DE102008054240A1

DE102008054240A1 - Rotor für eine Pumpe

Info

Publication number: DE102008054240A1
Application number: DE102008054240A
Authority: DE
Inventors: Andreas Moje; Ralf Friedmann; Elmar Heinen
Original assignee: Ixetic Hueckeswagen GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem Rotorgrundkörper, der einen Lagerabschnitt und einen Flügelaufnahmeabschnitt aufweist, der mindestens einen an einer Stirnseite des Rotorgrundkörpers offenen Flügelaufnahmeschlitz umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein separater Lagerkörper, der einen weiteren Lagerabschnitt aufweist, an der Stirnseite des Rotorgrundkörpers, an welcher der Flügelaufnahmeschlitz offen ist, fest mit dem Rotorgrundkörper verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem Rotorgrundkörper, der einen Lagerabschnitt und einen Flügelaufnahmeabschnitt aufweist, der mindestens einen an einer Stirnseite des Rotorgrundkörpers offenen Flügelaufnahmeschlitz umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem vorab beschriebenen Rotor. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Rotors.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor für eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem Rotorgrundkörper, der einen Lagerabschnitt und einen Flügelaufnahmeabschnitt aufweist, der mindestens einen an einer Stirnseite des Rotorgrundkörpers offenen Flügelaufnahmeschlitz umfasst, zu schaffen, der einen weiteren Lagerabschnitt aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einem Rotor für eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem Rotorgrundkörper, der einen Lagerabschnitt und einen Flügelaufnahmeabschnitt aufweist, der mindestens einen an einer Stirnseite des Rotorgrundkörpers offenen Flügelaufnahmeschlitz umfasst, dadurch gelöst, dass ein separater Lagerkörper, der einen weiteren Lagerabschnitt aufweist, insbesondere an der Stirnseite des Rotorgrundkörpers, an welcher der Flügelaufnahmeschlitz offen ist, fest mit dem Rotorgrundkörper verbunden ist. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind der Rotorgrundkörper und der Lagerkörper nicht einstückig miteinander verbunden. Der erfindungsgemäße Rotor ist aus zwei separaten Teilen beziehungsweise Körpern hergestellt. Die beiden Lagerabschnitte haben jeweils im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels. Der Rotorgrundkörper mit dem Flügelaufnahmeschlitz und mit einem Kopplungselement kann werkzeugfallend hergestellt werden. Der Flügelaufnahmeschlitz kann vor dem Verbinden mit dem Lagerkörper auf ein gewünschtes Maß gebracht werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper, der den weiteren Lagerabschnitt aufweist, stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rotorgrundkörper verbunden ist. Der Lagerkörper kann zum Beispiel durch einen Presssitz oder eine Schraubverbindung fest mit dem Rotorgrundkörper verbunden sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper an den Rotorgrundkörper angeschweißt ist. Der Lagerkörper kann zum Beispiel durch Elektronenstrahlschweißen an dem Rotorgrundkörper befestigt sein. Alternativ kann der Lagerkörper auch an den Rotorgrundkörper geklebt oder gelötet sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper durch Laserstrahlschweißen an den Rotorgrundkörper angeschweißt ist. Das Laserstrahlschweißen ermöglicht, insbesondere im Sinterwerkstoff, einen vergleichsweise höheren Kohlenstoffgehalt als andere Schweißverbindungsverfahren.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper die Gestalt eines Rings aufweist. Durch den Ring wird ein unerwünschtes Aufspreizen oder Zusammenfallen des Rotorgrundkörpers in dem Flügelaufnahmeabschnitt verhindert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Außenseite des Rings bildet eine Lagerfläche zum Lager des Rotors in einem Gehäuse einer Pumpe, insbesondere einer Vakuumpumpe.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper an seiner Stirnseite, an welcher der Flügelaufnahmeschlitz offen ist, einen ringartigen Steg aufweist, der durch den Flügelaufnahmeschlitz unterbrochen und der fest mit dem Lagerkörper verbunden ist. Durch den Flügelaufnahmeschlitz ist der ringartige Steg in zwei kreisbogenförmige Stegsegmente unterteilt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper als Sinterteil ausgeführt ist. Dadurch können die Herstellkosten reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper als Stahlteil ausgeführt ist. Vorzugsweise wird für den Lagerkörper ein relativ kohlenstoffarmer Stahlwerkstoff verwendet, der gut schweißbar ist. Der Stahlwerkstoff gleicht zusätzlich zur lokalen Absenkung des Kohlenstoffgehalts eine etwa 10%ige Porosität des Sintermaterials aus.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Rotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper als Sinterteil ausgeführt ist. Das liefert den Vorteil, dass der komplette Rotor aus dem gleichen Material hergestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem vorab beschriebenen Rotor.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Rotors ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass der Lagerkörper stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rotorgrundkörper verbunden wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise die Herstellung eines werkzeugfallenden beziehungsweise fertigfallenden Rotorgrundkörpers beziehungsweise Flügelschlitzes ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper an einen Rotorgrundkörper angeschweißt wird, der als Sinterteil ausgeführt ist. Als besonders vorteilhaft hat sich die Anwendung des Laserschweißens erwiesen. Durch die Verwendung des Schweißens, insbesondere des Laserschweißens, kann eine Geometrie erzeugt werden, die bei einem einstückigen Sinterrotor presstechnisch bei gleichzeitig minimalem Zerspanungsvolumen nicht möglich wäre.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper in dem Flügelaufnahmeabschnitt vor dem Verbinden und/oder während des Verbindens mit dem Lagerkörper radial gezielt mit Druck beaufschlagt wird, um den Flügelaufnahmeschlitz gegen ein Endmaß einzustellen und dieses Endmaß durch den Lagerkörper zu fixieren. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise eine hohe Maßgenauigkeit ermöglicht. Ein zusätzlicher Arbeitsschritt Kalibrieren kann entfallen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Rotorgrundkörpers eines erfindungsgemäßen Rotors;
2 den Rotorgrundkörper aus 1 in der Draufsicht;
3 den Rotorgrundkörper aus 2 mit einem daran befestigten Lagerkörper;
4 eine perspektivische Darstellung des Rotors aus 3 mit Rotorgrundkörper und Lagerkörper;
5 einen Längsschnitt durch den Rotor aus 4;
6 einen weiteren Längsschnitt durch den Rotor aus 4;
7 eine Seitenansicht des Rotors aus 6 von rechts und
8 eine Seitenansicht des Rotors aus 6 von links.
Der erfindungsgemäße Rotor ist Teil einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, die dazu dient, zum Beispiel in einem Unterdruckraum eines Bremskraftverstärkers, ein Vakuum zu erzeugen. Der Rotor wird zum Beispiel über eine Antriebswelle angetrieben und führt einen Flügel, der innerhalb eines Hubrings drehbar angeordnet ist. Wenn sich der Rotor um seine Drehachse dreht, dann kommt es in einem Saugraum zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums, insbesondere von Luft beziehungsweise einem Luft-Öl-Gemisch, in den Saugraum bewirkt. Gleichzeitig kommt es in einem Druckraum zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem Druckraum bewirkt.
In den 1 und 2 ist ein Rotorgrundkörper 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. An einem Ende weist der Rotorgrundkörper 1 ein Kopplungselement 2 auf, das zum Beispiel als Zweiflach ausgeführt ist und zur antriebsmäßigen Kopplung des Rotorgrundkörpers 1 mit der (nicht dargestellten) Antriebswelle dient.
Auf das Kopplungselement 2 folgt ein Lagerabschnitt 4, der außen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels aufweist. Der Lagerabschnitt 4 ist einstückig mit einem Flügelaufnahmeabschnitt 5 verbunden, der ebenfalls im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist, der in Längsrichtung durch einen Flügelaufnahmeschlitz 6 unterbrochen ist. Der Flügelaufnahmeschlitz 6 wird an einer Stirnseite durch den Lagerabschnitt 4 begrenzt, der einen geringeren Außendurchmesser als der Flügelaufnahmeabschnitt 5 aufweist.
An seiner entgegengesetzten Stirnseite ist der Flügelaufnahmeschlitz 6 offen. An der offenen Seite des Flügelaufnahmeschlitzes 6 ist an der Stirnseite des Rotorgrundkörpers 1 ein Steg 8 angebracht, der einstückig mit dem Rotorgrundkörper 1 verbunden ist. Der Steg 8 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Rings mit einem rechteckigen Querschnitt. Der Ring ist durch den Flügelaufnahmeschlitz 6 unterbrochen, so dass der Steg 8 in zwei im Wesentlichen kreisbogenförmige Stegsegmente unterteilt ist.
In 3 sieht man, dass an dem Steg 8, der einstückig mit dem Rotorgrundkörper 1 verbunden ist, ein Lagerkörper 10 befestigt ist, der im Wesentlichen die Gestalt eines Rings mit einem rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Steg 8 hat den gleichen Außendurchmesser wie der Lagerkörper 10. Die Befestigung des Lagerkörpers 10 an dem Steg 8 erfolgt durch eine Laserschweißnaht 14.
Der Lagerkörper 10 weist radial außen einen weiteren Lagerabschnitt 12 auf, der im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. Der weitere Lagerabschnitt 12 ermöglicht zusammen mit dem Lagerabschnitt 4 eine besonders stabile Lagerung eines Rotors 20. Der Flügelaufnahmeabschnitt 5 erstreckt sich zwischen den beiden Lagerabschnitten 4 und 12. Der Steg 8 ist zwischen dem Flügelaufnahmeabschnitt 5 und dem Lagerkörper 10 angeordnet. Vorzugsweise ist der Steg einstückig mit dem Rotorgrundkörper 1 verbunden. Alternativ kann der Steg 8 aber auch einstückig mit dem Lagerkörper 10 verbunden sein. Dann würde die Schweißnaht zur Befestigung des Lagerkörpers 10 an dem Rotorgrundkörper 1 zum Flügelaufnahmeabschnitt 5 hin versetzt.
Zur Herstellung der Schweißverbindung kann eine herkömmliche CO₂-Laserschweißanlage unter Einsatz von Schutzgas verwendet werden. Der Sinterrohling für den Rotorgrundkörper 1 kann mit einer herkömmlichen Mehrachsen-Pulverpresse und gängigem Sinterpulver hergestellt werden. Zur Herstellung des anzuschweißenden Lagerkörpers 10 wird vorzugsweise ein Rohr aus kohlenstoffarmem Stahl verwendet. Die Herstellung des Rotorgrundkörpers 1 aus Sintermetall liefert den Vorteil, dass das Zerspanvolumen, das bei einer spanenden Fertigung anfallen würde, und somit die Herstellkosten reduziert werden können. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Flügelaufnahmeschlitz 6 in dem Rotorgrundkörper werkzeugfallend beziehungsweise fertigfallend realisiert.
Die Schweißnaht 14 ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung an einer gering belasteten Position des Rotorgrundkörpers 1 vorgesehen. Bei der Kombination des Sintermetall-Rotorgrundkörpers 1 mit dem als Stahlring ausgeführten Lagerkörper 10 besteht der Zielkonflikt einer guten Härtbarkeit im Bereich der Kupplungsaufnahme gegen einen möglichst geringen Kohlenstoffgehalt im Bereich der Schweißnaht 14. Dieses Problem wird über den Einsatz eines kohlenstoffarmen Stahlrings 10 gelöst. Das Laserschweißen ermöglicht außerdem einen vergleichsweise höheren Kohlenstoffgehalt als andere Schweißverbindungsverfahren. Der Stahlring 10 gleicht zusätzlich zur lokalen Absenkung des Kohlenstoffgehalts eine etwa 10%ige Porosität des Sintermaterials des Rotorgrundkörpers 1 aus.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Herstellung eines werkzeugfallenden beziehungsweise fertigfallenden Flügelschlitzes 5 und erzeugt durch die Verwendung des Laserschweißens eine Geometrie, die bei einem einstückigen Sinterrotor presstechnisch bei gleichzeitig minimalem Zerspanungsvolumen nicht möglich wäre. Die erfindungsgemäße Position der Schweißnaht 14 ist entscheidend für die Grat- und Versatzfreiheit sowie die Genauigkeit des Flügelaufnahmeschlitzes 6, der auch als Flügelschlitz bezeichnet wird.
Über die elastische Verformbarkeit des Rotorgrundkörpers 1 ist es möglich, den Flügelaufnahmeschlitz 6 während des Laserschweißens über eine radiale Druckbeaufschlagung gegen ein Endmaß einzustellen und dieses Endmaß durch den Lagerkörper 10, der als Stahlring ausgeführt ist, zu fixieren. Hierdurch kann ein ansonsten erforderlicher Arbeitsschritt Kalibrieren während des Herstellprozesses eingespart werden.
Die Erfindung ermöglicht die Darstellung von komplexen Geometrien, die mit herkömmlichen Verfahren nur mit einem erheblichen Mehraufwand hergestellt werden können. Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine kostengünstige Realisierung von besonders hochbauenden Vakuumpumpen, die einer zweiten Lagerstelle bedürfen und birgt Potential für Tandempumpen. Die Erfindung kombiniert in weiten Teilen die geometrische Gestaltungsfreiheit eines Stahlteils mit den Kostenvorteilen eines Sinterteils.
In den 3 bis 7 ist ein erfindungsgemäßer Rotor 20, der aus zwei durch Schweißen miteinander verbundenen Körpern 1, 10 hergestellt ist, in verschiedenen Ansichten und Schnitten dargestellt. In den Schnittansichten der 5 und 6 sieht man, dass der Rotorgrundkörper 1 in dem Lagerabschnitt 4 einen zentralen Ölzuführkanal 22 aufweist, der sich in Richtung einer Längs- beziehungsweise Rotationsachse 21 des Rotorgrundkörpers 1 beziehungsweise Rotors 20 erstreckt. Der zentrale Ölzuführkanal 22 steht über einen Verbindungskanal 23 mit einem Querkanal 24 in Verbindung, der radial außen in eine an dem Lagerabschnitt 4 ausgebildete Lagerfläche mündet. Der Rotor 20 hat insgesamt eine rotationssymmetrische Gestalt und umfasst in dem Flügelaufnahmeaufschnitt 5 eine zentrale Ausnehmung 26, die zu dem Lagerabschnitt 4 hin geschlossen und zu dem Lagerkörper 10 offen ist.

Die Ausnehmung 26 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, der koaxial zu der Längsachse 21 des Rotors 20 angeordnet ist. Der Durchmesser der Ausnehmung 26 ist etwas kleiner als der Innendurchmessers des Lagerkörpers 10, der als Ring mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt ist. Der Außendurchmesser des Lagerkörpers 10 ist kleiner als der Außendurchmesser des Flügelaufnahmeabschnitts 5. Der Außendurchmesser des Stegs 8 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Lagerkörpers 10. Der Innendurchmesser des Stegs 8 entspricht dem Durchmesser der Ausnehmung 26. Diese Gestaltung der Abmessungen hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen. Bezugszeichenliste

1	Rotorgrundkörper
2	Kopplungselement
4	Lagerabschnitt
5	Flügelaufnahmeabschnitt
6	Flügelaufnahmeschlitz
8	Steg
10	Lagerkörper
12	Lagerabschnitt
14	Schweißnaht
20	Rotor
21	Rotationsachse
22	Ölzuführkanal
23	Verbindungskanal
24	Querkanal
26	Ausnehmung

Claims

Rotor für eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem Rotorgrundkörper (1), der einen Lagerabschnitt (4) und einen Flügelaufnahmeabschnitt (5) aufweist, der mindestens einen an einer Stirnseite des Rotorgrundkörpers offenen Flügelaufnahmeschlitz (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Lagerkörper (10), der einen weiteren Lagerabschnitt (12) aufweist, an der Stirnseite des Rotorgrundkörpers (1), an welcher der Flügelaufnahmeschlitz (6) offen ist, fest mit dem Rotorgrundkörper (1) verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10), der den weiteren Lagerabschnitt (12) aufweist, stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rotorgrundkörper (1) verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) an den Rotorgrundkörper (1) angeschweißt ist.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) durch Laserstrahlschweißen an den Rotorgrundkörper (1) angeschweißt ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) die Gestalt eines Rings aufweist.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (1) an seiner Stirnseite, an welcher der Flügelaufnahmeschlitz (6) offen ist, einen ringartigen Steg (8) aufweist, der durch den Flügelaufnahmeschlitz (6) unterbrochen und der fest mit dem Lagerkörper (10) verbunden ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (1) als Sinterteil ausgeführt ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) als Stahlteil ausgeführt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) als Sinterteil ausgeführt ist.
Pumpe, insbesondere Vakuumpumpe, mit einem Rotor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Rotorgrundkörper (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (10) an einen Rotorgrundkörper (1) angeschweißt wird, der als Sinterteil ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (1) in dem Flügelaufnahmeabschnitt (5) vor dem Verbinden und/oder während des Verbindens mit dem Lagerkörper (10) gezielt radial mit Druck beaufschlagt wird, um den Flügelaufnahmeschlitz (6) gegen ein Endmaß einzustellen und dieses Endmaß durch den Lagerkörper (10) zu fixieren.