EP2207965A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Vakuumpumpe

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Publication number
EP2207965A1
EP2207965A1 EP08842289A EP08842289A EP2207965A1 EP 2207965 A1 EP2207965 A1 EP 2207965A1 EP 08842289 A EP08842289 A EP 08842289A EP 08842289 A EP08842289 A EP 08842289A EP 2207965 A1 EP2207965 A1 EP 2207965A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
eccentric
vacuum pump
rotor
wing
contour
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08842289A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stev Rudel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Powertrain Hueckeswagen GmbH
Original Assignee
Ixetic Hueckeswagen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ixetic Hueckeswagen GmbH filed Critical Ixetic Hueckeswagen GmbH
Publication of EP2207965A1 publication Critical patent/EP2207965A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • 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
    • F04C18/3441—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 the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0818—Vane tracking; control therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/005—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C29/0057—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions for eccentric movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump, in particular a vane pump, having a rotor which is rotatable about an axis of rotation and through which a vane is guided in a radial direction relative to the rotor, movable back and forth within a circulating contour.
  • Such vacuum pumps are used, for example, as a vacuum pump for braking force assistance in motor vehicles.
  • the drive of the vacuum pump takes place, for example, by the rotor.
  • the object of the invention is the life of a vacuum pump, in particular a vane pump, with a rotor which is rotatable about an axis of rotation and through which a wing is guided in a, with respect to the rotor, radial direction reciprocally movable within a circulation contour, especially at high speeds, to extend.
  • the object is in a vacuum pump, in particular a vane pump, with a rotor which is rotatable about an axis of rotation and through which a wing in a, relative to the rotor, radial direction guided back and forth within a circulation contour, achieved in that the wing is coupled to an eccentric which is arranged rotatably eccentrically to the constructive center of the circulation contour.
  • the wing In the radial direction of the wing is guided by the rotor movable back and forth.
  • the wing is coupled to the eccentric device.
  • the degrees of freedom of the wing are thus defined by the eccentric, by the linear guide of the rotor and by the circulating contour.
  • the inventive coupling with the eccentric operating speeds of the vacuum pump are possible, which are greater than 5000 revolutions per minute.
  • a preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the rotor is rotatably mounted about the constructive center of the circulating contour.
  • the rotor can be driven directly or via the eccentric device.
  • the speed of the vacuum pump can be varied by the type of drive. If the vacuum pump is driven by the eccentric, then give due to the construction according to the invention lower speeds than in a direct drive of the rotor.
  • the invention also includes a vacuum pump, which has different operating speeds depending on the type of drive.
  • a further preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the eccentric means comprises an eccentrically revolving eccentric element, which is articulated to the center of the wing.
  • the center of the wing lies on the symmetry axis of the wing.
  • the blade mass rotates at a constant distance and at drive speed about a drive shaft, which is preferably designed as an eccentric shaft.
  • the resulting inertial forces can be eliminated on the drive shaft by balancing weights.
  • the eccentrically revolving eccentric element passes once per revolution, the axis of rotation of the rotor.
  • Another preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the eccentric element is designed as a crank pin.
  • the inertial forces of the eccentrically revolving wing are absorbed by the crank pin.
  • a further preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that one end of the crank pin is arranged in the center of the wing.
  • the wing is provided with a central blind hole for receiving the associated end of the crank pin.
  • the crank pin can also be fixedly arranged in the wing or connected thereto.
  • a further preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the other end of the crank pin is rotatably arranged in a further eccentric element.
  • the further eccentric element is equipped with a blind hole for receiving the associated end of the journal.
  • the crank pin can be rotatably arranged in the eccentric element.
  • a further preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the eccentric device comprises a driven eccentric shaft.
  • the eccentric shaft is the further eccentric element, which cooperates with the crank pin.
  • the drive according to one aspect of the invention does not take place through the rotor but through the eccentric device, in particular in particular the eccentric shaft or the further eccentric element.
  • the eccentric or the eccentric elements, the rotor and the circulation contour kinematically act together so that the wing follows the circulation contour with half the drive speed.
  • the kinematic halving of the drive speed reduces the contour forces and relative velocities at the wing tips or on there attached sliding caps. Therefore, even with high input speeds can be dispensed with a reduction gear.
  • the drive of the vacuum pump can also take place via the rotor.
  • a further preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the axis of rotation of the eccentric shaft is arranged eccentrically to the constructive center of the circulation contour.
  • the distance between the eccentric rotation axis and the rotor axis of rotation or the center of the circulating contour corresponds to the eccentric radius of the journal.
  • a further preferred embodiment of the vacuum pump is characterized in that the circulation contour is designed as Konchoide.
  • the wing follows, in kinematic interaction of the eccentric or the eccentric elements, the rotor and the circulation contour, the function of the Konchoide at half the drive speed.
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of an inventive
  • FIG. 2 shows the vacuum pump of Figure 1 at an eccentric angle of 90 degrees and a blade angle of 45 degrees.
  • Figure 3 shows the vacuum pump of Figures 1 and 2 at an eccentric angle of 180 degrees and a blade angle of 90 degrees;
  • Figure 4 shows an embodiment of a vacuum pump according to the invention in cross section;
  • FIG. 5 shows the same cross section as in FIG. 4 with a wing rotated by 90 degrees
  • Figure 6 shows the vacuum pump of Figures 4 and 5 in longitudinal section
  • Figure 7 shows the same longitudinal section as in Figure 6 with a twisted 90 degrees wing.
  • FIGS. 1 to 3 a vacuum pump according to the invention is shown schematically in cross-section.
  • the vacuum pump comprises a housing with a circulating contour 1, in which a rotor 2 is rotatably arranged about a rotation axis 3.
  • a wing 4 is guided displaceably.
  • a sliding cap 5 is attached to the wing ends, which abuts against the circulation contour 1 at a contour contact point 6.
  • a working space in the housing of the vacuum pump is divided into a suction chamber and a pressure chamber.
  • the pressure chamber communicates with a pressure connection and the suction chamber with a suction connection.
  • a medium in particular air or an air-oil mixture
  • the illustrated vacuum pump with the one wing 4 is also referred to as a single-blade pump and used, for example, to apply a negative pressure, that is a vacuum, to a brake booster of a motor vehicle.
  • the eccentric device 10 comprises a first eccentric element 11, which is designed as a crank pin.
  • the eccentric shaft 12 is rotatably driven about an eccentric rotation axis 13.
  • the eccentric radius 14, around which the first eccentric element 1 1 rotates together with the second eccentric element 12, preferably corresponds to the distance of the eccentric rotation axis 13 from the rotor axis of rotation 3, which passes through the constructive center of the circulating contour 1.
  • the circulating contour 1 is preferably designed as Konchoide.
  • the wing 4 and the eccentric 10 are shown in their zero position, that is, the eccentric angle is just like the wing angle zero degrees.
  • the eccentric shaft 12 is driven counterclockwise in its direction of rotation 8, it moves together with the crank pin 11 about the eccentric rotation axis 13 around.
  • the center of the wing 4 also moves around the eccentric rotation axis 13 around.
  • the vacuum pump of Figure 1 is shown at an eccentric angle of 90 degrees and a blade angle of 45 degrees.
  • the linear guide of the wing 4 in the rotor 2 is indicated by two points 16.
  • the position shown in Figure 3 corresponds to an eccentric angle of 180 degrees and a blade angle of 90 degrees.
  • the axis of the crank pin 11 in a point 18 is congruent with the axis of rotation 3 of the rotor. 2
  • the wing 4 is driven by the eccentric shaft 12, which is also referred to as the drive shaft.
  • the drive shaft 12 engages with the eccentric crank pin 11 axially to the center of the wing 4 and drives it.
  • the wing 4 is guided in a circulation of the crank pin 11 in the linear guide of the rotor 2 and in the circulation contour 1, which is also referred to as Konchoidenkontur, the housing.
  • the rotor 2 is eccentrically mounted with respect to the drive shaft 12 at a distance of the eccentric radius 14.
  • the eccentrically revolving crank pin 11 passes once per rotation, the axis of rotation 3 of the rotor 2.
  • the corresponding point is designated in Figure 3 with 18.
  • the degrees of freedom of the wing 4 are defined in the crank pin 11 of the drive shaft 12, in the linear guide 16 of the rotor 2 and in the contour-contact points 6 of the sliding caps 5 at the wing tips.
  • the wing 4 follows, in the kinematic cooperation of crank pin 11, rotor 2 and circulating contour 1, the function of the Konchoide at half the speed of the drive shaft 12.
  • the kinematic halving the drive speed reduces the contour forces and relative velocities at the sliding caps 5.
  • the mass forces of the eccentrically rotating Wing 4 are received by the crank pin 11 on the drive shaft 12.
  • the reduced rotational speeds and missing mass forces of the wing 4 on the sliding caps 5 allow higher drive speeds than rotor-driven vacuum pumps.
  • the vacuum pump according to the invention is also referred to as a rotary vane pump.
  • the blade mass rotates at a constant distance and at drive speed about the drive shaft 12.
  • the resulting inertial forces can be eliminated on the drive shaft 12 by balancing weights.
  • FIGS. 4 to 7 show a vacuum pump according to the invention with a pump housing 30 in various sections and operating positions.
  • a circulation contour 31 is designed as Konchoide.
  • a rotor 32 is rotatably arranged.
  • the rotor 32 has a bearing journal 33, by means of which the rotor 32 is mounted rotatably in the pump housing 30 about a rotor rotational axis 38.
  • the rotor 32 is also designed with a slot extending in the radial direction, in which a wing 34 is guided linearly. At the ends of the wing 34 in each case a sliding cap 35, 36 is attached, which bears against the circulation contour 31.
  • the wing 34 is coupled to an eccentric device 40, which comprises a first eccentric element 41, which is designed as a crank pin, and a second eccentric 42, which is designed as an eccentric shaft.
  • the crank pin 41 engages with one end in the center of the wing 34. With its other end, the crank pin 41 engages in the eccentric shaft 42.
  • the longitudinal axis of the crank pin 41 coincides with the axis of rotation 38 of the rotor 32 in the position of the vacuum pump shown in FIG. In this case, the longitudinal axis of the crank pin 41 by an eccentric radius, which is shown in Figure 7 by a double arrow 43, spaced from the axis of rotation 39 of the eccentric shaft 42.
  • the drive of the vacuum pump shown in FIGS. 4 to 7 can take place directly through the rotor 32 or indirectly via the eccentric shaft 42.
  • the eccentric drive provides, inter alia, the advantage that the vane 34 of the vacuum pump only rotates at half eccentric shaft speed. There is thus a reduction of 2 to 1 before.
  • Another advantage is that the mass forces of the wing 34 act on the eccentric shaft 42 via the crank pin 41, whereby the load on the sliding caps 35, 36 is significantly reduced.
  • the mass forces of the vacuum pump occurring during operation can be at least partially compensated.
  • the eccentric drive provides a centrally located drive point in the pump installation space, which enables a higher pump speed.
  • the eccentric drive can be realized via a pulley drive to secondary and balance shafts, a generator shaft, an oil pump shaft or drive shafts other ancillaries.
  • a drive via an electric motor is also possible.
  • the direction of rotation of the rotor 32 is indicated in Figure 4 by an arrow 46.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor (32), der um eine Drehachse (38) drehbar ist und durch den ein Flügel (34) in einer, bezogen auf den Rotor, radialen Richtung hin und her bewegbar innerhalb einer Umlaufkontur (31) geführt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Flügel mit einer Exzentereinrichtung (40) gekoppelt ist, die exzentrisch zu dem konstruktiven Mittelpunkt der Umlaufkontur drehbar angeordnet ist.

Description

Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist und durch den ein Flügel in einer, bezogen auf den Rotor, radialen Richtung hin und her bewegbar innerhalb einer Umlaufkontur geführt ist.
Derartige Vakuumpumpen werden zum Beispiel als Unterdruckpumpe zur Bremskraftunterstützung in Kraftfahrzeugen verwendet. Der Antrieb der Vakuumpumpe erfolgt zum Beispiel durch den Rotor.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist und durch den ein Flügel in einer, bezogen auf den Rotor, radialen Richtung hin und her bewegbar innerhalb einer Umlaufkontur geführt ist, insbesondere bei hohen Drehzahlen, zu verlängern.
Die Aufgabe ist bei einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist und durch den ein Flügel in einer, bezogen auf den Rotor, radialen Richtung hin und her bewegbar innerhalb einer Umlaufkontur geführt ist, dadurch gelöst, dass der Flügel mit einer Exzentereinrichtung gekoppelt ist, die exzentrisch zu dem konstruktiven Mittelpunkt der Umlaufkontur drehbar angeordnet ist. In radialer Richtung ist der Flügel durch den Rotor hin und her bewegbar geführt. In Umfangsrichtung ist der Flügel innerhalb der Umlaufkontur geführt. Darüber hinaus ist der Flügel mit der Exzentereinrichtung gekoppelt. Die Freiheitsgrade des Flügels werden also durch die Exzentereinrichtung, durch die Linearführung des Rotors und durch die Umlaufkontur definiert. Durch die erfindungsgemäße Kopplung mit der Exzentereinrichtung werden Betriebsdrehzahlen der Vakuumpumpe ermöglicht, die größer als 5000 Umdrehungen pro Minute sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor um den konstruktiven Mittelpunkt der Umlaufkontur drehbar gelagert ist. Der Rotor kann direkt oder über die Exzentereinrichtung angetrieben sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Drehzahl der Vakuumpumpe durch die Antriebsart variiert werden. Wenn die Vakuumpumpe durch die Exzentereinrichtung angetrieben ist, dann ergeben sich aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion geringere Drehzahlen als bei einem direkten Antrieb des Rotors. Die Erfindung umfasst auch eine Vakuumpumpe, die je nach Antriebsart unterschiedliche Betriebsdrehzahlen aufweist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentereinrichtung ein exzentrisch umlaufendes Exzenterelement umfasst, das an den Mittelpunkt des Flügels angelenkt ist. Vorzugsweise liegt der Mittelpunkt des Flügels auf der Symmetrieachse des Flügels. Die Flügelmasse rotiert mit konstantem Abstand und mit Antriebsdrehzahl um eine Antriebswelle, die vorzugsweise als Exzenterwelle ausgeführt ist. Die resultierenden Massenkräfte können an der Antriebswelle durch Ausgleichsmassen eliminiert werden. Das exzentrisch umlaufende Exzenterelement überfährt einmal pro Umdrehung die Drehachse des Rotors.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterelement als Hubzapfen ausgeführt ist. Die Massenkräfte des exzentrisch umlaufenden Flügels werden von dem Hubzapfen aufgenommen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Hubzapfens in dem Mittelpunkt des Flügels angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Flügel mit einem zentralen Sackloch zur Aufnahme des zugehörigen Endes des Hubzapfens ausgestattet. Der Hubzapfen kann auch fest im Flügel angeordnet beziehungsweise mit diesem verbunden sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Hubzapfens drehbar in einem weiteren Exzenterelement angeordnet ist. Vorzugsweise ist das weitere Exzenterelement mit einem Sackloch zur Aufnahme des zugehörigen Endes des Lagerzapfens ausgestattet. Alternativ kann der Hubzapfen drehbar in dem Exzenterelement angeordnet sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentereinrichtung eine angetriebene Exzenterwelle umfasst. Vorzugsweise stellt die Exzenterwelle das weitere Exzenterelement dar, das mit dem Hubzapfen zusammenwirkt. Im Unterschied zu herkömmlichen Vakuumpumpen erfolgt der Antrieb gemäß, einem Aspekt der Erfindung nicht durch den Rotor, sondern durch die Exzentereinrichtung, ins- besondere die Exzenterwelle beziehungsweise das weitere Exzenterelement. Die Exzentereinrichtung beziehungsweise die Exzenterelemente, der Rotor und die Umlaufkontur wirken kinematisch so zusammen, dass der Flügel der Umlaufkontur mit der halben Antriebsdrehzahl folgt. Die kinematische Halbierung der Antriebsdrehzahl reduziert die Konturkräfte und Relativgeschwindigkeiten an den Flügelenden beziehungsweise an dort angebrachten Gleitkappen. Daher kann auch bei hohen Antriebsdrehzahlen auf ein Untersetzungsgetriebe verzichtet werden. Alternativ kann der Antrieb der Vakuumpumpe auch über den Rotor erfolgen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Exzenterwelle exzentrisch zu dem konstruktiven Mittelpunkt der Umlaufkontur angeordnet ist. Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen der Exzenterdrehachse und der Rotordrehachse beziehungsweise dem Mittelpunkt der Umlaufkontur dem Exzenterradius des Hubzapfens.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufkontur als Konchoide ausgeführt ist. Der Flügel folgt, im kinematischen Zusammenwirken von der Exzentereinrichtung beziehungsweise den Exzenterelementen, dem Rotor und der Umlaufkontur, dem Funktionsverlauf der Konchoide mit halber Antriebsdrehzahl.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vakuumpumpe bei einem Exzenterwinkel von null Grad und einem Flügelwinkel von null Grad;
Figur 2 die Vakuumpumpe aus Figur 1 bei einem Exzenterwinkel von 90 Grad und einem Flügelwinkel von 45 Grad;
Figur 3 die Vakuumpumpe aus den Figuren 1 und 2 bei einem Exzenterwinkel von 180 Grad und einem Flügelwinkel von 90 Grad; Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe im Querschnitt;
Figur 5 den gleichen Querschnitt wie in Figur 4 mit einem um 90 Grad verdrehten Flügel;
Figur 6 die Vakuumpumpe aus den Figuren 4 und 5 im Längsschnitt und
Figur 7 den gleichen Längsschnitt wie in Figur 6 mit einem um 90 Grad verdrehten Flügel.
In den Figuren 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Vakuumpumpe umfasst ein Gehäuse mit einer Umlaufkontur 1 , in der ein Rotor 2 um eine Drehachse 3 drehbar angeordnet ist. In oder an dem Rotor 2 ist ein Flügel 4 verschiebbar geführt. Vorzugsweise ist an den Flügelenden jeweils eine Gleitkappe 5 angebracht, die an einem Konturberührungspunkt 6 an der Umlaufkontur 1 anliegt.
Durch den Flügel 4 wird ein Arbeitsraum in dem Gehäuse der Vakuumpumpe in einen Saugraum und einen Druckraum unterteilt. Der Druckraum steht mit einem Druckanschluss und der Saugraum mit einem Sauganschluss in Verbindung. Wenn sich der Rotor 2 mit dem Flügel 4 dreht, dann wird ein Medium, insbesondere Luft beziehungsweise ein Luft-Öl- Gemisch, in den Saugraum eingesaugt und aus dem Druckraum heraus gefördert. Die dargestellte Vakuumpumpe mit dem einen Flügel 4 wird auch als Monoflügelzellenpumpe bezeichnet und zum Beispiel dazu verwendet, einen Unterdruck, das heißt ein Vakuum, an einen Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs anzulegen.
Durch einen Pfeil 8 ist die Drehrichtung des Rotors 2 bezeichnet. Der Rotor 2 kann direkt angetrieben sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Rotor 2 jedoch durch eine Exzentereinrichtung 10 angetrieben. Die Exzentereinrichtung 10 umfasst ein erstes Exzenterelement 11 , das als Hubzapfen ausgeführt ist. Durch den Hubzapfen 11 ist der Mittelpunkt des Flügels 4 an ein zweites Exzenterelement 12 angelenkt, das als Exzenterwelle ausgeführt ist. Die Exzenterwelle 12 ist um eine Exzenterdrehachse 13 drehbar angetrieben. Der Exzenterradius 14, um den sich das erste Exzenterelement 1 1 zusammen mit dem zweiten Exzenterelement 12 dreht, entspricht vorzugsweise dem Abstand der Exzenterdrehachse 13 von der Rotordrehachse 3, die durch den konstruktiven Mittelpunkt der Umlaufkontur 1 hindurch geht. Die Umlaufkontur 1 ist vorzugsweise als Konchoide ausgeführt. In Figur 1 sind der Flügel 4 und die Exzentereinrichtung 10 in ihrer Nulllage dargestellt, das heißt der Exzenterwinkel beträgt ebenso wie der Flügelwinkel null Grad. Wenn die Exzenterwelle 12 in ihrer Drehrichtung 8 gegen den Uhrzeigersinn angetrieben wird, dann bewegt sie sich zusammen mit dem Hubzapfen 11 um die Exzenterdrehachse 13 herum. Durch die Kopplung des Hubzapfens 11 mit dem Flügel 4 bewegt sich der Mittelpunkt des Flügels 4 ebenfalls um die Exzenterdrehachse 13 herum. In Figur 2 ist die Vakuumpumpe aus Figur 1 bei einem Exzenterwinkel von 90 Grad und einem Flügelwinkel von 45 Grad dargestellt. Durch die Linearführung des Flügels 4 in dem Rotor 2, der zu diesem Zweck einen entsprechenden Schlitz aufweist, und durch die Gestaltung der Umlaufkontur 1 als Konchoide wird sichergestellt, dass die Flügelenden beziehungsweise die an den Flügelenden vorgesehenen Gleitkappen 5 an der Umlaufkontur 1 anliegen.
In Figur 3 ist die Linearführung des Flügels 4 im Rotor 2 durch zwei Punkte 16 angedeutet. Die in Figur 3 dargestellte Stellung entspricht einem Exzenterwinkel von 180 Grad und einem Flügelwinkel von 90 Grad. In dieser Stellung ist die Achse des Hubzapfens 11 in einem Punkt 18 deckungsgleich mit der Drehachse 3 des Rotors 2.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Flügel 4 durch die Exzenterwelle 12 angetrieben, die auch als Antriebswelle bezeichnet wird. Die Antriebswelle 12 greift mit dem exzentrischen Hubzapfen 11 axial an dem Mittelpunkt des Flügels 4 an und treibt diesen an. Der Flügel 4 wird bei einem Umlauf des Hubzapfens 11 in der Linearführung des Rotors 2 und in der Umlaufkontur 1 , die auch als Konchoidenkontur bezeichnet wird, des Gehäuses geführt. Der Rotor 2 ist gegenüber der Antriebswelle 12 exzentrisch mit Abstand des Exzenterradius 14 gelagert. Der exzentrisch umlaufende Hubzapfen 11 überfährt einmal pro Drehung die Drehachse 3 des Rotors 2. Der entsprechende Punkt ist in Figur 3 mit 18 bezeichnet.
Die Freiheitsgrade des Flügels 4 werden im Hubzapfen 11 der Antriebswelle 12, in der Linearführung 16 des Rotors 2 und in den Kontur-Berührungspunkten 6 der Gleitkappen 5 an den Flügelenden definiert. Der Flügel 4 folgt, im kinematischen Zusammenwirken von Hubzapfen 11 , Rotor 2 und Umlaufkontur 1 , dem Funktionsverlauf der Konchoide mit der halben Drehzahl der Antriebswelle 12. Die kinematische Halbierung der Antriebsdrehzahl reduziert die Konturkräfte und Relativgeschwindigkeiten an den Gleitkappen 5. Die Massenkräfte des exzentrisch umlaufenden Flügels 4 werden vom Hubzapfen 11 an der Antriebswelle 12 aufgenommen. Die reduzierten Umlaufgeschwindigkeiten und fehlenden Massenkräfte des Flügels 4 an den Gleitkappen 5 erlauben höhere Antriebsdrehzahlen als bei rotorgetriebenen Vakuumpumpen. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe wird auch als Drehschieberpumpe bezeichnet. Die Flügelmasse rotiert mit konstantem Abstand und mit Antriebsdrehzahl um die Antriebswelle 12. Die resultierenden Massenkräfte können an der Antriebswelle 12 durch Ausgleichsmassen eliminiert werden.
In den Figuren 4 bis 7 ist eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse 30 in verschiedenen Schnitten und Betriebsstellungen dargestellt. In dem Pumpengehäuse 30 ist eine Umlaufkontur 31 als Konchoide ausgeführt. Innerhalb der Umlaufkontur 31 ist ein Rotor 32 drehbar angeordnet. In Figur 7 sieht man, dass der Rotor 32 einen Lagerzapfen 33 aufweist, durch den der Rotor 32 um eine Rotordrehachse 38 drehbar in dem Pumpengehäuse 30 gelagert ist. Der Rotor 32 ist darüber hinaus mit einem in radialer Richtung verlaufenden Schlitz ausgeführt, in welchem ein Flügel 34 linear geführt ist. An den Enden des Flügels 34 ist jeweils eine Gleitkappe 35, 36 angebracht, die an der Umlaufkontur 31 anliegt.
Der Flügel 34 ist mit einer Exzentereinrichtung 40 gekoppelt, die ein erstes Exzenterelement 41 , das als Hubzapfen ausgeführt ist, und ein zweites Exzenterelement 42 umfasst, das als Exzenterwelle ausgeführt ist. Der Hubzapfen 41 greift mit einem Ende in den Mittelpunkt des Flügels 34 ein. Mit seinem anderen Ende greift der Hubzapfen 41 in die Exzenterwelle 42 ein. Die Längsachse des Hubzapfens 41 fällt in der in Figur 7 dargestellten Stellung der Vakuumpumpe mit der Drehachse 38 des Rotors 32 zusammen. Dabei ist die Längsachse des Hubzapfens 41 durch einen Exzenterradius, der in Figur 7 durch einen Doppelpfeil 43 dargestellt ist, von der Drehachse 39 der Exzenterwelle 42 beabstandet.
Der Antrieb der in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Vakuumpumpe kann direkt durch den Rotor 32 oder indirekt über die Exzenterwelle 42 erfolgen. Der Exzenterantrieb liefert unter anderem den Vorteil, dass der Flügel 34 der Vakuumpumpe nur mit halber Exzenterwellendrehzahl dreht. Es liegt somit eine Untersetzung von 2 zu 1 vor. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Massenkräfte des Flügels 34 über den Hubzapfen 41 auf die Exzenterwelle 42 wirken, wodurch die Belastung auf die Gleitkappen 35, 36 deutlich reduziert wird. Die im Betrieb auftretenden Massenkräfte der Vakuumpumpe können zumindest teilweise ausgeglichen werden. Durch den Exzenterantrieb wird darüber hinaus ein zentral gelegener Antriebspunkt im Pumpenbauraum bereitgestellt, der eine höhere Pumpendrehzahl ermöglicht. Der Exzenterantrieb kann über einen Riemenscheibenantrieb an Neben- und Ausgleichswellen, einer Generatorwelle, einer Ölpumpenwelle oder an Antriebswellen anderer Nebenaggregate realisiert werden. Ein Antrieb über einen Elektromotor ist ebenfalls möglich. Die Drehrichtung des Rotors 32 ist in Figur 4 durch einen Pfeil 46 angedeutet. Wenn sich der Flügel 4; 34 im angetriebenen Zustand dreht, dann kommt es in einem Saugraum innerhalb des Pumpengehäuses 30 zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums, insbesondere von Luft beziehungsweise einem Luft-Öl-Gemisch, durch eine Saugniere 44 in den Saugraum bewirkt. Gleichzeitig kommt es in einem Druckraum innerhalb des Pumpengehäuses 30 zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem Druckraum durch eine Druckniere 45 bewirkt.
Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem Rotor (2;32), der um eine Drehachse (3;38) drehbar ist und durch den ein Flügel (4;34) in einer, bezogen auf den Rotor (2;32), radialen Richtung hin und her bewegbar innerhalb einer Umlaufkontur (1 ;31 ) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (4;34) mit einer Exzentereinrichtung (10;40) gekoppelt ist, die exzentrisch zu dem konstruktiven Mittelpunkt (3;38) der Umlaufkontur (1 ;31 ) drehbar angeordnet ist.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2;32) um den konstruktiven Mittelpunkt (3;38) der Umlaufkontur (1 ;31 ) drehbar gelagert ist.
3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2;32) exzentrisch zum konstruktiven Mittelpunkt (3;38) drehbar gelagert ist.
4. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentereinrichtung (10;40) ein exzentrisch umlaufendes Exzenterelement (11 ;41) umfasst, das an den Mittelpunkt des Flügels (4;34) angelenkt ist.
5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterelement (11 ;41 ) als Hubzapfen ausgeführt ist.
6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Hubzapfens (11 ;41 ) drehbar in dem Mittelpunkt des Flügels (4;34) angeordnet ist.
7. Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Hubzapfens (1 1 ;41 ) fest in einem weiteren Exzenterelement (12;42) angeordnet ist.
8. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentereinrichtung (40) eine angetriebene Exzenterwelle (42) umfasst.
9. Vakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (13;39) der Exzenterwelle (12;42) exzentrisch zu dem konstruktiven Mittelpunkt (3;38) der Umlaufkontur (1 ;31 ) angeordnet ist.
10. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2;32) angetrieben ist.
11. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufkontur (1 ;31 ) als Konchoide ausgeführt ist.
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