DE102006016791A1

DE102006016791A1 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102006016791A1
Application number: DE200610016791
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr. Schmidt; Franz Dipl.-Ing. Pawellek
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: DE102006016791B4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mittels einer exzentrischen Umlaufbewegung arbeitende Vakuumpumpe zu entwickeln, welche einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht, und selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass an der Antriebswelle (1) drehfest exzentrische in Lagerzapfen (5) befestigt ist, auf dem drehbar gelagert, als Drehkolben ein in seiner Arbeitsbreite die Lagerzapfenlänge überragender Orbiter (6) angeordnet ist, welcher aus zwei ineinander angeordneten Kreisringen, einem äußeren, geschlitzten Kreisring, dem Dichtring (7), und einem zentrisch in diesem angeordneten, inneren den Lagerzapfen (5) aufnehmenden, Kreisring, dem Lagerring (8) besteht, wobei der Dichtring (7) in seiner Breite den den Lagerzapfen (5) aufnehmenden Lagerring (8) deutlich überragt, und dabei der Dichtring (7) mit dem Lagerring (8), unmittelbar beidseitig eines im Dichtring (7) angeordneten Lagerschlitzes (9), mittels zweier radial angeordneter, sich über die gesamte Breite des Dichtringes (7) erstreckender Führungsstege (11) federelastisch verbunden ist, wobei zwischen den Führungsstegen (11) ein, mit einem Pendelkopf (12) versehenes, den Lagerzapfen (5) im Bereich der Überbreite (10) des ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einer zylindrischen Arbeitskammer in der zwischen einer Ansaugöffnung und einer Ausströmöffnung ein Schieber angeordnet ist, der in einem Führungsschlitz eines Exzenter-Drehkolbens gleitet.
Im Stand der Technik sind derartige Drehkolbenpumpen bei der ein mit dem Gehäuse fest verbundener Schieber in einer von einem Exzenter angetriebenen Kolbentrommel derart verschiebbar gelagert ist, dass sich die Kolbentrommel an der zylindrischen Innenwand einer Arbeitskammer gleitend abwälzt, mehrfach vorbeschrieben.
Die wesentlichen Nachteile dieser Ausführungsformen bestehen jeweils in der unzureichenden Spaltabdichtung der Lagerung des Schiebers, wie aber auch in den hohen Reibungsverlusten zwischen der Kolbentrommel und der zylindrischen Arbeitskammer.
In der AT PS 200247 wird daher, um ohne Schmiermittel auszukommen und bei geringen Reibungsverlusten dennoch ein hohes Vakuum zu erreichen, vorgeschlagen an den Gleitstellen, d.h. über den Umfang verteilt an der Zylinderwand oder in der Kolbentrommel in achsparallele Nuten unter Federdruck stehende Leisten aus selbstschmierenden Werstoffen anzuordnen. Diese Lösung ist einerseits mit einem sehr hohen Fertigungsaufwand verbunden, und kann dennoch andererseits keine optimale Spaltabdichtung, insbesondere im Bereich der Lagerung des Schiebers gewährleisten.
Darüber hinaus ist diese Bauform zudem sehr arbeits- und materialintensiv und verfügt über eine zwangsläufig sehr große Unwuchtmasse, so dass diese Vakuumpumpe für hohe Drehzahlen nicht geeignet ist.
Eine andere ebenfalls nach dem vorbeschriebenen Wirkprinzip arbeitende Drehkolbenpumpe wird, in der DE OS 22 62 574 vorgestellt.
Bei dieser soll mit möglichst einfachen Mitteln die Dichtheit zwischen dem Exzenter-Drehkolben und dem Schieber verbessert werden.
Es wird in der dort vorgestellten Ausführung vorgeschlagen die Seitenwände des Schiebers über die gesamte Länge konkav zu gestalten und aus Bronze herzustellen. Der Exzenter-Drehkolben hingegen soll aus Kunststoff gefertigt werden.
Doch auch diese Ausführung vermag infolge der lediglich sehr schmalen (punktförmigen) Berührungslinie zwischen dem Schieber und dem Exzenter-Drehkolben keine optimale Spaltabdichtung zu gewährleisten.
Zudem auch diese Bauform sehr materialintensiv und verfügt wiederum über eine sehr große Unwuchtmasse, so dass auch diese Bauform für hohe Drehzahlen nicht geeignet ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine mittels einer exzentrischen Umlaufbewegung arbeitende Vakuumpumpe zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, dadurch den Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand deutlich senkt, das geförderte Medium nicht durch Schmiermittel verunreinigt, gleichzeitig die Dichtheit zwischen dem Exzenter-Drehkolben und dem Schieber wesentlich erhöht, so dass bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht werden kann, zudem soll der Verschleiß der Baugruppen minimiert werden, so dass selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vakuumpumpe nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit drei Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen dabei:
1: die erfindungsgemäße Vakuumpumpe im Schnitt in der Seitenansicht;
2: die Einzelheit „Z" der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gemäß 1;
3: die erfindungsgemäße Vakuumpumpe im Schnitt bei B-B, gemäß 1.
In der 1 ist die erfindungsgemäßen Vakuumpumpe im Schnitt in der Seitenansicht dargestellt (Schnitt A-A gemäß 3).
In einer zylindrischen Arbeitskammer 2 sind eine Ansaugöffnung 3 und eine Ausströmöffnung 4 angeordnet. An einer zentrisch in der Arbeitskammer angeordneten Antriebswelle ist drehfest eine Scheibe mit einem exzentrisch angeordneten Lagerzapfen 5 befestigt.
Auf diesem Lagerzapfen 5 ist drehbar als Drehkolben ein in seiner Arbeitsbreite die Lagerzapfenlänge überragender, beispielsweise als Kunstoffspritzgußteil gefertigter, Orbiter 6 angeordnet.
Dieser Orbiter besteht aus zwei ineinander angeordneten Kreisringen, einem äußeren, flexiblen, geschlitzten Kreisring, dem Dichtring 7, und einem zentrisch in diesem angeordneten, inneren, den Lagerzapfen 5 aufnehmenden Kreisring, dem Lagerring 8. Beide sind miteinander erfindungsgemäß, wie nachfolgend erläutert, federelastisch verbunden.
Beidseitig eines im Dichtring 7 angeordneten Lagerschlitzes 9 ist der Dichtring 7 mit dem Lagerring 8 mittels zweier radial angeordneter, sich über die gesamte Breite des Dichtringes 7 erstreckender Führungsstege 11 federelastisch verbunden. Der Dichtring 7 überragt dabei, wie in der 3 dargestellt, in seiner Breite den den Lagerzapfen 5 aufnehmenden Lagerring 8 deutlich.
Diese Führungsstege dienen der Aufnahme eines Führungspendelblattes 13 Dieses zwischen den Führungsstegen 11 angeordnete Führungspendelblatt 13 ist mit einem Pendelkopf 12 versehen, und überragt im Bereich der Überbreite 10 (vergleiche hierzu die Darstellung gemäß 3) des Dichtringes 7 gegenüber dem Lagerring 8 radial den Lagerzapfen 5.
Mit seinem Pendelkopf 12 ist dieses Führungspendelblatt 13 in einer in der Innenwandung der Arbeitskammer zwischen der Ansaugöffnung 3 und der Ausströmöffnung 4 angeordneten Führungsrille 14 schwenkbar gelagert.
In der 2 ist die Einzelheit „Z" der erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß 1 nochmals deutlich vergrößert dargestellt.
Der letztgenannte Sachverhalt ist dieser vergrößerten Darstellung in 2 deutlich zu entnehmen.
Beidseitig des im Dichtring 7 angeordneten, das Führungspendelblatt 13 aufnehmenden Lagerschlitzes sind, wie in 2 dargestellt, Abflachungen 15 angeordnet. Diese dienen einem reibungsarmen Umlauf des Orbiters 6.
Im Bereich der Ausströmöffnung 4 ist ein Zungenventil 19 mit einer die Zuverlässigkeit des Zungenventiles gewährleistenden Hubbegrenzung 20 angeordnet.
Die 3 zeigt nun die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß 1 im Schnitt bei B-B.
Die Antriebswelle 1 ist dabei mittels Gleitlager 16 in einem Pumpengehäuse 17 gelagert.
Die Arbeitskammer 2 wird in einer bevorzugten, fertigungstechnisch optimierten Bauform von einem zylindertopfförmigen Stator 18 gebildet wird, der mit dem Pumpengehäuse 17 verschraubt ist.
Die Darstellung gemäß 3 zeigt den an der Antriebswelle 1 exzentrisch angeordneten Lagerzapfen 5, wie auch den bereits erläuterten Sachverhalt, dass der Dichtring 7 in seiner Breite den den Lagerzapfen 5 aufnehmenden Lagerring 8 deutlich, d.h. um die Überbreite 10, überragt.
Das zwischen den Führungsstegen 11 angeordnete, mit einem Pendelkopf versehene Führungspendelblatt 13 überragt den Lagerzapfen 5 im Bereich dieser Überbreite.
Auch im Bereich dieser Überbreite wird das Führungspendelblatt 13 von den auch in diesem Bereich am Lagerring 8 angeordneten Führungsstegen 11 geführt.
Vorteilhaft ist, wenn dass das Führungspendelblatt 13 den Lagerzapfen 5 in der oberen Totpunktlage (gemäß 1) fast bis zum radial gegenüberliegenden Innenrand des Dichtringes 7 überragt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung überragen selbst die Führungsstege 11 im Bereich der Überbreite 10 des Dichtringes 7 ebenfalls den Lagerring 8 bis fast zum radial gegenüberliegenden Innenrand des Dichtringes 7.
Dadurch wird eine weitere Optimierung der Führung des Orbiters 6 erzielt.
In Folge der erfindungsgemäßen Anordnung wird während des Umlaufes des exzentrisch angeordneten Lagerzapfens 5 im Stator 18, eine definierte Verformung des gesamten Orbiters 6 bewirkt.
Diese erfindungsgemäße, definierte Verformung des Orbiters 6 bewirkt, dass der Dichtring 7 während des gesamten Exzenterumlaufes stets dichtend mit einer radialen Vorspannung an der Innenwand des Stators 18 anliegt.
Dabei drückt der exzentrisch angeordnete Lagerzapfen 5 erfindungsgemäß die flexible vom Führungspendelblatt 13 exakt geführte, elastische Mantelfläche des Orbiters 6 spaltlos dichtend an die Innenwand des Stators 18 an.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird jedoch dabei zugleich die Dichtheit zwischen dem Orbiter 6 und dem Führungspendelblatt 13 wesentlich erhöht, so dass bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht werden kann. Dabei ist gewährleistet, dass das geförderte Medium keinesfalls durch Schmiermittel verunreinigt wird.
Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Lösung der Verschleiß der Baugruppen minimiert.
Auf Grund der geringe Masse des erfindungsgemäßen Orbiters 6 kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung zudem selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vakuumpumpe einfach und robust aufgebaut.
Dabei kann sie erfindungsgemäß mit minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach hergestellt und montiert werden.
Dadurch kann Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand ebenfalls deutlich gesenkt werden.
Gleichzeitig kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, wie in der 3 dargestellt, als Tandempumpe „ausgebaut" werden.
Hierfür kann auf der im Pumpengehäuse 17 drehbar gelagerten Antriebswelle 1 noch ein weiterer jedoch um 180° versetzt angeordneter Exzenter angeordnet sein, welcher beispielsweise eine Zellenpumpe (21) antreibt. Diese Zellenpumpe (21) kann, wie in der 3 dargestellt, eine Ölpumpe sein.
Bei einer solchen Tandempumpe, beispielsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, kann der Ringspalt 22 beispielsweise mittels einer Blendenbohrung mit dem Ölvolumen der Galerie des Verbrennungsmotors in Verbindung stehen, so dass gleichzeitig eine optimale gemeinsame Schmiermittelversorgung der Gleitlager 16 beider Pumpen, der Vakuumpumpe und der Ölpumpe, mit gefiltertem Öl gewährleistet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine Vakuumpumpe zu entwickeln, welche einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, dadurch den Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand deutlich senkt, das geförderte Medium nicht durch Schmiermittel verunreinigt, und gleichzeitig die Dichtheit zwischen dem Exzenter-Drehkolben und dem Schieber wesentlich erhöht, so dass bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht werden kann, wobei gleichzeitig der Verschleiß der Baugruppen minimiert wurde, so dass selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist.

1: Antriebswelle
2: Arbeitskammer
3: Ansaugöffnung
4: Ausströmöffnung
5: Lagerzapfen
6: Orbiter
7: Dichtring
8: Lagerring
9: Lagerschlitz
10: Überbreite
11: Führungsstege
12: Pendelkopf
13: Führungspendelblatt
14: Lagerrille
15: Abflachung
16: Gleitlager
17: Pumpengehäuse
18: Stator
19: Zungenventil
20: Hubbegrenzung
21: Zellenpumpe
22: Ringspalt

Claims

Vakuumpumpe mit einer in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle (1), einem in einer im/am Pumpengehäuse angeordneten zylindrischen Arbeitskammer (2) auf der Antriebswelle (1) exzentrisch gelagerten Drehkolben, einer in der Arbeitskammer (2) angeordneten Ansaugöffnung (3) und einer ebenfalls in der Arbeitskammer (2) angeordneten Ausströmöffnung (4) sowie einem zwischen der Ansaugöffnung (3) und der Ausströmöffnung (4) angeordneten Schieber der in einem Führungsschlitz des Drehkolbens (3) gleitet, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (1) drehfest exzentrisch ein Lagerzapfen (5) befestigt ist, auf dem drehbar gelagert, als Drehkolben ein in seiner Arbeitsbreite die Lagerzapfenlänge überragender Orbiter (6) angeordnet ist, welcher aus zwei ineinander angeordneten Kreisringen, einem äußeren, geschlitzten Kreisring, dem Dichtring (7), und einem zentrisch in diesem angeordneten, inneren den Lagerzapfen (5) aufnehmenden, Kreisring, dem Lagerring (8) besteht, wobei der Dichtring (7) in seiner Breite den den Lagerzapfen (5) aufnehmenden Lagerring (8) deutlich überragt, und dabei der Dichtring (7) mit dem Lagerring (8), unmittelbar beidseitig eines im Dichtring (7) angeordneten Lagerschlitzes (9), mittels zweier radial angeordneter, sich über die gesamte Breite des Dichtringes (7) erstreckender Führungsstege (11) federelastisch verbunden ist, wobei zwischen den Führungsstegen (11) ein, mit einem Pendelkopf (12) versehenes, den Lagerzapfen (5) im Bereich der Überbreite (10) des Dichtringes (7) gegenüber des Lagerringes (8) radial überragendes, Führungspendelblatt (13) angeordnet ist, welches in einer in der Innenwandung der Arbeitskammer (2) zwischen der Ansaugöffnung (3) und der Ausströmöffnung (4) angeordneten Lagerrille (14) pendelnd gelagert ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (11) den Lagerring (8) im Bereich der den Lagerzapfen (5) überragenden Überbreite (10) des Dichtringes (7) fast bis zum radial gegenüberliegenden Innenrand des Dichtringes (7) überragen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Dichtring (7) des Orbiters (6), beidseitig des im Dichtring (7) angeordneten Lagerschlitzes (9), Abflachungen (15) angeordnet sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) mittels Gleitlager (16) in einem Pumpengehäuse (17) gelagert ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (2) von einem zylindertopfförmigen Stator (18) gebildet wird, der mit dem Pumpengehäuse (17) verschraubt ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausströmöffnung (4) ein Zungenventil (19) mit einer Hubbegrenzung (20) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der im Pumpengehäuse (17) drehbar gelagerten Antriebswelle (1) ein weiterer um 180° versetzt angeordneter Exzenter befindet, der beispielsweise eine Zellenpumpe (21) antreibt.
Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenpumpe (21) eine Ölpumpe ist.