DE19834033A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine umlaufende Vakuumpumpe mit Flügeln, insbesondere für Bremseinheiten von Fahrzeugen.

Um die Kammern von Servo-Bremseinheiten drucklos zu machen, ist es bekannt, umlaufende Vakuumpumpen einzusetzen, die ein Gehäuse aufweisen, einen Rotor, der Flügel trägt und der um eine zur Gehäuseachse exzentrische Achse umläuft.

Das Gehäuse bildet einen Sitz, an dem die Flügel anliegen. Der Sitz ist begrenzt durch eine Seitenfläche. Die einzelnen Seitenflächen der Flügel des Rotors befinden sich hiermit in gleitendem Kontakt. Die Flügel unterteilen den Sitz in zwei oder mehrere Kammern variabler Volumina. Die Kammern kommunizieren mit einer Saugleitung über einen Sauganschluß und mit einer Abgabeleitung über einen Auslaß. Die Leistung einer solchen Vakuumpumpe hängt sehr stark von der Präzision der Gleitverbindung zwischen den die Flügel und den Sitz begrenzenden Flächen ab. Dies bedeutet, daß die Abmessungen und die Gestalt des Rotors sowie des Sitzes mit hoher Genauigkeit gefertigt werden müssen. Um den anfangs vorhandenen Wirkungsgrad und die anfangs vorhandene Zuverlässigkeit der Saugpumpe über eine längere Zeitspanne hinweg aufrechtzuerhalten, müssen sowohl Rotor als auch das den Sitz bildende Gehäuse eine optimale Formstabilität aufweisen, insbesondere bei variierenden Betriebstemperaturen. Außerdem ist hohe Verschleißfestigkeit gefordert.

Aus diesem Grunde sind die entscheidenden Bauteile, aus denen Vakuumpumpen hergestellt sind, normalerweise genau bearbeitet und speziell behandelt. Die Pumpen sind demgemäß sehr schwer, teuer in der Fertigung und haben einen Wirkungsgrad, der entscheidend von den Betriebsbedingungen sowie dem Verschleiß der sich bewegenden Teile beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umlaufende Vakuumpumpe zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht oder nicht im bisherigen Maße aufweist, die weiterhin einfach im Aufbau und wirtschaftlich in der Herstellung ist, und die zuverlässig und wirksam im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine umlaufende Vakuumpumpe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Die Pumpe 1 ist insbesondere bestimmt für eine Servobremse eines Fahrzeugs.

Die Pumpe 1 umfaßt ein Gehäuse 1a aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Techno-Polymer. Das Gehäuse 1a umfaßt zwei gestanzte Bauteile 2 und 3. Bauteil 2 weist einen Umfangsplattenteil 2a auf, der an einem hier nicht dargestellten festen Tragkörper starr verankert werden kann ferner ein inneres hülsenförmiges Teil 4, das einen zylindrischen Sitz 5 mit einer Achse 6 begrenzt.

Bauteil 3 weist einen becherförmigen Teil 8 auf, der sich koaxial zu einer Achse 9 parallel sowie exzentrisch zur Achse 6 erstreckt (Fig. 2). Bauteil 3 weist ferner eine Mehrzahl von Umfangs-Vorsprüngen 10 auf. Diese sind an Teil 2a mittels entsprechender Schrauben 11 starr angeschlossen.

Der becherförmige Teil 8 weist eine Ausnehmung auf, die Teil 4 von Bauteil 2 zugewandt ist. Der becherförmige Teil 8 weist ferner eine zylindrische Seitenwand 12 auf, die zur Achse 9 koaxial verläuft, sowie einen Boden 13 mit einem zentralen inneren Vorsprung 14, der sich seinerseits gegen Teil 4 entlang der Achse 9 erstreckt.

Die Seitenwand 12 ist innen durch einen Metallmantel 15 ausgekleidet, der wiederum innen von einer zylindrischen Fläche 16 begrenzt ist, die ihrerseits koaxial zur Achse 9 verläuft. Eine Metallscheibe 18 aus gestanztem Blech erstreckt sich koaxial zur Achse 9. Sie bildet, zusammen mit Boden 13 und einem Endabschnitt des Mantels 15, eine Kammer 19 - siehe Fig. 1. Die Metallscheibe 18 befindet sich innerhalb des Mantels 15 in einer Position in der Nähe des Bodens 13, aber von diesem gelöst.

Scheibe 18 umfaßt insbesondere eine ebene Wand 20, die zur Achse 9 rechtwinklig verläuft und durch eine Innenfläche 21 begrenzt ist. Die Scheibe 18 umfaßt ferner einen Führungsbund 22, der mit Wand 20 fest verbunden ist und der axial gleitend und leckagedicht mit dem Mantel 15 verbunden ist.

Aus Fig. 1 erkennt man weiterhin eine Metallscheibe 23. Diese ist aus gestanztem Blech hergestellt. Sie umfaßt einen hülsenförmigen Teil 24, der zur Achse 6 koaxial verläuft und sich in eine zylindrische Aussparung 25 des Sitzes 5 hineinerstreckt. Die Metallscheibe 23 umfaßt ferner eine Ringwand 26, die den hülsenförmigen Teil 24 umgibt und die innen durch eine Fläche 26a begrenzt ist. Die Scheibe 23 ist zwischen den Bauteilen 2 und 3 eingespannt. Wand 26 befindet sich in einem Relativsitz 27 von Teil 2a. Wand 26 ist in diesem Sitz 27 mittels eines Endteiles von Bauteil 3 gehalten und umfaßt einen Zwischenring 28, der an einen Endabschnitt des Mantels 15 leckagedicht angeschlossen ist.

Mantel 15, Scheibe 18 und Scheibe 23 bilden eine Kammer 30 für ein Fluid, und nehmen einen an sich bekannten Rotor 31 mit Flügeln auf. Der Rotor 31 besteht aus Kunststoff, vorzugsweise aus demselben Material wie die Bauteile 2 und 3. Er ist koaxial zur Achse 6 angeordnet und kann um diese Achse umlaufen, angetrieben von Welle 32. Welle 32 ist mit Hülse 24 und Sitz 5 um die Achse 6 drehbar. Sie weist ein Anschlußteil 33 auf, das von dem Element aus nach außen ragt zum Anschluß an eine hier nicht gezeigte Antriebswelle.

Weiterhin sieht man aus Fig. 2, daß Rotor 31 einen zylindrischen Körper 34 umfaßt, der zur Fläche 16 des Mantels 15 tangential verläuft und mit einer diametralen Nut 35 versehen ist. Die Nut 35 nimmt die Endabschnitte von zwei einander gegenüberliegenden Flügeln 36 auf. Diese bestehen ebenfalls aus Kunststoff. Sie ragen in radialer Richtung aus dem Körper 34 hinaus. Sie weisen konvexe Kantenflächen 37 auf. Die Kantenflächen 37 arbeiten gleitend mit der Fläche 16 des Mantels 15 zusammen. Sie sind durch eine Druckvorrichtung 38, beispielsweise einer Druckfeder, mit der Fläche 16 in Kontakt gehalten.

Die Flügel 36 sind in axialer Richtung durch entsprechende Endflächen 39 begrenzt, die sich unter rechten Winkeln zur Achse 6 erstrecken und die gleitend an der Fläche 21 der Scheibe 18 sowie an der Innenfläche 26a des Körpers 23 anliegen. Die Stabilität der Verbindung der Flächen 39 mit den Flächen 21 und 26a ist durch eine elastische axiale Druckvorrichtung 40 sichergestellt. Diese umfaßt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine einzige Druckfeder 41, in diesem Falle eine Tellerfeder, die zwischen Boden 13 und Scheibe 18 angeordnet und auf den Vorsprung 14 aufgekeilt ist.

Kammer 30 kommuniziert mit einer Saugleitung 42 und einer Abgabeleitung 43 über einen Sauganschluß 44 und einen Auslaß 45, beide aus entsprechenden Öffnungen im Metallkörper 23 gebildet.

Aus Fig. 1 erkennt man weiterhin, daß die Saugleitung 42 einen ersten Einlaßabschnitt 42a umfaßt, und zwar in Gestalt einer Anschlußbuchse 46, die mit Bauteil 8 fest verbunden ist und aus demselben Material wie dieses besteht. Man erkennt ferner einen zweiten Abschnitt 42b, der einerseits mit dem Sauganschluß 44 und andererseits mit Abschnitt 42a über ein bekanntes Saugventil 47 kommuniziert, das seinerseits in einem Sitz 47a in Vorsprung 46 angeordnet ist.

Der zweite Abschnitt 42b ist einerseits begrenzt durch einen genuteten Teil 48 des Metallkörpers 23, angeordnet in einem Sitz im wesentlichen in Teil 2a und andererseits durch den Vorsprung 46, der sich bis nahe zum genuteten Teil 48 erstreckt und mit Kammer 19 über einen Kanal 48a kommuniziert.

Die Abgabeleitung 43 befindet sich im inneren Teil 4 des Bauteiles 2. Sie kommuniziert einerseits mit der Atmosphäre, und andererseits mit dem Auslaß 45 über ein Auslaßventil 49 bekannter Bauart, das unmittelbar stromabwärts des Auslasses 45 in Richtung der Vorwärtsbewegung des Fluids angeordnet ist.

Aus dem Vorstehenden erkennt man, daß die Zuverlässigkeit im Betrieb sowie der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe 1 selbst dann unverändert hoch bleiben, wenn die sich bewegenden Teile oder die Betriebsbedingungen Änderungen unterliegen, insbesondere bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen.

Maßgeblich hierfür sind die Feder 41 und die umlaufende Scheibe 18. Hierdurch wird ein aufgrund des Verschleißes sonst einstellendes Spiel der Flügel, des Körpers 23 und der Scheibe 18 wieder ausgeglichen, ferner das Spiel aus Dimensionsänderungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeeinwirkung. Durch die leitende Verbindung zwischen Kammer 19 und Saugleitung 42 wird ferner die Abdichtung zwischen Scheibe 18 und Mantel 15 verbessert.

Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt eine kompakte Gestaltung der Vakuumpumpe sowie ein wesentlich geringeres Gewicht als bei Pumpen bekannter Bauart. Im Gegensatz zu bekannten Pumpen sind sämtliche Bauteile der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 1 außer dem Mantel 15, der Scheibe 18 und dem Körper 23 aus Kunststoff hergestellt.

Von den zahlreichen denkbaren Abwandlungen soll lediglich erwähnt werden, daß Körper 23 weggelassen werden könnte. In diesem Falle könnten die Flügel 36 unmittelbar gleitend an jener Fläche von Bauteil 2 angreifen, die der Fläche 21 der Scheibe 18 zugewandt ist, und dabei immer noch gegen diese Fläche durch die Wirkung der Feder 41 angedrückt werden. Diese Feder sorgt zusammen mit der Scheibe 18 für einen Ausgleich des Axialspieles zwischen den relativ zueinander sich bewegenden Bauteilen. Bauteil 2 sollte aus einem Werkstoff hoher Verschleißfestigkeit hergestellt werden, so daß eine Flügel-Stator-Verbindung mit geringem Reibungskoeffizienten erzielt wird. Körper 7 könnte jedoch aus irgendeinem Kunststoff hergestellt werden, da die Probleme, die bei den Flügeln 36 aus Verschleiß und Reibungskoeffizient entstehen, durch die Anwesenheit des Mantels 15 gelöst werden.

Die Feder 41 könnte durch eine andersartige elastische Druckbeaufschlagungsvorrichtung ersetzt werden. Scheibe 18 und Körper 23 könnten andere Gestalten und Geometrien aufweisen als die hier beschriebenen und dargestellten. Sie könnten beispielsweise derart gestaltet sein, daß sie anderen Geometrien der Bauteile 2 und 3 angepaßt wären.

Claims (16)

1. Umlaufende Flügel-Vakuumpumpe (1)

• 1.1 mit einem Gehäuse (1a);
• 1.2 mit einer innerhalb des Gehäuses (1a) vorgesehenen Kammer (30), die eine erste Achse (9) aufweist und die durch eine Seitenfläche (16) begrenzt ist, die ihrerseits zur ersten Achse (9) koaxial verläuft sowie durch eine erste Basisfläche (26a), die unter einem rechten Winkel zur ersten Achse (9) verläuft;
• 1.3 mit einem innerhalb der Kammer (30) angeordneten Rotor (31), der um eine zur ersten Achse (9) parallele zweite Achse (6) umläuft und wenigstens ein Paar von sich radial bewegenden Flügeln (36) umfaßt, die mit der Seitenfläche (16) und der Basisfläche (26a) gleitend zusammenarbeiten;
  gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• 1.4 es ist eine erste Scheibe (18) auf einer den Flügeln (36) in Bezug auf die Basisfläche (26a) gegenüberliegenden Axialseite der Flügel (36) angeordnet;
• 1.5 die erste Scheibe (18) ist an die Seitenfläche (16) zur Bildung einer zweiten Basisfläche (21) der Kammer (30) axial gleitend und leckagedicht angeschlossen;
• 1.6 um die erste Scheibe (18) in axialer Richtung gegen die erste Basisfläche (26a) anzudrücken und um die Flügel (36) zwischen den beiden Basisflächen (26a, 21) zu beaufschlagen, ist eine elastische Druckeinrichtung (41) vorgesehen.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Druckeinrichtung wenigstens eine Druckfeder (41) aufweist, die zwischen einem ersten Anschlag (13), getragen vom Gehäuse (1a), und die erste Scheibe (18) umfaßt.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Basisfläche das Gehäuse (1a) innen begrenzt.

4. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1a) eine axiale Bezugseinrichtung (27) aufweist, ferner eine zweite Scheibe (23), die auf einer in Bezug auf die erste Scheibe (18) gegenüberliegende axiale Seite der Flügel (36) sowie an der axialen Bezugseinrichtung (27) anliegend angeordnet ist, und daß die zweite Scheibe (23) durch die erste Basisfläche (26a) begrenzt ist.

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (30) in einer Saugleitung (42) und mit einer Abgabeleitung (43) über einen Sauganschluß (44) bzw. einen Auslaß (45) kommuniziert, und daß Sauganschluß (44) und Auslaß (45) in der zweiten Scheibe (23) vorgesehen sind.

6. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe (23) einen langgestreckten Teil (48) aufweist, der wenigstens teilweise eine Saugleitung (42) bildet.

7. Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein erstes und ein zweites Bauteil (2, 3) umfaßt, die starr miteinander verbunden sind, und daß sich die zweite Scheibe (23) zwischen diesen beiden Bauteilen (2, 3) erstreckt und der langgestreckte Teil (48) der zweiten Scheibe (23) durch eines der Bauteile (2, 3) abgesperrt ist.

8. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Scheibe (23) einen Bund (24) umfaßt, der zur zweiten Achse (6) koaxial verläuft und mit einem Sitz (25) aus dem Gehäuse (1a) zusammenarbeitet, und daß eine Antriebswelle (32) des Rotors (31) vorgesehen ist, die mit dem Bund (24) um die zweite Achse (6) drehfest verbunden ist.

9. Vakuumpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Sitz (27a) aufweist, gebildet wenigstens teilweise aus einem der genannten Bauteile (2, 3) entlang der Saugleitung (42), und daß ein Saugventil (47) im Sitz (47a) angeordnet ist.

10. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 9 in Abhängigkeit von Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Körper (2) und die erste Scheibe (18) eine weitere Kammer (19) begrenzen, und daß ein Kanal (48) vorgesehen ist, der eine leitende Verbindung zwischen Kammer (19) und Saugleitung (42) herstellt.

11. Vakuumpumpe nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (16) innen das Gehäuse (1a) begrenzt.

12. Vakuumpumpe nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Hülse (15) umfaßt, die sich koaxial zur ersten Achse (9) zwischen den Basisflächen (26a, 21) erstreckt, und daß die Hülse (15) innen durch die Seitenfläche (16) begrenzt ist.

13. Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1a) und die Scheiben (18, 23) aus verschiedenen Materialien hergestellt sind.

14. Vakuumpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1a) vollständig aus Kunststoff besteht.

15. Vakuumpumpe nach den Ansprüchen 4 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (18, 23) und die Hülse (15) aus Metall hergestellt sind.