EP1766240B1 - Einflügelvakuumpumpe - Google Patents

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EP1766240B1
EP1766240B1 EP05742896A EP05742896A EP1766240B1 EP 1766240 B1 EP1766240 B1 EP 1766240B1 EP 05742896 A EP05742896 A EP 05742896A EP 05742896 A EP05742896 A EP 05742896A EP 1766240 B1 EP1766240 B1 EP 1766240B1
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EP
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rotor
vacuum pump
housing
pump according
blade
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Willi Schneider
Martin Thoma
Pfitzer Friedhelm
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Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
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Joma Hydromechanic GmbH
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    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01C21/08—Rotary pistons
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Definitions

  • the invention relates to a single-wing vacuum pump with a cup-shaped housing, a rotor rotatably mounted eccentrically in the housing, a wing slidably mounted in the rotor orthogonal to the axis of rotation, and a housing cover which closes the work spaces separated from the wing.
  • Vacuum pumps with such a construction are made, for example DE 195 00 542 known. They usually have an existing metal housing, in which a rotor is rotatably mounted and in which the work spaces are formed. The rotor is rotated, for example, by the engine of a motor vehicle. It is also known that these rotors are made of metal and in particular of sintered metal. Due to the high weight of the rotor this has a large moment of inertia, whereby the power consumption of the vacuum pump is undesirably high.
  • the invention is therefore based on the object to provide a vacuum pump, in particular a single-wing vacuum pump, which has a lower power consumption.
  • the invention is to manufacture only portions of the rotor of a different metal, which has a lower weight. This will reduce the total weight of the rotor reduces and reduces the moment of inertia. This ensures that the power consumption of the vacuum pump is lower than in conventional units.
  • the parts of the rotor which have to transmit large moments are still made of metal, whereas the portions of the rotor may be made of a different material, which are less stressed.
  • the rotor has a rotor axis and a rotor housing mounted on the rotor axis.
  • the rotor axis has the task of introducing the torque required to drive the pump and to set the rotor with wings in rotation.
  • the rotor housing has the task of receiving and guiding the wing.
  • the rotor housing according to the invention consists of plastic. Plastics, especially when paired with a metal, here with a metal wing, have excellent tribological properties, thereby minimizing frictional forces, which also counteracts excessive heating.
  • the rotor housing may still have the task to seal the two working spaces against each other by the rotor housing contacts the inner peripheral wall. If the pump housing is made of metal and the rotor housing is made of plastic, then the frictional forces are reduced and a good seal is achieved.
  • Preferred embodiments provide for the rotor housing the following plastics: polyetheretherketone (PEEK), polyethersulphide (PES), syndiotactic polystyrene (SPS) or a polyphenylene sulphide (PPS) These plastics are extremely resistant to abrasion and are resistant to lubricants.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PES polyethersulphide
  • SPS syndiotactic polystyrene
  • PPS polyphenylene sulphide
  • a simple assembly of the rotor is achieved in that the rotor housing is mounted on the rotor axis, in particular axially. Plug connections are easy and in particular can be produced without tools. In addition, no forces act in or against the direction of insertion during operation of the vacuum pump, so that a release of the connector is not to be feared.
  • the invention provides that the rotor axis for receiving the rotor housing has at least two parallel to the axis of rotation projecting mandrels.
  • the rotor housing has two attachable to the mandrels sleeves.
  • the shape of the mandrels and the sleeves is advantageously chosen so that not only the rotor housing is securely held by the rotor axis, but also that the wing holding executives are supported on the sleeves of the thorns.
  • the spines extend at least over part of the height of the wings.
  • the spines extend at least over part of the height of the wings.
  • the spines are e.g. extend over a height of 10% - 20% of the wing, to be able to hold and guide safely, the other, not penetrated by the thorns part of the sleeves stiffened by bracing. This also saves material and thus in weight.
  • the reference numeral 10 denotes a vacuum pump in total, in which the housing 12 is shown without housing cover.
  • the housing 12 has a suction port 14, which opens into an interior 16.
  • a generally designated 18 rotor in which a wing 20 is mounted orthogonal to the axis of rotation 21 slidably.
  • the rotor 18 is constructed in two parts and has a rotor axis 22 and a rotor housing 24.
  • the rotor axis 22 passes through the housing 12, in particular a bottom 26 of the interior 18 via a drive opening 28 and protrudes with a rectangular portion 30 on the rear side out of the housing 12, over which it is rotated (by means of a drive, not shown) in rotation.
  • the drive opening 28 is provided with suitable sealing means, so that neither lubricant leak nor air and / or dirt in the interior 16 can occur.
  • the section 30 continues into a cylindrical section 32 with a circular cross section, as can be seen from FIG.
  • the section 32 is followed by a plate 34, from which two mandrels 36 protrude axially.
  • the mandrels 36 are provided with recesses 38 so that they are essentially each formed by a wall 40 having the shape of the letter "D".
  • a tread 42 which is formed by a part of the top of the plate 34.
  • a lubricant bore 44 through which the tread 42 and other treads or generally the interior space 16 and / or the wing 20 are supplied with lubricant.
  • FIG. 3 shows the rotor housing 24, which has a vertical section which corresponds to an inverted or downwardly open "U".
  • the rotor housing 24 has two sleeves 46 which are interconnected via a bridge 48. These sleeves 46 are formed largely hollow, which is apparent from the figure 4.
  • the two sleeves 46 define between them two running surfaces 50 against which the broad sides of the wing 20 abut.
  • the section of the underside of the bridge 48 lying between the two sleeves 46 also forms a running surface 52 against which the second narrow side of the wing 20 rests. Over the running surfaces 42, 50 and 52 of the wing 20 is thus guided defined and can be moved to both sides of the wing longitudinal axis 54.
  • the sleeves 46 have a first section 56 into which the pins 36 can be inserted. Adjoining this first section 56 is a second section 58, which is also hollow, in which, however, struts 60 extend, which are arranged in particular in an approximately radial direction.
  • the Sleeves 46 are thus mainly formed by walls having a substantially "D-shape". The mass of the rotor housing 24 is therefore relatively low.
  • the mandrels 36 are hollow, their mass is determined by the weight of the walls 40.
  • the rectangular portion 30 is made hollow, whereby its mass is reduced. This cavity extends from the free end of the portion 30 to the lubricant bore 44. This cavity is bounded by the substantially rectangular wall of the portion 30.
  • the parts of the cylindrical portion 32 protruding laterally beyond the section 30 are also hollow, these cavities extending to the underside of the plate 34 and having a substantially D-shaped cross section on each side. As a result, the mass of the portion 32 is reduced.
  • a further reduction in the weight of the rotor 18 is achieved in that a part of the rotor 18 is made of sintered metal, whereas the other part is a plastic part.
  • the rotor housing 24 is made of plastic.

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Description

  • 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.
  • Vakuumpumpen mit einem derartigen Aufbau sind z.B. aus DE 195 00 542 bekannt. 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, 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 Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Einflügelvakuumpumpe bereit zu stellen, die eine geringere Leistungsaufnahme besitzt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einflügelvakuumpumpe der eingangs genannten Art durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Die Erfindung besteht darin, nur Abschnitte des Rotors aus einem anderen Metall zu fertigen, welches ein geringeres Gewicht aufweist. Dadurch 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 ist vorgesehen, dass der Rotor eine Rotorachse und ein auf die Rotorachse aufgesetztes Rotorgehäuse aufweist. 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.
  • 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.
  • Weiter sieht die Erfindung vor, dass die Rotorachse zur Aufnahme des Rotorgehäuse wenigstens zwei parallel zur Drehachse abragende Dorne aufweist. 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.
  • 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 in Gewicht eingespart.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgendes 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:
    • Figur 1
    eine Explosionsdarstellung der Vakuumpumpe;
    Figur 2
    eine perspektivische Darstellung der Rotorachse;
    Figur 3
    eine perspektivische Darstellung des Rotorgehäuse; und
    Figur 4
    eine perspektivische Darstellung des Rotorgehäuse mit eingesetztem Flügel.
  • In der Figur 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 eine Rotorachse 22 und ein Rotorgehäuse 24 auf. Die Rotorachse 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 Figur 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 Inneraum 16 und/oder der Flügel 20 mit Schmiermittel versorgt werden.
  • Die Figur 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 Figur 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 Figur 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 (11)

  1. Einflügelvakuumpumpe (10) mit einem topfförmigen Gehäuse (12), einem exzentrisch im Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (18), einem im Rotor (18) orthogonal zur Drehachse verschieblich gelagerten Flügel (20), und einem die vom Flügel (20) getrennten Arbeitsräume verschließende Gehäusedeckel, wobei der Rotor (18) zumindest teilweise aus Sintermetall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) eine Rotorachse (22) und ein auf die Rotorachse (22) aufgestecktes, Rotorgehäuse (24) aufweist und dass die Rotorachse (22) zur Aufnahme des Rotorgehäuses (24) wenigstens zwei parallel zur Drehachse abragende Dorne (36) aufweist.
  2. Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (22) aus Sintermetall besteht.
  3. Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (24) aus Kunststoff besteht.
  4. Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyetheretherketon (PEEK), Polyethersulfid (PES), syndiotaktisches Polystyrol (SPS) oder ein Polyphenylensulfid (PPS) ist.
  5. Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (24) zwei auf die Dorne (36) aufsteckbare Hülsen(46) aufweist.
  6. Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dorne (36) zumindest über einen Teil der Höhe des Flügels (20) erstrecken.
  7. Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der andere, von den Dornen (36) nicht durchgriffene Teil (58) der Hülsen (46) mittels Verstrebungen (60) ausgesteift ist.
  8. Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) hohl ausgebildet ist.
  9. Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (22) und/oder das Rotorgehäuse (24) Hohlräume aufweist.
  10. Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (22) drei Hohlräume aufweist.
  11. Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) nur abschnittsweise aus Sintermetall besteht.
EP05742896A 2004-07-09 2005-04-20 Einflügelvakuumpumpe Active EP1766240B1 (de)

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