestalteten saugseitigen Arbeitskammer 24 über eine im rückseitigen Gehäuseteil 7 ausgebildete Ansaugöffnung 23, deren rotorseitiger Austritt eine Bogenform hat, wie Fig. 2 zeigt, in Verbindung.

Die Ansaugkammer 22 ist über einen Verbindungskanal 25, dessen rotorseitige öffnung bogenförmig gestaltet ist, mit einem Raum zwischen dem Boden der Flügelnut 15 und dem Flügel 16 verbunden.

Der Gasauslaß 20 hat zu der im rückwärtigen Deckel 8 ausgebildeten Austrittskammer 27 über den im rückwärtigen Gehäuseteil 7 vorgesehenen Austrittskanal 26 Verbindung, und die Austrittskammer 27 ist über das Auslaß- oder Druckventil 28 mit der im rückseitigen Gehäuseteil 7 vorhandenen Auslaßöffnung 29 verbunden.

Die Auslaßöffnung 29, deren rotorseitiger Eintritt eine Bogengestalt hat, ist mit der zwischen dem Rotor 2 und der drehenden Buchse 17 vorgesehenen austrittsseitigen Arbeitskammer 30 und auch über einen Verbindungskanal 31, dessen rotorseitige öffnung die Gestalt eines Bogens hat, mit einem zwischen dem Boden der Flügelnut 15 sowie dem Flügel 16 ausgebildeten Raum verbunden.

Der Gaseinlaß 19 und der Gasauslaß 20 sind, wie Fig. 2 erkennen läßt, am Anfang bzw. am Ende des ausstoßseitigen Arbeitsbereichs, gesehen in der Drehrichtung A des Rotors, angeordnet.

An den Innenflächen des frontseitigen sowie rückseitigen Gehäuseteils 6 bzw. 7 sind in Gegenüberlage zu den Stirnkanten der drehenden Buchse 17 Ringnuten 32, 33 vorgesehen, die auf der der Buchse 17 zugewandten Seite offen und jeweils mit einem ungeschmierten, ringförmigen Gleitstück 34, das aus einem selbstschmierenden Material auf Kohlenstoffbasis gefertigt ist, ausgestattet sind.

Das frontseitige sowie rückseitige Gehäuseteil 6 bzw. 7 sind in Wellenaufnahmeteile 6a und 7a, die jeweils die Lager 4 bzw. 5 tragen, und in auf der Seite des Rotors angeordnete Stirnplattenteile 6b und 7b unterteilt. Das WeI-lenaufnahmeteil 6a des frontseitigen Gehäuseteils 6 trägt zusätzlich zu dem die Welle 3 drehbar lagernden Lager 4 ein Dichtungsglied 35 sowie eine Feder 36, die auf das Dichtungsglied 35 einen Druck ausübt. Rund um das WeIlenaufnahmeteil 6a ist das die Antriebsscheibe 11 tragende Lager 10 aufgesetzt.

Die front- bzw. rückseitigen Wellenaufnahmeteile 6a und 7a sind aus einem Material auf Eisenbasis oder einem Verbundmaterial gefertigt. Das Eisenmaterial ist beispielsweise Gußeisen. Das Verbundmaterial besteht beispielsweise aus Haarkristallfasern (Whisker) einer anorganischen Substanz, z.B. Kohlenstoff, Siliziumkarbid oder Glas, die bei Badtemperaturen, wenn das geschmolzene Basismaterial gegossen wird, nicht schmilzt.

Als Beispiel für die Herstellung eines solchen Haarkristall-Fasermaterials, soll genannt sein: Whiskerfasern werden bis zu einer maximalen Dichte von etwa 50% gepreßt und geformt, wodurch ein Rohling für das Wellenaufnahmeteil erhalten wird. Der Rohling wird in eine Metallform eingesetzt, in die Aluminium oder eine Aluminium- bzw. Magnesiumlegierung im geschmolzenen Zustand gegossen wird, um die Hohlräume

der Whiskerfasern des Rohlings auszufüllen, womit ein Whiskerf aser-Verbundmaterial erzeugt wird. Wenn ein derartiger Rohling weiter schmiedetechnisch zur Herstellung des Wellenauf nahmeteils bearbeitet wird, dann werden die resultierenden Whiskerfasern zur Ausrichtung gebracht, wobei sie die sog. "Schmiede-Stromfäden" (forged streamlines) mit einer sehr stark gesteigerten oder erhöhten Festigkeit zeigen.

Andererseits werden die Stirnplattenteile 6b und 7b aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung gefertigt. Das Leichtmetall kann Aluminium sein; die Leichtmetallegierungen können in Form von Schmiede- oder Sinterteilen einer Al- oder Mg-Legierung vorliegen. Auch ein Whiskerfaser-Verbundmaterial auf der Grundlage eines solchen Metalls oder einer solchen Legierung kann zur Anwendung kommen, wobei die Whiskerfasern in einem solchen Verbundmaterial, wie oben gesagt wurde, aus Siliziumkarbid, Kohlenstoff, Glas oder anderen anorganischen Substanzen gefertigt sein können.

Die auf diese Weise hergestellten Wellenaufnahme- und Stirnplattenteile 6a, 7a bzw. 6b, 7b werden zu einem einzigen Stück vereinigt, und zwar erfolgt dieses Vereinigen durch innere Abschreckung, durch Unterdrucksetzen oder auch eine Schrumpfverbindung.Die interne Abschreckung ist vorzuziehen, da sie zuverlässiger ist. Wenn sowohl die Wellenaufnahmeteile 6a, 7a wie auch die Stirnplattenteile 6b, 7b aus Whiskerfaser-Verbundmaterial gefertigt werden, dann können die seitlichen Gehäuseteile 6 und 7 so hergestellt werden, daß man zuerst einen einstückigen Rohling aus Whiskerfasern fertigt, der dann mit geschmolzenem Metall getränkt wird. Ein solches Herstellungsverfahren soll durch die Erfindung ebenfalls geschützt sein.

Im folgenden werden die Arbeitsweise und Funktion einer gemäß den obigen Ausführungen ausgebildeten Drehkolbenpumpe beschrieben.

Zuerst wird vom Motor auf die Antriebsscheibe 11 eine Antriebskraft übertragen,und mit einem über die Scheibe 11 dem Rotor 2 vermittelten Drehmoment beginnen das Drehglied 12 sowie die Drehwelle 3 mit dem Rotor zu drehen, durch dessen Drehung die Zentrifugalkraft den bzw. die Flügel 18 radial nach außen drückt, so daß dieser bzw.diese gegen die Innenfläche der drehenden Buchse 17 gepreßt werden.

Bei Drehung des Rotors 2 und des Flügels 16 wird das Gas von der Ansaugkammer 22 in die saugseitige Arbeitskammer 24 gesogen, und wenn das Gas durch die Drehung des Rotors 2 die austrittsseitige Arbeitskammer 30 erreicht, dann ist es in dem Raum zwischen dem Rotor 2 sowie der Innenfläche der Buchse 17 komprimiert worden, da dieser Raum sich in der Drehrichtung A fortschreitend verengt. Das auf diese Weise komprimierte Gas wird aus der Austrittskamemr 27 über die Auslaßöffnung 29 ausgestoßen.

Das Gas wird in den Raum zwischen dem Flügel 16 und dem Boden der Flügelnut 15 durch den Verbindungskanal 25 eingeführt und dann durch den Verbindungskanal 31 ausgefördert, was dazu beiträgt, daß sich der Flügel 16 glatt und ruhig in der Flügelnut 15 hin- und herbewegt.

Wenn die Gleitreibung der drehenden Buchse 17 gegenüber dem Flügel 16 größer wird als die Reibung der Buchse 27 an der Innenfläche des Gehäusehauptteils 1, dann beginnt die Buchse. 17 zusammen mit dem Flügel 16 zu drehen. Damit wird das Gas durch den Gaseinlaß 19 in die pneumatische Lagerkammer 18 gesogen, so daß die drehende Buchse 17 durch das pneumatische Lager schwimmend im Gehäusehauptteil 1 gehalten v/ird.

Dann fällt die Reibung zwischen der Buchse 17 und dem Gehäusehauptteil drastisch ab, wodurch die Drehung glatt und ruhig verläuft.

Eine solche Drehung des Rotors 2 bringt wiederholt eine starke Belastung auf die Wel-lenaufnahmeteile 6a, 7a der seitlichen Gehäuseteile 6 und 7, an denen der Rotor 2 abgestützt ist, auf. Jedoch sind die Wellenaufnahmeteile 6a und 7a gemäß der Erfindung , die auf einer Eisenbasis oder aus Verbundmaterial gefertigt sind, so stark, daß sie keiner Formänderung, keiner dauernden Verformung und auch keinerlei Rißbildung unterliegen. Bei der Drehkolbenpumpe gemäß der Erfindung ist die Möglichkeit des Auftretens einer Formänderung oder Deformation, die, wenn sie einmal auftritt, eine Drehschwingung (Vibration) herbeiführt oder unter wiederholter Belastung eine Ermüdungserscheinung im Rotor 2 erzeugt, ausgeschaltet.

Das Gewicht der Stirnplattenteile 6b, 7b an den Rotorstirnseiten, das für einen größeren Anteil am Gesamtgewicht der Gehäuseseitenteile 6, 7 verantwortlich ist, ist auf Grund der Ausbildung aus Leichtmetall, aus Leichtmetallegierung oder aus einer Materialmischung beträchtlich im Vergleich zu Gehäuseteilen, die gänzlich aus Eisen bestehen, herabgesetzt worden. Insofern wird eine solche Konstruktion einen großen Vorteil in der Anwendung auf eine Drehkolbenpumpe bei einem Kraftfahrzeug, die ein möglichst geringes Gewicht haben soll, bieten.

Die obige Beschreibung behandelt eine Drehkolben- oder Drehflügelpumpe, die mit einer drehenden Buchse ausgestattet ist, jedoch ist der Inhalt der Beschreibung in gleicher Weise für eine Drehkolbenpumpe ohne eine solche drehende Buchse gültig, die von der Erfindung ebenfalls erfaßt vird.

Wie erläutert wurde, sind bei einer Drehkolbenpumpe gemäß der Erfindung die Wellenaufnahmeteile der seitlichen Gehäuseteile aus einem Material auf Eisenbasis oder aus einem Verbundmaterial gefertigt, während die Stirnplattenteile der seitlichen Gehäuseteile aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung bestehen. Das gev/ährleistet die Festigkeit sowie Haltbarkeit und Lebensdauer der Wellenaufnahmeteile unter gleichzeitiger Verminderung des Gewichts der
Pumpe als Ganzes.

Es ist klar, daß der Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen an den beschriebenen und bevorzugten Ausführungsformen, ohne von den offenbarten Lehren und Vorteilen abzuweichen, konzipieren kann, die jedoch in den Rahmen der durch die Ansprüche abgesteckten Erfindung fallen.

Claims

Patentansprüche

Γ Iy Drehkolbenpumpe mit einem mittigen Gehäusehauptteil, in das ein Rotor mit wenigstens einem frei in diesen hinein sowie aus diesem heraus bewegbaren Flügel eingebaut ist, gekennzeichnet durch beidseits an das mittige Gehäusehauptteil (1) anschließende, mittels je eines Lagers (4, 5) den Rotor (2) drehbar abstützende seitliche Gehäuseteile (6, 7), die aus einem das Lager (4, 5) haltenden WeIlenaufnahmeteil (6a, 7a) sowie an den Rotorstirnseiten befindlichen Stirnplattenteilen (6b, 7b) zusammengesetzt sind, von denen die WeIlenaufnahmeteile (6a, 7a) entweder aus einem Material auf Eisenbasis oder aus einem Whiskerfaser-Verbundmaterial und die Stirnplattenteile (6b, 7b) entweder aus einem Leichtmetall oder aus einer Leichtmetallegierung gefertigt sind, und durch eine einstückige Vereinigung der WeIlenaufnahmeteile mit den Stirnplattenteilen.

Dresdner Bank (München) Klo. 3939 844

Bayer Vereinsbank (München) KIo 506 941

Poslsch«* (München) KtO 67CM3-804

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2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mittigen Gehäsuehauptteil (1) zwischen dem Rotor (2) und dem Gehäusehauptteil eine drehende Buchse (17) über eine pneumatische Lagerkammer (18) gelagert ist, mit. der die Außenkante des Flügels (16) in Gleitanlage ist.
3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material auf Eisenbasis ein Gußeisen ist.
4* Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Whiskerfasern des Verbundmaterials aus einer anorganischen Substanz bestehen»
5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Fasersubstanz aus Siliziumkarbid, Kohlenstoff oder Glas besteht.
6. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall Aluminium ist.
7. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetallegierung eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung ist.
8. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Wellenaufnahmeteile (6a, 7a) und die Stirnplattenteile (6b, 7b) durch ein internes Abschrecken, eine Druckeinwirkung oder eine Schrumpfverbindung miteinander vereinigt sind.
9. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Whiskerfasern des Verbundmaterials aus einer anorganischen Substanz bestehen.
10. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall Aluminium ist.
11. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetallegierung eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung ist.
12. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenaufnahmeteile (6a, 7a) und die Stirnplattenteile (6b, 7b) durch ein internes Abschrecken, eine Druckeinwirkung oder eine Schrumpfverbindung miteinander vereinigt sind.