DE102007001593B4

DE102007001593B4 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102007001593B4
Application number: DE200710001593
Authority: DE
Inventors: Dirk Ehrenfeld; Willi Schneider
Original assignee: Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2027-01-05
Also published as: WO2008080491A1; DE102007001593A1; EP2106504A1

Abstract

Vakuumpumpe (10) mit einem topfförmigen Gehäuse (12), einem exzentrisch im Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (18), einem im Rotor (18) orthogonal zur Drehachse (21) verschieblich gelagerten Flügel (20), der mit seinen Flügelspitzen an einer einen Arbeitsraum (30) begrenzenden Innenumfangsfläche (22) des Gehäuses (12) anliegt und dabei den Arbeitsraum (30) in einen Saugraum (32) und einen Druckraum (34) unterteilt und der Saugraum (32) mit einer Lufteinlassöffnung und der Druckraum (34) mit einer Luftauslassöffnung (38) versehen sind, wobei die Luftauslassöffnung (38) mit einem Auslassventil (40) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (40) wenigstens eine Dichtlippe (52) mit einer gegen einen Dichtsitz (56) drückenden gummielastischen Dichtfläche (54) aufweist, die mittels Überdruck im Druckraum (34) zumindest abschnittsweise vom Dichtsitz (56) abhebbar ist, wobei die Dichtlippe (52) sich weg vom Druckraum (34) erstreckt und das Auslassventil (40) in Umfangsrichtung gebogen, insbesondere nierenförmig, ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse, einem exzentrisch im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor, einem im Rotor orthogonal zur Drehachse verschieblich gelagerten Flügel, der mit seinen Flügelspitzen an einer einen Arbeitsraum begrenzenden Innenumfangsfläche des Gehäuses anliegt und dabei den Arbeitsraum in einen Saugraum und einen Druckraum unterteilt, und der Saugraum mit einer Lufteinlassöffnung und der Druckraum mit einer Luftauslassöffnung versehen sind, wobei die Luftauslassöffnung mit einem Auslassventil versehen ist.
Vakuumpumpen mit einem derartigen Aufbau sind zum Beispiel aus der DE 10 2004 034 926 B3 bekannt. Sie weisen in der Regel ein Gehäuse auf, in welchem ein Rotor drehbar gelagert ist, wobei sich der Rotor in einem Arbeitsraum befindet. Derartige Vakuumpumpen werden unter anderem auch in Fahrzeugen eingesetzt, wo zum Beispiel der Motor des Kraftfahrzeugs den Rotor in Drehung versetzt. Diese Vakuumpumpen werden mit Öl geschmiert, welches auch dazu dient, den Dichtspalt zwischen Flügel und Arbeitsraum abzudichten, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
An der Auslassöffnung ist ein Auslassventil vorgesehen, welches nach Art einer Blattfeder ausgebildet ist. Diese Blattfeder drückt von außen auf die Luftauslassöffnung und verschließt diese. Die Blattfeder kann über den im Druckraum herrschenden Überdruck nach außen aufgebogen werden. Dadurch wird die komprimierte Luft aus dem Druckraum in die Druckleitung ausgestoßen. Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der DE 40 19 854 B4 bekannt. Bei dieser Vakuumpumpe hat sich herausgestellt, dass bei mit Blattfedern verschlossenen Luftauslassöffnungen, welche beim Überstreichen des Flügels nicht vollständig abgedeckt werden, relativ hohe Verluste auftreten. Dies liegt darin begründet, dass dann, wenn der Flügel die Luftauslassöffnung überfährt und die Blattfeder von der ausströmenden, komprimierten Luft in die geöffnete Stellung bewegt wird, die Auslassöffnung vollständig geöffnet wird, d. h. hinter dem Flügel für den nachfolgenden Druckraum ebenfalls offen ist, so dass komprimierte Luft aus dem vor dem Flügel sich befindenden Druckraum nicht in die Druckleitung, sondern in den hinter dem Flügel sich befindenden Druckraum überströmt, in welchem die Luft einen wesentlich niedrigeren Druck aufweist. Es kann sogar bereits in die Druckleitung abgeförderte Luft in diesen hinter dem Flügel sich befindenden Druckraum zurück strömen, was zu erheblichen Druckverlusten führt.
Die US 4,315,719 zeigt eine Pumpe, bei der die Auslassöffnungen von schirmartigen elastischen Rückschlagventilen verschlossen sind. Der Rand des Schirmes bildet dabei die Dichtkante, die auf einer starren Ventilplatte aufliegt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe bereitzustellen, bei welcher sichergestellt ist, dass die im Druckraum komprimierte Luft vollständig in die Druckleitung ausgestoßen und nicht in den hinter dem Flügel sich befindenden Druckraum übergeleitet wird.
Diese Aufgabe wird mit einer Vakuumpumpe gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe weist das Auslassventil eine Dichtlippe auf, an welcher eine gummielastische Dichtfläche vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass die im Druckraum komprimierte Luft die Dichtfläche in diesem Abschnitt aufdrückt, in welchem der Überdruck herrscht. Hat der Flügel einen Teil der Luftauslassöffnung und somit auch einen Teil des Auslassventils überfahren, dann herrscht lediglich noch vor dem Flügel ein Überdruck, der ein Abheben der Dichtfläche vom Dichtsitz bewirkt. Hinter dem Flügel wird die Dichtfläche jedoch nicht vom Dichtsitz angehoben, da hierfür der Überdruck nicht ausreicht. Die Dichtfläche ist so ausreichend elastisch, dass sie nicht über die gesamte Länge des Auslassventils vom Dichtsitz abhebt, sondern lediglich in dem Abschnitt, in welchem ein ausreichend großer Überdruck herrscht. Dieser befindet sich aber stets in Drehrichtung des Flügels vor dem Flügel. Im Gegensatz hierzu hebt ein aus Federstahl bestehendes Dichtelement aufgrund der hohen Steifigkeit des Federstahls stets über die gesamte Länge vom Dichtsitz ab und nicht abschnittsweise.
Erfindungsgemäß erstreckt sich die Dichtlippe weg vom Druckraum. Im Gegensatz zum Auslassventil der DE 40 19 854 B4 , bei welcher sich das aus einem Federstahl bestehende Dichtelement in Umfangsrichtung des Innenraums oder in Drehrichtung des Flügels erstreckt, erstreckt sich die Dichtlippe bei der Erfindung weg vom Druckraum, das heißt in Achsrichtung des Rotors, wobei die Dichtfläche am distalen Ende der Dichtlippe angeordnet ist.
Um sich optimal an die Form der Auslassöffnung anzupassen, ist das erfindungsgemäße Auslassventil ebenso wie die aus dem Stand der Technik bekannte Blattfeder in Umfangsrichtung gebogen.
Erfindungsgemäß ist nicht nur die Dichtfläche gummielastisch, sondern auch der Dichtsitz. Hierdurch wird ein optimales Aneinanderschmiegen und Abdichten von Dichtsitz und Dichtfläche erreicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zwei einander gegenüberliegende Dichtlippen vorgesehen sind, deren Dichtflächen aneinander anliegen. Dabei bildet die eine Dichtfläche einen Dichtsitz für die gegenüberliegende andere Dichtfläche. Hierdurch wird ein hochelastisches Ventil geschaffen, welches lediglich dort abschnittsweise öffnet, wo örtlich ein Überdruck herrscht.
Um den Öffnungszeitpunkt auf bestimmte Drücke einstellen zu können, weist die Dichtlippe in Richtung der Dichtfläche sich erstreckende Versteifungsrippen auf. Diese Versteifungsrippen verlaufen an den Außenseiten der Dichtlippen und im Wesentlichen parallel zur Achse des Rotors. Je steifer die Dichtlippen ausgeführt sind, desto später öffnet und desto früher schließt das Auslassventil. Dies bedeutet, dass höhere Drücke erzielt werden können. Außerdem wird das Ventil in den Abschnitten niedriger Drücke aktiv geschlossen gehalten.
Eine optimale Abdichtung wird dadurch erzielt, dass die Dichtfläche als Dichtkante ausgebildet ist. Dabei liegt diese Dichtkante vorteilhaft an einem gegenüberliegenden flächigen Dichtsitz an.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Dichtlippe mit Dichtfläche einteilig, insbesondere als Elastomerelement, ausgebildet ist. Dieses Elastomerelement kann zum Beispiel spritzgusstechnisch hergestellt werden.
Dadurch, dass die Dichtlippe vorteilhaft einen am Gehäuse des Druckraums anliegenden Fuß aufweist, kann das Auslassventil problemlos an der Außenseite des Gehäuses vorgesehen werden. Hierfür weist das Auslassventil einen den Fuß übergreifenden und diesen dichtend an das Gehäuse anpressenden Halter auf. Mit Vorzug ist der Halter nierenförmig gebogen und weist einen nierenförmig gebogenen Schlitz auf, durch den die Dichtlippe mit Dichtfläche hindurch vom Gehäuse abragt. Diese Möglichkeit der Befestigung des Auslassventils am Gehäuse erlaubt nicht nur eine schnelle Montage, sondern auch ein problemloses Auswechseln des Ventils im Wartungs- und Reparaturfalle, ohne dass das Gehäuse geöffnet werden muss.
Dabei kann das Auslassventil an der Umfangsfläche oder an der Stirnseite, als im Boden oder Deckel des Gehäuses vorgesehen sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vakuumpumpe mit abgenommenem Gehäusedeckel;
2 die Rückseite der Vakuumpumpe, den Antrieb des Rotors sowie das Auslassventil zeigend;
3 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Auslassventils;
4 eine Ansicht auf die Unterseite des Ventils gemäß 3;
5 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auslassventils;
6 eine Draufsicht auf das Ventil gemäß 3;
7 einen Schnitt VII-VII gemäß 6, mit einem Ventileinsatz; und
8 das Auslassventil gemäß 3 mit Ventilhalter.
In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Vakuumpumpe bezeichnet, bei welcher das Gehäuse 12 ohne Gehäusedeckel dargestellt ist. Dieser Gehäusedeckel ist ansatzweise in 2 erkennbar. 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 weist ein Rotorgehäuse 24 auf, mit dem er an einer Innenumfangsfläche 22 des Arbeitsraums 30 anliegt. Der Rotor 18 durchgreift das Gehäuse 12, insbesondere einen Boden 26 des Innenraums 16, über eine Antriebsöffnung und ragt auf der Rückseite aus dem Gehäuse 12 heraus, so dass er mittels eines nicht dargestellten Antriebs an einer Kupplung 28 (2) in Drehung versetzt werden kann. Der Innenraum 16 wird vom Flügel 20 in einen Saugraum 32 und einen Druckraum 34 unterteilt. Die Drehrichtung des Rotors 20 ist mit einem Pfeil 36 angedeutet. Außerdem ist die im Druckraum 34 sich befindende und im Boden des Gehäuses angeordnete Luftauslassöffnung 38 teilweise erkennbar. Diese Auslassöffnung 38 könnte auch in der Umfangsfläche 22 vorgesehen sein.
In der 2 ist die Rückseite des Gehäuses 12 der Vakuumpumpe 10 dargestellt und es ist das hinter der Luftauslassöffnung 38 sich befindende Auslassventil 40 erkennbar. Dieses Auslassventil 40 weist einen gummielastischen Ventilkörper 42 sowie einen Halter 44 auf, der mittels zweier Schrauben 46 am Gehäuse 12 befestigt ist.
Der Ventilkörper 42 hat, wie auch aus den 3 bis 8 erkennbar, eine nierenförmige Gestalt. Der Halter 44 ist entsprechend gebogen und besitzt einen zentralen gebogenen Schlitz 48, der auch in 8 dargestellt ist. Durch diesen Schlitz 48 ragt der Ventilkörper 42 hindurch und vom Gehäuse 12 ab, wobei er sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse 21 des Rotors 18 erstreckt.
Aus den 3 und 4 ist erkennbar, dass der Ventilkörper 42 im Wesentlichen einen Fuß 50 aufweist, welcher am Gehäuse 12 anliegt. Von diesem Fuß 50 ragen zwei Dichtlippen 52 im Wesentlichen senkrecht ab, die in jeweils einer Dichtfläche 54 enden. Die beiden Dichtflächen 54 liegen aneinander an, wobei die eine Dichtfläche 54 den Dichtsitz 56 für die andere Dichtfläche 54 bildet. Der Hohlraum des Ventilkörpers 42, der aus der 4 ersichtlich ist, ist im Vergleich zum Druckraum 34 relativ klein und kann außerdem zur weiteren Verkleinerung mit einem Einsatz 58 teilweise ausgefüllt sein. Dieser Einsatz 58 ist dann so gebildet, dass der Ventilkörper 42 noch problemlos durchströmt werden kann. Er weist z. B. Rippen auf, die vom Fuß 50 in Richtung der Dichtflächen 54 verlaufen. Hierdurch wird eine Strömung innerhalb des nierenförmigen Ventilkörpers 42 von dessen einen Ende zum anderen Ende, d. h. entgegen der Drehrichtung des Flügels 20, weiter erschwert.
Die 6 und 7 zeigen eine Draufsicht sowie den Schnitt VII-VII durch den Ventilkörper 42, so dass insbesondere die dichtende Anlage der beiden Dichtflächen 54 aneinander erkennbar ist. Der Ventilkörper 42 erstreckt sich über die gesamte Ausdehnung der Luftauslassöffnung 38 und deckt diese somit vollständig ab. Wird der Druck im Druckraum 34 so groß, dass das Auslassventil 40 öffnet, dann hebt eine Dichtfläche 54 von der gegenüberliegenden Dichtfläche 54 an einem bestimmten Abschnitt ab, so dass der Überdruck entweichen kann. Das Abheben erfolgt lediglich an der Stelle, an welcher der zum Abheben erforderliche Überdruck herrscht. An den anderen Stellen bzw. Abschnitten liegen die beiden Dichtflächen 54 weiterhin dichtend aneinander an und verschließen das Auslassventil 40. Dies führt dazu, dass in dem Fall, wenn der Flügel 20 die Luftauslassöffnung 38 teilweise überfahren hat, so dass vor dem Flügel ein größerer Druck herrscht als hinter dem Flügel, das Auslassventil 40 lediglich im Bereich vor dem Flügel 20 öffnet, jedoch hinter dem Flügel 20 verschlossen bleibt. Dadurch wird wirkungsvoll eine Rückströmung von komprimierter Luft hinter den Flügel 20 verhindert. Dies wird außerdem durch den optionalen, im Ventilkörper 42 sich befindenden Einsatz 58 unterstützt.
Die 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ventilkörpers 42, bei welchem sich an der Außenseite der Dichtlippen 52 Versteifungsrippen 60 vom Fuß 50 in Richtung der Dichtflächen 54 erstrecken. Diese Versteifungsrippen 60 steuern zum einen den Öffnungszeitpunkt der Dichtflächen 54, zum anderen zwingen die Versteifungsrippen 60 die Dichtflächen 54 in ihre Schließlage. Die Versteifungsrippen 60 unterstützen die Dichtflächen 54 dahingehend, dass diese lediglich in den Bereichen voneinander abheben, in welchen der gewünschte Überdruck herrscht.

Claims

Vakuumpumpe (10) mit einem topfförmigen Gehäuse (12), einem exzentrisch im Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (18), einem im Rotor (18) orthogonal zur Drehachse (21) verschieblich gelagerten Flügel (20), der mit seinen Flügelspitzen an einer einen Arbeitsraum (30) begrenzenden Innenumfangsfläche (22) des Gehäuses (12) anliegt und dabei den Arbeitsraum (30) in einen Saugraum (32) und einen Druckraum (34) unterteilt und der Saugraum (32) mit einer Lufteinlassöffnung und der Druckraum (34) mit einer Luftauslassöffnung (38) versehen sind, wobei die Luftauslassöffnung (38) mit einem Auslassventil (40) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (40) wenigstens eine Dichtlippe (52) mit einer gegen einen Dichtsitz (56) drückenden gummielastischen Dichtfläche (54) aufweist, die mittels Überdruck im Druckraum (34) zumindest abschnittsweise vom Dichtsitz (56) abhebbar ist, wobei die Dichtlippe (52) sich weg vom Druckraum (34) erstreckt und das Auslassventil (40) in Umfangsrichtung gebogen, insbesondere nierenförmig, ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (56) gummielastisch ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander gegenüberliegende Dichtlippen (52) vorgesehen sind, deren Dichtflächen (54) aneinander anliegen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (54) einen Dichtsitz (56) für die gegenüberliegende Dichtfläche (54) bildet.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (52) in Richtung zur Dichtfläche (54) sich erstreckende Versteifungsrippen (60) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (60) sich orthogonal zur Drehrichtung (36) und im wesentlichen in Richtung der Drehachse (21) erstrecken.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (54) als Dichtkante ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (54) sich am vom Druckraum (34) abgewandten Ende der Dichtlippe (52) befindet.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (52) mit Dichtfläche (54) einstückig ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (52) mit Dichtfläche (54) ein Elastomerelement ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (52) einen am Gehäuse (12) des Druckraums (34) anliegenden Fuß (50) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (40) einen den Fuß (50) übergreifenden und an das Gehäuse (12) dichtend anpressenden Halter (44) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (44) nierenförmig gebogen ist und einen nierenförmig gebogenen Schlitz (48) aufweist, durch den die Dichtlippen (42) mit Dichtflächen (54) hindurch vom Gehäuse (12) abragen.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (40) einen Einsatz (58) aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (58) von zwei Dichtlippen (52) umgeben ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einsatz (58) und den Dichtlippen (52) ein Strömungsspalt vorgesehen ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassventil (40) an der Innenumfangsfläche (22) oder einer Stirnfläche des Arbeitsraums (30) vorgesehen ist.