Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere
für Bremskraftverstärker-Anlagen in Kraftfahrzeugen,
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vakuumpumpen der hier angesprochenen Art sind be
kannt. Sie weisen einen aus Metall, meist aus Sin
termetall bestehenden Rotor auf, der von einer An
triebswelle in Rotation versetzbar ist. Der in einem
Gehäuse angeordnete Rotor steht mit einem Flügel in
Eingriff, der an einem Konturring entlanggleitet. Der
Rotor besteht aus mehreren Einzelteilen, die lösbar
miteinander verbunden sind.
Derartige Vakuumpumpen sind bekannt. Beispielsweise
zeigt DE-GM 87 00 135 eine Pumpe, mit einem aus
Keramik oder Polymerbeton bestehenden Rotor, DE 23 48
441 A1 eine Pumpe, mit einem aus Elektrographit
bestehenden Rotor und DE-GM 19 56 184 U1 sowie DE-PS
155 102 eine Pumpe mit einem teilweise mit einem
Metall beziehungsweise Nichtmetall beschichteten
Rotor.
Es hat sich gezeigt, daß der Rotor dieser bekannten
Pumpen aufgrund seines Gewichts ein großes Massen
trägheitsmoment aufweist, wodurch die Leistungsauf
nahme der Vakuumpumpe unerwünscht hoch ist. Der Rotor
weist ferner eine massive und aufwendige Bauweise
auf.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe
der eingangs genannten Art zu schaffen, die diese
Nachteile nicht aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vakuumpumpe vor
geschlagen, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale
aufweist. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß der
Rotor aus Kunststoff besteht und einstückig ausge
bildet ist. Der Rotor ist in einfacher und ko
stengünstiger Weise herstellbar, beispielsweise im
Spritzgußverfahren, und weist im Vergleich zu den
bekannten Rotoren ein geringeres Gewicht auf. Auf
grund der einstückigen Ausbildung des Rotors ist
eine kompakte Bauweise möglich, so daß der Bauraum
für die Vakuumpumpe verkleinert werden kann. Die
Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe ist aufgrund des
kleinen Massenträgheitsmoments des Rotors relativ
gering.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe be
vorzugt, bei dem der Rotor mindestens einen randof
fenen Hohlraum aufweist. Bei der bevorzugten Her
stellung des Rotors im Spritzgußverfahren kann der
Hohlraum beziehungsweise die Hohlräume in einfacher
Weise durch das Einlegen entsprechend ausgebildeter
Kerne in das Spritzgußwerkzeug hergestellt werden.
Durch das Einbringen von Hohlräumen in den Rotor
können dünne Wandungen, beispielsweise nach außen
hin und zu einem Schlitz, in dem der Flügel verla
gerbar ist, realisiert werden. Ferner kann das Ge
wicht des ohnehin leichten, weil aus Kunststoff be
stehenden Rotors weiter verringert werden.
Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel der Va
kuumpumpe, das sich dadurch auszeichnet, daß der
Wandstärkenverlauf des Rotors stetig oder im we
sentlichen stetig ist. Das heißt, der Übergang zwi
schen zwei eine unterschiedliche Dicke aufweisenden
Wandbereiche ist gleichmäßig und weist keine deut
lichen Wandstärkensprünge auf.
Auch wird ein Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe
bevorzugt, bei dem der Rotor mindestens zwei neben
einander angeordnete Hohlräume aufweist, die durch
eine Rippe voneinander getrennt sind. Die Formstei
figkeit des Rotors wird durch die Verrippung weiter
erhöht. Die zwischen zwei Hohlräumen gebildete Rip
pe ist vorzugsweise dünner als die anderen Wandun
gen des Rotors. Hierdurch werden Einfallstellen im
Übergangsbereich der Rippe und einer Wandung des
Rotors vermieden. Die Dicke der Rippe beziehungs
weise der Rippen liegt bei einem bevorzugten Aus
führungsbeispiel im Bereich von 1,0 mm bis 2,0 mm,
während die Wandungsdicken des Rotors im Vergleich
dazu dann vorzugsweise im Bereich von 1,5 mm bis
3,0 mm liegen.
Besonders bevorzugt wird auch eine Ausführungsform
der Vakuumpumpe, die sich dadurch auszeichnet, daß
der Rotor mindestens eine quer oder im wesentlichen
quer zur Längsmittelachse des Rotors verlaufende
geschlossene Wand aufweist. Dadurch kann sicherge
stellt werden, daß bei einem Hohlräume aufweisenden
Rotor keine Luft von der Antriebsseite durch den
Rotor in die Vakuumpumpe gelangen kann. Es sind al
so keine zusätzlichen Dichtungen notwendig.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vaku
umpumpe ist vorgesehen, daß der Rotor ein mit einer
Antriebswelle zusammenwirkendes elastisches An
triebselement aufweist. Durch das Antriebselement,
das über eine Kupplung oder direkt mit dem Rotor in
Eingriff steht, werden die von der Antriebswelle
übertragenen Drehmomentspitzen beziehungsweise
-schwingungen, wie sie zum Beispiel bei Direktein
spritzer-Motoren auftreten, gedämpft, so daß ein
Bruch des Rotors mit hoher Sicherheit vermieden
wird. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird
das zum Beispiel aus Blech, vorzugsweise Feder
blech, bestehende Antriebselement als Torsionsstab
ausgebildet, der sich unter dem eingeleiteten
Drehmoment verdrillt. So können Drehmomentspitzen,
wie sie zum Beispiel bei der Inbetriebnahme
(Kaltstart) der Vakuumpumpe und/oder in Zusammen
hang mit Direkteinspritzer-Motoren auftreten, ge
glättet und deutlich reduziert werden.
Schließlich wird auch ein Ausführungsbeispiel der
Vakuumpumpe bevorzugt, das sich dadurch auszeich
net, daß das Antriebselement in einen Schlitz in
der Antriebswelle hineinragt und in diesem ver
schieblich geführt ist. Hierdurch kann in vorteil
hafter Weise ein Achsversatz zwischen der Vakuum
pumpe und der Antriebswelle ausgeglichen werden,
ohne daß dazu eine Kupplung benötigt wird. Ein Aus
gleich eines Achsversatzes senkrecht zum Schlitz
kann bei einer festen Verbindung des Antriebsele
ments mit dem Rotor durch ein Verbiegen des An
triebselements im elastischen Bereich ausgeglichen
werden. Ist das Antriebselement lose mit dem Rotor
verbunden, so daß es gegenüber dem Rotor eine Rela
tivbewegung ausführen kann, wird ein Achsversatz
senkrecht zum Schlitz durch ein Verkippen des An
triebselements ausgeglichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich
nung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 drei Abbildungen eines ersten Aus
führungsbeispiels eines einseitig
gelagerten Rotors einer Vakuumpumpe;
Fig. 2 bis 7 jeweils eine Seitenansicht und eine
Stirnansicht weiterer Ausfüh
rungsbeispiele des Rotors;
Fig. 8A und 8B jeweils eine Draufsicht auf die dem
Antrieb abgewandte Stirnseite weite
rer Ausführungsbeispiele des Rotors;
Fig. 9 eine Seitenansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels des Rotors;
Fig. 10A bis 10C jeweils eine Draufsicht auf die an
triebsseitige Stirnseite von mehre
ren Ausführungsbeispielen eines über
eine Kupplung angetriebenen Rotors;
Fig. 11 eine Seitenansicht eines Rotors mit
einem Antriebszapfen, der mit einer
Kappe versehen ist;
Fig. 12 ein stark vergrößerter Ausschnitt
des Rotors gemäß Fig. 11 im Bereich
des Antriebszapfens;
Fig. 13 und 14 jeweils einen Längsschnitt und eine
Draufsicht auf die antriebsseitige
Stirnseite zweier Ausführungsbei
spiele eines ein Antriebselement
aufweisenden Rotors;
Fig. 15 eine Draufsicht auf ein Ausfüh
rungsbeispiel des Antriebselements;
Fig. 16 eine Draufsicht auf das in Fig. 15
dargestellte Antriebselement im ein
gebauten Zustand;
Fig. 17 einen stark vergrößerten Ausschnitt
eines Endbereichs eines vierten Aus
führungsbeispiels des Antriebsele
ments;
Fig. 18 einen Ausschnitt eines Rotors im Be
reich des Grunds einer Ausnehmung
für das Antriebselement;
Fig. 19 eine Draufsicht auf die in Fig. 18
dargestellte Ausnehmung;
Fig. 20 einen Ausschnitt eines weiteren Aus
führungsbeispiels eines Antriebsele
ments in dessen Endbereich;
Fig. 21 eine Draufsicht auf die antriebs
seitige Stirnseite eines weiteren
Ausführungsbeispiels des Rotors;
Fig. 22 eine Draufsicht auf einen Endbereich
eines weiteren Ausführungsbeispiels
des Antriebselements und
Fig. 23 drei Abbildungen eines weiteren Aus
führungsbeispiels des erfindungsge
mäßen Rotors.
Allen im folgenden beschriebenen Ausführungsbei
spielen des Rotors für eine Vakuumpumpe ist gemein
sam, daß dieser einstückig ausgebildet ist und aus
Kunststoff besteht. Der Rotor ist in vorteilhafter
Weise im Spritzgußverfahren herstellbar und weist
ein nur geringes Gewicht auf.
Fig. 1 zeigt drei Abbildungen eines ersten Ausfüh
rungsbeispiels des Rotors 1 einer nicht dargestell
ten Vakuumpumpe, der mit einem durchgehenden
Schlitz 3 versehen ist. Der Schlitz 3 dient zur
Aufnahme eines nicht dargestellten Flügels, der in
nerhalb des Schlitzes 3 in Durchmesserrichtung ver
lagerbar ist. Der Schlitz 3 ist bei diesem Ausfüh
rungsbeispiel von der dem Antrieb des Rotors 1 ab
gewandten Stirnseite 5 aus in eine Stirnfläche 6
eingebracht, ist also randoffen ausgebildet. Als
Antrieb dient üblicherweise eine mit einem Drehmo
ment beaufschlagbare Antriebswelle. Die Außenfläche
des Rotors 1 ist zylindrisch ausgebildet.
Ein erster Längsabschnitt 7 des Rotors ist als
Zweiflach 9 ausgebildet, an dem ein von der nicht
dargestellten Antriebswelle übertragenes Drehmoment
auf den Rotor 1 aufgebracht wird. An den ersten
Längsabschnitt 7 schließt sich ein zweiter Längsab
schnitt 11 an, der einen größeren Außendurchmesser
aufweist, als der erste Längsabschnitt 7. Der zwei
te Längsabschnitt 11 dient als Lager 13 des hier
fliegend gelagerten Rotors 1. Als Lagerungsart ist
vorzugsweise eine Gleitlagerung vorgesehen. An das
Lager 13 schließt sich ein durchmessergrößerer
dritter Längsabschnitt 15 an, der - in radialer
Richtung gesehen - vom Schlitz 3 für den Flügel
durchbrochen ist.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht und eine Vorderan
sicht auf die antriebsseitige Stirnseite 17 eines
weiteren Ausführungsbeispiels des Rotors 1, der
zwei Lager aufweist. Auch bei der beidseitigen La
gerung des Rotors wird eine Gleitlagerung bevor
zugt. Der zweite Längsabschnitt 11 des Rotors 1
bildet das erste Lager 13 und ein sich an den drit
ten Längsabschnitt 15 anschließender vierter Längs
abschnitt 19 bildet das zweite Lager 21. Beide La
ger 13, 21 weisen Durchmesser auf, die nur gering
fügig, vorzugsweise 1 mm bis 5 mm, kleiner sind als
der Durchmesser des Rotors im Bereich des Schlitzes
3 für den Flügel, der in dem dritten Längsabschnitt
15 eingebracht ist. Die Außendurchmesser der Lager
13 und 21 sind hier unterschiedlich und können bei
einem anderen Ausführungsbeispiel auch identisch
sein.
Die beidseitige Lagerung des Rotors 1 weist gegen
über der einseitigen Lagerung sowohl Funktionsvor
teile als auch Vorteile bei der Herstellung auf.
Die Funktionsvorteile bestehen darin, daß der Rotor
nicht im Lager beziehungsweise den Lagern verkan
tet, wie es bei einem einseitig gelagerten Rotor
bisweilen vorkommt. Des weiteren ist eine kompakte
Bauform des Rotors realisierbar, weil beide Lager
sehr kurz ausgeführt werden können. Ferner weist
ein beidseitig gelagerter Rotor eine hohe Formsta
bilität auf. Aufgrund der hohen Formstabilität des
Rotors können bei der Fertigung des Rotors enge To
leranzen eingehalten werden.
Fig. 3 zeigt zwei Abbildungen eines weiteren Aus
führungsbeispiels des Rotors 3, der sich von dem
anhand der Fig. 2 beschriebenen Rotor lediglich
dadurch unterscheidet, daß zur Gewichtsreduzierung
Hohlräume im Rotor vorgesehen sind. Auf der dem An
trieb zugewandten Stirnseite 17 des Rotors 1 sind
in die Stirnfläche 24 des Lagers 13 und auf der dem
Antrieb abgewandten Stirnseite 5 in die Stirnfläche
6 jeweils zwei Hohlräume 23 eingebracht, die einen
kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweisen, wie
aus der rechten Abbildung der Fig. 3 ersichtlich.
In der linken Abbildung der Fig. 3 ist zu erken
nen, daß sich die Hohlräume 23 bis in den mittleren
Bereich des Rotors beziehungsweise des dritten
Längsabschnitts 15 erstrecken. Der zwischen den ge
genüberliegend angeordneten Hohlräumen stehenge
bliebene Wandbereich weist eine nur geringe Dicke
auf. Ferner sind durch die Hohlräume Wandungen ge
bildet, zum Beispiel die Außenwand des Rotors im
Bereich der Lager 13 und 21, die nur eine geringe
Dicke aufweisen. Auch die Wandungen zwischen dem
Schlitz 3 für den Flügel und den Hohlräumen sind
relativ dünn. Die Form der Hohlräume ist variierbar
und kann auch kreisrund oder oval sein. Wichtig
ist, daß durch das Einbringen der Hohlräume dünne
Wandungen geschaffen werden, so daß das Gewicht des
Rotors reduziert wird. Der Übergang zwischen zwei
Wandungen, die eine unterschiedliche Dicke aufwei
sen, ist vorzugsweise stufenlos.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht und eine Drauf
sicht auf die antriebsseitige Stirnseite 17 eines
weiteren Ausführungsbeispiels des Rotors, bei dem
ausschließlich auf der dem Antrieb abgewandten
Stirnseite 5 Hohlräume 23 eingebracht sind. In die
Stirnfläche 6 ist eine kreisförmige Vertiefung 25
eingebracht, die sich in ihrem mittleren Bereich
bis unmittelbar an den Schlitz 3 erstreckt. In den
Grund der Vertiefung 25 sind kreisabschnittsförmige
Hohlräume 23 eingebracht, die sich bis in den zwei
ten Längsabschnitt 11, also durch den gesamten Ro
tor bis hin zum ersten Lager 13, erstrecken. Allen
Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß wenn nur
von einer Stirnseite aus Hohlräume in diesen einge
bracht werden, die der Antriebsseite abgewandte
Stirnseite 5 des Rotors bevorzugt wird.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbei
spiel des Rotors 1 weist das antriebsseitig ange
ordnete Lager 13 einen Durchmesser auf, der deut
lich kleiner ist, als der Durchmesser des Rotors 1
im Bereich des Schlitzes 3, also im dritten Längs
abschnitt 15. Es hat sich gezeigt, daß durch den
kleinen Außendurchmesser des Lagers 13 ein kleiner
Zentrierdurchmesser der Vakuumpumpe realisierbar
ist. Das zweite, der Antriebsseite abgewandte Lager
21 ist hier im Durchmesser nur geringfügig kleiner
als der Rotor 1 im Bereich des Flügels 3. Die Hohl
räume 23 und die Vertiefung 25 sind auch hier von
der Stirnseite 5 in den Rotor 1 eingebracht.
Fig. 6 zeigt zwei Abbildungen eines weiteren Aus
führungsbeispiels des Rotors, bei dem der Durchmes
ser des zweiten Lagers 21 und der des dritten
Längsabschnitts 15, in dem der Schlitz 3 für den
Flügel eingebracht ist, identisch ist. Der Vorteil
hierbei ist, daß durch die auf der Stirnseite 5 in
die Stirnfläche 6 eingebrachte Vertiefung 25 und
die sich daran anschließenden Hohlräume 23 eine ex
trem dünne und technisch optimale Wandstärke im
Außenbereich des Rotors möglich ist. Diese liegt
bei einem aus Kunststoff bestehenden Rotor vorzugs
weise in einem Bereich von 1,5 mm bis 3,0 mm.
Selbstverständlich ist es auch möglich, daß beide
Lager 13, 21 den gleichen Durchmesser wie der Rotor
1 im Flügelschlitzbereich aufweisen. Denkbar ist
auch, daß nur das erste, antriebsseitig angeordnete
Lager 13 den gleichen Durchmesser wie der Rotor im
Bereich des den Schlitz 3 aufweisenden dritten
Längsabschnitts 15 aufweist, während das zweite La
ger 21 einen kleineren Durchmesser besitzt.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbei
spiel eines Rotors 1 weist das zweite Lager 21, das
auf der dem Antrieb abgewandten Stirnseite 5 des
Rotors 1 vorgesehen ist, einen Durchmesser auf, der
wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Ro
tors 1 im Bereich seines dritten Längsabschnitts
15. Um dünne Wandungen zu schaffen, sind in die
Stirnfläche 24 des zweiten Längsabschnitts 11 und
in die Stirnfläche 26 des dritten Längsabschnitts
15 jeweils zwei Hohlräume 23 eingebracht, die - wie
aus der rechten Abbildung der Fig. 7 ersichtlich -
einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufwei
sen. Aufgrund dieser Ausgestaltung können in dem
Bereich zwischen dem Rotoraußendurchmesser im Be
reich des dritten Längsabschnitts 15 und im Bereich
des zweiten Lagers 21 dünne Wandungen realisiert
werden.
Fig. 8A zeigt eine Vorderansicht auf die dem An
trieb abgewandten Stirnseite 5 eines Ausführungs
beispiels des Rotors 1, von der aus mehrere Hohl
räume eingebracht sind. Der Rotor 1 ist symmetrisch
zu einer Querachse 27 ausgebildet, die senkrecht
zur Längsmittelachse 29 des Rotors 1 verläuft. Es
werden im folgenden daher lediglich die Hohlräume
oberhalb der Querachse 27 beschrieben. Die insge
samt drei Hohlräume 23A, 23B und 23C sind in einem
geringen Abstand nebeneinander angeordnet. Der
Hohlraum 23B ist von den Hohlräumen 23A und 23C je
weils durch eine Rippe 31 getrennt, die von einer
Wandung des einstückig ausgebildeten Rotors 1 ge
bildet ist. Die Rippen 31 erhöhen die Formsteifig
keit des Rotors 1 und sind vorzugsweise dünner als
die anderen Wandungen des Rotors, um Einfallsstel
len, also Verjüngungen oder Einschnürungen, in den
Wandbereichen zu vermeiden, in denen die Rippen in
die übrigen Wandbereiche des Rotors 1 übergehen.
Aufgrund der Anordnung und der Ausgestaltung der
Hohlräume 23A bis 23C weisen diese gemeinsam eine
Kreisabschnittsform auf, wobei aufgrund der V-för
migen Anordnung der Rippen 31 der mittlere Hohlraum
23B einen kreisausschnittsförmigen Querschnitt auf
weist. Durch die Form der Hohlräume sind auch hier
dünne Wandungen, insbesondere in den außenliegenden
Bereichen des Rotors, realisiert.
Das in Fig. 8B dargestellte Ausführungsbeispiel
des Rotors 1 unterscheidet sich von dem anhand der
Fig. 8A beschriebenen lediglich dadurch, daß die
Rippen 31 hier in einem Abstand und parallel zuein
ander angeordnet sind. Es wird deutlich, daß die
Anordnung der Rippen variierbar ist und vorzugswei
se in Abhängigkeit der geforderten Steifigkeitsei
genschaften festgelegt wird.
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels des Rotors 1, von dessen
Stirnseiten 17 und 5 aus Hohlräume 23 beziehungs
weise eine Vertiefung 25 und sich daran anschlie
ßende Hohlräume 23 in die Lager 13 und 21 einge
bracht sind. Die Hohlräume 23 erstrecken sich bis
in den mittleren Bereich des Rotors. Der Rotor 1
weist eine gedachte, im wesentlichen quer zu seiner
Längsmittelachse 29 verlaufende geschlossene Wand
33 auf, deren Verlauf mit gestrichelter Linie dar
gestellt ist. Die Wand 33 erstreckt sich - quer zur
Längserstreckung des Rotors gesehen - über den ge
samten Rotorquerschnitt und beinhaltet hier das
erste, der Antriebsseite zugewandte Lager 13. Da
durch wird sichergestellt, daß trotz der Hohlräume
23 von der Antriebsseite keine Luft durch den Rotor
1 in die Vakuumpumpe gelangen kann.
Allen Ausführungsbeispielen des Rotors 1 ist ge
meinsam, daß der Rotor entweder direkt oder über
eine Kupplung von der Antriebswelle in Rotation
versetzt werden kann. Welche der beiden Antriebs
möglichkeiten jeweils zum Einsatz kommt, hängt un
ter anderem von der Größe des Antriebsmoments, der
Drehungleichförmigkeit der Antriebswelle und einem
möglichen Achsversatz zwischen dem Rotor und der
Antriebswelle ab. Im folgenden werden anhand der
Fig. 10A und 10B, die jeweils eine Draufsicht
auf die der Antriebswelle zugewandten Stirnseite 17
zeigen, zwei Ausführungsbeispiele einer Kupplung
näher beschrieben.
Die in Fig. 10A dargestellte Kupplung 35 ist von
einer Scheibe 37 gebildet, in deren mittleren Be
reich ein rechteckiges Langloch 39 eingebracht ist,
das die Scheibe 37 durchdringt. Das Langloch 39, in
das die Antriebswelle mit einem entsprechend ausge
bildeten Abschnitt eingreift, ermöglicht einen Aus
gleich eines Achsversatzes zwischen der Vakuumpumpe
und der Antriebswelle. Die Scheibe ist vorzugsweise
derart ausgebildet, daß sie durch Stanzen herge
stellt werden kann. Die einen kreisförmigen Quer
schnitt aufweisende Scheibe 37 weist zwei auf ge
genüberliegenden Seiten in den Umfang eingebrachte
Aussparungen auf, wodurch jeweils eine Auflageflä
che 41 gebildet ist, die vorzugsweise - wie in Fig.
10A dargestellt - eben ist. Zur Übertragung eines
Drehmoments von einer Antriebswelle auf den Rotor 1
ist jede Auflagefläche 41 an einer am Rotor 1 vor
gesehenen Gegenfläche 43 andrückbar. Aus Fig. 10A
ist ersichtlich, daß die Form der Aussparung so ge
wählt ist, daß trotz kleinem Durchmesser d der
Scheibe 37 die Anlageflächen zwischen dem Rotor 1
und der Kupplung groß sind. Aufgrund der großen An
lageflächen ist die Flächenpressung in diesen Be
reichen klein, so daß auf ein Härten der Kupplung,
falls diese aus Stahl oder Sintereisen besteht, ge
gebenenfalls verzichtet werden kann. Bei einem be
vorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß
das Verhältnis zwischen der Dicke b und dem Durch
messer d der Scheibe 37 in einem Bereich von
0,1 ≦ b/d ≦ 0,3 liegt.
Die Gegenflächen 43 befinden sich an jeweils einem
einstückig mit dem Rotor verbundenen Antriebsseg
ment 45A beziehungsweise 45B, die über die Stirn
fläche 24 des ersten Lagers 13 domartig hervorste
hen. Der Abstand zwischen den Antriebssegmenten
45A, 45B sowie deren Form ist so gewählt, daß die
Kupplung mit Spiel zwischen den Antriebssegmenten
angeordnet und in einem kleinen Winkelbereich um
ihre Längsmittelachse schwenkbar ist. Der Rotor 1
weist in seinem Antriebsbereich eine sehr stabile
Form auf. Dies ist insbesondere dadurch möglich ge
worden, da hier eine sehr große Stützlänge l der
Antriebssegmente 45A und 45B in Kraftrichtung rea
lisiert ist. So wird vorzugsweise ein Verhältnis
zwischen der Stützlänge l und dem Durchmesser D des
Rotors 1 realisiert, das in einem Bereich von
0,35 ≦ 1/D ≦ 0,65 liegt.
Bei dem in Fig. 10B dargestellten Ausführungsbei
spiel des Rotors sind die Antriebssegmente 45A, 45B
durch einen geschlossenen Ring 47 miteinander ver
bunden, wodurch die Formsteifigkeit des Rotors 1
erhöht werden kann. Ferner kann der Ring 47 auch
als Lager, insbesondere zur Gleitlagerung, für den
Rotor benutzt werden. Diese Ausführungsform des Ro
tors baut in axialer Richtung sehr kompakt.
Bei der in Fig. 10B dargestellten Ausführungsva
riante der Kupplung 35 ist in deren mittleren Be
reich anstelle eines Langlochs ein Zweiflach 49
vorgesehen, der in einen entsprechend ausgebildeten
Schlitz in der Antriebswelle eingreift. Über den
Zweiflach 49 wird das Drehmoment von der Antriebs
welle auf die Kupplung übertragen.
Fig. 10C zeigt eine Draufsicht auf die Stirnseite
17 des anhand von Fig. 10A beschriebenen Rotors 1
in einer weiteren Ausführungsform einer Kupplung
35, die von einer Scheibe 37' gebildet ist. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so
daß zu deren Beschreibung auf Fig. 10A verwiesen
wird. In den Umfang der Scheibe 37' sind zwei iden
tische Aussparungen eingebracht, wodurch jeweils
eine ebene Auflagefläche 41 und eine dazu recht
winklig oder im wesentlichen rechtwinklig zur Auf
lagefläche 41 verlaufende Seitenwand 46 gebildet
ist. Wie aus Fig. 10C ersichtlich, sind bei anlie
genden Auflageflächen 41 der Scheibe 37' an den Ge
genflächen 43 des Rotors die Seitenwände 46 paral
lel zu einer in einem Abstand angeordneten Teilwand
48 des Antriebssegments 45A beziehungsweise 45B an
geordnet, während bei dem in Fig. 10A dargestell
ten Ausführungsbeispiel in dieser Stellung der
Kupplung die Seitenwände 46 gegenüber den Teilwän
den 48 der Antriebssegmente geneigt sind bezie
hungsweise mit diesen einen spitzen Winkel ein
schließen. Die Übergänge 50 zwischen den Seitenwän
den 46 und der Umfangsfläche der Scheibe 37' sind
bei diesem Ausführungsbeispiel abgerundet und wei
sen keine scharfen Kanten auf. Sollten im Betrieb
der Vakuumpumpe Drehmomentschwingungen auftreten,
wie sie zum Beispiel bei Direkteinspritzer-Motoren
entstehen können, was zu einem Anschlagen der
Scheibe 37' im Bereich ihrer Übergänge 50 an den
Antriebssegmenten 45A, 45B führt, wird ein Beschä
digen der Teilwände 80 der aus Kunststoff bestehen
den Antriebssegmente vermieden.
Fig. 11 zeigt ein anhand der vorangegangenen Figu
ren beschriebenes Ausführungsbeispiel des Rotors 1,
der einen ersten, als Zweiflach 9 ausgebildeten
Längsabschnitt 7 aufweist. Der zapfenförmige Zwei
flach 9 ist mit einer topfförmigen, vorzugsweise
aus Blech bestehenden Kappe 51 versehen, die auf
den Zweiflach aufgepreßt oder aufgeklipst werden
kann. Es ist auch möglich, daß die Kappe bereits
beim Spritzen des Rotors in die Gußform eingelegt
wird und somit bei der Herstellung des Rotors un
lösbar mit diesem verbunden wird. Die Kappe 51
schützt den Zweiflach 9, dessen Festigkeit zum
Übertragen des erforderlichen Drehmoments aus
reicht, vor einem Verschleiß, der durch eine Rela
tivbewegung zwischen dem Zweiflach und einer Kupp
lung oder bei einem direkten Antrieb des Rotors,
das heißt ohne Kupplung, zwischen dem Zweiflach und
der Antriebswelle hervorgerufen wird.
Fig. 12 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt
der auf den ersten Längsabschnitt 7 aufgebrachten
Kappe 51, die mindestens eine Druckstelle 53 auf
weist, wodurch auf der Innenseite der Kappe 51 eine
Vorwölbung gebildet ist, die in eine im Zweiflach
des Rotors 7 eingebrachte Vertiefung 55 formschlüs
sig eingreift. Hierdurch kann die elastische
und/oder aus einem elastischen Material bestehende
Kappe 51 in einfacher Weise auf den Zweiflach 9
aufgeklipst werden.
Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt und eine Drauf
sicht auf die antriebsseitige Stirnseite 17 eines
weiteren Ausführungsbeispiels eines Rotors 1, der
einstückig ausgebildet ist und aus Kunststoff be
steht. Der Rotor 1 umfaßt hier ein mit der nicht
dargestellten Antriebswelle zusammenwirkendes ela
stisches Antriebselement 57, das zum Beispiel aus
Metallblech, vorzugsweise Federblech, besteht. Die
Schenkel 59 und 59' des U-förmigen Antriebselements
57 sind in jeweils eine Ausnehmung 61 im Rotor 1
eingebracht. Die Endbereiche der beiden Schenkel
sind in den Rotor 1 eingegossen, wodurch das An
triebselement 57 unlösbar mit dem Rotor 1 verbunden
ist. Die Ausnehmungen 61 erstrecken sich von der
Stirnfläche 24 des ersten Lagers 13 bis über den
mittleren Bereich des Rotors hinaus, wobei die Grö
ße der Ausnehmungen so gewählt ist, daß die Schen
kel 59, 59' sich im Bereich der Ausnehmungen rela
tiv gegenüber dem Rotor bewegen können. Der die
Schenkel 59, 59' verbindende Abschnitt 63 des ein
stückigen Antriebselements 57 ragt über die Stirn
fläche 24 hinaus. Die Anordnung der Ausnehmungen 61
ist so gewählt, daß die Schenkel 59, 59' einen gro
ßen Bereich des Schlitzes 3, in dem der Flügel der
Vakuumpumpe geführt ist, umschließen. Aufgrund die
ser Ausgestaltung wird das Antriebsmoment hier di
rekt in die Bereiche des Rotors eingeleitet, an de
nen sich der im Schlitz 3 verschieblich gelagerte
Flügel der Vakuumpumpe abstützt.
Im montierten Zustand der Vakuumpumpe greift das
Antriebselement 57 mit seinem Abschnitt 63 in einen
Schlitz in der Antriebswelle ein. Bei einer Rotati
on der Antriebswelle wird das Antriebsmoment über
das Antriebselement 57 in den Rotor eingeleitet,
wobei das elastische Antriebselement 57 auftretende
Drehmomentspitzen glättet.
Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbei
spiel weisen die Schenkel 59, 59' in ihren Endbe
reichen jeweils zwei Druckstellen 67 auf, wodurch
auf der einen Seite des Antriebselements eine kon
vexe und auf der anderen Seite eine konkave Wölbung
gebildet wird. Die Druckstellen in den Schenkeln
59, 59' sind auf verschiedenen Seiten des Antrieb
selements eingebracht, so daß auch die konvexen
Wölbungen der Schenkel sich auf verschiedenen Sei
ten des Antriebselements befinden. Die konvexen
Wölbungen in den Schenkelenden dienen dazu, die
beiden Schenkel 59, 59' in den Ausnehmungen 61 zu
verklemmen, so daß das Antriebselement 57 sicher am
beziehungsweise im Rotor gehalten wird. Die zum
Einbringen der Schenkel in die Ausnehmungen erfor
derliche Anpreßkraft ist relativ gering. Damit der
in einen Schlitz der Antriebswelle eingreifende Ab
schnitt 63 des Antriebselements 57 auch in diesen
Schlitz spielfrei anordenbar ist, weist der Ab
schnitt 63 auf jeder Seite des Antriebselements je
weils zwei Druckstellen 67 auf, in deren Bereich
das Antriebselement eine konkave beziehungsweise
konvexe Wölbung aufweist. Durch die beidseitig an
gebrachten Druckstellen 67 wird bei einer pendeln
den Bewegung des Antriebselements 57, zum Beispiel
in Folge von Drehmomentschwingungen, ein Hin- und
Herschlagen der Schenkel in den Ausnehmungen und
des Abschnitts 63 in dem Schlitz der Antriebswelle
verhindert, da das Antriebselement 57 in diesen Be
reichen mit beiden Seiten in den Ausnehmungen be
ziehungsweise dem Schlitz anliegt.
Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines langgestreckten An
triebselements 57, das an seinen Enden auf gegen
überliegenden Seiten jeweils zwei Druckstellen 67
aufweist, wodurch konkav und konvex gekrümmte Be
reiche gebildet werden. Mit Hilfe des elastischen
Antriebselements 57 kann - wie aus Fig. 16 ersicht
lich - ein Achsversatz a zwischen der Vakuumpumpe
und der Antriebswelle ausgeglichen werden, ohne daß
dazu eine Kupplung notwendig ist. Wie in Fig. 16
dargestellt, ragt das Antriebselement 57 hierzu in
einen Schlitz 69 einer Antriebswelle 71. Das andere
Ende des Antriebselements 57 ragt in einen Schlitz
oder in eine Ausnehmung im Rotor 1. Aufgrund dieser
Ausgestaltung kann in Längserstreckung des Schlit
zes 69 ein Achsversatz ausgeglichen werden, indem
das Antriebselement 57 im Schlitz 69 verlagert
wird. Ein Achsversatz senkrecht zur Längserstrec
kung des Schlitzes 69 wird bei einem fest mit dem
Rotor verbundenen Antriebselement dadurch erreicht,
daß dieses im elastischen Bereich gebogen wird. Ist
das Antriebselement mit Spiel im Schlitz oder der
Ausnehmung des Rotors geführt, so kippt dieses bei
Übertragung des Drehmoments gegen eine Wandung des
Schlitzes. In Fig. 16 sind die Anlagebereiche des
Antriebselements 57 an den Wandungen der Schlitze
in der Antriebswelle und im Rotor mit Punkten ange
deutet.
Alternativ zu dem in Fig. 15 dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel des Antriebselement 57 kann dieses
anstelle der Druckstellen 67 in seinem Endbereich
- wie in Fig. 17 dargestellt - auch ballige Flächen
abschnitte 73 aufweisen, die auf beiden Seiten des
Antriebselements 57 durch einen Materialauftrag ge
bildet werden oder mit dem Antriebselement 57 ein
stückig verbunden sind. Dadurch wird sicherge
stellt, daß das Antriebsmoment nicht über die Kan
ten des dünnen Antriebselements 57 übertragen wird,
sondern über Flächen.
Fig. 18 zeigt einen Ausschnitt eines Rotors 1 im
Bereich einer Ausnehmung 61 für die Schenkel 59,
59' des U-förmigen Antriebselements, in deren Grund
eine Aufnahme 75 zur Klemmbefestigung der Endberei
che der Schenkel vorgesehen sind. Wie aus Fig. 19
ersichtlich, die eine Draufsicht auf die Ausnehmun
gen 61 im Rotor zeigt, ist für jeden Schenkel des
Antriebselements 57 eine Aufnahme 75 vorgesehen,
die jeweils durch einen Steg 77 gebildet sind, der
einen Schlitz aufweist, in den ein Schenkel des An
triebselements eingepreßt ist.
Fig. 20 zeigt einen mit Spiel in eine Ausnehmung
61 im Rotor 1 eingestecktes Antriebselement 57, das
einen Achsversatz durch ein Verkippen ausgleichen
kann. Das Antriebselement 57 ist in seinem Anlage
bereich auf beiden Seiten ballig ausgebildet, das
heißt, das Antriebselement weist an seinem Endbe
reich auf beiden Seiten eine konvexe Wölbung auf.
Besonders vorteilhaft bei dem in Fig. 20 darge
stellten Ausführungsbeispiel ist, daß durch das
Verkippen des Antriebselements bei einem Achsver
satz dennoch keine zusätzliche Lagerkraft entsteht,
sondern daß nur das Drehmoment in den Rotor einge
leitet wird. Die balligen Endbereiche des Antrieb
selements 57 verhindern, daß das Drehmoment nicht
über Kanten, sondern über ballige Flächen übertra
gen wird.
Die das Antriebselement 57 aufnehmenden Ausnehmun
gen 61 im Rotor 1 sind vorzugsweise so gestaltet,
daß das sich unter Last verformende Antriebselement
57 im Rotor an einem Anschlag zur Anlage kommt, be
vor der Bereich plastischer Verformung erreicht
wird. Hierzu sind bei dem in Fig. 21 dargestellten
Ausführungsbeispiel des Rotors 1 mehrere Anschlag
flächen 77 vorgesehen, die auf beiden Seiten des
Antriebselements 57 angeordnet sind.
Fig. 22 zeigt einen Endbereich eines Ausführungs
beispiels des Antriebselements 57, das hier zwei
fach abgewinkelt ist, wodurch es in vorteilhafter
Weise an unterschiedlich große Schlitze in der An
triebswelle und dem Rotor angepaßt werden kann.
Fig. 23 zeigt drei Abbildungen eines weiteren Aus
führungsbeispiels des Rotors 1, der ein anhand der
vorangegangenen Figuren beschriebenes Antriebsele
ment 57 und mehrere, von beiden Stirnseiten 5 und
17 eingebrachte Hohlräume 23 aufweist, die zur Ge
wichtsreduzierung des Rotors dienen. Wie aus den
Abbildungen der Fig. 23 ersichtlich, weisen die
Wandungen des Rotors 1 kunststoffgerechte Stärken
auf. Die Schenkel 59, 59' des Antriebselements 57
sind hier so lang, daß sie den Schlitz 3 für den
Flügel vollständig umgeben und bis zum zweiten La
ger 21 reichen. Die Schenkelenden sind vom Rotorma
terial vollständig umgeben und daher unlösbar mit
dem Rotor verbunden. Aufgrund dieser Ausgestaltung
wird das Antriebsmoment unmittelbar in das dem An
trieb abgewandten Ende des Rotors eingeleitet, so
daß die übrigen Bereiche des Rotors 1 zumindest im
wesentlichen spannungsfrei sind.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, daß durch die
Herstellung des Rotors aus Kunststoff die Kosten
für die Vakuumpumpe deutlich verringert werden kön
nen. Der Kunststoffrotor weist gegenüber aus Metall
bestehenden Rotoren nur ein geringes Gewicht auf,
das durch das Einbringen von mindestens einem Hohl
raum weiter verringert wird. Die Hohlräume können
bei einem im Spritzgußverfahren hergestellten Rotor
durch das Einlegen von Kernen in die Gußform gebil
det oder nach der Herstellung des Rotors aus diesem
spanend herausgearbeitet werden. Die Form, Ausge
staltung und die Anzahl der Hohlräume ist variier
bar und wird beispielsweise durch das auf den Rotor
aufbringbare Antriebsmoments festgelegt. Ferner
kann jede Hohlräume aufweisende Ausführungsform des
Rotors mit Versteifungsrippen 31 versehen sein, wie
sie anhand der Fig. 8A und 8B beschrieben sind.
Da die Vakuumpumpe auch in Bereichen angeordnet
werden kann, in denen hohe Temperaturen herrschen,
zum Beispiel im Motorraum eines Kraftfahrzeugs,
wird der Rotor bei einem bevorzugten Ausführungs
beispiel aus einem Kunststoff hergestellt, dessen
Dauerfestigkeit vorzugsweise mindestens bis 80°C
gewährleistet werden kann. Selbstverständlich kön
nen auch solche Kunststoffe Verwendung finden, die
mindestens bis zu 140°C und darüber ihre Festig
keitseigenschaften, zumindest im wesentlichen,
nicht verlieren.
Unabhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des
Rotors kann dieser entweder direkt von der An
triebswelle oder über eine Kupplung angetrieben
werden. Die Ausführungsformen des Rotors, bei denen
keine Kupplung vorgesehen beziehungsweise erforder
lich ist, werden bevorzugt, da durch den Wegfall
der Kupplung die Kosten für die Vakuumpumpe verrin
gert werden können. Bei einem Direktantrieb des Ro
tors wird die Ausführungsform bevorzugt, die ein
anhand der Figuren beschriebenes Antriebselement
aufweist, das Drehmomentspitzen und -schwingungen
abschwächt und glättet. Dadurch kann auch dann ein
kompaktbauender Rotor mit nur geringen Wanddicken
realisiert werden, wenn das Antriebsmoment hoch
ist.
Aus den Figuren ist ersichtlich, daß lediglich die
Ausführungsformen des Rotors, die weder über eine
Kupplung noch ein oben beschriebenes elastisches
Antriebselement angetrieben werden, einen ersten
Längsabschnitt 7 aufweisen, der vorzugsweise als
Zweiflach ausgebildet ist.