DE102012009418A1 - Vacuum pump for direct drive on motor vehicle crankshaft, has working chamber inner wall and orbiter jacket whose in-between working gap is sealed with lubricant in series with lubricated oil as result of orbiter circulation in chamber - Google Patents

Vacuum pump for direct drive on motor vehicle crankshaft, has working chamber inner wall and orbiter jacket whose in-between working gap is sealed with lubricant in series with lubricated oil as result of orbiter circulation in chamber Download PDF

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Abstract

The vacuum pump has working chamber (3) having cylindrical inner wall (4), which is arranged in pump housing (1). A suction port (13) is provided on one side of cylindrical bearing (10) in chamber, and an exhaust port (14) is provided on other side of cylindrical bearing. A lubricant is provided in chamber between internal wall of chamber and the cylinder jacket (8) of orbiter (7). A working gap (15) of 0.05 mm to 0.8 mm between inner wall of chamber and cylinder jacket of orbiter is sealed with lubricant in series with lubricated oil as a result of circulation of orbiter in chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einem in einer zylindrischen Arbeitskammer angeordneten Exzenterdrehkolben.The invention relates to a vacuum pump with a arranged in a cylindrical working chamber Exzenterdrehkolben.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Bauformen von Drehkolbenpumpen, bei denen eine von einem Exzenter angetriebene Kolbentrommel an der zylindrischen Innenwand einer Arbeitskammer angepresst entlang gleitet, vorbeschrieben.In the prior art, different designs of rotary lobe pumps, in which a driven by an eccentric piston drum on the cylindrical inner wall of a working chamber pressed along slides, described above.

Aus der DE 42 67 55 A ist beispielsweise eine Bauform bekannt, bei der der Schieber im Pumpengehäuse zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung pendelnd gelagert ist und dieser während der Umlaufbewegung der Kolbentrommel in einen tangential in der Kolbentrommel angeordneten Schlitz eintaucht. Der Kurbelarm ist bei dieser Lösung an einer kreisförmigen Scheibe angeordnet.From the DE 42 67 55 A For example, a design is known in which the slide is mounted in the pump housing between the inlet opening and the outflow pendulum and this dips during the orbital movement of the piston drum in a tangentially arranged in the piston drum slot. The crank arm is arranged in this solution on a circular disc.

Diese Lösung weist mit zunehmendem volumetrischen Wirkungsgrad, d. h. mit der hierfür erforderlichen zunehmenden Abdichtungen des Arbeitsspaltes, zwischen der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer und dem an dieser entlang gleitenden Außenumfang der Kolbentrommel, durch die hierzu erforderliche Erhöhung der Pressung zwischen der Kolbentrommel und der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer, einen bei zunehmendem volumetrischen Wirkungsgrad abnehmenden mechanischen Wirkungsgrad auf. Ursache hierfür ist, dass mit zunehmender Anpresskraft sich auch die Reibungsverluste zwischen der in der zylindrischen Arbeitskammer umlaufenden Kolbentrommel und der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer erhöhen.This solution shows with increasing volumetric efficiency, i. H. with the requisite increasing seals of the working gap, between the inner wall of the cylindrical working chamber and the outer circumference of the piston drum sliding along it, by the required increase of the pressure between the piston drum and the inner wall of the cylindrical working chamber, a decreasing mechanical efficiency with increasing volumetric efficiency on. The reason for this is that with increasing contact pressure also increases the friction losses between the circulating in the cylindrical working chamber piston drum and the inner wall of the cylindrical working chamber.

In der AT 20 02 47 B wird nun zur Erzielung eines hohen Vakuums, bei gleichzeitiger Reduzierung der Reibungsverluste vorgeschlagen, an der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer oder am Außenumfang der Kolbentrommel, über den Umfang verteilt, in achsparallele Nuten unter Federdruck stehende Leisten aus selbstschmierenden Werkstoffen anzuordnen. Diese Lösung ist jedoch mit einem sehr hohen Fertigungsaufwand verbunden, und kann zudem keine optimale Spaltabdichtung gewährleisten.In the AT 20 02 47 B is now proposed to achieve a high vacuum, while reducing the friction losses, on the inner wall of the cylindrical working chamber or on the outer circumference of the piston drum, distributed over the circumference, to arrange in axially parallel grooves under spring pressure ledges made of self-lubricating materials. However, this solution is associated with a very high production cost, and also can not ensure optimum gap sealing.

Darüber hinaus ist diese Bauform sehr arbeits- und materialintensiv und verfügt zwangsläufig über sehr große Unwuchtmasse, wodurch diese Vakuumpumpe keinesfalls für hohe Drehzahlen geeignet ist.In addition, this design is very labor and material intensive and inevitably has very large imbalance mass, making this vacuum pump is by no means suitable for high speeds.

Aus der FR 1 346 509 ist eine weitere als Vakuumpumpe Einsatz findende Rotationskolbenpumpe mit einem exzentrisch gelagerten, in einer Arbeitskammer umlaufenden Drehkolben bekannt, deren mit einem Pendelkopf versehener Schieber mit dem Pendelkopf in einer in der Innenwandung der Arbeitskammer, zwischen der Ansaugöffnung und der Ausströmöffnung angeordneten Lagerrille derart pendelnd gelagert ist, dass dieser Schieber während der Umlaufbewegung des Drehkolbens mit seinem Pendelschaft in einen radial im Drehkolben angeordneten, von Führungsstegen gebildeten Führungsschlitz „eintaucht”.From the FR 1 346 509 is another known as a vacuum pump using rotary piston pump with an eccentrically mounted, rotating in a working chamber rotary pistons whose provided with a pendulum head slider with the pendulum head in a arranged in the inner wall of the working chamber, between the suction port and the outflow bearing groove is mounted so oscillating, that this slider "immersed" during the orbital movement of the rotary piston with its pendulum shaft in a radially arranged in the rotary piston, formed by guide webs guide slot.

Doch auch bei dieser Lösung erhöhen sich mit zunehmender Anpresskraft zwischen der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer und dem an dieser entlang gleitenden Außenumfang des Exzenterdrehkolbens, der Kolbentrommel, wiederum die Reibungsverluste, so dass mit zunehmendem volumetrischen Wirkungsgrad sich auch bei dieser Lösung der mechanische Wirkungsgrad verschlechtert.But even with this solution increase with increasing contact pressure between the inner wall of the cylindrical working chamber and along this sliding outer periphery of the Exzenterdrehkolbens, the piston drum, in turn, the friction losses, so that with increasing volumetric efficiency deteriorates even in this solution, the mechanical efficiency.

Eine andere Bauform einer Drehkolbenpumpe mit einem fest im Gehäuse angeordneten Schieber wurde, in der DE 22 62 574 A vorgestellt. Bei dieser Bauform wird vorgeschlagen den Schieber aus Bronze herzustellen, und die Seitenwände des Schiebers über die gesamte Länge konkav zu gestalten. Der Exzenter-Drehkolben hingegen soll aus Kunststoff gefertigt werden.Another design of a rotary lobe pump with a fixed arranged in the housing slide was in the DE 22 62 574 A presented. In this design, it is proposed to make the slider made of bronze, and to make the side walls of the slider over the entire length concave. The eccentric rotary piston, however, should be made of plastic.

Auch bei dieser Lösung treten zwischen der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer und dem an dieser Innenwandung entlang gleitenden Außenumfang des Exzenterdrehkolbens wiederum hohe Reibungsverluste auf, woraus mit steigendem volumetrischen Wirkungsgrad wiederum zwingend deutliche Verluste beim mechanischen Wirkungsgrad resultieren.In this solution, too, high friction losses occur between the inner wall of the cylindrical working chamber and the outer circumference of the eccentric rotary piston sliding along this inner wall, which in turn inevitably leads to significant losses in mechanical efficiency with increasing volumetric efficiency.

Zudem kann, infolge der lediglich sehr schmalen (linienförmigen) Berührungslinie zwischen dem starr im Gehäuse angeordneten Schieber und dem Exzenter-Drehkolben, mittels dieser Lösung keine optimale Spaltabdichtung gewährleistet werden, worauf zudem weitere Verluste beim volumetrischen Wirkungsgrad zurückzuführen sind.In addition, due to the only very narrow (line-shaped) contact line between the rigidly arranged in the housing slide and the eccentric rotary piston, no optimal gap seal can be ensured by means of this solution, which also further losses in volumetric efficiency are due.

Von der Anmelderin, wurde in der DE 10 2006 016 791 B4 eine zwischenzeitlich bewährte Lösung einer Vakuumpumpe mit einer zylindrischen Arbeitskammer in der zwischen einer Ansaugöffnung und einer Ausströmöffnung ein Schieber angeordnet ist, der in einem Führungsschlitz eines Exzelter-Drehkolbens gleitet, vorgestellt, welche bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht und selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet.By the applicant, was in the DE 10 2006 016 791 B4 a meanwhile proven solution of a vacuum pump with a cylindrical working chamber in which between a suction port and an outflow opening a slide is arranged, which slides in a guide slot of an eccentric rotary piston, presented, which reaches a high vacuum even in a single-stage compression and even at very high Speeds ensuring high reliability and long life.

Bei dieser Lösung wird eine definierte Verformung des Exzenterdrehkolbens bewirkt, so dass während des gesamten Exzenterumlaufes dieser mit einer radialen Vorspannung stets dichtend an der Innenwand der zylindrischen Arbeitskammer anliegt.In this solution, a defined deformation of the Exzenterdrehkolbens is effected so that during the entire eccentric revolution of this a radial bias is always sealingly applied to the inner wall of the cylindrical working chamber.

Auch diese Lösung hat den Nachteil, dass mit zunehmender Abdichtung, d. h. mit zunehmender Anpresskraft zwischen der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer und dem an dieser entlang gleitenden Außenumfang des Exzenterdrehkolbens, sich die Reibungsverluste zwischen der in der zylindrischen Arbeitskammer umlaufenden Kolbentrommel und der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer erhöhen, so dass auch bei dieser in der DE 10 2006 016 791 B4 vorgestellten Lösung sich mit zunehmendem volumetrischen Wirkungsgrad der mechanische Wirkungsgrad verschlechtert.This solution also has the disadvantage that with increasing sealing, ie with increasing contact pressure between the inner wall of the cylindrical working chamber and the outer periphery of the eccentric rotary piston sliding along the latter, the friction losses between the piston drum rotating in the cylindrical working chamber and the inner wall of the cylindrical working chamber increase so that too in this in the DE 10 2006 016 791 B4 solution presented worsens with increasing volumetric efficiency of mechanical efficiency.

In der DE 1 915 574 A werden unterschiedliche Bauformen von ebenfalls als Vakuumpumpe Einsatz findenden Rotationskolbenpumpen vorgestellt. In einer dieser Bauformen ist der Schieber pendelnd im Pumpengehäuse zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung gelagert, und taucht während der Umlaufbewegung der Kolbentrommel in einen in der Kolbentrommel radial angeordneten Schlitz ein.In the DE 1 915 574 A different types of rotary piston pumps, which are also used as vacuum pumps, are presented. In one of these designs, the slider is swingably mounted in the pump housing between the inflow port and the outflow port, and immersed during the orbital motion of the piston drum into a slot radially disposed in the piston drum.

In anderen Ausführungsformen werden zur Erzielung eines höheren volumetrischen Gesamtwirkungsgrades zwei Rotationskolbenpumpen ineinander, als Zweistufen-Verbundpumpen, angeordnet.In other embodiments, to achieve a higher overall volumetric efficiency, two rotary lobe pumps are arranged one inside the other than two-stage compound pumps.

Diese Zweistufen-Verbundpumpen zeichnen sich dadurch aus, dass am Außenumfang eines in einer zylindrischen Arbeitskammer umlaufenden äußeren Exzenterdrehkolbens starr eine Schaufel, als Sperrschieber angeordnet ist. In diesem Sperrschieber sind der Einlasskanal/die Einlasskanäle für die zweite, die innere Drehkolbenpumpe angeordnet. Dieser mit Einlasskanälen versehene am äußeren Exzenterdrehkolben angeordnete Sperrschieber ist längsverschiebbar in einem drehbar im Pumpengehäuse angeordneten Schubgelenk gelagerten.These two-stage compound pumps are characterized by the fact that rigidly arranged on the outer circumference of an outer eccentric rotary piston rotating in a cylindrical working chamber is a blade as a blocking slide. In this gate valve, the inlet channel / the inlet channels for the second, the inner rotary piston pump are arranged. This arranged on inlet channels on the outer eccentric rotary piston arranged locking slide is longitudinally displaceable in a rotatably mounted in the pump housing sliding joint mounted.

Auch diese Bauformen erfordern zur Erzielung eines hohen volumetrischen Wirkungsgrades, wie alle zuvor genannten Bauformen auch, zwischen dem/dem Exzenterdrehkolben und der/den zugeordneten Innenwandung der jeweiligen zylindrischen Arbeitskammern, eine die Dichtheit zwischen diesen Bauteilen gewährleistende Anpresskraft.These designs require to achieve a high volumetric efficiency, as all the aforementioned designs also, between the / the eccentric rotary and the / the associated inner wall of the respective cylindrical working chambers, a tightness between these components guaranteeing contact pressure.

Diese zwingend erforderliche, die Dichtheit gewährleistende Anpresskraft bewirkt jedoch als Normalkraft, beim Umlauf des Exzenterdrehkolbens in der Arbeitskammer, stets entgegen der Verschiebung wirkende Reibkräfte aus denen zwangsläufig Reibungsverluste der Vakuumpumpe resultieren, so dass mit zunehmendem volumetrischen Wirkungsgrad sich bei all diesen vorgenannten Lösungen der mechanische Wirkungsgrad verschlechtert.However, this absolutely necessary, the tightness ensuring contact force causes as a normal force, during rotation of the Exzenterdrehkolbens in the working chamber, always against the displacement frictional forces from which inevitably frictional losses of the vacuum pump result, so that with increasing volumetric efficiency in all these aforementioned solutions, the mechanical efficiency deteriorated.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine mittels einer exzentrischen Umlaufbewegung arbeitende Vakuumpumpe mit einem in einer zylindrischen Arbeitskammer umlaufenden Exzenterdrehkolben zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sich insbesondere bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad durch einen sehr hohen mechanische Wirkungsgrad auszeichnet, zudem bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht, dabei einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, gleichzeitig den Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand deutlich senkt, die Dichtheit zwischen dem Exzenterdrehkolben und der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer wesentlich erhöht, den Verschleiß der Baugruppen minimiert, und die selbst bei sehr hohen Drehzahlen, d. h. bei Direktantrieb über die Kurbelwelle, eine hohe Zuverlässigkeit, bei hoher Lebensdauer und geringer Schmutzanfälligkeit gewährleistet.The object of the invention is now to develop a working by means of an eccentric orbital vacuum pump with a rotating in a cylindrical working chamber Exzenterdrehkolben, which does not have the aforementioned disadvantages of the prior art, is characterized in particular at high volumetric efficiency by a very high mechanical efficiency, In addition, even in a single-stage compression reaches a high vacuum, it is simple and robust, with minimal material use manufacturing technology is easy to manufacture and assemble, at the same time significantly reduces the production and maintenance costs, the tightness between the Exzenterdrehkolben and the inner wall of the cylindrical working chamber substantially increased, the wear of the assemblies minimized, and even at very high speeds, d. H. with direct drive via the crankshaft, a high reliability, with a long service life and low susceptibility to dirt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vakuumpumpe nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.According to the invention this object is achieved by a vacuum pump according to the features of the main claim of the invention.

Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.Advantageous embodiments, details and features of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description of the embodiments according to the invention in conjunction with the drawings for the solution according to the invention.

Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand von 2 Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail with reference to two exemplary embodiments in conjunction with the associated figures.

In den 1A und 1B ist eine der möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt.In the 1A and 1B is one of the possible embodiments of the solution according to the invention shown.

Die 1A zeigt diese erste Bauform der erfindungsgemäße Vakuumpumpe im Schnitt. Die Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe nach 1A und ist in der 1B im Schnitt dargestellt.The 1A shows this first design of the vacuum pump according to the invention in section. The side view of the vacuum pump according to the invention 1A and is in the 1B shown in section.

Diese in den 1A und 1B dargestellte Bauform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse 1, einer Antriebswelle 2, einer im Pumpengehäuse 1 angeordneten Arbeitskammer 3 mit einer zylinderförmigen Innenwandung 4, einer an der Antriebswelle 1 angeordneten Exzenterwelle 5, einer mittels eines Lagers 6 drehbar auf der Exzenterwelle 5 gelagerten, in der Arbeitskammer 3 umlaufenden Kolbentrommel, dem Orbiter 7, mit einem Zylindermantel 8 und einem starr am Zylindermantel 8 des Orbiter 7 angeordneten Sperrschieber 9, einem im Bereich der Innenwandung 4, d. h. am Rand der Arbeitskammer 3, im Pumpengehäuse 1 angeordneten Zylinderlager 10, einer in diesem Zylinderlager 10 angeordneten Drehschubzylinderbuchse 11 mit einem Führungsschlitz 12 in dem der am Orbiter 7 starr angeordnete Sperrschieber 9 längsverschiebbar, gleitend gelagert ist, und sich einerseits dadurch auszeichnet, dass auf einer Seite des Zylinderlager 10 in der Arbeitskammer 3 eine Ansaugöffnung 13 und auf der anderen Seite des Zylinderlager 10 in der Arbeitskammer 3 eine Ausströmöffnung 14 angeordnet ist, so dass während des Umlaufes des Orbiters 7 in der Arbeitskammer 3 auf der einen Seite des Sperrschiebers 9 Luft über die Ansaugöffnung 13 in die Arbeitskammer 3 angesaugt, und gleichzeitig auf der anderen Seite des Sperrschiebers die dort in der Arbeitskammer 3 vorhandene, d. h. die beim vorangegangenen Arbeitshub eingesaugte, Luft über die Ausströmöffnung 14 aus der Arbeitskammer 3 ausgetragen wird.These in the 1A and 1B illustrated design of the vacuum pump according to the invention with a pump housing 1 , a drive shaft 2 , one in the pump housing 1 arranged working chamber 3 with a cylindrical inner wall 4 , one on the drive shaft 1 arranged eccentric shaft 5 one by means of a warehouse 6 rotatable on the eccentric shaft 5 stored, in the working chamber 3 revolving piston drum, the orbiter 7 , with a cylinder jacket 8th and a rigid on the cylinder jacket 8th of the orbiter 7 arranged locking slide 9 , one in the area of the inner wall 4 ie at the edge of the working chamber 3 , in the pump housing 1 arranged cylindrical bearings 10 , one in this cylinder bearing 10 arranged rotary thrust cylinder sleeve 11 with a guide slot 12 in the one at the orbiter 7 rigidly arranged gate valves 9 longitudinally displaceable, sliding, and on the one hand characterized in that on one side of the cylinder bearing 10 in the working chamber 3 a suction port 13 and on the other side of the cylinder bearing 10 in the working chamber 3 an outflow opening 14 is arranged so that during the orbit of the orbiter 7 in the working chamber 3 on one side of the gate valve 9 Air over the intake 13 in the working chamber 3 sucked, and at the same time on the other side of the gate valve there in the working chamber 3 existing, ie sucked in the previous working, air over the discharge opening 14 from the working chamber 3 is discharged.

Erfindungswesentlich ist aber auch, dass in der in dieser Figur vorgestellten Bauform, einer ölgeschmierten Bauform, in der Arbeitskammer 3 als Schmiermittel Öl angeordnet ist, und dass zwischen der zylinderförmigen Innenwandung 4 der Arbeitskammer 3 und dem Zylindermantel 8 des Orbiters 7 ein Arbeitsspalt 15 angeordnet ist, der im hier vorgestellten Ausführungsbeispiel 0,4 mm beträgt, und der während des Umlaufs des Orbiters 7 in der Arbeitskammer 3 vollständig mit dem Schmiermittel, d. h. mit Öl, verschlossen wird.However, it is also essential to the invention that in the design presented in this figure, an oil-lubricated design, in the working chamber 3 is arranged as a lubricant oil, and that between the cylindrical inner wall 4 the working chamber 3 and the cylinder jacket 8th the orbiter 7 a working gap 15 is arranged, which is 0.4 mm in the embodiment presented here, and during the orbit of the orbiter 7 in the working chamber 3 completely closed with the lubricant, ie with oil.

Bei anderen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Arbeitsspalt 15, in Abhängigkeit vom jeweils eingesetzten Schmiermittel, im Bereich von 0,05 mm bis 0,8 mm.In other designs of the solution according to the invention, the working gap 15 , depending on the particular lubricant used, in the range of 0.05 mm to 0.8 mm.

Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt nun, dass während des Umlaufs des zylindrischen Orbiters 7, in der ölgeschmierten zylinderförmigen Arbeitskammer 3 dieses Ausführungsbeispiels, zwischen dem Zylindermantel 8 des umlaufenden Orbiters 7 und der zylinderförmigen Innenwandung 4 der Arbeitskammer 3 ein Ölkeil aufgebaut wird, der den Arbeitsspalt 15 so zuverlässig abdichtet, dass der Orbiter 7 während seines Umlaufs, trotz ständig durch den Arbeitsspalt 15 hindurchtretenden Öl's, in der Arbeitskammer 3 auf dem erfindungsgemäß sich vor und im Ölspalt aufbauenden Ölkeil „abdichtend aufschwimmt” und den Zylindermantel 8 des Orbiters 7 zuverlässig gegenüber der Innenwandung 4 der Arbeitskammer 3 abgedichtet.The arrangement according to the invention now causes during the circulation of the cylindrical orbiter 7 , in the oil-lubricated cylindrical working chamber 3 this embodiment, between the cylinder jacket 8th of the revolving orbiter 7 and the cylindrical inner wall 4 the working chamber 3 an oil wedge is built, which is the working gap 15 so reliably seals that orbiter 7 during his orbit, despite constantly going through the work gap 15 passing oil, in the working chamber 3 on the present invention before and in the oil gap building oil wedge "floating up" and the cylinder jacket 8th the orbiter 7 Reliable against the inner wall 4 the working chamber 3 sealed.

Erfindungsgemäß bewirkt dieser während des Betriebs der Vakuumpumpe aufgebaute Ölkeil, neben der Dichtfunktion aber gleichzeitig auch, da in Folge der erfindungsgemäßen Anordnung des Arbeitsspaltes 15 keine direkte radiale Berührung der miteinander in Wirkverbindung tretenden Bauteile stattfinden kann, dass entlang des gesamten Arbeitsspaltes 15, d. h. über die Zylinderlänge des Orbiters 7, ausschließlich Ölreibung, mit nur sehr geringen Reibungsverlusten auftritt.According to the invention causes this constructed during operation of the vacuum pump oil wedge, in addition to the sealing function but at the same time, as a result of the arrangement of the working gap according to the invention 15 no direct radial contact of the components that come into operative connection with each other can take place along the entire working gap 15 ie over the cylinder length of the orbiter 7 , only oil friction, with only very low friction losses occurs.

Daher ermöglicht die in diesem Ausführungsbeispiel vorgestellte erfindungsgemäße Anordnung einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad bei minimalen Reibungsverlusten, d. h. bei gleichzeitig hohem mechanischen Wirkungsgrad.Therefore, the inventive arrangement presented in this embodiment allows a high volumetric efficiency with minimal friction losses, d. H. at the same time high mechanical efficiency.

Vorteilhaft ist zudem auch, wie in der 1A dargestellt, wenn im Führungsschlitz 12 Öltaschen 16 angeordnet sind, welche einen leichtgängigen, verschleißminimierten und zuverlässigen Arbeitshub des Sperrschiebers 9 im Führungsschlitz 12 gewährleisten, und so nochmals die Reibungsverluste weiter senken.It is also advantageous, as in the 1A shown when in the guide slot 12 oil pockets 16 are arranged, which a smooth, wear-minimized and reliable working stroke of the locking slide 9 in the guide slot 12 ensure further reduction of friction losses.

Kennzeichnend ist auch, dass wenn das Lager 6, wie in diesem Ausführungsbeispiel mit den 1A und 1B dargestellt, als Gleitlager 19 ausgeführt ist, an der Exzenterwelle 5 Freiflächen 20 angeordnet sind. Diese Freiflächen 20 reduzieren bei optimaler, zuverlässiger Lagerung die Reibung in dem als Gleitlager 19 ausgeführten Lager 6 und helfen so die Reibungsverluste der Vakuumpumpe noch weiter zu senken.It is also characteristic that when the camp 6 as in this embodiment with the 1A and 1B shown as plain bearings 19 is executed, on the eccentric shaft 5 areas 20 are arranged. These open spaces 20 reduce the friction in the as a plain bearing with optimal, reliable storage 19 executed bearings 6 and thus help to further reduce the friction losses of the vacuum pump.

Vorteilhaft ist auch wenn im Orbiter 7 zwischen dem Zylindermantel 8 und dem Lagerring 17 des Lagersitzes des Lagers 6, wie in diesem Ausführungsbeispiel mit den 1A und 1B dargestellt, eine Stützscheibe 18 angeordnet ist.It is also advantageous if in orbit 7 between the cylinder jacket 8th and the bearing ring 17 the bearing seat of the warehouse 6 as in this embodiment with the 1A and 1B shown, a support disk 18 is arranged.

Die Anordnung einer solchen Stützscheibe 18 bewirkt bei minimalem Materialeinsatz eine zuverlässige Stabilität des Orbiters 7, so dass erfindungsgemäße Vakuumpumpe zuverlässig und problemlos auch bei hohen Drehzahlen, d. h. bei Drehzahlen über 6.000 U/min, eingesetzt werden kann.The arrangement of such a support disk 18 causes a stable use of the orbiter with minimal material usage 7 so that vacuum pump according to the invention can be reliably and easily even at high speeds, ie at speeds above 6,000 U / min, can be used.

Zusammenfassen kann somit festgestellt werden, dass die hier vorliegende erfindungsgemäße Bauform einer Vakuumpumpe sich bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad durch einen sehr hohen mechanische Wirkungsgrad auszeichnet, zudem bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht, dabei einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, gleichzeitig den Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand deutlich senkt, die Dichtheit zwischen dem Exzenterdrehkolben und der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer wesentlich erhöht, den Verschleiß der Baugruppen minimiert, und selbst bei sehr hohen Drehzahlen, d. h. bei Direktantrieb über die Kurbelwelle, eine hohe Zuverlässigkeit, bei hoher Lebensdauer und geringer Schmutzanfälligkeit gewährleistet.Summarizing can thus be found that the present design according to the invention a vacuum pump is characterized by a high mechanical efficiency at high volumetric efficiency, also achieved in a single-stage compression a high vacuum, it is simple and robust, with minimal material use manufacturing technology easy can be produced and mounted, at the same time significantly reduces the production and maintenance costs, the leakage between the Exzenterdrehkolben and the inner wall of the cylindrical working chamber substantially increased, minimizes wear of the assemblies, and even at very high speeds, d. H. with direct drive via the crankshaft, a high reliability, with a long service life and low susceptibility to dirt.

Auch für das nachfolgend vorgestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung sind, neben weiteren, im Zusammenhang mit der jeweiligen Bauform vorgestellten Merkmalen, im wesentlichen die vorgenannten, in Verbindung mit der 1, erläuterten erfindungsgemäßen Merkmale charakteristisch. Also for the embodiments presented below, the solution according to the invention, in addition to other features presented in connection with the respective design features, essentially the above, in conjunction with the 1 , Characteristics of the invention explained characteristic.

In den 2A und 2B ist eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt.In the 2A and 2 B another possible embodiment of the solution according to the invention is shown.

Die 2A zeigt eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der das Lager 6 nicht als die Gleitlager sondern als Rollenlager mit drei am Umfang jeweils um 180° versetzt angeordneten Lagerrollen 21 ausgeführt ist, in einer Schnittdarstellung.The 2A shows a vacuum pump according to the invention, in which the bearing 6 not as the plain bearings but as roller bearings with three circumferentially offset by 180 ° each bearing rollers 21 is executed, in a sectional view.

In der 2B ist die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, gemäß der 2A in einem Teilschnitt dargestellt.In the 2 B is the vacuum pump according to the invention, according to the 2A shown in a partial section.

Die erfindungsgemäße Anordnung von Lagerrollen 21 im Lager 6, zwischen der Exzenterwelle 5 und dem Lagerring 17, bewirkt eine weitere Senkung der Reibungsverluste im Bereich der Lagerreibung des Lagers 6, an der Exzenterwelle 5, wodurch der mechanische Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe weiter erhöht werden kann.The inventive arrangement of bearing rollers 21 in stock 6 , between the eccentric shaft 5 and the bearing ring 17 , causes a further reduction in friction losses in the bearing friction of the bearing 6 , at the eccentric shaft 5 , whereby the mechanical efficiency of the vacuum pump according to the invention can be further increased.

Die 3 zeigt nun eine Gegenüberstellung der Kennlinien unterschiedlicher Bauformen von gegenwärtig in Kraftfahrzeugen eingesetzten, im Kammervolumen vergleichbaren Vakuumpumpen.The 3 now shows a comparison of the characteristics of different types of currently used in motor vehicles, comparable in the chamber volume vacuum pumps.

Bei diesen Kennlinien ist die Leistungsaufnahme P der jeweiligen Vakuumpumpe in Watt über der zugehörigen Pumpendrehzahl n in U/min angetragen.In these curves, the power consumption P of the respective vacuum pump is plotted in watts above the associated pump speed n in rpm.

Die Kennlinie I beschreibt die Leistungsaufnahme der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Vakuumpumpe.The characteristic I describes the power consumption of the vacuum pump according to the invention presented here.

Die Kennlinie II beschreibt die Leistungsaufnahme einer als Vakuumpumpe eingesetzten Kolbenpumpe.The characteristic II describes the power consumption of a piston pump used as a vacuum pump.

Die Kennlinie III beschreibt die Leistungsaufnahme einer Monoflügelpumpe mit einem Kunststoffflügel, und die Kennlinie IV die Leistungsaufnahme einer Monoflügelpumpe mit einem Stahlflügel.The characteristic III describes the power consumption of a Monoflügelpumpe with a plastic wing, and the characteristic IV the power consumption of a monoflügelpumpe with a steel wing.

Die optimale Lage der Kennlinie I der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Vakuumpumpe, resultiert aus dem in seinem Bewegungsablauf zwangsgeführten, und berührungsfrei entlang der Innenwandung 4 der Arbeitskammer 3 auf einem Ölkeil entlang gleitenden Orbiter 7, der keinem Verschleiß unterliegt. Da vom Orbiter 7 gegenüber der Arbeitskammerwandung direkt keine „Normalkraftkomponenten” erzeugt werden, resultieren die Reibungsverluste lediglich aus der Ölreibung im Dichtspalt und nehmen daher mit steigender Drehzahl nur geringfügig zu.The optimal position of the characteristic I The vacuum pump according to the invention presented here results from the force-guided in its course of motion, and without contact along the inner wall 4 the working chamber 3 on an oil wedge sliding orbiter 7 that is not subject to wear. Because of the orbiter 7 no "normal force components" are generated directly opposite the working chamber wall, the friction losses result only from the oil friction in the sealing gap and therefore increase only slightly with increasing speed.

Daher ist die erfindungsgemäße Vakuumpumpe wie vorgesehen für den Einsatz im Hochdrehzahlbereich, d. h. auch für den Direktantrieb über die Kurbelwelle mit bis über 7000 U/min, optimal geeignet.Therefore, the vacuum pump according to the invention is as intended for use in the high speed range, d. H. Also suitable for direct drive via the crankshaft with up to more than 7000 rpm, optimally suited.

Die Lage der Kennlinie III der Monoflügelpumpe mit Kunststoffflügel, wie auch die der Kennlinie IV, einer Monoflügelpumpe mit einem Stahlflügel, resultieren daraus, dass deren Flügel beim Umlauf durch die auf den Flügel einwirkende Zentrifugalkraft dichtend an die Innenwand der Arbeitskammer gepresst werden. Mit steigender Drehzahl nimmt daher die die Reibkraft erzeugende Normalkraft, die Anpresskraft und mit dieser dann auch die Reibleistung überproportional zu.The location of the characteristic III the Monoflügelpumpe with plastic wings, as well as the characteristic IV , a monoflügelpumpe with a steel wing, resulting from the fact that their wings are pressed while passing through the force acting on the wing centrifugal force sealingly against the inner wall of the working chamber. With increasing speed therefore increases the frictional force generating normal force, the contact pressure and with this then the friction too disproportionately.

Nicht nur die Flügel sind bei diesen Bauformen mit zunehmender Drehzahl einem starken Verschleiß unterworfen, auch die Antriebsdrehzahl selbst wird durch die stark ansteigende Reibleistung begrenzt, so dass derartige Monoflügelpumpen nie von der Kurbelwelle direkt angetrieben werden können, sondern stets nur an die Nockenwelle angebunden, bzw. untersetzt angetrieben werden, so dass deren maximale Antriebsdrehzahl zwangsläufig stets 3.500 U/min kaum übersteigt.Not only the wings are subjected to heavy wear in these designs with increasing speed, the drive speed itself is limited by the sharply increasing friction, so that such Monoflügelpumpen can never be directly driven by the crankshaft, but always connected to the camshaft, or . are driven underpowered, so that their maximum input speed inevitably always exceeds 3,500 U / min.

Die 4 zeigt in eine Gegenüberstellung die Leistungsaufnahme einer Monoflügelpumpe mit Kunststoffflügel, Kennlinie III, und die Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe, Kennlinie I (mit vergleichbaren Arbeitskammergrößen). In den in diesem Zusammenhang seitens der Anmelderin durchgeführten Tests wurde die Antriebsdrehzahl kontinuierlich bis auf über 6.000 U/min erhöht und im Ergebnis die Leistungsaufnahme der Monoflügelpumpe mit Kunststoffflügel, als Kennlinie III, der Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe, Kennlinie I, gegenüber gestellt.The 4 shows in a comparison of the power consumption of a Monoflügelpumpe with plastic wing, curve III , and the power consumption of the vacuum pump according to the invention, characteristic curve I (with comparable working chamber sizes). In the tests carried out in this context by the applicant, the drive speed was continuously increased to over 6,000 rpm and as a result the power consumption of the single-wing pump with plastic wing, as a characteristic III , the power consumption of the vacuum pump according to the invention, characteristic curve I , opposite.

Da die im Test eingesetzte Monoflügelpumpe mit Kunststoffflügel, Kennlinie III, bei ca. 6000 U/min aus Verschleißgründen ausfiel, werden die Leistungsaufnahmen bei 6.000 U/min miteinander verglichen.Since the monoflügelpumpe used in the test with plastic wing, characteristic III , at about 6000 U / min failed for wear reasons, the power consumption at 6,000 U / min are compared.

Diese belegen jedoch eindeutig, dass die erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit dem auf dem erfindungsgemäßen Ölkeil umlaufenden Orbiter 7, welche bei 6.000 U/min lediglich eine Leistungsaufnahme von ca. 200 W aufwies, gegenüber der Monoflügelpumpe mit Kunststoffflügel, die bei 6.000 U/min eine wesentlich höhere Leistungsaufnahme von ca. 2.000 W aufwies, somit auch über einen wesentlich besseren mechanischen Wirkungsgrad verfügt.However, these clearly show that the vacuum pump according to the invention with the circulating on the oil wedge orbiter according to the invention 7 , which had only a power consumption of about 200 W at 6,000 rpm, compared to the monoflügelpumpe with plastic wings, which at 6,000 rev / min a much higher power consumption of approx. 2,000 W, thus also has a much better mechanical efficiency.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine mittels einer exzentrischen Umlaufbewegung arbeitende Vakuumpumpe mit einer im Pumpengehäuse 1 angeordneten Arbeitskammer 3 mit einer zylinderförmigen Innenwandung 4, einer an der Antriebswelle 1 angeordneten Exzenterwelle 5, einer mittels eines Lagers 6 drehbar auf der Exzenterwelle 5 gelagerten, in der Arbeitskammer 3 umlaufenden Kolbentrommel, dem Orbiter 7, mit einem Zylindermantel 8 und einem starr am Zylindermantel 8 des Orbiters 7 angeordneten Sperrschieber 9, einem im Bereich der Innenwandung 4, d. h. am Rand der Arbeitskammer 3, im Pumpengehäuse 1 angeordneten Zylinderlager 10, einer in diesem Zylinderlager 10 angeordneten Drehschubzylinderbuchse 11 mit einem Führungsschlitz 12 in dem der am Orbiter 7 starr angeordnete Sperrschieber 9 längsverschiebbar, gleitend gelagert ist, zu entwickeln, die einfach und robust aufgebaut ist, und die Dichtheit zwischen dem Exzenterdrehkolben und der Innenwandung der zylindrischen Arbeitskammer wesentlich erhöht, gleichzeitig den Verschleiß der Baugruppen minimiert, und die selbst bei sehr hohen Drehzahlen (bis über 7.000 U/min), d. h. bei Direktantrieb über die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeuges, eine hohe Zuverlässigkeit bei hoher Lebensdauer und geringer Schmutzanfälligkeit gewährleistet, sich dabei insbesondere bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad auch durch einen sehr hohen mechanischen Wirkungsgrad, mit einer wesentlich geringeren Leistungsaufnahme gegenüber herkömmlichen Vakuumpumpen mit gleichen Kammergrößen, auszeichnet und bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erzielt, zudem bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist und den erforderlichen Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand gleichzeitig deutlich senkt.With the solution according to the invention it is thus possible to operate by means of an eccentric orbital vacuum pump with a pump housing 1 arranged working chamber 3 with a cylindrical inner wall 4 , one on the drive shaft 1 arranged eccentric shaft 5 one by means of a warehouse 6 rotatable on the eccentric shaft 5 stored, in the working chamber 3 revolving piston drum, the orbiter 7 , with a cylinder jacket 8th and a rigid on the cylinder jacket 8th the orbiter 7 arranged locking slide 9 , one in the area of the inner wall 4 ie at the edge of the working chamber 3 , in the pump housing 1 arranged cylindrical bearings 10 , one in this cylinder bearing 10 arranged rotary thrust cylinder sleeve 11 with a guide slot 12 in the one at the orbiter 7 rigidly arranged gate valves 9 longitudinally displaceable, slidably mounted, to develop, which is simple and robust, and increases the tightness between the eccentric rotary piston and the inner wall of the cylindrical working chamber significantly, while minimizing wear of the assemblies, and even at very high speeds (up to 7,000 U / min), ie in direct drive via the crankshaft of a motor vehicle, ensures high reliability with high durability and low susceptibility to dirt, especially at high volumetric efficiency by a very high mechanical efficiency, with a much lower power consumption compared to conventional vacuum pumps with the same chamber sizes , characterized and already achieved in a single-stage compression high vacuum, also with minimal material use manufacturing technology is easy to manufacture and assemble and the required manufacturing and maintenance costs at the same time clearly lowers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Pumpengehäusepump housing
22
Antriebswelledrive shaft
33
Arbeitskammerworking chamber
44
Innenwandunginner wall
55
Exzenterwelleeccentric shaft
66
Lagercamp
77
OrbiterOrbiter
88th
Zylindermantelcylinder surface
99
Sperrschieberblocking slide
1010
Zylinderlagercylinder bearings
1111
DrehschubzylinderbuchseTurning and sliding cylinder liner
1212
Führungsschlitzguide slot
1313
Ansaugöffnungsuction
1414
Ausströmöffnungoutflow
1515
Arbeitsspaltworking gap
1616
Öltaschenoil pockets
1717
Lagerringbearing ring
1818
Stützscheibesupport disc
1919
Gleitlagerbearings
2020
Freiflächenareas
2121
Lagerrollenbearing rollers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 426755 A [0003] DE 426755A [0003]
  • AT 200247 B [0005] AT 200247 B [0005]
  • FR 1346509 [0007] FR 1346509 [0007]
  • DE 2262574 A [0009] DE 2262574A [0009]
  • DE 102006016791 B4 [0012, 0014] DE 102006016791 B4 [0012, 0014]
  • DE 1915574 A [0015] DE 1915574 A [0015]

Claims (5)

Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer Antriebswelle (2), einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Arbeitskammer (3) mit einer zylinderförmigen Innenwandung (4), einer an der Antriebswelle (1) angeordneten Exzenterwelle (5), einer mittels eines Lagers (6) drehbar auf der Exzenterwelle (5) gelagerten, in der Arbeitskammer (3) umlaufenden Kolbentrommel, dem Orbiter (7), mit einem Zylindermantel (8) und einem starr am Zylindermantel (8) des Orbiter (7) angeordneten Sperrschieber (9), einem im Bereich der Innenwandung (4), d. h. am Rand der Arbeitskammer (3), im Pumpengehäuse (1) angeordneten Zylinderlager (10), einer in diesem Zylinderlager (10) angeordneten Drehschubzylinderbuchse (11) mit einem Führungsschlitz (12) in dem der am Orbiter (7) starr angeordnete Sperrschieber (9) längsverschiebbar, gleitend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, – dass auf einer Seite des Zylinderlagers (10) in der Arbeitskammer (3) eine Ansaugöffnung (13) und auf der anderen Seite des Zylinderlagers (10) in der Arbeitskammer (3) eine Ausströmöffnung (14) angeordnet sind, und – dass in der Arbeitskammer (3) ein Schmiermittel, und zwischen der zylinderförmigen Innenwandung (4) der Arbeitskammer (3) und dem Zylindermantel (8) des Orbiters (7) ein Arbeitsspalt (15) von 0,05 mm bis 0,8 mm angeordnet ist, wobei infolge des Umlaufs des Orbiters (7) in der Arbeitskammer (3) dieser Arbeitsspalt (15) vollständig mit Schmiermittel, d. h. bei ölgeschmierten Baureihen mit Öl, verschlossen wird.Vacuum pump with a pump housing ( 1 ), a drive shaft ( 2 ), one in the pump housing ( 1 ) arranged working chamber ( 3 ) with a cylindrical inner wall ( 4 ), one on the drive shaft ( 1 ) arranged eccentric shaft ( 5 ), one by means of a warehouse ( 6 ) rotatable on the eccentric shaft ( 5 ) stored in the working chamber ( 3 ) revolving piston drum, the orbiter ( 7 ), with a cylinder jacket ( 8th ) and a rigid on the cylinder jacket ( 8th ) of the Orbiter ( 7 ) arranged locking slide ( 9 ), in the region of the inner wall ( 4 ), ie at the edge of the working chamber ( 3 ), in the pump housing ( 1 ) arranged cylindrical bearings ( 10 ), one in this cylinder bearing ( 10 ) arranged rotary thrust cylinder bushing ( 11 ) with a guide slot ( 12 ) in which the orbiter ( 7 ) rigidly arranged locking slide ( 9 ) is longitudinally displaceable, slidably mounted, characterized in that - on one side of the cylindrical bearing ( 10 ) in the working chamber ( 3 ) an intake opening ( 13 ) and on the other side of the cylinder bearing ( 10 ) in the working chamber ( 3 ) an outflow opening ( 14 ), and - that in the working chamber ( 3 ) a lubricant, and between the cylindrical inner wall ( 4 ) of the working chamber ( 3 ) and the cylinder jacket ( 8th ) of the orbiter ( 7 ) a working gap ( 15 ) of 0.05 mm to 0.8 mm, whereby due to the orbit of the orbiter ( 7 ) in the working chamber ( 3 ) this working gap ( 15 ) is completely sealed with lubricant, ie oil-lubricated series with oil. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungsschlitz (12) Schmiermitteltaschen/Öltaschen (16) angeordnet sind.Vacuum pump according to claim 1, characterized in that in the guide slot ( 12 ) Lubricant pockets / oil pockets ( 16 ) are arranged. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Orbiter zwischen dem Zylindermantel (8) und einem am Lagersitz des Lagers (6) angeordneten Lagerring (17) eine Stützscheibe (18) oder mehrere Stützstege angeordnet sind/ist.Vacuum pump according to claim 1, characterized in that in the orbiter between the cylinder jacket ( 8th ) and one at the bearing seat of the warehouse ( 6 ) arranged bearing ring ( 17 ) a support disk ( 18 ) or more support webs are / is arranged. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Lager (6) als Gleitlager (19) ausgeführt ist, an der Exzenterwelle (5) Freiflächen (20) angeordnet sein können.Vacuum pump according to claim 1, characterized in that when the bearing ( 6 ) as plain bearings ( 19 ) is executed on the eccentric shaft ( 5 ) Open spaces ( 20 ) can be arranged. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Lager (6), zwischen der Exzenterwelle (5) und dem Lagerring (17), Lagerrollen (21) angeordnet sind.Vacuum pump according to claim 3, characterized in that as bearing ( 6 ), between the eccentric shaft ( 5 ) and the bearing ring ( 17 ), Bearing rollers ( 21 ) are arranged.
DE201210009418 2012-05-11 2012-05-11 Vacuum pump for direct drive on motor vehicle crankshaft, has working chamber inner wall and orbiter jacket whose in-between working gap is sealed with lubricant in series with lubricated oil as result of orbiter circulation in chamber Ceased DE102012009418A1 (en)

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