DE102004034925B3

DE102004034925B3 - Einflügelvakuumpumpe

Info

Publication number: DE102004034925B3
Application number: DE102004034925A
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Ing. Schneider; Martin Thoma; Friedhelm Pfitzer
Original assignee: Joma Hydromechanic GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-10
Also published as: CN100529405C; KR101131741B1; DE502005002846D1; CA2575890A1; WO2006005380A1; EP1766242B1; WO2006005445A1; EP1766242A1; CN101002024A; CA2575775A1; EP1766240A1; KR20070034092A; DE502005002006D1; CN101010514A; KR101225346B1; KR20070042547A; EP1766240B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einflügelvakuumpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse, einem exzentrisch im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor, einem im Rotor orthogonal zur Drehachse verschieblich gelagerten Flügel und einem die vom Flügel getrennten Arbeitsräume verschließenden Gehäusedeckel, wobei der Rotor zumindest teilweise aus Sintermetall besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einflügelvakuumpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse, einem exzentrisch im Gehäuse drehbar gelagerten, teilweise aus Sintermetall bestehenden Rotor; einem im Rotor orthogonal zur Drehachse verschieblich gelagerten Flügel, und einem die vom Flügel getrennten Arbeitsräume verschließenden Gehäusedeckel.

Vakuumpumpen sind z.B. aus folgenden Dokumenten bekannt: DE 40 20 082 A1 , DE 31 311 442 A1 , DE 198 34 033 A1 , DE 100 12 406 A1 , DE 100 46 697 A1 , EP 1 055 823 A1 , EP 1 361 365 A2 , US 4 253 809 und US 6 604 924 B2 . Sie weisen in der Regel ein aus Metall bestehendes Gehäuse auf, in welchem ein Rotor drehbar gelagert ist und in welchem die Arbeitsräume gebildet werden. Der Rotor wird zum Beispiel vom Motor eines Kraftfahrzeugs in Drehung versetzt. Es ist auch bekannt, z.B. aus der DE 197 03 499 A1 , dass diese Rotoren aus Metall und insbesondere aus Sintermetall bestehen. Aufgrund des hohen Gewichts des Rotors besitzt dieser ein großes Massenträgheitsmoment, wodurch die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe unerwünscht hoch ist. Der Rotor besteht aus zwei Bauteilen, die miteinander verlötet sind und den Flügel aufnehmen. Derartige Rotoren sind, insbesondere wenn sie aus Sintermetall bestehen, relativ schwierig herzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Einflügelvakuumpumpe bereit zu stellen, die einfacher herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einflügelvakuumpumpe gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Da nur Abschnitte des Rotors aus einem Metall gefertigt sind, welches ein geringeres Gewicht aufweist, wird das Gesamtgewicht des Rotors reduziert und das Massenträgheitsmoment verringert. Hierdurch wird erreicht, dass die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe geringer ist als bei herkömmlichen Aggregaten. Insbesondere werden die Teile des Rotors, die große Momente übertragen müssen, nach wie vor aus Metall gefertigt, wohingegen die Abschnitte des Rotors aus einem anderen Werkstoff bestehen können, die weniger stark beansprucht werden.

Erfindungsgemäß weist der Rotor einen Rotorgehäuseträger (Rotorachse) und ein auf die Rotorachse aufgesetztes Rotorgehäuse auf. Die Rotorachse besitzt die Aufgabe, das zum Antrieb der Pumpe erforderliche Drehmoment einzubringen und den Rotor mit Flügel in Drehung zu versetzen. Das Rotorgehäuse besitzt die Aufgabe, den Flügel aufzunehmen und zu führen. Außerdem weist die Rotorachse zur Aufnahme des Rotorgehäuses wenigstens zwei parallel zur Drehachse abragende Dorne auf. Demgegenüber besitzt das Rotorgehäuse zwei auf die Dorne aufsteckbare Hülsen. Die Form der Dorne und der Hülsen ist vorteilhaft so gewählt, dass nicht nur das Rotorgehäuse sicher von der Rotorachse gehalten wird, sondern dass auch die den Flügel haltende Führungskräfte über die Hülsen von den Dornen abgestützt werden. Die Herstellung eines derartigen Rotors ist wesentlich einfacher.

Da die Antriebskräfte und die beim Beschleunigen und Verzögern einwirkenden Momente hauptsächlich von der Rotorachse abgestützt werden müssen, besteht diese aus Sintermetall. Bei der Führung des Flügels spielen derartige Kräfte und Momente eine untergeordnete Rolle, wobei Abdichtungsprobleme in den Vordergrund rücken. Daher besteht das Rotorgehäuse erfindungsgemäß aus Kunststoff. Kunststoffe besitzen, insbesondere dann, wenn sie mit einem Metall gepaart sind, hier mit einem aus Metall bestehenden Flügel, hervorragende tribologische Eigenschaften, wodurch Reibungskräfte auf ein Minimum reduziert werden, was auch einer übermäßigen Erwärmung entgegen wirkt.

Eventuell kann das Rotorgehäuse noch die Aufgabe besitzen, die Beiden Arbeitsräume gegeneinander abzudichten, indem das Rotorgehäuse die Innenumfangswand berührt. Besteht das Pumpengehäuse aus Metall und das Rotorgehäuse aus Kunststoff, dann werden die Reibungskräfte verringert und eine gute Abdichtung erzielt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sehen für das Rotorgehäuse folgende Kunststoffe vor: Polyetheretherketon (PEEK), Polyethersulfid (PES), syndiotaktisches Polystyrol (SPS) oder ein Polyphenylensulfid (PPS)Diese Kunststoffe sind äußerst abriebfest und beständig gegen Schmiermittel.

Eine einfache Montage des Rotors wird dadurch erzielt, dass das Rotorgehäuse auf die Rotorachse, insbesondere axial aufgesteckt ist. Steckverbindungen sind leicht und insbesondere ohne Werkzeug herstellbar. Außerdem wirken beim Betrieb der Vakuumpumpe keine Kräfte in oder entgegen der Steckrichtung, sodass ein Lösen der Steckverbindung nicht zu befürchten ist.

Hierfür erstrecken sich die Dorne zumindest über einen Teil der Höhe der Flügel. Um den Flügel auch bei relativ kurzen Dornen, die sich z.B. über eine Höhe von 10%–20% des Flügels erstrecken, sicher halten und führen zu können, ist der andere, von den Dornen nicht durchgriffene Teil der Hülsen mittels Verstrebungen ausgesteift. Hierdurch wird außerdem Material und dadurch Gewicht eingespart.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung der Vakuumpumpe;
2 eine perspektivische Darstellung der Rotorachse;
3 eine perspektivische Darstellung des Rotorgehäuse; und
4 eine perspektivische Darstellung des Rotorgehäuses mit eingesetztem Flügel.
In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 insgesamt eine Vakuumpumpe bezeichnet, bei welcher das Gehäuse 12 ohne Gehäusedeckel dargestellt ist. Das Gehäuse 12 besitzt einen Sauganschluss 14, der in einen Innenraum 16 ausmündet. In diesem Innenraum 16 befindet sich ein insgesamt mit 18 bezeichneter Rotor, in welchem ein Flügel 20 orthogonal zur Drehachse 21 verschieblich gelagert ist. Der Rotor 18 ist zweiteilig aufgebaut und weist einen Rotorgehäuseträger 22 (Rotorachse) und ein Rotorgehäuse 24 auf. Der Rotorgehäuseträger 22 durchgreift das Gehäuse 12, insbesondere einen Boden 26 des Innenraums 18 über eine Antriebsöffnung 28 und ragt mit einem rechteckförmigen Abschnitt 30 auf der Rückseite aus dem Gehäuse 12 heraus, über welchen er (mittels eines nicht dargestellten Antriebs) in Drehung versetzt wird. Die Antriebsöffnung 28 ist mit geeigneten Dichtmitteln versehen, sodass weder Schmiermittel austreten noch Luft und/oder Schmutz in den Innenraum 16 eintreten kann.
Der Abschnitt 30 setzt sich in einen zylinderförmigen Abschnitt 32 mit kreisrundem Querschnitt fort, wie es aus der 2 ersichtlich ist. An den Abschnitt 32 schließt sich ein Teller 34 an, von welchem zwei Dorne 36 axial abragen. Die Dorne 36 sind mit Ausnehmungen 38 versehen, sodass sie im wesentlichen jeweils von einer Wand 40 gebildet werden, die die Form des Buchstabens "D" aufweist. Zwischen den beiden Dornen 36 befindet sich eine Lauffläche 42, die von einem Teil der Oberseite des Tellers 34 gebildet wird. An dieser Lauffläche 42 liegt eine Schmalseite des Flügels 20 an. Außerdem mündet in diese Lauffläche 42 eine Schmiermittelbohrung 44, über welche die Lauffläche 42 und weitere Laufflächen oder allgemein der Innenraum 16 und/oder der Flügel 20 mit Schmiermittel versorgt werden.
Die 3 zeigt das Rotorgehäuse 24, welches einen Vertikalschnitt aufweist, der einem umgedrehten oder nach unten offenen "U" entspricht. Das Rotorgehäuse 24 besitzt zwei Hülsen 46, die über eine Brücke 48 miteinander verbunden sind. Diese Hülsen 46 sind weitestgehend hohl ausgebildet, was aus der 4 ersichtlich ist. Die beiden Hülsen 46 definieren zwischen sich zwei Laufflächen 50, an welchen die Breitseiten des Flügels 20 anliegen. Schließlich bildet noch der zwischen den beiden Hülsen 46 liegende Abschnitt der Unterseite der Brücke 48 eine Lauffläche 52, an welcher die zweite Schmalseite des Flügels 20 anliegt. Über die Laufflächen 42, 50 und 52 ist somit der Flügel 20 definiert geführt und kann nach beiden Seiten der Flügellängsachse 54 verschoben werden.
Wie aus der 4 ersichtlich, weisen die Hülsen 46 einen ersten Abschnitt 56 auf, in welchen die Dorne 36 eingesteckt werden können. An diesen ersten Abschnitt 56 schließt sich ein zweiter Abschnitt 58 an, der ebenfalls hohl ausgebildet ist, in welchem sich jedoch Verstrebungen 60 erstrecken, die insbesondere in etwa radialer Richtung angeordnet sind. Die Hülsen 46 werden also hauptsächlich von Wänden gebildet, die eine im Wesentlichen "D-Form" aufweisen. Die Masse des Rotorgehäuses 24 ist daher relativ gering.
Da auch die Dorne 36 hohl ausgebildet sind wird deren Masse vom Gewicht der Wände 40 bestimmt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist auch der rechteckförmige Abschnitt 30 hohl ausgeführt, wodurch dessen Masse reduziert wird. Dieser Hohlraum erstreckt sich vom freien Ende des Abschnitts 30 bis zur Schmiermittelbohrung 44. Dieser Hohlraum wird durch die im Wesentlichen rechteckförmige Wandung des Abschnitts 30 begrenzt.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind auch die seitlich den Abschnitt 30 überragenden Teile des zylindrischen Abschnitts 32 hohl ausgebildet, wobei diese Hohlräume sich bis zur Unterseite des Tellers 34 erstrecken und auf jeder Seite einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird die Masse des Abschnitts 32 reduziert.
Eine weitere Reduzierung des Gewichts des Rotors 18 wird dadurch erzielt, dass ein Teil des Rotors 18 aus Sintermetall besteht, wo hingegen der andere Teil ein Kunststoffteil ist. Insbesondere besteht das Rotorgehäuse 24 aus Kunststoff. Hierdurch können tribologisch optimale Paarungen der Laufflächen 50 und 52 mit den Oberflächen des Flügels 20 geschaffen werden.

Claims

Einflügelvakuumpumpe (10) mit einem topfförmigen Gehäuse (12), einem exzentrisch im Gehäuse (12) drehbar gelagerten, teilweise aus Sintermetall bestehenden Rotor (18), einem im Rotor (18) orthogonal zur Drehachse verschieblich gelagerten Flügel (20), und einem die vom Flügel (20) getrennten Arbeitsräume verschließenden Gehäusedeckel, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) einen Rotorgehäuseträger (22) und ein auf den Rotorgehäuseträger (22) aufgesetztes Rotorgehäuse (24) aufweist, dass der Rotorgehäuseträger (22) zur Aufnahme des Rotorgehäuses (24) wenigstens zwei parallel zur Drehachse abragende Dorne (36) aufweist und dass das Rotorgehäuse (24) zwei auf die Dorne (36) aufsteckbare Hülsen (46) aufweist.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgehäuseträger (22) aus Sintermetall besteht.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (24) aus Kunststoff besteht.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyetheretherketon (PEEK), Polyethersulfid (PES), syndiotaktisches Polystyrol (SPS) oder ein Polyphenylensulfid (PPS) ist.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dorne (36) zumindest über einen Teil der Höhe des Flügels (20) erstrecken.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der andere, von den Dornen (36) nicht durchgriffene Teil (58) der Hülsen (46) mittels Verstrebungen (60) ausgesteift ist.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) hohl ausgebildet ist.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgehäuseträger (22) und/oder das Rotorgehäuse (24) Hohlräume aufweist bzw. aufweisen.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgehäuseträger (22) drei Hohlräume aufweist.