DE102004064029A1

DE102004064029A1 - Einflügelvakuumpumpe

Info

Publication number: DE102004064029A1
Application number: DE102004064029A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl.-Ing. Ott; Willi Dipl.-Ing. Schneider; Martin Thoma; Torsten Helle
Original assignee: Joma Hydromechanic GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2024-07-10
Also published as: KR20070034091A; EP1766237A1; WO2006005381A1; CN100465448C; DE102004034921B3; CA2575778C; CN101002023A; DE102004064029B4; KR101234491B1; DE502005002932D1; DE102004034921B9; EP1766237B1; CA2575778A1

Abstract

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 den Flügel aufnehmenden Arbeitsraum mit einer Innenumfangsfläche, an welcher die beiden einander gegenüberliegenden Dichtkanten des Flügels anliegen, wobei der Flügel den Arbeitsraum in einen Saugraum und einen Druckraum unterteilt, wobei das der Innenumfangsfläche zugewandte Ende des Flügels auf der dem Druckraum zugewandten Seite einen abgeflachten Abschnitt aufweist.

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 den Flügel aufnehmenden Arbeitsraum mit einer Innenumfangsfläche, an welcher die beiden einander gegenüberliegenden Dichtkanten des Flügels anliegen, wobei der Flügel den Arbeitsraum in einen Saugraum und einen Druckraum unterteilt.

Vakuumpumpen mit einem derartigen Aufbau sind bekannt. Sie dienen in der Regel dazu, für einen Unterdruckverbraucher, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, einen Unterdruck bereit zu stellen, indem der Rotor in Drehung versetzt wird und über den Saugraum Luft aus einer Unterdruckleitung abgesaugt wird. Der Arbeitsraum dieser Flügelzellenpumpe ist so gestaltet, dass der Flügel mit seinen beiden einander gegenüberliegenden Enden an der Innenumfangsfläche entlang gleitet. Der Flügel trennt dabei den Saugraum, der mit dem Sauganschluss verbunden ist, vom Druckraum, der mit dem Druckanschluss verbunden ist. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, muss der Flügel permanent an der Innenumfangsfläche anliegen, da der Saugraum ansonsten belüftet wird.

Eine bekannte Lösung schlägt dabei vor, den Flügel zweiteilig aufzubauen und zwischen die beiden Flügelteile eine Feder einzusetzen, die die beiden Flügelteile nach außen in Richtung der Umfangsfläche drängt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Dichtkanten des Flügels permanent an der Innenumfangsfläche anliegen. Als nachteilig wird aber angesehen, dass dieser Flügel aufgrund des Anpressdrucks einem erheblichen Verschleiß unterliegt, wodurch nicht nur der Wirkungsgrad sinkt, sondern auch Wartungsintervalle verkürzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einflügelvakuumpumpe bereit zu stellen, die einen besseren Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einer Einflügelvakuumpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das der Innenumfangsfläche zugewandte Ende des Flügels auf der dem Druckraum zugewandten Seite einen abgeflachten Abschnitt aufweist.

Üblicherweise sind die Enden des Flügels zylinderförmig abgerundet und liegen über eine Berührungs- oder Mantellinie des Zylinders an der Innenumfangsfläche des Arbeitsraumes an. Bei der Einflügelvakuumpumpe gemäß der Erfindung ist das Ende des Flügels auf der Druckseite teilweise abgeflacht, wodurch die auf den Flügel einwirkenden Druckkräfte in ihrer Richtung verändert werden. Durch den abgeflachten Abschnitt wird der Radialanteil der Druckkraft erhöht und der Tangentialanteil, der der Fliehkraft des Flügels entgegenwirkt, verringert. Die Fliehkraft des Flügels, die den Flügel an die Umfangsfläche des Arbeitsraumes anpresst, wird also durch einen kleineren Anteil der ihr entgegenwirkenden Druckkraft aus dem Druckraum verringert. Der Flügel wird also stärker an die Umfangsfläche angepresst.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der abgeflachte Abschnitt eben ausgebildet. Derart ausgebildete Flügelenden sind relativ einfach herstellbar, da dieser abgeflachte Abschnitt zum Beispiel durch einen Fräsvorgang angebracht bzw. hergestellt werden kann.

Mit Vorzug weist der Abschnitt einen von 0° abweichenden Winkel zur Längsfläche des Flügels auf. Außerdem liegt der Flügel außermittig an der Innenumfangsfläche an. Die Berührungslinie besitzt also einen Abstand zur Mittelebene des Flügels, wodurch der Vorteil erzielt wird, dass der abgeflachte Abschnitt größer gestaltet werden kann. Hierdurch kann die Tangentialkomponente der Druckkraft weiter verringert werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die den Abschnitt begrenzenden bzw. an den Abschnitt angrenzenden Flächen teilzylindrisch sind. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Berührungslinie relativ leicht an der Oberfläche der Flügelspitze entlang wandern kann. Da der Anstellwinkel des Flügels während einer kompletten Umdrehung des Rotors sich permanent ändert, wandert auch die Berührungslinie der Flügelspitze geringfügig, wobei die zylinderförmige Ausgestaltung der Flügelspitze eine gleichmäßige Abnutzung gewährleistet.

Einen harmonischen Verlauf und somit eine einfache Herstellung der Flügelspitze wird dadurch erreicht, dass die Flächen an der Flügelspitze stetig in den abgeflachten Abschnitt übergehen. Dabei können die Flächen und der Abschnitt an den Übergangsstellen gleiche Tangenten aufweisen. Die Bearbeitungswerkzeuge können die Flügelspitze in einem Arbeitsgang herstellen bzw. kann bei einer spritzgegossenen Flügelspitze die Spritzgussform einfach und preiswert hergestellt werden.

Mit Vorzug weist der Flügel einen Flügelkörper und zwei endständige Aufsätze auf. An diesen Aufsätzen ist der abgeflachte Abschnitt angeformt und diese Aufsätze liegen an der Innenumfangsfläche des Arbeitsraumes an. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass abgenutzte Flügel durch Austausch der Aufsätze gewartet werden können, wobei die Aufsätze bevorzugt aus Kunststoff bestehen können, wohingegen der Flügelkörper zum Beispiel aus Metall besteht. Dabei ist der Flügelkörper ein Druckguss- oder Spritzgusselement und die Aufsätze sind spritzgegossen.

Zur Befestigung der Aufsätze weist der Flügelkörper an seinen die Aufsätze aufnehmenden Enden jeweils einen Schlitz auf, der orthogonal zur Längsbreitseite des Flügelkörpers verläuft. Der Aufsatz weist einen von zwei parallelen Schenkeln gebildeten U- oder C-förmigen Querschnitt auf. Somit können die Aufsätze verschiebesicher auf die Enden des Flügelkörpers aufgesteckt werden und sind lediglich noch in Richtung der Flügellängsachse beweglich. Hierdurch können sie sich aufgrund ihrer Fliehkraft an die Innenumfangsfläche des Arbeitsraums anlegen und den Saugraum gegenüber den Druckraum abdichten.

Bei einem Ausführungsbeispiel flankieren die Schenkel einen Steg, wobei die Schenkel selbst an ihrem freien Ende halbkreisförmig ausgebildet sind und in eine entsprechende halbkreisförmige Aufnehmung an den Enden des Flügelkörpers eingreifen. Sowohl der Steg als auch Aufnahmen für die Schenkel verhindern, dass die Aufsätze undefinierte Bewegungen während des Betriebs der Pumpe vollziehen. Insbesondere wird ein Flattern oder Rattern verhindert, außerdem werden Geräuschentwicklungen unterbunden. Mit Vorzug sind die Aufsätze unter geringer Vorspannung auf die Enden des Flügelkörpers aufgeschoben.

Ein weiteres Merkmal wird darin gesehen, dass der Aufsatz um 180° gedreht auf den Flügelkörper aufsteckbar ist. Dies bedeutet, dass die Enden des Flügelkörpers sowie die Aufnahmen so gestaltet sind, dass sie ein Drehen der Aufsätze zulassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden 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:
1 eine Explosionsdarstellung der Vakuumpumpe;
2 eine perspektivische Darstellung der Einflügelvakuumpumpe mit eingesetztem Rotor und Flügel;
3 eine perspektivische Darstellung eines Flügelkörpers;
4 eine perspektivische Darstellung eines Aufsatzes; und
5 eine Draufsicht auf ein Ende des Flügels, die Druckkräfteverteilung zeigend.
In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 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.
Wie aus der 2 ersichtlich, unterteilt der Flügel 20 den vom Innenraum 18 gebildeten Arbeitsraum 22 in einen Saugraum 24 und einen Druckraum 26. Dabei liegt der Flügel 20 mit seinen beiden Enden 28 an einer den Arbeitsraum 22 umgebenden Innenumfangsfläche 30 an.
Der Flügel 20 wird, wie aus 1 ersichtlich, von einem Flügelkörper 32 und zwei Aufsätzen 34 gebildet. Die 3 zeigt den Flügelkörper 32, wobei die 4 einen der Aufsätze 34 wiedergibt. Der Flügelkörper 32 besteht beim Ausführungsbeispiel aus Metall und ist ein Druckgussteil, wobei er aber auch spritzgegossen sein kann. Aus tribologischen Gründen besteht der Aufsatz 34 aus Kunststoff und ist spritzgegossen, Zur Gewichtsreduzierung und Verringerung von Trägheitsmomenten ist der Flügelkörper 32 mit Hohlräumen 36 versehen, die entweder durchgehend oder als sacklochartig ausgeführt sind. An seinen beiden Enden 38 weist der Flügelkörper 32 jeweils einen Schlitz 40 auf, der sich zum einen in Richtung der Längsachse 42 des Flügels 20, zum anderen orthogonal zur Breitseitenfläche 44 erstreckt.
Außerdem sind die beiden Breitseitenflächen 44 im Bereich der Enden 38 mit im Wesentlichen halbkreisförmigen Ausnehmungen 46 versehen, in welche Schenkel 48 (siehe 4) des Aufsatzes 34 eingesteckt werden können. Die beiden Schenkel 48 flankieren einen Steg 50, der sich ebenfalls in Richtung der Längsachse 42 des Flügels 20 erstreckt und die Form des Schlitzes 40 besitzt. Sowohl der Schlitz 40 mit Steg 50 als auch die Ausnehmung 46 verhindern, dass der Aufsatz 34 in Richtung der Achse 52 verlagert werden kann. Die das Ende 38 umgreifenden Schenkel 48 verhindern, dass der Aufsatz 34 in Richtung der Achse 54 ausweicht. Dies bedeutet, dass der Aufsatz 34 lediglich in Richtung der Längsachse 42 verschieblich am Flügelkörper 32 befestigt ist.
In der 5 ist eine Draufsicht auf den Flügelkörper 32 mit aufgesetztem Aufsatz 34 dargestellt. Dabei berührt der Aufsatz 34 die Innenumfangsfläche 30, sodass sich der Saugraum 34 unterhalb und der Druckraum 26 oberhalb des Flügels 20 befinden. Der Flügel 20 dreht sich in Richtung des Pfeils 56.
Würde der Flügel 20 ein abgerundetes Ende 28 aufweisen, dann würde zum Beispiel eine Druckkraft 58, die vom Druck im Druckraum 26 erzeugt wird, auf das Ende 28 einwirken. Diese Druckkraft 58 besitzt eine Tangentialkomponente 60 und eine Radialkomponente 62. Die Tangentialkomponente 60 wirkt entgegen der Fliehkraft des Flügels 20, die mit dem Pfeil 64 angedeutet ist.
Wie aus den 4 und 5 ersichtlich, besitzt der Aufsatz 34 einen abgeflachten Abschnitt 66, auf welchen die Kraft F_D einwirkt. Diese Kraft F_D kann in eine Tangentialkomponente F_DT und eine Radialkomponente F_DR zerlegt werden.
Es ist deutlich erkennbar, dass die Tangentialkomponenten F_DT der Kraft F_D kleiner ist, als die Tangentialkomponente 60 der Kraft 58. Daher wirkt der Fliehkraft eine geringere Kraft entgegen. Der Flügel 20 wird somit stärker an die Innenumfangsfläche 30 angepresst.
Aus 5 ist außerdem erkennbar, dass die Berührungslinie 68 einen Abstand A zur Mittelebene 70 des Flügels 20 aufweist.
Außerdem befindet sich die Berührungslinie 38 auf einem teilzylinderförmigen Abschnitt 72 des Aufsatzes 34.
Der teilzylinderförmige Abschnitt 72 geht stetig mit gleicher Tangente in den ebenen Abschnitt 66 über. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass sich auf der Druckseite des Flügels 20 befindendes Schmieröl gleichmäßig über den Abschnitt 66 und dann gleichmäßig über den Abschnitt 72 verteilt, so dass die Berührungslinie 68 über ihre gesamte Länge benetzt wird.

Claims

Einflügelvakuumpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse (12), einem exzentrisch im Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (18), einem im Rotor (18) orthogonal zur Drehachse (21) verschieblich gelagerten Flügel (20) und einem den Flügel (20) aufnehmenden Arbeitsraum (22) mit einer Innenumfangsfläche (30), an welcher die beiden einander gegenüberliegenden Dichtkanten (68) des Flügels (20) anliegen, wobei der Flügel (20) den Arbeitsraum (22) in einen Saugraum (24) und einen Druckraum (26) unterteilt, dadurch gekennzeichnet dass das der Innenumfangsfläche (30) zugewandte Ende (28) des Flügels (20) auf der dem Druckraum (26) zugewandten Seite einen abgeflachten Abschnitt (66) aufweist.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Abschnitt (66) eben ist.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (66) einen von 0° abweichenden Winkel zur Längsfläche des Flügels (20) aufweist.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (20) außermittig an der Innenumfangsfläche (30) anliegt.
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungslinie (68) des Flügels (20) einen Abstand (A) zur Mittelebene (70) des Flügels (20) aufweist.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abschnitt (66) begrenzenden Flächen teilzylindrisch sind.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen stetig in den Abschnitt (66) übergehen.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen und der Abschnitt (66) an den Übergangsstellen gleiche Tangenten aufweisen.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (20) einen Flügelkörper (32) und zwei endständige Aufsätze (34) aufweist.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügelkörper (32) an seinen die Aufsätze (34) aufnehmenden Enden (38) jeweils einen Schlitz (40) aufweist, der orthogonal zur Längsbreitseite (44) des Flügelkörpers (32) verläuft.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (34) einen von zwei parallelen Schenkeln (48) gebildeten U-förmigen Querschnitt aufweist.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (48) einen Steg (50) flankieren.
Einflügelvakuumpumpe nach Anspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei montiertem Flügel (20) der Steg (50) in einen Schlitz (40) eingreift.
Einflügelvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (34) um 180° gedreht auf den Flügelkörper (32) aufsteckbar ist.