DE102009037277B4 - Adjustable vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Regelbare Vakuumpumpe mit
a) einem drehbar gelagerten Rotor (1), mit wenigstens einem Flügel (2), der im Rotor (1) beweglich gelagert ist,
gekennzeichnet durch
b) einen Stator (4), der den Rotor (1) umgibt und der an seiner dem Rotor (1) zugewandten umlaufenden Wirkfläche (4a) von den Enden des Flügels (2) dichtend kontaktiert wird,
c) eine Stelleinrichtung, zum Verstellen des Stators (4) und
d) ein Pumpengehäuse (6) mit einem Gehäusekörper (6a) und einem Deckel (6b), das den Rotor (1), den Stator (4) und die Stelleinrichtung (5) umschließt, wobei
e) der Stator (4) mittels der Stelleinrichtung (5) relativ zum Rotor 1 verstellbar ist,
f) der Stator (4) topfförmig ausgebildet ist und eine erste und eine zweite Stirnseite aufweist, wobei die zweite Stirnseite eine dem Deckel (6b) näherliegende offene Stirnseite des Stators (4) ist und
g) die erste Stirnseite und der Stator (4) einteilig gebildet sind.Adjustable vacuum pump with
a) a rotatably mounted rotor (1), with at least one vane (2), which is movably mounted in the rotor (1),
marked by
b) a stator (4), which surrounds the rotor (1) and which is contacted at its the rotor (1) facing circumferential active surface (4a) of the ends of the wing (2) sealingly,
c) an adjusting device for adjusting the stator (4) and
d) a pump housing (6) having a housing body (6a) and a lid (6b) which surrounds the rotor (1), the stator (4) and the adjusting device (5), wherein
e) the stator (4) is adjustable relative to the rotor 1 by means of the adjusting device (5),
f) the stator (4) is pot-shaped and has a first and a second end face, wherein the second end face is closer to the lid (6b) open end face of the stator (4) and
g) the first end face and the stator (4) are integrally formed.
Description
Die Erfindung betrifft eine regelbare Vakuumpumpe, insbesondere eine regelbare Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks.The invention relates to a controllable vacuum pump, in particular a controllable vane pump for generating a negative pressure.
Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge werden seit langem mit pneumatischen Bremskraftverstärkern ausgerüstet. Früher wurden die für die Bremskraftverstärker erforderlichen Unterdrücke bei PKW-Ottomotoren noch durch die hinter den Drosselklappen des Ansaugsystems wirkenden Saugrohrunterdrücke aufgebracht, wobei diese Saugrohrunterdrücke bei Dieselmotoren und auch bei Ottomotoren neuerer Bauart mit Benzin-Direkteinspritzung wegen abweichender Lastregelkonzepte dazu nicht mehr ausreichen. Bei diesen Motorkonzepten kommen daher separate, vom Verbrennungsmotor angetriebene Vakuumpumpen zum Einsatz. Die üblicherweise in Drehschieberbauart ausgebildeten Pumpen werden mechanisch in der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle von der Nockenwelle des Motors angetrieben und sind in der Regel an der Stirnseite des Zylinderkopfs angeflanscht. Dabei ist das Fördervolumen pro Umdrehung, der so genannte spezifische Volumenstrom konstant oder kann in der Praxis zumindest in guter Nährung als konstant betrachtet werden. Die Konstanz pro Umdrehung und dementsprechend die Proportionalität zur Pumpendrehzahl ist beispielsweise in Anwendungen störend, in denen der aus einem Aggregat, beispielsweise einem Bremskraftverstärker abzuführende Volumenstrom nicht konstant ist. Wenn im Bremskraftverstärker etwa schon ein genügend hoher Unterdruck vorherrscht, so hat das weitere Abführen von ”Restgas” aus dem Bremskraftverstärker Verlustleistungen zur Folge, welche es zur energieeffizienteren Nutzung von Verbrennungsmotoren zu vermeiden gilt. Aus dem Stand der Technik sind hierzu regelbare Vakuumpumpen bekannt, welche sich allerdings zur Regelung des Volumenstroms einer hohen Zahl an Bauteilen bedienen und daher entsprechend fehleranfällig und teuer sind. Auch sind Defekte bei solchen Vakuumpumpen nicht gänzlich auszuschließen, da diese auf aufwändige Weise über einen relativ langen Lebenszeitraum abgedichtet werden müssen.Passenger cars and light commercial vehicles have long been equipped with pneumatic brake boosters. Previously, the necessary for the brake booster vacuum levels in passenger car gasoline engines were still applied by acting behind the throttle of the intake manifold Saugunterunterdrücke, these Saugrohrunterdrücke in diesel engines and gasoline engines of newer design with gasoline direct injection because of deviating load control concepts are no longer sufficient. These engine concepts therefore use separate vacuum pumps driven by the combustion engine. The pumps, which are usually designed in rotary vane type, are mechanically driven by the camshaft of the engine in the majority of applications and are usually flange-mounted on the front side of the cylinder head. In this case, the delivery volume per revolution, the so-called specific volume flow constant or can be considered in practice, at least in good nutrition as constant. The constancy per revolution and, accordingly, the proportionality to the pump speed is troublesome, for example, in applications in which the volume flow to be discharged from an aggregate, for example a brake booster, is not constant. If a sufficiently high negative pressure already prevails in the brake booster, then the further removal of "residual gas" from the brake booster results in power losses, which must be avoided for the more energy-efficient use of internal combustion engines. For this purpose, regulatable vacuum pumps are known from the prior art which, however, use a large number of components to control the volume flow and are therefore correspondingly error-prone and expensive. Also, defects in such vacuum pumps can not be completely ruled out, as they must be sealed in a complex manner over a relatively long life span.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach und günstig herzustellende und dennoch über einen langen Zeitraum zuverlässige Vakuumpumpe bereitzustellen, mit welcher sich der aus einem Aggregat abzuführende Volumenstrom je nach Bedarf variieren lässt.It is the object of the present invention to provide a vacuum pump which is simple and inexpensive to produce and nevertheless reliable over a long period of time, with which the volume flow to be discharged from an aggregate can be varied as required.
Diese Aufgabe wird durch eine regelbare Vakuumpumpe gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren dabei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.This object is achieved by a controllable vacuum pump according to
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe umfasst einen drehbar gelagerten Rotor mit wenigstens einem Flügel, der in dem Rotor, bzw. in einer den Rotor durchgreifenden Öffnung, einem Rotorschlitz, linear beweglich gelagert ist. Der eine Flügel ist bevorzugt einstückig gebildet, es ist aber auch möglich, dass der Flügel aus zwei Teilflügeln besteht, die in dem Rotorschlitz zumindest sich teilweise überlagernd gelagert sind. Bevorzugt sind die an der Innenwand des Stators laufenden Flügelenden als Gleitschuhe ausgebildet. Diese Gleitschuhe können Teil des Flügels sein, bevorzugt handelt es sich um Zusatzelemente, die mit dem Flügelende verbunden oder in dieses eingesetzt sind. Besonders bevorzugt sind die Gleitschuhe federnd in den Flügelenden gelagert, so dass sie über einen definierten Weg linear aus dem Flügelende ausfahren bzw. in das Flügelende einfahren können. Dadurch können größere Fertigungstoleranzen des Statorgehäuses und/oder des Flügels akzeptiert werden und die Flügelenden liegen auch im Falle, dass die Laufbahn der Flügelenden keinen Kreis beschreiben, sondern zum Beispiel dem Kurvenverlauf einer pascalschen Schnecke folgt, immer an der entsprechend geformten Innenwand des Rotors an.The vacuum pump according to the invention comprises a rotatably mounted rotor with at least one vane, which is mounted linearly movably in the rotor, or in an opening which passes through the rotor, a rotor slot. The one wing is preferably formed in one piece, but it is also possible that the wing consists of two sub-wings, which are at least partially superimposed in the rotor slot. Preferably, the wing ends running on the inner wall of the stator are designed as sliding shoes. These shoes may be part of the wing, preferably are additional elements that are connected to the wing end or inserted into this. Particularly preferably, the sliding shoes are resiliently mounted in the wing tips, so that they can extend linearly from the wing tip or retract into the wing end via a defined path. As a result, larger manufacturing tolerances of the stator housing and / or the wing can be accepted and the wing tips are also in the event that the career of the wing tips do not describe a circle, but follow, for example, the curve of a pascal screw, always on the correspondingly shaped inner wall of the rotor.
Bevorzugt weist die Vakuumpumpe einen drehbar gelagerten Rotor auf, der zumindest zwei Flügel in radialer Richtung verschieblich lagert und einen mit dem Rotor einen den Rotor umgebenden Ringraum bildenden Stator, der an seiner dem Rotor zugewandten umlaufenden Wirkfläche von den Flügeln dichtend kontaktiert wird. Der Rotor wird also von der Rotationsachse ausgehend in radialer Richtung gänzlich vom Stator umgeben, so dass zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Stators ein Ringraum gebildet wird. Dabei ist zu beachten, dass dieser Ringraum verschiedene Formen annehmen kann, je nachdem in welcher Position der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist. Vorzugsweise ist sowohl die Außenfläche des Rotors als auch die Innenfläche des Stators im Querschnitt kreisrund ausgebildet, es sind allerdings beliebige, beispielsweise eine im Querschnitt ovale Innenfläche des Stators bzw. Außenfläche des Rotors vorstellbar. Sofern ein Rotor mit kreisrunder Außenfläche konzentrisch innerhalb eines Stators mit kreisrunder Innenfläche angeordnet ist, wird ein über seinen Umfang konstant dicker Ringraum gebildet, allerdings kann – wie später noch gezeigt werden wird – der Rotor an beliebiger Stelle innerhalb des Stators angeordnet sein und im Extremfall auch mit seiner Außenfläche an der Innenfläche des Stators anliegen. Der in diesem Falle sichelförmige und den Rotor am Kontaktpunkt nicht umgebende Raum soll hier allerdings ebenfalls als Ringraum bezeichnet werden. Die den Ringraum in Teilbereiche unterteilenden Flügel sind dabei im Rotor verschieblich gelagert, und zwar so, dass diese stets mit ihrer von der Rotationsachse des Rotors aus gesehen nach außen liegenden Spitze bzw. Kante über im Wesentlichen ihre gesamte Breite an der Innenfläche des Stators anliegen, wenn sie sich mit dem Rotor im Stator mitdrehen. Sofern sich die Dicke des Ringraumes zwischen Rotoraußenfläche und Statorinnenfläche ändert, werden die entsprechenden Flügel aus dem Rotor heraus oder in diesen hinein verfahren, um sich stets an die aktuelle Dicke des Ringraums anzupassen. Die Flügel können dazu mittels Federelementen an die Statorinnenfläche gedrückt werden oder über eine Koppelung so miteinander gekoppelt werden, dass sie stets an der Statorinnenfläche anliegen.The vacuum pump preferably has a rotatably mounted rotor, which displaceably supports at least two vanes in the radial direction and a stator forming an annular space surrounding the rotor, which is contacted sealingly by the vanes on its rotating active surface facing the rotor. The rotor is thus completely surrounded by the rotation axis in the radial direction of the stator, so that between the outside of the rotor and the inside of the stator an annular space is formed. It should be noted that this annulus can take various forms, depending on the position in which the rotor is disposed within the stator. Preferably, both the outer surface of the rotor and the inner surface of the stator are circular in cross-section, however, any, for example, an oval in cross-section inner surface of the stator or outer surface of the rotor are conceivable. If a rotor with a circular outer surface is arranged concentrically within a stator with a circular inner surface, an annular space which is constantly thick over its circumference is formed; however, as will be shown later, the rotor can be arranged anywhere within the stator and in extreme cases also with its outer surface against the inner surface of the stator. The crescent-shaped space in this case and the rotor which does not surround the contact point should, however, also be referred to herein as an annular space. The wings subdividing the annular space into subregions are displaceably mounted in the rotor, in such a way that they are always in contact with the inner surface of the stator over substantially their entire width with their tip or edge projecting from the axis of rotation of the rotor. when they rotate with the rotor in the stator. If the thickness of the annular space between the rotor outer surface and stator inner surface changes, the corresponding blades are moved out of or out of the rotor in order to always adapt to the current thickness of the annular space. The wings can be pressed by means of spring elements to the Statorinnenfläche or coupled via a coupling so that they always rest against the Statorinnenfläche.
Mit dem Ringraum in fluidischem Kontakt stehen zumindest ein Zuführ- und zumindest ein Abführkanal zum Zu- bzw. Abführen des zu fördernden Mediums, vorzugsweise Luft in den Ringraum hinein bzw. aus dem Ringraum heraus. Diese Zu- und Abführkanäle können dabei an beliebigen Stellen im Stator oder im Gehäuse der Vakuumpumpe angeordnet sein, wobei sie sich in einem Querschnitt der Vakuumpumpe gesehen, also in einem senkrecht auf die Rotationsachse des Rotors liegenden Ebene auf im Wesentlichen gegenüberliegenden Seiten des Rotors erstrecken. Wenn die Dicke des Ringraums in Drehrichtung des Rotors im Bereich der Zuführung zunimmt und im Bereich der Abführung abnimmt, saugt die Pumpe das in der Zuführung befindliche Medium an und fördert es auf der anderen Seite des Rotors in die Abführung, so dass ein Volumenstrom des Mediums durch die Vakuumpumpe erzeugt wird. Je höher die Zunahme der Ringraumdicke im Bereich der Zuführung und je höher die Abnahme der Ringraumdicke im Bereich der Abführung ist, desto höher ist der Volumenstrom. Stellt man sich eine im Querschnitt kreisrunde Außenfläche des Rotors und eine Querschnitt kreisrunde Innenfläche des Stators vor, so ist der Volumenstrom am höchsten, wenn der Rotor im Bereich zwischen Zu- und Abführung an der Statorinnenfläche anliegt, wobei andersherum betrachtet bei konzentrischer Anordnung des Rotors und des Stators kein Volumenstrom gefördert wird.At least one supply and at least one discharge channel for supplying or discharging the medium to be conveyed, preferably air into the annular space or out of the annular space, are in fluidic contact with the annular space. These supply and discharge channels can be arranged at any point in the stator or in the housing of the vacuum pump, wherein they are seen in a cross section of the vacuum pump, that extend in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor on substantially opposite sides of the rotor. When the thickness of the annulus increases in the direction of rotation of the rotor in the region of the feed and decreases in the region of the discharge, the pump sucks the medium in the feed and conveys it to the other side of the rotor in the discharge, so that a volume flow of the medium is generated by the vacuum pump. The higher the increase in the annulus thickness in the region of the feed and the higher the decrease in the annulus thickness in the area of the discharge, the higher the volume flow. If one imagines a cross-sectionally circular outer surface of the rotor and a cross-section circular inner surface of the stator, the volume flow is highest, when the rotor in the area between supply and discharge abuts the Statorinnenfläche, the other way round with concentric arrangement of the rotor and of the stator no volume flow is promoted.
Eine an den Bedarf angepasste Variation des Volumenstroms kann bei einem ortsfest gelagerten Rotor also durch Bewegen des Stators quer zur Rotationsachse des Rotors bewerkstelligt werden. Dies kann zum Beispiel eine Stelleinrichtung bewirken, welche zusammen mit dem Rotor und dem Stator von einem Pumpengehäuse umschlossen wird. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe umfasst einen Gehäusekörper und einen Deckel, welche zusammen einen Innenraum des Pumpengehäuses umschließen.A variation of the volumetric flow adapted to the requirement can thus be achieved in a stationarily mounted rotor by moving the stator transversely to the axis of rotation of the rotor. This can, for example, cause an adjusting device, which is enclosed by a pump housing together with the rotor and the stator. The housing of the vacuum pump according to the invention comprises a housing body and a lid, which together enclose an inner space of the pump housing.
Bevorzugt verschwenkt die Stelleinrichtung den Stator relativ zum Pumpengehäuse. Somit ändert sich die Position des Stators relativ zum Pumpengehäuse und zum im Pumpengehäuse ortsfest angeordneten Rotor, so dass der den Rotor umgebende Ringraum von einem ersten Zustand, bei dem der Rotor umgebende Ringraum überall die gleiche Dicke aufweist in einen zweiten Zustand gebracht werden kann, bei dem der Rotor mit seiner Außenfläche im Wesentlichen an der Innenfläche des Stators anliegt. Eine Alternative zum Verschwenken ist das lineare Verschieben des Stators senkrecht zur Rotationsachse des Rotors mittels einer Verschiebeinrichtung. Da mittels der Stelleinrichtung bzw. der Verschiebeeinrichtung alle zwischen den beiden Endpositionen des Stators liegenden Lagen des Stators einstellbar sind, kann der zu fördernde Volumenstrom beliebig variiert und an dem momentanen Bedarf angepasst werden. Im Umkehrschluss kann dadurch auch ein konstanter zu fördernder Volumenstrom bei unterschiedlichen Drehzahlen des Rotors der Vakuumpumpe aufrechterhalten werden.Preferably, the adjusting device pivots the stator relative to the pump housing. Thus, the position of the stator relative to the pump housing and to the pump housing fixedly arranged rotor changes, so that the annular space surrounding the rotor from a first state in which the annular space surrounding the rotor has the same thickness everywhere in a second state, at the rotor abuts with its outer surface substantially on the inner surface of the stator. An alternative to pivoting is the linear displacement of the stator perpendicular to the axis of rotation of the rotor by means of a displacement device. Since by means of the adjusting device or the displacement device all lying between the two end positions of the stator layers of the stator are adjustable, the volume flow to be delivered can be varied as desired and adapted to the current needs. Conversely, a constant volume flow to be delivered at different speeds of the rotor of the vacuum pump can be maintained thereby.
Der Gehäusekörper der Vakuumpumpe kontaktiert in einer bevorzugten Ausführungsform den Deckel in einer den Innenraum des Pumpengehäuses zur Umgebung des Pumpengehäuses abdichtenden Weise. Der Gehäusekörper kann dabei den Deckel direkt kontaktieren, es können aber auch separate Dichtelemente zwischen dem Gehäusekörper und dem Deckel vorgesehen sein. Auf diese Weise wird erfolgreich das Eindringen von Schmutz bzw. das Nachaußendringen des innerhalb des Pumpengehäuses befindlichen Mediums verhindert.The housing body of the vacuum pump contacted in a preferred embodiment of the Cover in a sealing the interior of the pump housing to the environment of the pump housing manner. The housing body can contact the lid directly, but it can also be provided separate sealing elements between the housing body and the lid. In this way, the penetration of dirt or the Nachaußendringen of the medium located within the pump housing is successfully prevented.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umschließt der Stator den Ringraum in einer nach außen abdichtenden Weise, so dass der Ringraum einen zur Umgebung des Pumpengehäuses abgedichteten, insbesondere auch zum übrigen Innenraum des Pumpengehäuses abgedichteten Förderraum bildet.In a further preferred embodiment, the stator encloses the annular space in an outwardly sealing manner, so that the annular space forms a pump chamber sealed to the environment of the pump housing, in particular sealed to the rest of the interior of the pump housing delivery chamber.
Ferner kann der Deckel eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende Wirkfläche aufweisen, welche der Stator dichtend kontaktiert. Auch kann der Gehäusekörper selbst eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende Wirkfläche aufweisen, die vom Stator dichtend kontaktiert wird.Furthermore, the cover may have an effective area extending orthogonally to the axis of rotation of the rotor, which sealing surface makes contact with the stator. Also, the housing body itself may have an orthogonal to the axis of rotation of the rotor extending effective surface, which is contacted sealingly by the stator.
Der Deckel des Pumpengehäuses kann eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende Wirkfläche aufweisen, welche vom Stator dichtend kontaktiert wird. Mit anderen Worten kontaktiert der Stator über seinen gesamten stirnseitlichen Umfang die Wirkfläche des Deckels in einer Weise, dass die Kontaktstelle vom zu fördernden Medium, nämlich der Luft nicht passiert werden kann. Diese dichtende Kontaktierung des Stators mit der Wirkfläche des Deckels wird auch aufrechterhalten, sofern der Stator – wie später noch erläutert werden wird – relativ zur Wirkfläche des Deckels bewegt wird.The cover of the pump housing may have an active surface which extends orthogonally to the axis of rotation of the rotor and which is sealingly contacted by the stator. In other words, the stator contacts the active surface of the cover over its entire frontal circumference in such a way that the contact point can not be passed by the medium to be conveyed, namely the air. This sealing contact of the stator with the effective surface of the lid is also maintained, provided that the stator is moved relative to the active surface of the lid, as will be explained later.
Es ist vorstellbar, dass der Stator die Wirkfläche des Deckels in einer den Ringraum nach außen abdichtender Weise direkt kontaktiert. Dies wird insbesondere durch geeignete Toleranzwahl also entsprechend hohe Oberflächengüte und Maßhaltigkeit der sich kontaktierenden Flächen des Stators und des Deckels bewerkstelligt.It is conceivable that the stator directly contacts the active surface of the lid in a manner sealing the annular space outwards. This is accomplished in particular by suitable choice of tolerance, ie correspondingly high surface quality and dimensional accuracy of the contacting surfaces of the stator and the lid.
Sofern hier von direkter Kontaktierung gesprochen wird, so ist damit gemeint, dass sich die betreffenden Bauteile in direktem Kontakt miteinander befinden.If this is referred to as direct contact, it is meant that the components in question are in direct contact with each other.
Alternativ oder ergänzend dazu können separate Dichtelemente vorgesehen werden, welche zwischen den jeweiligen Bauteilen angeordnet sind. So kann die Anforderung an Oberflächengüte und Maßhaltigkeit an den Kontaktstellen zugunsten der Fertigungskosten reduziert werden und trotzdem eine gute Abdichtung zwischen den einzelnen Bauteilen erzielt werden.Alternatively or additionally, separate sealing elements can be provided, which are arranged between the respective components. Thus, the requirement for surface quality and dimensional accuracy at the contact points can be reduced in favor of the manufacturing costs and still a good seal between the individual components can be achieved.
Falls der Stator eine oder beide der oben angesprochenen, orthogonal zur Rotationsachse des Rotors angeordnete Wirkflächen des Deckels und des Gehäusekörpers kontaktiert, so gleitet er beim Verschwenken mit seinen Stirnseiten direkt oder mittels der Dichtelemente an den Wirkfläche des Gehäusekörpers bzw. des Deckels ab, da er in einer sich parallel zu den Wirkflächen erstreckende Ebene verschwenkt wird und die Wirkflächen parallel zueinander angeordnet sind.If the stator contacts one or both of the above-mentioned, orthogonal to the axis of rotation of the rotor arranged effective surfaces of the lid and the housing body, it slides during pivoting with its end faces directly or by means of the sealing elements on the active surface of the housing body and the lid, since he is pivoted in a parallel to the active surfaces extending plane and the active surfaces are arranged parallel to each other.
Sofern der Stator sowohl die Wirkfläche des Gehäusekörpers als auch die Wirkfläche des Deckels kontaktiert, wird der Ringraum bzw. der Förderraum durch den Rotor, den Stator und die Wirkfläche des Gehäusekörpers und des Deckels begrenzt.If the stator contacts both the active surface of the housing body and the active surface of the cover, the annular space or the delivery chamber is limited by the rotor, the stator and the active surface of the housing body and the lid.
In einer weiteren Ausführungsform können die im Rotor gelagerten Flügel die Wirkflächen des Gehäusekörpers und des Deckels direkt oder mittels separater Dichtelemente dichten kontaktieren. Die Flügel zerteilen den Förderraum bzw. den Ringraum um den Rotor dabei in einzelne Teilräume, deren Volumen bei einer ganzen Umdrehung des Rotors im Wesentlichen während der ersten halben Umdrehung im Bereich der Luftzuführung zunimmt und im Wesentlichen während der darauf folgenden halben Umdrehung im Bereich der Abführung wieder abnimmt.In a further embodiment, the wings mounted in the rotor can contact the active surfaces of the housing body and the lid directly or by means of separate sealing elements. The wings divide the delivery chamber or the annular space around the rotor thereby into individual subspaces whose volume increases during a complete revolution of the rotor substantially during the first half revolution in the air supply and substantially during the subsequent half revolution in the region of the discharge decreases again.
Sofern die Flügel die Wirkfläche des Gehäusekörpers und des Deckels kontaktieren, können sie dieselbe am Deckel und am Gehäusekörper ausgebildeten Wirkflächen kontaktieren, die auch der Stator kontaktiert. Auf diese Weise muss nur jeweils eine Wirkfläche auf dem Gehäusekörper und auf dem Deckel ausgebildet werden, was den Fertigungsaufwand der Vakuumpumpe erheblich reduziert.If the wings contact the active surface of the housing body and the cover, they can contact the same on the cover and the housing body formed active surfaces, which also contacts the stator. In this way, only one effective area on the housing body and on the lid must be formed, which significantly reduces the manufacturing cost of the vacuum pump.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Stator an einer ersten Stirnseite, insbesondere der vom Deckel entfernter liegenden Stirnseite eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende und den Flügeln zugewandte Wirkfläche auf. Ferner kann der Stator an einer zweiten Stirnseite, insbesondere der dem Deckel näher liegenden Stirnseite einen Statordeckel mit einer sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckenden und den Flügeln zugewandten Wirkfläche aufweisen. Der Stator hat also im Wesentlichen die Form eines Topfes, der den Rotor und die Flügel aufnimmt. Diese eine Stirnseite des Stators ist mit dem übrigen, nämlich dem den Ringraum radial umgreifenden Stator einteilig ausgebildet, wobei die umlaufende Wirkfläche des Stators und die den Flügeln zugewandte, scheibenförmige Wirkfläche senkrecht aufeinander stehen. Die dieser Stirnseite gegenüberliegende offene Stirnseite des Stators kann mit einem Statordeckel verschlossen werden, so dass der topfartige Stator zusammen mit dem Statordeckel einen den Rotor und die Flügel aufnehmenden Hohlraum bildet. In diesem Falle kontaktieren die Flügel die Wirkflächen des Stators und des Statordeckels direkt oder mittels separater Dichtelemente.In the embodiment according to the invention, the stator has at a first end face, in particular the front side remote from the cover, an effective area extending orthogonally to the axis of rotation of the rotor and facing the wings. Furthermore, the stator may have on a second end face, in particular the front side closer to the cover, a stator cover with an effective area extending orthogonally to the axis of rotation of the rotor and facing the wings. The stator thus has essentially the shape of a pot which receives the rotor and the wings. This one end face of the stator is integrally formed with the rest, namely the stator radially surrounding the annular space, wherein the circumferential effective surface of the stator and the wings, facing the disc-shaped effective surface are perpendicular to each other. The opposite end face of this open front side of the stator can be closed with a stator cover, so that the pot-like stator together with the stator cover forms a cavity receiving the rotor and the wings. In this case, the wings contact the active surfaces of the stator and the stator cover directly or by means of separate sealing elements.
Der Stator und der Statordeckel kapseln auf diese Weise den Förderraum bzw. Ringraum vom übrigen Innenraum des Pumpengehäuses ab, so dass eine dichtende Kontaktierung des Stators mit dem Gehäusekörper und dem Deckel bzw. deren Wirkfläche nicht nötig ist. Daher sind auch keine Wirkflächen am Gehäusekörper oder Deckel nötig, diese sind nämlich bereits am Stator und am Statordeckel ausgebildet und erlauben ein dichtendes Kontaktieren mit den Flügeln.The stator and the stator cover encapsulate in this way the delivery chamber or annular space from the remaining interior of the pump housing, so that a sealing contact of the stator with the housing body and the lid or the effective area is not necessary. Therefore, no active surfaces on the housing body or lid are necessary, because these are already formed on the stator and the stator cover and allow a sealing contact with the wings.
Die Rotationsachse des Rotors kann relativ zum Pumpengehäuse ortsfest sein, wobei der Rotor insbesondere mittels einer Welle im Pumpengehäuse gelagert ist. Der Rotor kann also lediglich um seine Rotationsachse rotiert werden und ändert somit seine Position relativ zum Pumpengehäuse nicht. Auf diese Weise wird der zwischen Rotor und Stator eingeschlossene Ringraum durch Verschwenken oder Verschieben des Stators im Pumpengehäuse und somit auch relativ zum Rotor verändert. Die Lagerung des Rotors bzw. der den Rotor aufnehmenden Welle kann sowohl eine Gleitlagerung als auch eine Wälzkörperlagerung sein und Dichtelemente aufweisen, welche den Innenraum des Pumpengehäuses von der Umgebung des Pumpengehäuses fluiddicht abgrenzen.The axis of rotation of the rotor may be stationary relative to the pump housing, wherein the rotor is mounted in particular by means of a shaft in the pump housing. The rotor can thus be rotated only about its axis of rotation and thus does not change its position relative to the pump housing. In this way, the enclosed between rotor and stator annulus is changed by pivoting or moving the stator in the pump housing and thus also relative to the rotor. The bearing of the rotor or the rotor receiving the shaft may be both a plain bearing and a Wälzkörperlagerung and have sealing elements which define the interior of the pump housing from the environment of the pump housing fluid-tight.
Der Stator ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform im Pumpengehäuse drehgeführt. Der Stator kann in bevorzugter Weise um eine parallel zur Rotationsachse verlaufende Schwenkachse geschwenkt werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Stator relativ zum Pumpengehäuse mittels einer Schienenführung verschwenkt wird, welche sich beispielsweise auf einer gekrümmten Bahn quer zur Rotationsachse des Rotors erstreckt. Weiterhin kann der Stator zur Verstellung der Vakuumpumpe relativ zum Rotor linear verschoben werden.The stator is rotatably guided in a further preferred embodiment in the pump housing. The stator can be pivoted in a preferred manner about a pivot axis extending parallel to the axis of rotation. However, it is also conceivable that the stator is pivoted relative to the pump housing by means of a rail guide, which extends for example on a curved path transverse to the axis of rotation of the rotor. Furthermore, the stator for adjusting the vacuum pump can be moved linearly relative to the rotor.
Ferner kann die Stelleinrichtung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ein Halteelement, insbesondere eine Feder umfassen, welche den Stator in einer Grundstellung hält. Dazu ist jegliche Art von Feder vorstellbar, wie etwa Schraubenfedern, Blattfedern oder Torsionsfedern, bevorzugterweise umfasst die Vakuumpumpe jedoch eine Spiralfeder. Die zum Halten des Stators in einer Grundstellung benötigte Kraft kann dabei eine Druck- oder Zugkraft der Feder sein. Falls der Stator um eine Schwenkachse geschwenkt wird, ist diese Feder auf der der Schwenkachse des Stators gegenüber liegenden Seite vom Stator angeordnet. Durch den so erreichten großen Abstand zwischen dem Angriffspunkt der Federkraft am Stator und der Schwenkachse des Stators kann selbst mit einer relativ schwachen Feder ein genügend großes Haltemoment aufgebracht werden, um den Stator in seiner Grundstellung zu halten.Furthermore, the adjusting device of the vacuum pump according to the invention may comprise a holding element, in particular a spring, which holds the stator in a basic position. For this purpose, any type of spring is conceivable, such as coil springs, leaf springs or torsion springs, but preferably the vacuum pump comprises a spiral spring. The force required to hold the stator in a basic position can be a compressive or tensile force of the spring. If the stator is pivoted about a pivot axis, this spring is arranged on the side opposite to the pivot axis of the stator from the stator. By thus achieved a large distance between the point of application of the spring force on the stator and the pivot axis of the stator, a sufficiently large holding torque can be applied even with a relatively weak spring to hold the stator in its normal position.
Es ist vorstellbar, dass der Stator an seiner Außenseite eine Ausbauchung mit zylinder- oder kugelförmiger Außenfläche aufweist, welche in eine korrespondierende Ausnehmung an der Pumpengehäuseinnenseite eingreift. Auch ist eine umgekehrte Anordnung von Ausbauchungen und Ausnehmung vorstellbar. Durch direktes Abgleiten der Oberflächen von Ausbauchung und Ausnehmung kann eine aufwändige physische Drehachse zum Verschwenken des Stators im Pumpengehäuse vermieden werden.It is conceivable that the stator has on its outer side a bulge with a cylindrical or spherical outer surface which engages in a corresponding recess on the pump housing inner side. Also, a reverse arrangement of bulges and recess is conceivable. By direct sliding of the surfaces of the bulge and recess a complex physical axis of rotation for pivoting the stator can be avoided in the pump housing.
Zum Bewegen des Stators entgegen der Haltekraft des Halteelements aus der Grundstellung heraus kann die Stelleinrichtung ferner eine Membrane, ein weiteres Stellelement, wie etwa einen Stellkolben oder einen Sensor-Aktor-Verbund aufweisen. Somit kann der Stator direkt über die Membrane, indirekt über das weitere Stellelement bzw. den Stellkolben oder elektronisch über den Sensor-Aktor-Verbund aktiviert werden.To move the stator against the holding force of the holding element from the basic position, the adjusting device may further comprise a diaphragm, a further adjusting element, such as an actuating piston or a sensor-actuator composite. Thus, the stator can be activated directly via the diaphragm, indirectly via the further control element or the control piston or electronically via the sensor-actuator composite.
Im Falle der Linearverschiebung kann der Stator im Gehäuse linear geführt sein und durch die Federkraft in der ersten Endposition, in der die Exzentrizität zwischen dem Rotor und dem Stator maximal ist, gehalten werden und gegen die Federkraft in die zweiten Endposition, in der die Rotor- und Statorachse beispielsweise zusammenfallen, bewegt werden.In the case of linear displacement, the stator may be linearly guided in the housing and held by the spring force in the first end position, in which the eccentricity between the rotor and the stator is maximum, and against the spring force in the second end position, in which the rotor and stator axis coincide, for example, be moved.
Es sei zu beachten, dass zum Variieren der Förderleistung bzw. des Fördervolumens die erfindungsgemäße Vakuumpumpe durch die Stelleinrichtung lediglich angesteuert wird. Sofern hier von Regelung gesprochen wird, sei damit stets die Ansteuerung der Vakuumpumpe gemeint. Aus der Steuerung kann durch im Stand der Technik bekannte Maßnahmen eine Regelung zur Regelung der Förderleistung bzw. des Fördervolumens mittels der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe in Abhängigkeit entsprechender Parameter gebildet werden.It should be noted that for varying the delivery rate or the delivery volume, the vacuum pump according to the invention is merely controlled by the adjusting device. As far as regulation is concerned, this always means the activation of the vacuum pump. By means of measures known in the state of the art, a control system for regulating the delivery rate or the delivery volume by means of the vacuum pump according to the invention can be formed from the controller as a function of corresponding parameters.
Die vorliegende Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Sie kann alle hierin genannten Merkmale einzeln sowie in jedweder sinnvollen Kombination umfassen.The present invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings. It may include all of the features herein individually, as well as in any meaningful combination.
Im Einzelnen zeigen die folgenden Figuren:In detail, the following figures show:
In der
Die
In der
Sobald der Stator
In der
Nachdem die Flügel
In den
Die
Die
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