CN101765701B - 用于机动车辆发动机的真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空泵(110、210)，具体涉及一种用于机动车辆发动机的单叶片真空泵，该真空泵有利地允许实现减轻对安装在泵上的叶片(120、220)的端部(122a、122b、222a、222b)的磨损。具体地，该真空泵包括：定子(12)；限定在所述定子(12)内的腔室(14)，所述腔室(14)具有侧壁(16)，该侧壁的横向截面具有预定的形状；转子(18)，该转子(18)安装在所述腔室(14)中并且能够围绕与所述侧壁(16)平行的旋转轴线(O)旋转；和叶片(120、220)，所述叶片(120、220)安装在所述转子(18)上并且在相对于所述转子(18)的旋转轴线(O)成直角的方向上自由滑动，所述叶片(120、220)具有预定长度(L2)和沿着所述腔室(14)的所述侧壁(16)滑动的两个相对的端部(122a、122b、222a、222b)。根据本发明，所述叶片(120、220)的所述端部(122a、122b、222a、222b)中的至少一个包括具有弯曲半径(R3)的至少一个部分(124)，该弯曲半径(R3)等于所述侧壁(16)的一部分(126)的弯曲半径。

Description

用于机动车辆发动机的真空泵

技术领域

本发明涉及一种优选为所谓单叶片型的真空泵。

具体地，本发明涉及一种用于机动车辆发动机的真空泵，该机动车辆优选但不必限于重型机动车辆和/或不必限于大功率机动车辆，所述真空泵例如旨在形成特定低压，以致动和操作设置在机动车辆上的特殊装置，例如伺服制动器。

本发明还涉及一种用于所述真空泵的叶片。

背景技术

通常用于机动车辆的单叶片真空泵包括定子、限定在定子内的低压腔室、安装在低压腔室内的转子以及安装在所述转子上且相对于转子自由移动的叶片。依次地，叶片包括中央本体和基本上在腔室壁上滑动的所述本体的两个相对端部。

通过在低压腔室中旋转叶片并且同时在通过叶片的端部在所述腔室的壁处实现的密封作用下获得了所期望的低压。

在当前可在市场上获得的、已知的单叶片真空泵中，叶片的相对端部在叶片的纵向截面中具有基本半圆周形的形状，该半圆周的直径基本等于叶片的中央本体的厚度。

虽然根据几个观点这是有利的，但是如以上示意性描述那样构造的单叶片真空泵具有尤其在转子的旋转速度特别高时产生的缺陷。事实上，沿着定子腔室的壁用作叶片的滑块的、叶片的端部经受磨损，当转子的旋转速度更高时，磨损程度同样更高。

特别地，本申请人观察到，尤其在叶片的特定角度位置处，因为接触表面极其有限，所以在叶片的端部与腔室的壁之间产生高接触压力：这个高接触压力必然引起高度磨损。

进而，本申请人观察到，叶片的长度、也就是位于叶片纵向轴线上的叶片的各自端部的两个点之间的距离总是小于限定腔室侧壁的横向截面的预定形状的叶片的理论长度：这是由于以下事实，即，当叶片的中央本体具有预定厚度时，如果叶片的长度等于理论长度，则叶片将不能够在腔室内侧旋转，因为在特定操作配置中，叶片的半圆周形端部将抵靠腔室的壁引起“干涉”。

叶片的理论长度与实际长度之间的前述差异在叶片与腔室壁之间形成特定游隙：特别地在特定操作结构中，叶片的惯性力基本上平衡了叶片的离心力，叶片的相对端部抵靠腔室的壁的相对侧交替撞击，这还对于叶片的端部以及腔室的壁引起损坏，从而形成通过移除壁材料而引起的相对起伏形态。

发明内容

作为本发明基础的技术问题在于克服或至少减轻在上面关于现有技术描述的缺陷。

因此，在其第一方面，本发明涉及一种用于机动车辆发动机的真空泵，包括：

定子；

限定在所述定子内的腔室，所述腔室具有侧壁，该侧壁的横向截面具有预定的形状；

转子，该转子安装在所述腔室中并且能够围绕与所述侧壁平行的旋转轴线旋转；

至少一个叶片，所述至少一个叶片安装在所述转子上并且在相对于所述转子的旋转轴线成直角的方向上自由滑动，所述至少一个叶片具有预定长度和沿着所述腔室的侧壁滑动的两个相对端部；

其特征在于，所述至少一个叶片的所述端部中的至少一个包括至少一个部分，当所述至少一个叶片处于至少一个基准操作位置时，所述至少一个部分的弯曲半径基本等于所述侧壁的一部分的弯曲半径。

有利地，本发明的真空泵允许显著地减轻叶片端部和腔室的磨损，结果这允许转子具有高得多的旋转速度。

事实上，本发明的真空泵的叶片成形为使得当叶片在特定的基准操作位置中时，叶片的至少一个端部的至少一个部分基本与限定在定子内的腔室的侧壁的一部分接触：以此方式，在叶片的端部与限定在定子内的腔室的侧壁之间的接触压力(并且由此引起的磨损)比较小，这是因为，接触表面非常大，比在叶片的半圆周形端部和根据在前描述的现有技术的真空泵的腔室侧壁之间的“点接触”大得多。

优选地，所述至少一个基准操作位置限定在抵靠腔室侧壁的所述至少一个叶片的端部上具有最大应力的结构处。

有利地，在此情形中，恰好在叶片经受更大应力的操作结构处，叶片的端部与腔室侧壁形成大的接触表面，因此限制了叶片的端部与腔室侧壁之间的接触压力，并且以此方式在很大程度上减轻了磨损。

在本发明的真空泵的优选实施例中，所述至少一个叶片在通过所述转子的旋转轴线的方向上自由滑动，所述转子的外部圆周沿着平行于转子的旋转轴线的切线与腔室的侧壁相切，并且该侧壁包括成形为具有预定半径的圆弧的部分，所述至少一个叶片的所述端部中的每一个均包括互不相同的、具有各自的弯曲半径的至少两个部分。

有利地，这个特殊实施例使得以下情形成为可能，即，当叶片的纵向轴线相对于由转子旋转轴线和前述切线限定的平面成直角时，使得叶片的端部的至少一个部分一次一个地基本与腔室的侧壁接触：以此方式，叶片的端部抵靠腔室的侧壁滑动，使得在叶片在经受更大应力的操作区域中具有大的接触表面，所述区域恰好是如下那些区域，该区域围绕叶片的纵向轴线相对于由转子旋转轴线和前述切线形成的平面成直角的位置。

在第一优选实施例中，所述至少一个叶片的所述端部中的每一个包括相对于所述至少一个叶片的纵向轴线对称并且具有基本等于所述预定半径的、各自的弯曲半径的两个相对部分。

在第二优选实施例中，所述至少一个叶片的所述端部中的每一个包括具有基本等于所述预定半径的弯曲半径的第一部分。

有利地，该第二优选实施例允许降低真空泵的叶片的制造成本，因为每一个叶片端部的仅一个部分需要以适当的方式成形：具体地，当叶片的纵向轴线相对于由转子旋转轴线和前述切线形成的平面成直角时，适当地成形每次与腔室的侧壁接触的仅两个部分便足以。考虑到经常利用比叶片的其余部分更加昂贵的材料制造端部的事实，前述成本降低是非常有利的。

优选地，在前述第二实施例中，所述至少一个叶片的所述端部中的每一个包括基本平行于所述至少一个叶片的纵向轴线的第二部分。

更加优选地，在前述第二实施例中，所述端部的所述第一部分相对于所述至少一个叶片的纵向轴线位于相对的侧上。

优选地，在本发明真空泵的所有的前述实施例中，所述至少一个叶片的所述端部中的每一个的所述部分在叶片的纵向轴线处利用圆弧形成圆角。

有利地，以此方式，能够制造具有更加接近上述理论长度的长度的叶片，因此在很大程度上减小叶片与腔室侧壁之间的游隙的大小：这显著减轻了关于现有技术描述的对叶片端部和腔室侧壁任何损坏。

进一步更加优选地，限定前述圆弧的理想圆周的直径小于所述至少一个叶片的厚度。具体地，限定前述圆弧的理想圆周的直径与叶片厚度之间的比率范围优选在1/5到1/4之间。

有利地，申请人观察到，利用前述数值，能够制造具有相对于之前描述的理论长度变化非常小的长度的叶片。

在其第二方面，本发明涉及一种用于机动车辆发动机的真空泵的叶片，该叶片包括中央本体和基本适于在设置于所述真空泵的定子内的腔室的侧壁上滑动的两个相对端部，其特征在于，所述叶片的所述端部中的至少一个包括相互不同的、具有各自的弯曲半径的至少两个部分。

有利地，一旦将本发明的叶片安装在相应的真空泵中，这便允许在很大程度上减轻叶片端部的磨损，结果能够实现真空泵转子的非常高的旋转速度。

事实上，能够根据一定弯曲比率成形叶片的每一个端部的至少一个部分，该弯曲比率基本等于安装有叶片的真空泵定子的腔室侧壁的一个部分的弯曲比率，从而叶片的这两个部分依次基本与定子的腔室侧壁的相应部分接触：当这发生时，叶片的端部与定子的腔室侧壁之间的接触压力(并且由此引起的磨损)比较小，这是因为以下事实，即，接触表面非常大，比根据之前描述的现有技术在叶片的半圆周形端部与真空泵定子的腔室侧壁之间的“点接触”大得多。

有利地，能够在上述本发明的真空泵中使用这种叶片。

优选地，所述叶片具有在上面关于本发明的真空泵的叶片描述的、单个的或者相组合的全部结构和功能特征并且因此它允许实现在前描述的所有优点。

在第一实施例中，所述端部中的每一个包括相对于所述叶片的纵向轴线对称并且具有基本等于预定半径的、各自的弯曲半径的两个相对部分。

在第二实施例中，所述端部中的每一个包括具有基本等于预定半径的弯曲半径的第一部分和基本平行于所述叶片的纵向轴线的第二部分。

优选地，在前述第二实施例中，所述端部的所述第一部分相对于所述叶片的纵向轴线定位在相对侧上。

更加优选地，在所有的前述实施例中，所述端部中的每一个的所述部分在所述叶片的纵向轴线处利用圆弧形成圆角。

进一步更加优选地，在所述叶片中，限定所述圆弧的理想圆周的直径小于叶片的厚度。具体地，限定所述圆弧的理想圆周的直径与叶片厚度之间的比率范围优选在1/5到1/4之间。

附图说明

参考不带任何限制目的且仅示意的附图从以下对一些优选实施例的详细说明中将使得本发明其他特征和优点更加清楚。在这些附图中：

图1是从不带上盖以示出定子腔室的根据现有技术的单叶片真空泵上方看到的示意性平面视图；

图2是从包括在图1所示真空泵中的叶片的上方看到的并且按照放大比例的示意性平面视图；

图3是从不带上盖以示出定子腔室的根据本发明的单叶片真空泵上方看到的示意性平面视图；

图4是从包括在图3所示真空泵中的叶片的上方看到的并且按照放大比例的示意性平面视图；

图5是从不带上盖以示出定子腔室的根据本发明的单叶片真空泵的其他实施例的上方看到的示意性平面视图；

图6是从包括在图5所示真空泵中的叶片的上方看到的并且按照放大比例的示意性平面视图。

具体实施方式

首先参考图1，示出根据现有技术并且利用附图标记10标识的真空泵、特别是用于机动车辆发动机的单叶片真空泵。

真空泵10包括定子12和限定在定子12内的腔室14。腔室14具有侧壁16，该侧壁16的横向截面具有预定形状。

在腔室14内安装有转子18。转子18能够围绕平行于侧壁16的旋转轴线(图1中这通过点O示出)旋转。

叶片20安装在转子18上，使得该叶片在相对于转子18的旋转轴线(O)成直角的方向上自由滑动。叶片20具有预定长度L和在真空泵10操作期间基本在腔室14的侧壁16上滑动的两个相对端部22a和22b。

如图2中所示，在现有技术中，叶片的相对端部22a和22b在纵向截面中具有半圆周形形状或轮廓，其半径R1基本等于叶片20的厚度S，厚度S是在叶片20的中央本体22c的点处测得的。

在图1所示示例中，叶片20在通过所述转子18的旋转轴线(O)的方向上自由滑动，转子18的外部圆周CE沿着平行于转子18的旋转轴线(O)的切线(图1中通过点T示出)与腔室14的侧壁16相切，并且侧壁16的横向截面包括成形为具有预定半径R2的圆弧的部分。

具体地，示出真空泵10的一种操作结构，其中叶片20定位成使得纵向轴线X相对于由转子18的旋转轴线(O)和由所述切线(T)限定的平面成直角。

在这个位置中，纵向轴线X在点A和B处与侧壁16相交叉：点A与B之间的距离限定叶片20的理论长度LT。

点A和B是具有半径R2的前述圆弧的端点，并且这个圆弧经过切线(T)。进而，具有半径R2的圆弧的中心点O1设置在由转子18的旋转轴线(O)和所述切线(T)限定的平面上。

侧壁16的横向截面的其余部分是当转子18沿着顺时针方向旋转因此沿着具有半径R2的前述圆弧移动点A时由点B产生的点的几何轨迹，点A与B之间的距离保持恒定。

因此，侧壁16的横向截面具有基本椭圆形形状。端部22a和22b在点A1和B1处与叶片20的纵向轴线X交叉，点A1与B1之间的距离是叶片20的实际长度L，如图1中所示，所述长度L小于叶片20的理论长度LT。具体地，在现有技术中，理论长度LT与长度L之间存在非常显著的差异，例如大致0.5-07mm。

图3示出利用附图标记110标识的根据本发明的单叶片真空泵。

从功能观点出发，与上面参考图1描述的现有技术真空泵10的那些相同或等价的所有结构元件将被赋予相同附图标记并且将不再进行任何进一步地描述。

具体地，真空泵110不同于真空泵10之处在于，设置了替代现有技术的叶片20的、利用附图标记120标识的不同叶片。图4更加详细地示出所述叶片120。

叶片120安装在转子18上并且在相对于转子18的旋转轴线(O)成直角的方向上自由滑动，所述叶片120具有预定长度L2、预定厚度S(在叶片120的中央本体122c处测得并且在所示示例中等于叶片20的厚度S)以及在操作中基本在腔室14的侧壁16上滑动的两个相对端部122a和122b。

根据本发明，叶片120的所述端部122a和122b(图3和4中两个所述端部)中的至少一个的纵向截面包括具有弯曲半径R3的至少一个部分124，该弯曲半径R3在叶片120处于例如图3所示的一个基准操作位置中时基本等于腔室14的侧壁16的横向截面的部分126的弯曲半径。

以下说明将更加清楚地解释所述基准操作位置限定在叶片120的端部122a和122b抵靠腔室14的侧壁16的最大应力的结构处，或者换言之限定在叶片120的惯性力和离心力具有最大作用的结构处。

在图3所示的本发明优选实施例中，叶片120在通过转子18的旋转轴线(O)的方向上自由滑动，转子18的外部圆周CE沿着平行于转子18的旋转轴线(O)的一条切线(图3中通过点T示出)与腔室14的侧壁16相切，并且侧壁16的横向截面包括成形为具有预定半径R2的圆弧的部分。

根据本发明，叶片120的端部122a和122b中的每一个的纵向截面包括相对于叶片120的纵向轴线X对称并且具有基本等于前述预定半径R2的、各自的弯曲半径R3的两个相对部分124。

具体地，叶片120的部分124成形为使得在转子18旋转期间，在叶片120的纵向轴线X相对于由转子18的旋转轴线(O)和由所述切线(T)限定的平面成直角时，所述部分124每次基本与腔室14的侧壁16接触：以此方式，叶片120的端部122a和122b沿着腔室14的侧壁16滑动，使得在叶片120经受最大应力的操作区域中具有大的接触表面面积。

在图3所示示例中，叶片120经受最大应力的操作区域恰好是围绕叶片120的纵向轴线X相对于由转子18的旋转轴线(O)和由前述切线(T)限定的平面成直角的位置的那些区域。

具体地，在图3所示示例中，在等于大约30°的角度α1处，叶片120的惯性力的作用和离心力的作用最大，该角度α1是这样一个角度，即，在转子18顺时针旋转期间，叶片120领先叶片120的纵向轴线X相对于由转子18的旋转轴线(O)和由所述切线(T)限定的平面成直角的位置大约30°。叶片120经受最大应力的操作区域大致是在前述角度α1和等于大约15°的角度α2之间的那些区域，该角度α2是这样一个角度，即，在转子18顺时针旋转期间，该叶片120落后该叶片120的纵向轴线X相对于由转子18的旋转轴线(O)和由所述切线(T)限定的平面成直角的位置大约15°。

如图3中所示，由于端部122a和122b定向成朝向叶片的端部会聚的事实，端部122a和122b中的每一个的两个部分124具有基本尖角的形状。

优选地，所述叶片120的所述端部122a和122b中的每一个的纵向截面的所述相对部分124在叶片120的纵向轴线X处、利用圆弧128形成圆角。

具体地，限定所述相对部分124之间的所述圆弧128的理想圆周CI(图4中利用虚线示出)的直径D小于叶片120的厚度S。优选地，在限定所述圆弧128的理想圆周CI的直径D与叶片厚度S之间的比率范围在1/5到1/4之间。

有利地，利用前述数值，本申请人观察到，能够获得具有相对于在前参考图1描述的理论长度LT变化非常小的长度L2的叶片120(应该指出图1中的叶片20的理论长度LT等于图3中的叶片120的理论长度LT，并且图1中的侧壁16的横向截面等于图3中的侧壁16的横向截面)。

具体地，端部122a和122b在点A2和B2处与叶片120的纵向轴线X交叉，点A2与B2之间的距离是叶片120的长度L2，如图3中所示，所述长度L2小于叶片20的理论长度LT。由于本发明，如能够在比较以相同比例绘制的图1和3时观察到那样，理论长度LT与长度L2之间的差异显著小于图1中理论长度LT与长度L之间的差值、例如0.1mm。

前述减小的、理论长度LT与长度L2之间的差异提供了以下的很大的优点，即，特别在叶片120的惯性力基本上平衡叶片120的离心力的叶片120的那些操作位置中，彻底地限制了因叶片120与腔室14的壁16之间的游隙而在腔室14的壁16上引起的前述损坏(通过材料移除形成的起伏形态)。具体地，在图3所示示例中，前述操作位置大体上限定在具有角度α3与角度α4之间限定的角度α5的角度区段中，所述角度α3和α4分别是这样的角度，即，在转子18顺时针旋转期间，叶片120落后叶片120的纵向轴线X相对于由转子18的旋转轴线(O)和由所述切线(T)限定的平面成直角的位置大约25°和大约55°。

图5示出利用附图标记210标识的根据本发明的单叶片真空泵的其他实施例。

在图5中，从功能观点出发，与图3中的真空泵110的那些相同或等价的所有结构元件将被赋予相同附图标记并且将不再进行任何进一步地描述。

具体地，因为设置了替代图4中叶片120的利用附图标记220标识的不同的叶片，所以真空泵210不同于真空泵110。图6更加详细地示出所述叶片220。

叶片220安装在转子18上并且在相对于转子18的旋转轴线(O)成直角的方向上自由滑动，所述叶片220具有预定长度L2、预定厚度S(在叶片120的中央本体222c处测得并且在所示示例中等于叶片120的厚度S)以及在真空泵210的操作期间基本沿着腔室14的侧壁16滑动的两个相对端部222a和222b。

根据本发明的该实施例，叶片220的所述端部222a和222b(图5和6中的两个所述端部)中的至少一个的纵向截面包括具有弯曲半径R3的部分224，弯曲半径R3基本等于腔室14的侧壁16的横向截面的部分126的预定半径R2。

优选地，所述端部222a和222b的两个部分224相对于所述叶片220的纵向轴线X定位在相对侧上，即，所述部分224的两个曲率中心O1和O2相对于所述叶片220的纵向轴线X是对称的。

端部222a和222b中的每一个在相对于各自部分224的纵向轴线X的相对侧上具有基本平行于所述叶片220的纵向轴线X的部分230。

每一个端部222a和222b的部分224和部分230在叶片220的纵向轴线X处利用圆弧228形成圆角，圆弧228优选具有类似于图3和4的圆弧128的尺寸。

显然，本领域技术人员能够对于如上所述用于机动车辆发动机的单叶片真空泵和用于单叶片真空泵的叶片作出多种改变和变型，从而满足特殊的和相关的要求，同时并不偏离限定在以下权利要求中的本发明的范围。

例如，腔室14的横向截面的形状能够不同于附图中示出和在上面描述的形状。具体地，侧壁16在点A、T和B之间的部分能够不同于圆弧；在此情形中，上述半径R3将是限定侧壁16的该部分的弯曲半径。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆发动机的真空泵（110、210），包括：

-定子（12）；

-限定在所述定子（12）内的腔室（14），所述腔室（14）具有侧壁（16），所述侧壁（16）的横向截面具有预定的椭圆形形状；

-转子（18），所述转子（18）安装在所述腔室（14）中，并且能够围绕与所述侧壁（16）平行的旋转轴线（O）旋转；

-至少一个叶片（120、220），所述至少一个叶片（120、220）安装在所述转子（18）上，并且在相对于所述转子（18）的旋转轴线（O）成直角的方向上自由滑动，所述至少一个叶片（120、220）以单件形成并且具有预定的长度（L2）和沿着所述腔室（14）的侧壁（16）滑动的两个相对的端部（122a、122b、222a、222b）；

其中所述至少一个叶片（120，220）的所述端部（122a、122b、222a、222b）中的至少一个端部包括具有弯曲半径（R3）的至少一个部分（124、224），当所述至少一个叶片（120、220）处于至少一个基准操作位置时，所述弯曲半径（R3）等于所述侧壁（16）的相应一部分（126）的弯曲半径，在所述至少一个叶片（120、220）的端部（122a、122b、222a、222b）具有抵靠所述腔室（14）的侧壁（16）的最大应力的结构处限定所述至少一个基准操作位置，所述最大应力的结构被限定在围绕所述叶片（120、220）的纵向轴线相对于由所述转子的旋转轴线（O）和由所述转子（18）的外部圆周（CE）与所述腔室（14）的侧壁（16）的切线形成的平面成直角的位置的所述腔室（14）的区域，所述切线（T）平行于所述转子的旋转轴线（O）。

2.根据权利要求1所述的真空泵（110、210），其中所述至少一个叶片（120、220）在通过所述转子（18）的旋转轴线（O）的方向上自由滑动，并且，所述侧壁（16）包括成形为具有预定半径（R2）的圆弧的部分，所述至少一个叶片（120、220）的所述端部（122a、122b、222a、222b）中的每一个端部包括彼此不同的、具有各自的曲率中心的至少两个部分，所述至少两个部分具有各自的弯曲半径（R3）。

3.根据权利要求2所述的真空泵（110），其中所述至少一个叶片（120）的所述端部（122a、122b）中的每一个端部包括两个部分（124），该两个部分（124）相对于所述至少一个叶片（120）的纵向轴线（X）对称地布置在相对侧上并且具有等于所述预定半径（R2）的各自的弯曲半径（R3）。

4.根据权利要求2所述的真空泵（210），其中所述至少一个叶片（220）的所述端部（222a、222b）中的每一个端部包括第一部分（224），该第一部分（224）具有等于所述预定半径（R2）的弯曲半径（R3）。

5.根据权利要求4所述的真空泵（210），其中所述至少一个叶片（220）的所述端部（222a、222b）中的每一个端部包括平行于所述至少一个叶片（220）的纵向轴线（X）的第二部分（230）。

6.根据权利要求4或5所述的真空泵（210），其中所述端部（222a、222b）的所述第一部分（224）相对于所述至少一个叶片（220）的纵向轴线（X）定位在相对侧上。

7.根据权利要求2所述的真空泵（110、210），其中所述至少一个叶片（120、220）的所述端部（122a、122b、222a、222b）中的每一个端部的所述至少两个部分在所述至少一个叶片（120、220）的纵向轴线（X）处利用圆弧（128）形成圆角。

8.根据权利要求7所述的真空泵（110、210），其中限定所述圆弧（128）的圆周（CI）的直径（D）小于所述至少一个叶片（120、220）的厚度（S）。

9.根据权利要求8所述的真空泵（110、210），其中限定所述圆弧（128）的圆周（CI）的直径（D）与所述至少一个叶片（120、220）的厚度（S）之间的比率在1/5和1/4之间的范围内。

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