DE102020133164A1

DE102020133164A1 - Orbiter-Vakuumpumpe mit optimierter Lagerung

Info

Publication number: DE102020133164A1
Application number: DE102020133164.9A
Authority: DE
Inventors: Conrad Nickel; Jakob Schnitzer; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine trockenlaufende, ölfreie Orbiter-Vakuumpumpe mit einer reibungsoptimierten Lagerung. Die Orbiter-Vakuumpumpe umfasst einen mittels eines exzentrischen Kurbelzapfens 8 angetriebenen Orbiter-Exzcntcrkolbcn 3 und einen Sperrschieber 5, der in dem Führungsschlitz 4 des Orbiter-Exzenterkolbens 3 aufgenommen ist, wobei ein Ende des Sperrschiebers 5 zwischen einem Einlass 6 und einem Auslass 7 schwenkbar an einem Pumpengehäuse 1 gelagert ist. Im Mittelpunkt des Orbiter-Exzenterkolbens 3 ist in einem Sackloch 3a, 3b ein Wälzlager 9 angeordnet, das eine radiale Lagerung des Kurbelzapfens 8 zu dem Orbiter-Exzenterkolben 3 bereitstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine trockenlaufende, ölfreie Vakuumpumpe mit einer reibungsoptimierten Lagerung.
Trockenlaufende Vakuumpumpen dienen zum Evakuieren gasförmiger Medien, wie beispielsweise zur Erzeugung eines Vakuums in einem Bremskraftverstärker. Im Automotive-Bereich liegen weitere Anwendungen von trockenlaufenden Vakuumpumpen beispielsweise ebenso in der pneumatischen Verstellung von Abgasrückführungsventilen, von Abgasklappen, von Leitschaufeln an Turboladern mit variabler Turbinengeometrie, und von einem Bypass zur Ladedruckregelung mit einem Wastegate, sowie in der Betätigung einer Zentralverriegelung, oder zum Öffnen und Schließen von Scheinwerferklappen. Im Anlagenbau können trockenlaufende Vakuumpumpen im Allgemeinen zur Unterdruckversorgung von elektropneumatischen Ventilen oder pneumatischen Stellgliedern dienen.
Im Stand der Technik sind hierzu vorwiegend umlaufende Verdrängerpumpen, wie beispielsweise Flügelzellenpumpen bzw. Drehschieberpumpen bekannt und werden weit verbreitet eingesetzt. Einige Pumpen benötigen die Bereitstellung eines Schmierfilms zwischen den rotierenden und feststehenden Pumpenbauteilen, um eine ausreichend gasdichte Abdichtung sowie einen geringen Reibungsverschleiß an Kontaktflächen zu gewährleisten. Das Erfordernis eines Schmierfilms in einer Vakuumpumpe wirft Problemstellungen hinsichtlich der temperaturabhängigen Viskosität des Schmiermittels und der Verunreinigung durch Absorption von Partikeln aus der abgeführten Luft auf. Diese Nachteile kommen unter schwankenden Umgebungsbedingungen einer mobilen Anwendung und insbesondere verstärkt bei einer Installation in einem Motorraum eines Fahrzeugs zum Tragen. Zudem müssen derartige Pumpen stets an eine Schmiermittelzufuhr angebunden bzw. in ein schmiermittelführendes System integriert werden.
Um das zuvor genannte Problem zu vermeiden, sind im Stand der Technik trockenlaufende Vakuumpumpen bekannt. Für die Lagerungen von beweglichen Pumpenteilen in solchen trockenlaufenden Vakuumpumpen ist eine Schmierung für die Lebensdauer der Pumpe vorgesehen. Eine Schmierung für die Lebensdauer wird in Form einer abgedichteten Schmierstofffüllung eines viskosen Schmierstoffs oder eines Festschmierstoffs, wie insbesondere Graphit, das in den entsprechenden Lagern eingebracht wird, während der Herstellung der Pumpe einmalig bereitgestellt. Wenn sich die Pumpe durch Reibung des Pumpenmechanismus erwärmt, können sich viskose Schmierstoffe verflüssigen, sodass diese leichter aus einem Lager austreten und verloren gehen.
Die DE 10 2015 010 846 A1 derselben Anmelderin beschreibt eine Orbiter-Vakuumpumpe, deren Aufbau der Pumpenbaugruppe dem Aufbau der Pumpenbaugruppe der vorliegenden Erfindung ähnlich ist. Die beweglichen Teile der Pumpenbaugruppe sind mit Gleitflächen bzw. Gleitlagerungen ausgestattet. Allerdings besteht ein Bedarf an einer Optimierung von Lagerungen einer derartigen trockenlaufenden Orbiter-Vakuumpumpe.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Reibungsverluste im Betrieb der trockenlaufenden Orbiter-Vakuumpumpe sowie einen Temperaturanstieg im Bereich einer Schmierstofffüllung zu verringern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße, trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Orbiter-Exzenterkolben mit einem Sackloch versehen ist und in einem Mittelpunkt des Orbiter-Exzenterkolbens in dem Sackloch ein Wälzlager angeordnet ist, das eine radiale Lagerung des Kurbelzapfens zu dem Orbiter-Exzenterkolben bereitstellt.
Somit sieht die Erfindung erstmals eine trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe vor, deren Orbiter-Exzenterkolben mit einem Sackloch versehen ist und die mit einem darin angeordneten Wälzlager ausgestattet ist, das seinerseits zwischen dem Kolben und einem Antriebsmechanismus angeordnet ist.
In ihrer allgemeinsten Form sieht die Erfindung vor, Gleitflächen zwischen dem Kolben und einem Element des Antriebsmechanismus durch eine reibungsverringerte Lagerung mit Wälzkörpern zu ersetzen. Hierdurch kann eine Leistungsaufnahme der Pumpe aufgrund eines Reibungsverlusts in einem Betriebspunkt der Drehzahl um ca. 20 % verringert werden.
Da in dem Bereich des Wälzlagers weniger Reibung als an einem entsprechendem Gleitlager entsteht, treten weniger Verschleiß, Abrieb und Wärme auf, sodass eine Schmierstofffüllung länger erhalten bleibt. Ferner bietet das Wälzlager zwischen den Wälzkörpern ein größeres Volumen zur Aufnahme eines Schmierstoffdepots als dies in einem Lagerspalt zwischen den Gleitflächen eines entsprechenden Gleitlagers möglich ist.
Durch das Sackloch, in dem das Wälzlager angeordnet ist, kann ein Austreten einer Schmierstofffüllung des Wälzlagers durch einen Unterdruck in der Pumpenkammer vermindert werden. Insbesondere sind keine weiteren Maßnahmen oder Bauteile, wie beispielsweise eine Dichtung, an der geschlossenen Seite des Sacklochs erforderlich. Das Sackloch kann außerdem auf verschiedene Arten gebildet sein. Im Falle eines Orbiter-Exzenterkolbens, der durch ein Gußverfahren hergestellt ist, kann das Sackloch entweder bereits in der Gußform vorgesehen sein oder kann im Nachhinein durch eine Bohrung erzeugt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Wälzlager an der Öffnung des Sacklochs eine Dichtung aufweisen. Hierdurch kann eine Schmierstofffüllung für die Wälzkörper zurückgehalten werden, sodass ein Entweichen des Schmierstoffs an einer Öffnungsseite des Sacklochs durch einen Unterdruck in der Pumpenkammer aus dem Wälzlagerzusätzlich vermindert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Wälzlager ein Nadellager mit nadelförmigen Wälzköpern sein. Das Nadellager bringt zwei Vorteile für eine geeignete Lagerung des Orbiter-Exzenterkolbens mit sich.
Zum einen nehmen die nadelförmigen Wälzkörper eine geringe radiale Höhe in Anspruch, sodass das Nadellager, insbesondere im Vergleich zu z.B. einem Kugellager, eine geringe radiale Abmessung aufweist. In Bezug auf die Pumpengeometrie ist es sinnvoll, den Führungsschlitz, in dem der Sperrschieber ein- und aus gleitet, möglichst symmetrisch, d.h. zentral durch die Kolbentrommel des Orbiter-Exzenterkolbens verlaufen zu lassen. In dem Mittelpunkt der Kolbentrommel muss jedoch eine Lagerstelle für den Kurbelzapfen angeordnet und zusätzlich ein Bauraum für eine Lagerung freigehalten werden. Durch den geringen radialen Bauraum, der für das Nadellager erforderlich ist, kann der Führungsschlitz relativ nahe zum Mittelpunkt der Kolbentrommel verlaufen, insbesondere im Vergleich zu einem entsprechend erforderlichen radialen Bauraum eines Kugellagers.
Zum anderen können die nadelförmigen Wälzkörper Kippmomente in Bezug zur Rotationsachse besser aufnehmen, als dies z.B. bei kugelförmigen Wälzkörpern der Fall ist. Somit kann während einer Umlaufbewegung des Orbiter-Exzenterkolbens eine fluchtende Führung der Kolbentrommel zwischen den Stirnseiten der Pumpenkammer verbessert und eine entsprechende Reibung verringert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Außenring des Wälzlagers topfförmig ausgebildet sein, wobei ein Bodenabschnitt des topfförmigen Außenrings eine axiale Seite des Wälzlagers zu einem freien Ende des Kurbelzapfens abschließt.
Eine topfförmige Ausführung des Außenrings des Wälzlagers vereinfacht die Montage des Lagers in dem Sackloch. Zum einen bemerkt ein Monteur eindeutig die richtige Einstecktiefe des Außenrings in das Sackloch, beispielweise durch ein Anschlagen des Außenrings am Ende des Sacklochs oder ein Fluchten des Außenrings mit dem Orbiter-Exzenterkolben. Zum anderen kann eine aufwändige Nachbearbeitung des Sacklochs nach dem Bohren oder anderweitigen Einbringens desgleichen einfacher ausgeführt sein. Einzelne zurückbleibende Späne können beispielsweise im Sackloch verbleiben und sind von dem Wälzlager durch den topfförmigen Außenring getrennt. Die Lebensdauer des Wälzlagers und die Laufeigenschaften sind verbessert bzw. Nachbearbeitungsschritte können reduziert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Außenring des Wälzlagers in das Sackloch des Orbiter-Exzenterkolbens eingepasst sein. Auf diese Weise kann eine kostengünstige Montage des Wälzlagers in der Kolbentrommel vorgenommen werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Orbiter-Exzenterkolben aus einem spritzgussfähigen Werkstoff bestehen; und in dem Orbiter-Exzenterkolben kann eine Hülse eingegossen sein; und ein Außenring des Wälzlagers kann in die eingegossene Hülse eingepasst sein. Dieser anwendungsoptimierte Aufbau zur Aufnahme des Wälzlagers in dem Orbiter-Exzenterkolben bringt zwei Vorteile mit sich.
Zum einen kann durch einen spritzgussfähigen Werkstoff, wie insbesondere einem Kunststoff, ein Werkstoff mit einer geringeren Masse im Vergleich zu einem Metall gewählt werden, wodurch eine beschleunigte Masse der Kolbentrommel als bewegtes Pumpenteil verringert werden kann.
Zum anderen kann eine exaktere Passung und Fluchtung des Wälzlagers in der Kolbentrommel bereitgestellt werden. Die Hülse kann als ein spanabhebend gefertigtes Drehteil mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden. Als Übergangsbereich und Kontaktfläche zwischen Wälzlager und Kolbentrommel kann die Hülse vorzugsweise aus demselben Material wie das Wälzlager oder mit einer ähnlichen Materialhärte bereitgestellt sein. Insbesondere wenn der spritzgussfähige Werkstoff eine geringere Härte als das Material des Außenrings des Wälzlagers aufweist, kann durch die Hülse verhindert werden, dass sich im Laufe des Betriebs das härtere Material des Wälzlagers in das weichere Material des Orbiter-Exzenterkolbens hinein arbeitet und ein ursprüngliches Passungsmaß erweitert, was zu Vibrationen und weiteren dynamischen Folgeschäden führen würde.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Außenring des Wälzlagers in das Sackloch des Orbiter-Exzenterkolbens eingespritzt. Da die Oberfläche des Sacklochs bei einem Einspritzen des Außenrings des Sacklochs vom eingespritzten Material gebildet wird, kann die nachgehende Bearbeitung zur Herstellung einer bestimmten Oberflächengüte des Sacklochs, wie beispielsweise ein Honen, ausgelassen werden. Die Fertigungskosten des Orbiter-Exzenterkolbens sind geringer.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Orbiter-Exzenterkolben an der Öffnung des Sacklochs eine umlaufende Nut auf, in die die Dichtung eingelegt ist. Die Dichtung an der Öffnungsseite des Sacklochs kann durch eine umlaufende Nut vorteilhaft montiert werden. Die Dichtung wird in die Nut eingelegt und ist somit fixiert. Dabei kann die Nut verschiedene Ausführungen haben, sodass, beispielweise durch ein Hintergreifen in eine T-Nut oder eine trapezförmige Nut, eine Fixierung der Dichtung verbessert ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Orbiter-Exzenterkolben an der Öffnung des Sacklochs eine umlaufende Nut auf, in die ein Clip so eingelegt ist, dass der Clip mit der Dichtung in Kontakt ist, um die Dichtung in ihrer Position zu halten. Dieser Aspekt zeigt den Vorteil, dass eine Nut einfach ausgeführt sein kann und die Dichtung mittels eines Clips gehalten wird. Dabei kann der Clip so vorgespannt werden, dass eine Federkraft auf die Dichtung wirkt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Dichtung an dem Außenring durch ein Umbördeln des Außenrings und/oder einen eingepressten Stützring in ihrer Position gehalten. Dies ist vorteilhaft, da nur eine geringe Umformung des Außenrings mittels Umbördelns und/oder ein eingepresster Stützring eine Verschiebung der Dichtung vermindert bzw. vermindern. Die Fertigung ist somit kostengünstiger.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Haltering bei dem Sackloch so eingepresst, dass die Dichtung zwischen dem Außenring und dem Haltering gehalten wird. In diesem Aspekt wird die Dichtung direkt am äußeren Rand des Wälzlagers zwischen dem Außenring und einem eingepressten Haltering fixiert. Eine genaue Positionierung der Dichtung wird besser gehalten, wobei durch die Verwendung des Außenrings nur ein zusätzliches Bauteil notwendig ist. Dieser Aspekt zeichnet sich neben geringen Kosten durch eine gesteigerte Dichtungseffizienz aus.
Gemäß einem Aspekt ist der exzentrische Kurbelzapfen im Bereich einer Dichtung eingeschnürt. Dies ist vorteilhaft, da die Dichtung bis in die Einschnürung reichen kann und so die Dichtwirkung gegen ein Entweichen eines Schmierstoffs am Wälzlager noch weiter verbessert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen der Orbiter-Vakuumpumpe mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Querschnitt durch die Pumpenkammer einer Orbiter-Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht auf einen Orbiter-Exzenterkolben einer Orbiter-Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in dem ein Wälzlager eingepasst ist;
3 einen axialen Querschnitt entlang einer Pumpenwelle durch die Orbiter-Vakuumpumpe aus 1;
4 eine Detailansicht A aus 3 in Bezug auf ein Wälzlager;
5 ein Wälzlager an einer Orbiter-Vakuumpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Detailansicht A aus 3; und
6 ein Wälzlager an einer Orbiter-Vakuumpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Detailansicht A aus 3.

Wie die 1 bis 3 zeigen, wird die Orbiter-Vakuumpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus einem Pumpengehäuse 1 gebildet, das eine Pumpenkammer 2 mit einer zylindrischen Kammerwand umfasst. In dem Pumpengehäuse 1 ist eine Welle 10 mittels eines Wellenlagers 11 drehbar gelagert angeordnet. Auf der Welle 10 ist eine Exzenterscheibe 12 mit einem exzentrisch angeordneten Kurbelzapfen 8 fixiert. Der Kurbelzapfen 8 greift in den Mittelpunkt eines als Kolbentrommel ausgebildeten zylindrischen Orbiter-Exzenterkolbens 3 ein.
Die Exzenterscheibe 12 führt über den Kurbelzapfen 8 eine Umlaufbewegung des Orbiter-Exzenterkolben 3 durch die Pumpenkammer 2 aus, wobei ein umlaufender Gleitkontakt des Orbiter-Exzenterkolbens 3 zu der zylindrischen Kammerwand aufrechterhalten wird. In dem Orbiter-Exzenterkolben 3 ist ein Führungsschlitz 4 angeordnet, der einen Sperrschieber 5 gleitfähig aufnimmt. Der Sperrschieber 5 ist an einem freien Ende in der Kammerwand schwenkbar gelagert und erstreckt sich durch die Pumpenkammer 2 zu dem Orbiter-Exzenterkolben 3. Hierzu ist ein Schwenklager 14 zwischen einer Einlassöffnung 6 und einer Auslassöffnung 7 in der Kammerwand angeordnet. In Abhängigkeit einer Lage des Orbiter-Exzenterkolbens 3 auf der Umlaufbewegung in der Pumpenkammer 2, gleitet ein Abschnitt des Sperrschiebers 5, der dem schwenkbar gelagerten Ende gegenüberliegt, in den Führungsschlitz 4 ein und aus. Dabei wird die Pumpenkammer 2 beiderseits des Sperrschiebers 5 in zwei Volumina aufgeteilt, von denen eines mit der Einlassöffnung 6 und eines mit der Auslassöffnung 7 kommuniziert.
Die Volumina beiderseits des Sperrschiebers 5 verändern sich mit dem umlaufenden Gleitkontakt zwischen dem Orbiter-Exzenterkolben 3 und der zylindrischen Kammerwand in gleichen Anteilen gegensätzlich zueinander, sodass ein zyklischer Verdrängungsvorgang innerhalb einer Umdrehung der Welle 10 bzw. einer Umlaufbewegung des Orbiter-Exzenterkolbens 3 vollzogen wird. Bei der Umlaufbewegung des Orbiter-Exzenterkolbens 3 steigt ein für den Verdrängungsvorgang erforderliches Drehmoment während der Zunahme des mit dem Einlass 6 kommunizierenden Volumens an und fällt bei Erreichen eines maximalen Volumens abrupt ab. Die Darstellung in 1 zeigt eine Lage des Orbiter-Exzenterkolbens 3 etwa auf halber Strecke vor einem oberen Totpunkt, in dem das mit dem Einlass 6 kommunizierende Volumen der Pumpenkammer 2 ein nahezu maximales Volumen erreicht, und dessen Inhalt danach aus dem Auslass 7 ausgeschoben wird. Die Welle 10 wird durch einen Elektromotor 13 angetrieben.
Der Orbiter-Exzenterkolben 3, der in 2 dargestellt ist, ist als Formteil mittels Spritzguss aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt. In dem Mittelpunkt der Kolbentrommel des Orbiter-Exzenterkolbens 3 ist ein nachstehend näher beschriebenes Wälzlager 9 angeordnet, in welches der Kurbelzapfen 8 der Exzenterscheibe 12 eingreift.
In 4 ist das Wälzlager 9 in einem vergrößerten Ausschnitt aus 3 dargestellt. Das Wälzlager 9 weist einen Außenring 93, einen Lagerkäfig 91, nadelförmige Wälzkörper 90 und eine Dichtung 92 in Form einer nach innen gerichteten radialen Dichtlippe auf. Der Außenring 93 wird einschließlich des Lagerkäfigs 91 und den Wälzkörpern 90 in eine entsprechende Bohrung, die als Sackloch 3a, 3b ausgeführt ist, im Mittelpunkt der Kolbentrommel des Orbiter-Exzenterkolbens 3 mittels einer Presspassung eingebracht. Der Lagerkäfig 91 führt die nadelförmigen Wälzkörper 90 auf einer axialen Laufbahn zwischen dem Außenring 93 und dem Umfang des Kurbelzapfens 8, und er hält die nadelförmigen Wälzkörper 90 innerhalb der Laufbahn auf gleichmäßig über den Umfang verteilten Abständen zueinander. Die Wälzkörper 90 und der Lagerkäfig 91 sind innerhalb des Außenrings 93 von einer Schmierstofffüllung umgeben. Ein Aufnahmevolumen zur Aufnahme der Schmierstofffüllung in dem Wälzlager 9 wird von der Dichtung 92 abgegrenzt, wobei die radiale Dichtlippe ein Austreten des Schmierstoffs entlang des Umfangs des Kurbelzapfens 8 unterdrückt.
Im Besonderen, und d.h. im Unterschied zu einem herkömmlichen Wälzlager bzw. Nadellager, weist das abgebildete Wälzlager 9 einerseits keinen Innenring auf und andererseits ist der Außenring 93 topfförmig ausgebildet. Der Bodenabschnitt des topfförmigen Außenrings 93 schließt das Wälzlager 9 zu einer axialen Seite ab und stellt eine Anlauffläche für ein freies Ende des Kurbelzapfens 8 bereit. Da der topfförmige Außenring 93 mittels des Bodenabschnitts eine hermetisch geschlossene Seite aufweist und lediglich eine Dichtung 92 auf der gegenüberliegenden Seite benötigt, verschafft die Konstruktion des Wälzlagers 9 den anwendungsspezifischen Vorteil einer besseren Abdichtung der Schmierstofffüllung, insbesondere gegen einen Austritt des Schmierstoffs aus dem Wälzlager 9, während in der umgebenden Pumpenkammer 2 ein Unterdruck erzeugt wird. Somit wird im Betrieb als Vakuumpumpe eine längere Lebensdauer des Wälzlagers 9 und somit der Orbiter-Vakuumpumpe im Allgemeinen erzielt.
Das Sackloch 3a, 3b wird von einer Sacklochseitenwand 3a und einer Sacklochrückwand 3b gebildet. Das Sackloch 3a, 3b hat eine Öffnungsseite, zu der das Sackloch 3a, 3b geöffnet ist und die in Bezug auf das Wälzlager 9 gegenüber der Sacklochrückwand 3b ist, und eine Rückwandseite, zu der das Sackloch keine Öffnung aufweist. Das Sackloch 3a, 3b kann auf verschiedene Weisen eingebracht werden. Es ist möglich, dass das Sackloch 3a, 3b bei der Fertigung des Orbiter-Exzenterkolbens 3 mit einem Gußverfahren bereits vorgesehen ist. Das Sackloch 3a, 3b kann in diesem Fall noch durch eine Nachbearbeitung, wie beispielweise Bohren oder Fräsen, den erforderlichen Durchmesser oder eine erforderliche Oberflächenbeschaffenheit hergestellt werden. Gegensätzlich dazu kann das Sackloch 3a, 3b bei dem Gußverfahren des Orbiter-Exzenterkolbens 3 nicht berücksichtigt sein. In diesem Fall wird das Sackloch 3a, 3b durch ein Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise Bohren oder Fräsen, im Nachhinein in den Orbiter-Exzenterkolben 3 eingebracht.
In 4 ist gezeigt, dass der Außenring 93 an der Sacklochseitenwand 3a anliegt. Des Weiteren ist gezeigt, dass der Außenring 93 nicht an der Sacklochrückwand 3b anliegt. Der Außenring 93 kann allerdings auch so ausgeführt sein, dass er an der Sacklochrückwand 3b anliegt. Wie schon vorstehend beschrieben, wird der Außenring 93 einschließlich des Lagerkäfigs 91 und den Wälzkörpern 90 mittels einer Presspassung in das Sackloch 3a, 3b eingebracht. Um die vorstehende Montage zu vereinfachen, können an der Sacklochseitenwand 3a auf der Öffnungsseite des Sacklochs 3a, 3b Einführfasen ausgeführt sein.
Es ist ferner möglich, dass der Außenring 93 in das Sackloch 3a, 3b des Orbiter-Exzenterkolbens 3 eingespritzt ist. Eine Nachbearbeitung zur Formgebung des Außenrings 93 kann erforderlich sein, wenn dieser in das Sackloch 93 eingespritzt wird. Wird der Außenring 93 in das Sackloch 3a, 3b eingespritzt, werden sowohl der Lagerkäfig 91 als auch die Wälzkörper 90 im Nachhinein montiert.
Außerdem kann das mit dem topfförmigen Außenring 93 versehene Wälzlager 9 vor der Herstellung des Orbiter-Exzenterkolbens 3 montiert werden. Das Wälzlager 9 kann dann in die Spritzgußform des Orbiter-Exzenterkolbens 3 eingelegt werden. Nachfolgend wird das in die Form eingelegte Wälzlager 9 mit dem Werkstoff des Orbiter-Exzenterkolbens 3 umspritzt. Eine Montage des Wälzlagers 9 kann also räumlich und zeitlich getrennt von der Fertigung des Orbiter-Exzenterkolbens 3 erfolgen.
Eine weitere, alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Orbiter-Vakuumpumpe, die in 5 dargestellt ist, unterscheidet sich in Bezug auf einen Übergangsbereich zwischen der Kolbentrommel des Orbiter-Exzenterkolbens 3 und dem Wälzlager 9. Auch in dieser Ausführungsform ist der Außenring 93 des Wälzlagers 9 mittels einer Presspassung eingebracht und fixiert. Allerdings wird die zylindrische Passungsfläche, die den Außenring 93 umgibt, nicht durch eine Bohrung in dem Material des Orbiter-Exzenterkolbens 3, sondern durch eine Hülse 39 aus Stahl gebildet. Die Hülse 39 wird bei einem Gießprozess zur Fertigung des Formkörpers der Kolbentrommel mit dem Werkstoff des Orbiter-Exzenterkolbens 3 umspritzt bzw. darin eingegossen. Da der kunststoffbasierte Werkstoff in der Regel eine geringere Härte als der aus Stahl ausgeführte Außenring 93 des Wälzlagers 9 aufweist, verschafft diese Ausführungsform der Erfindung den Vorteil zu verhindern, dass sich der härtere Außenring 93 im Laufe des Betriebs in den weicheren Werkstoff des Orbiter-Exzenterkolbens 3 hineinarbeitet. Somit kann das Auftreten von einem unerwünschten Spiel zwischen dem Orbiter-Exzenterkolben 3 und dem Wälzlager 9 sowie von Vibrationen und dynamischen Folgeschäden unterbunden werden. Ebenso kann ein Werkstoff mit geringer Dichte für den Orbiter-Exzenterkolben 3 gewählt werden, der ein Bauteil mit beschleunigter Masse in der Pumpenbaugruppe darstellt.
Um auch das Auftreten von einem unerwünschten Spiel zwischen dem Orbiter-Exzenterkolben 3 und der Hülse 39 sowie von Vibrationen und dynamischen Folgeschäden zu unterbinden, kann die Fläche der Hülse 39, die mit dem Material des Orbiter-Exzenterkolbens 3 in Kontakt ist, mit Rillen, Kerben oder Vorsprüngen versehen sein. Die Hülse 39 wird also dadurch noch besser von dem Orbiter-Exzenterkolben 3 gehalten, dass das Material des Orbitcr-Exzcntcrkolbcns 3 hinter vorhandene Rillen, Kerben oder Vorsprünge greift. Durch diesen besseren Halt können unerwünschte Effekte, wie beispielsweise ein Lockern der Hülse 39 und eine nachfolgende Vibration der Hülse 39 im Orbiter-Exzenterkolben 3, zwischen der Hülse 39 und dem Orbiter-Exzenterkolben 3 vermieden werden. Da das Wälzlager 9 in der Hülse 39 montiert wird, unterbindet eine Vermeidung der vorstehenden unerwünschten Effekte zusätzlich das Auftreten von einem unerwünschten Spiel zwischen dem Orbiter-Exzenterkolben 3 und dem Wälzlager 9 sowie von Vibrationen und dynamischen Folgeschäden.
In dieser Ausführungsform ist die Hülse 39 durch das Fertigungsverfahren des Orbiter-Exzenterkolbens 3 vom Material desgleichen umgeben. Die Hülse 39 liegt dabei umfänglich an der Sacklochseitenwand 3a und stirnseitig an der Sacklockrückwand 3b an. Hierbei können Einführfasen je nach Ausführung direkt an der Hülse 39 vorgesehen sein oder können, wenn die Hülse 39 nicht genausolang wie die Sacklochseitenwand 3a ist, wie bei der vorigen Ausführungsform, Einführfasen an der Öffnungsseite des Sacklochs 3a, 3b vorgesehen sein.
Eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Orbiter-Vakuumpumpe, die in 6 dargestellt ist, unterscheidet sich in Bezug auf eine Halterung der Dichtung 92. In dieser Ausführungsform ist an der Öffnungsseite des Sacklochs 3a, 3b eine umlaufende Nut ausgeführt. In diese Nut wird nach der Montage der Dichtung 92 ein Clip 94 so eingesetzt, dass der Clip 94 die Dichtung 92 in Position hält. Dabei kann der Clip 94 von der Bohrung im Orbiter-Exzenterkolben 3 bis zur Welle 10 reichen. Ferner kann der Clip 94 in Richtung des Wälzlagers 90 vorgespannt sein. Die Dichtung 92 kann somit, beispielsweise bei Vibrationen bzw. Schwingungen des Wälzlagers 9, daran gehindert werden, sich von der gewünschten Position zu entfernen. Des Weiteren kann der Clip 94 dauerhaft mit der Dichtung 92 in Kontakt sein, wie in 6 gezeigt. Alternativ kann der Clip 94 von der Dichtung 92 beabstandet sein.
Bezugszeichenliste

1: Pumpengehäuse
2: Pumpenkammer
3: Orbiter-Exzenterkolben
3a: Sacklochseitenwand
3b: Sacklochrückwand
4: Führungsschlitz
5: Sperrschieber
6: Einlass
7: Auslass
8: Kurbelzapfen
9: Wälzlager
10: Welle
11: Wellenlager
12: Exzenterscheibe
13: Elektromotor
14: Schwenklager
39: Hülse
90: Wälzkörper
91: Lagerkäfig
92: Dichtung
93: Außenring
94: Clip

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015010846 A1 [0005]

Claims

Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe, aufweisend: ein Pumpengehäuse (1) mit einer zylindrischen Pumpenkammer (2); einen Orbiter-Exzenterkolben (3) mit einem Führungsschlitz (4) und einer zylindrischen Außenfläche, wobei ein zylindrischer Querschnitt des Orbiter-Exzenterkolbens (3) kleiner als ein zylindrischer Querschnitt der Pumpenkammer (2) ist; eine Welle (10) zum Antreiben des Orbiter-Exzenterkolbens (3) mittels eines exzentrischen Kurbelzapfens (8), der in den Orbiter-Exzenterkolben (3) eingreift; einen Sperrschieber (5), der in dem Führungsschlitz (4) des Orbiter-Exzenterkolbens (3) aufgenommen ist, wobei ein Ende des Sperrschiebers (5) zwischen einem Einlass (6) und einem Auslass (7) schwenkbar an dem Pumpengehäuse (1) gelagert ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Orbiter-Exzenterkolben (3) mit einem Sackloch (3a, 3b) versehen ist, und in einem Mittelpunkt des Orbiter-Exzenterkolbens (3) in dem Sackloch (3a, 3b) ein Wälzlager (9) angeordnet ist, das eine radiale Lagerung des Kurbelzapfens (8) zu dem Orbiter-Exzenterkolben (3) bereitstellt.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach Anspruch 1; wobei das Wälzlager (9) an der Öffnung des Sacklochs (3a, 3b) eine Dichtung (92) aufweist.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2; wobei das Wälzlager (9) ein Nadellager mit nadelförmigen Wälzkörpern (90) ist.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach Anspruch 1 bis 3; wobei ein Außenring (93) des Wälzlagers (9) topfförmig ausgebildet ist, wobei ein Bodenabschnitt des topfförmigen Außenrings (93) eine axiale Seite des Wälzlagers (9) zu einem freien Ende des Kurbelzapfens (8) abschließt.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3; wobei ein Außenring (93) des Wälzlagers (9) in das Sackloch (3a, 3b) des Orbiter-Exzenterkolbens (3) eingepasst ist.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3; wobei der Orbiter-Exzenterkolben (3) aus einem spritzgussfähigen Werkstoff besteht; in dem Orbiter-Exzenterkolben (3) eine Hülse (39) eingegossen ist; und ein Außenring (93) des Wälzlagers (9) in die eingegossene Hülse (39) eingepasst ist.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Außenring (93) des Wälzlagers (9) in das Sackloch (3a, 3b) des Orbiter-Exzenterkolbens (3) eingespritzt ist.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Orbiter-Exzenterkolben (3) an der Öffnung des Sacklochs (3a, 3b) eine umlaufende Nut aufweist, in die die Dichtung (92) eingelegt ist.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Orbiter-Exzenterkolben (3) an der Öffnung des Sacklochs (3a, 3b) eine umlaufende Nut aufweist, in die ein Clip (94) so eingelegt ist, dass der Clip (94) mit der Dichtung (92) in Kontakt ist, um die Dichtung (92) in ihrer Position zu halten.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach Anspruch 4, 6 oder 7, wobei die Dichtung (92) an dem Außenring (93) durch ein Umbördeln des Außenrings (93) und/oder einen eingepressten Stützring in ihrer Position gehalten wird.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach Anspruch 4, 6 oder 7, wobei ein Haltering bei dem Sackloch (3a, 3b) so eingepresst ist, dass die Dichtung (92) zwischen dem Außenring (93) und dem Haltering gehalten wird.
Trockenlaufende Orbiter-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der exzentrische Kurbelzapfen (8) im Bereich der Dichtung (92) eingeschnürt ist.