DE102015216104B3

DE102015216104B3 - Vakuumpumpe in Leichtbauweise

Info

Publication number: DE102015216104B3
Application number: DE102015216104.8A
Authority: DE
Inventors: Marcel Walder; Oleksandr Kozin; Remigius Szczepanek; Jörg Wallenfels; Rolf Gerschwinat; Kornelia Frowein
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2035-08-25
Also published as: US9863420B2; CN106481557B; CN106481557A; CA2909097A1; CA2909097C; US20170058897A1

Abstract

Es wir eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse aus Leichtmetall vorgeschlagen, in dem ein Rotor aus Leichtmetall drehbar gelagert ist, der mindestens einen Flügel antreibt, wobei der Rotor aus Leichtmetall besteht und entlang seiner Drehachse mindestens drei unterschiedliche Durchmesser aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe in Leichtbauweise mit Aluminiumkomponenten.
Stand der Technik
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 01/48381 A2 ist eine Vakuumpumpe mit einem eintreibbaren Rotor bekannt, über den mindestens ein Flügel in einem Gehäuse in Rotation versetzbar ist. Der Rotor und/oder der Flügel bestehen/besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Rotor wird durch spanende und spanlose Formung, vorzugsweise durch Druckgießen oder Fließpressen, hergestellt. Zumindest ein Teil des Gehäuses der Vakuumpumpe ist ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Rotor und/oder der Flügel sind eloxiert. Beim Eloxieren wird eine oxidische Schutzschicht auf dem Aluminium beziehungsweise der Aluminiumlegierung ausgebildet. Die oxidische Schutzschicht dient zum Schutz gegen Abrieb. Das Aufbringen einer Beschichtung, zum Beispiel durch Eloxieren, ist relativ aufwendig und teuer.
Aus der DE 10 2013 105 911 A1 ist bekannt, dass die Reibpaarung von zwei Reibpartnern aus einem unbeschichteten Aluminiummaterial in einer Vakuumpumpe besonders vorteilhaft ist. Zum einen kann ein unerwünschter Verschleiß im Betrieb der Vakuumpumpe durch das unbeschichtete Aluminiummaterial gering gehalten werden. Darüber hinaus können mit den beiden Reibpartnern aus dem unbeschichteten Aluminiummaterial relativ kleine Spalte zwischen den Reibflächen dargestellt werden. Nachteil der Lösung nach DE 10 2013 105 911 A1 ist das extrem teure Material eines Reibpartners.
Aus der EP1193396 A2 ist eine Vakuumpumpe mit einem Rotor aus Aluminium in einem Gehäuse aus Aluminium bekannt. Der Rotor sitzt auf einer Welle, die aus Stahl hergestellt ist. Die Kombination aus Stahlwelle und Aluminiumrotor wird im Gehäuse montiert. Die Welle erstreckt sich durch den Rotor und lagert den Rotor beidseitig am Gehäuse.
US6416851 B1 beschreibt eine gesinterte Lagerbuchse in einem Kompressor.
DE 10 2009 040 510 A1 zeigt einen Rotor aus Sintermaterial, der eine Struktur aus mehreren Stufen aufweist. Eine der Stufen dient dabei als Radiallager.
JP2004251226 A beschreibt die Auskleidung einer Lagerstelle mit einem Kunststoff.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe herzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und/oder eine lange Lebensdauer aufweist und Vorteile bei Lagerung und Schmierung bringt.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vakuumpumpe mit einem Gehäuse aus Leichtmetall, in dem ein Rotor aus Leichtmetall drehbar gelagert ist, der mindestens einen Flügel antreibt, wobei der Rotor aus Leichtmetall besteht und entlang seiner Drehachse mindestens drei unterschiedliche Durchmesser aufweist.
Durch das Einbringen eines Leichtmetallrotors, beispielsweise eines Aluminium-Rotors in die Vakuumpumpe ist das Gesamtgewicht stark reduziert.
Dadurch entsteht ein Rotor mit einer Abstufung, die einen Lagerbereich von einem Dichtbereich trennt. Durch die Trennung der Lagerflächen von den Dichtflächen sind eine effektive Abdichtung sowie eine bessere Druckverteilung der Ölschmierung möglich. Die zusätzliche Stufe im Rotor sorgt dafür, dass durch die Abdichtung erheblich weniger Luft in den Pumpeninnenraum gelangt.
Es ist dabei von Vorteil, dass die Abstufung eine axiale Lagerfläche, eine radiale und eine axiale Dichtfläche besitzt.
Durch die Abstufung erhöht sich die Festigkeit des Rotors.
Die gezielte Auswahl der Materialen und deren Wärmeausdehnungskoeffizienten führt zu einer Verbesserung der Lagersituation bei hohen wie auch niedrigen Temperaturen.
Das Gehäuse enthält eine Sinterbuchse als Lager für den Rotor. Dies hat den Vorteil, dass durch die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Lagerung des Rotors entsteht, die bei hohen Temperaturen besser wird. Das Lagerspiel verringert sich bei Temperaturanstieg und kompensiert so den Viskositätsverlust des Öls, welches sich im Lagerspalt befindet. Bei niedrigen Temperaturen vergrößerst sich der Ringspalt im Lager und kann helfen bei einem Kaltstart die internen Drücke, die kurzfristig entstehen, zu reduzieren.
Die Sinterbuchse weist ein zylindrisches axiales Sinterlager und mindestens einen Kragen als radiales Sinterlager auf. Die Buchse im Alugehäuse kann die axialen und radialen Lagerkräfte aufnehmen, damit es nicht zu einem Verkippen des Rotors kommt.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform des Rotors,
2 zeigt einen Schnitt entlang einer Querachse des Rotors,
3 zeigt die Lagerung des Rotors in Gehäuse.
In 3 ist eine Vakuumpumpe 1 stark vereinfacht und nur ausschnittsweise dargestellt. Die Vakuumpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 5 mit einem Lagerbereich 6. Die Vakuumpumpe 1 ist als Flügelzellenpumpe ausgeführt und dient beispielsweise dazu, in einem Unterdruckraum eines Bremskraftverstärkers ein Vakuum zu erzeugen. In dem Gehäuse 5 der Vakuumpumpe 1 ist zu diesem Zweck ein Rotor 10 um eine Drehachse 12 drehbar angeordnet.
Die Drehachse 12 des Rotors 10 fällt mit einer Längsachse des Rotors 10 zusammen. Der Rotor 10 wird zum Beispiel durch eine Antriebswelle angetrieben und führt einen Flügel, der in einem Flügelaufnahmeschlitz 18 im Rotor 10 angeordnet ist. Wenn sich der Rotor 10 um seine Drehachse 12 dreht, dann kommt es in einem Saugraum der Vakuumpumpe zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums in den Saugraum bewirkt. Gleichzeitig kommt es in einem Druckraum der Vakuumpumpe zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem Druckraum bewirkt.
Der Rotor 10 umfasst einen Rotorgrundkörper 13 mit einem radialen Lagerabschnitt 14. Der radiale Lagerabschnitt 14 mit dem Durchmesser D1 dient dazu, den Rotor 10 drehbar in dem Gehäuse der Vakuumpumpe 1 zu lagern, wobei diese Lagerstelle die einzige radiale Lagerstelle des Rotors in der Pumpe darstellt. Der Rotor weist zudem eine Abstufung 2 auf, die im Durchmesser D2 des Zylinders zwischen dem Durchmesser D1 des Lagerabschnitts 14 und dem Durchmesser D3 des Rotorgrundkörpers 13 liegt. Die Abstufung 2 bildet auf ihrer nach außen gewandten Seite eine axiale Lagerfläche 3 aus. Zusätzlich wird durch die Abstufung eine radiale Dichtfläche 4 sowie eine axiale Dichtfläche 7 geschaffen.
Durch die Trennung von axialer und radialer Lagerfläche von den axialen und radialen Dichtflächen sind beide Aufgaben, die Aufgabe der Abdichtung als auch die Aufgabe der optimalen Lagerung, besser gelöst.
Ein Flügelaufnahmeabschnitt 15 ist einstückig mit dem Lagerabschnitt 14 verbunden. Der Flügelaufnahmeabschnitt 15 hat, ebenso wie der Lagerabschnitt 14, die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, der einen größeren Außendurchmesser als der Lagerabschnitt 14 aufweist.
Der Flügelaufnahmeabschnitt 15 umfasst einen Flügelaufnahmeschlitz 18, der einseitig geöffnet ist und zur Aufnahme beziehungsweise Führung des Flügels der Flügelzellenpumpe dient. An dem freien Ende des Lagerabschnitts 14 ist an dem Rotor 10 ein Kopplungselement 20 ausgebildet. Das Kopplungselement 20 dient dazu, den Rotor 10 antriebsmäßig mit einer Antriebswelle zu verbinden. Der erfindungsgemäße Rotor 10 besteht aus Leichtmetall, im Allgemeinen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ist damit leicht aber stabil genug, um nicht über ein weiteres Lager gestützt werden zu müssen. Der Rotor weist einen Verstärkungsbund, die Abstufung 2 am Übergang vom Lagerabschnitt zum Rotorgrundkörper auf.
Der Rotor wird in das Gehäuse, wie in 3 dargestellt, eingesetzt. Das Gehäuse 5 weist im Lagerabschnitt 6 eine Sinterbuchse 8 auf. Die Sinterbuchse erstreckt sich entlang einer Länge l, die der Länge des radialen Lagerabschnitts des Rotors entspricht. Die Sinterbuchse weist in Richtung Pumpenarbeitsraum einen Kragen 9 auf. Die Sinterbuchse ist aus einem eisenhaltigen Material hergestellt, was eine optimale Kombination mit einem Aluminiumrotor darstellt. Dabei besitzt das Material der Sinterbuchse einen vom Leichtmetallgehäuse unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Sinterbuchse 8 wird bei der Herstellung des Leichtmetallgehäuses, mit umgossen.
Die Sinterbuchse weist einen zylindrischen Bereich als radiales Sinterlager 11 auf, sowie im Bereich des Kragens 9 ein axiales Sinterlager 16. An den beiden Sinterlagern liegen die radialen Lagerbereiche 14 und die axiale Lagerfläche 3 an.
Die Sinterbuchse kann als Tiefziehteil oder Drehteil ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumpumpe
2: Abstufung
3: axiale Lagerfläche
4: radiale Dichtfläche
5: Gehäuse
6: Lagerabschnitt
7: axiale Dichtfläche
8: Sinterbuchse
9: Kragen
10: Rotor
11: radiales Sinterlager
12: Drehachse
13: Rotorgrundkörper
14: radialer Lagerabschnitt
15: Flügelaufnahmeabschnitt
16: axiales Sinterlager
18: Flügelaufnahmeschlitz
20: Kopplungselement

Claims

Vakuumpumpe mit einem Gehäuse aus Leichtmetall, in dem ein Rotor aus Leichtmetall drehbar gelagert ist, der mindestens einen Flügel antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus Leichtmetall besteht und entlang seiner Drehachse mindestens drei unterschiedliche Durchmesser aufweist, wobei der Rotor eine Abstufung besitzt, die einen Lagerbereich von einem Dichtbereich trennt und die Abstufung eine axiale Lagerfläche, eine radiale und einen axiale Dichtfläche besitzt.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen Verstärkungsbund aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Sinterbuchse als Lager für den Rotor enthält.
Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbuchse ein zylindrisches radiales Sinterlager und einen Kragen als axiales Sinterlager aufweist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterbuchse ein Tiefziehteil oder ein Drehteil ist.