EP2176519B1

EP2176519B1 - Pendelschieber-vakuumpumpe

Info

Publication number: EP2176519B1
Application number: EP07801231A
Authority: EP
Inventors: Eugen Schmidt; Franz Pawellek
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Priority date: 2007-08-11
Filing date: 2007-08-11
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2027-08-11
Also published as: DE112007003686A5; DE502007006814D1; WO2009021474A1; ATE503081T1; EP2176519A1; ES2361506T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einer zylindrischen Arbeitskammer in der zwischen einer Ansaugöffnung und einer Ausströmöffnung ein Schieber angeordnet ist, der in einem Führungsschlitz eines Exzenter-Drehkolbens gleitet.
Im Stand der Technik sind derartige Drehkolbenpumpen bei der ein mit dem Gehäuse fest verbundener Schieber in einer von einem Exzenter angetriebenen Kolbentrommel derart verschiebbar gelagert ist, dass sich die Kolbentrommel an der zylindrischen Innenwand einer Arbeitskammer gleitend abwälzt, mehrfach vorbeschrieben.
Die wesentlichen Nachteile dieser Ausführungsformen bestehen jeweils in der unzureichenden Spaltabdichtung der Lagerung des Schiebers, wie aber auch in den hohen Reibungsverlusten zwischen der Kolbentrommel und der zylindrischen Arbeitskammer.
In der AT 20 02 47 wird daher, um ohne Schmiermittel auszukommen und bei geringen Reibungsverlusten dennoch ein hohes Vakuum zu erreichen, vorgeschlagen an den Gleitstellen, d.h. über den Umfang verteilt an der Zylinderwand oder in der Kolbentrommel in achsparallele Nuten unter Federdruck stehende Leisten aus selbstschmierenden Werkstoffen anzuordnen. Diese Lösung ist einerseits mit einem sehr hohen Fertigungsaufwand verbunden, und kann dennoch andererseits keine optimale Spaltabdichtung, insbesondere im Bereich der Lagerung des Schiebers gewährleisten.
Darüber hinaus ist diese Bauform zudem sehr arbeits- und materialintensiv und verfügt über eine zwangsläufig sehr große Unwuchtmasse, so dass diese Vakuumpumpe für hohe Drehzahlen nicht geeignet ist.
Eine andere ebenfalls nach dem vorbeschriebenen Wirkprinzip arbeitende Drehkolbenpumpe wird, in der DE 22 62 574 A vorgestellt.
Bei dieser soll mit möglichst einfachen Mitteln die Dichtheit zwischen dem Exzenter-Drehkolben und dem Schieber verbessert werden.
Es wird in der dort vorgestellten Ausführung vorgeschlagen die Seitenwände des Schiebers über die gesamte Länge konkav zu gestalten und aus Bronze herzustellen. Der Exzenter-Drehkolben hingegen soll aus Kunststoff gefertigt werden.
Doch auch diese Ausführung vermag infolge der lediglich sehr schmalen (punktförmigen) Berührungslinie zwischen dem Schieber und dem Exzenter-Drehkolben keine optimale Spaltabdichtung zu gewährleisten.
Wobei auch diese Bauform zudem sehr materialintensiv ist und wiederum über eine sehr große Unwuchtmasse verfügt, so dass auch diese Bauform für hohe Drehzahlen nicht geeignet ist.
Weiterhin ist aus der DE 42 67 55 C eine Bauform bekannt bei der der Schieber zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung pendelnd im Pumpengehäuse gelagert ist und während der Umlaufbewegung der Kolbentrommel in einen tangential in der Kolbentrommel angeordneten Schlitz eintaucht. In der Gehäusewandung ist ein Dichtungsring angeordnet.
Aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung erfordert diese Lösung einen hohen Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand, ist verschleißanfällig und zudem nur bedingt für hohe Drehzahlen geeignet.
Aus der DE 1 915 574 A ist eine als Vakuumpumpe Einsatz findende Rotationskolbenpumpe bekannt geworden bei der ein Schieber ebenfalls zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung pendelnd im Pumpengehäuse gelagert ist und während der Umlaufbewegung der Kolbentrommel in einen in der Kolbentrommel nun radial angeordneten Schlitz eintaucht.
Auch diese Lösung erfordert wiederum einen hohen Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand und ist zudem verschleißanfällig.
Weiterhin ist aus der FR 1 346 509 eine Vakuumpumpe mit einem in der Antriebswelle exzentrisch gelagerten, in einer Arbeitskammer umlaufenden Drehkolben bekannt, bei der in der Innenwandung der Arbeitskammer zwischen der Ansaugöffnung und der Ausströmöffnung eine Lagerrille angeordnet ist, in welcher ein mit einem Pendelkopf versehener Schieber pendelnd derart gelagert ist, dass dieser während der Umlaufbewegung des Drehkolbens mit seinem Pendelschaft in einen radial im Drehkolben angeordneten, von Führungsstegen gebildeten Führungsschlitz "eintaucht".
Auch diese Lösung erfordert ebenfalls einen hohen Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand und ist zudem auch verschleißanfällig. GB-A-281 225 zeigt einen Rotationskolbenverdichter ãhnlicher Bauart.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine mittels einer exzentrischen Umlaufbewegung arbeitende Vakuumpumpe zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, dadurch den Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand deutlich senkt, das geförderte Medium nicht durch Schmiermittel verunreinigt, gleichzeitig die Dichtheit zwischen dem Exzenter-Drehkolben und dem Schieber wesentlich erhöht, so dass bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht werden kann, zudem soll der Verschleiß der Baugruppen minimiert werden, so dass selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vakuumpumpe nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit drei Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen dabei:

Figur 1 :: die erfindungsgemäße Vakuumpumpe (im Schnitt bei A-A gemäß Figur 3) in der Seitenansicht dargestellt;
Figur 2 :: die Einzelheit "Z" der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe gemäß Figur 1;
Figur 3 :: die erfindungsgemäße Vakuumpumpe im Schnitt bei B-B, gemäß Figur 1.

In der Figur 1 ist die erfindungsgemäßen Vakuumpumpe im Schnitt in der Seitenansicht dargestellt (Schnitt A-A gemäß Figur 3).
In einer zylindrischen Arbeitskammer 2 sind eine Ansaugöffnung 3 und eine Ausströmöffnung 4 angeordnet. An einer zentrisch in der Arbeitskammer angeordneten Antriebswelle ist drehfest eine Scheibe mit einem exzentrisch angeordneten Lagerzapfen 5 befestigt.
Auf diesem Lagerzapfen 5 ist drehbar als Drehkolben ein in seiner Arbeitsbreite die Lagerzapfenlänge überragender, beispielsweise als Kunstoffspritzgußteil gefertigter, Orbiter 6 angeordnet.
Dieser Orbiter besteht aus zwei ineinander angeordneten Kreisringen, einem äußeren, flexiblen, geschlitzten Kreisring, dem Dichtring 7, und einem zentrisch in diesem angeordneten, inneren, den Lagerzapfen 5 aufnehmenden Kreisring, dem Lagerring 8. Beide sind miteinander erfindungsgemäß, wie nachfolgend erläutert, federelastisch verbunden.
Beidseitig eines im Dichtring 7 angeordneten Lagerschlitzes 9 ist der Dichtring 7 mit dem Lagerring 8 mittels zweier radial angeordneter, sich über die gesamte Breite des Dichtringes 7 erstreckender Führungsstege 11 federelastisch verbunden. Der Dichtring 7 überragt dabei, wie in der Figur 3 dargestellt, in seiner Breite den den Lagerzapfen 5 aufnehmenden Lagerring 8 deutlich.
Diese Führungsstege 11 dienen der Aufnahme eines Führungspendelblattes 13 Dieses zwischen den Führungsstegen 11 angeordnete Führungspendelblatt 13 ist mit einem Pendelkopf 12 versehen, und überragt im Bereich der Überbreite 10 (vergleiche hierzu die Darstellung gemäß Figur 3) des Dichtringes 7 gegenüber dem Lagerring 8 radial den Lagerzapfen 5.
Mit seinem Pendelkopf 12 ist dieses Führungspendelblatt 13 in einer in der Innenwandung der Arbeitskammer 2 zwischen der Ansaugöffnung 3 und der Ausströmöffnung 4 angeordneten Lagerrille 14 schwenkbar gelagert.
In der Figur 2 ist die Einzelheit "Z" der erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß Figur 1 nochmals deutlich vergrößert dargestellt.
Der letztgenannte Sachverhalt ist dieser vergrößerten Darstellung in Figur 2 deutlich zu entnehmen.
Beidseitig des im Dichtring 7 angeordneten, das Führungspendelblatt 13 aufnehmenden Lagerschlitzes 9 sind, wie in Figur 2 dargestellt, Abflachungen 15 angeordnet. Diese dienen einem reibungsarmen Umlauf des Orbiters 6.
Im Bereich der Ausströmöffnung 4 ist ein Zungenventil 19 mit einer die Zuverlässigkeit des Zungenventiles gewährleistenden Hubbegrenzung 20 angeordnet.
Die Figur 3 zeigt nun die erfindungsgemäße Vakuumpumpe gemäß Figur 1 im Schnitt bei B-B.
Die Antriebswelle 1 ist dabei mittels Gleitlager 16 in einem Pumpengehäuse 17 gelagert.
Die Arbeitskammer 2 wird in einer bevorzugten, fertigungstechnisch optimierten Bauform von einem zylindertopfförmigen Stator 18 gebildet wird, der mit dem Pumpengehäuse 17 verschraubt ist.
Die Darstellung gemäß Figur 3 zeigt den an der Antriebswelle 1 exzentrisch angeordneten Lagerzapfen 5, wie auch den bereits erläuterten Sachverhalt, dass der Dichtring 7 in seiner Breite den den Lagerzapfen 5 aufnehmenden Lagerring 8 deutlich, d.h. um die Überbreite 10, überragt.
Das zwischen den Führungsstegen 11 angeordnete, mit einem Pendelkopf versehene Führungspendelblatt 13 überragt den Lagerzapfen 5 im Bereich dieser Überbreite 10.
Auch im Bereich dieser Überbreite 10 wird das Führungspendelblatt 13 von den auch in diesem Bereich am Lagerring 8 angeordneten Führungsstegen 11 geführt.
Vorteilhaft ist, wenn das Führungspendelblatt 13 den Lagerzapfen 5 in der oberen Totpunktlage (gemäß Figur 1) fast bis zum radial gegenüberliegenden Innenrand des Dichtringes 7 überragt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung überragen selbst die Führungsstege 11 im Bereich der Überbreite 10 des Dichtringes 7 ebenfalls den Lagerring 8 bis fast zum radial gegenüberliegenden Innenrand des Dichtringes 7.
Dadurch wird eine weitere Optimierung der Führung des Orbiters 6 erzielt.
In Folge der erfindungsgemäßen Anordnung wird während des Umlaufes des exzentrisch angeordneten Lagerzapfens 5 im Stator 18, eine definierte Verformung des gesamten Orbiters 6 bewirkt.
Diese erfindungsgemäße, definierte Verformung des Orbiters 6 bewirkt, dass der Dichtring 7 während des gesamten Exzenterumlaufes stets dichtend mit einer radialen Vorspannung an der Innenwand des Stators 18 anliegt.
Dabei drückt der exzentrisch angeordnete Lagerzapfen 5 erfindungsgemäß die flexible vom Führungspendelblatt 13 exakt geführte, elastische Mantelfläche des Orbiters 6 spaltlos dichtend an die Innenwand des Stators 18 an.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird jedoch dabei zugleich die Dichtheit zwischen dem Orbiter 6 und dem Führungspendelblatt 13 wesentlich erhöht, so dass bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht werden kann. Dabei ist gewährleistet, dass das geförderte Medium keinesfalls durch Schmiermittel verunreinigt wird.
Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Lösung der Verschleiß der Baugruppen minimiert.
Auf Grund der geringe Masse des erfindungsgemäßen Orbiters 6 kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung zudem selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden.. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vakuumpumpe einfach und robust aufgebaut.
Dabei kann sie erfindungsgemäß mit minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach hergestellt und montiert werden.
Dadurch kann der Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand ebenfalls deutlich gesenkt werden.
Gleichzeitig kann die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, wie in der Figur 3 dargestellt, als Tandempumpe "ausgebaut" werden.
Hierfür kann auf der im Pumpengehäuse 17 drehbar gelagerten Antriebswelle 1 noch ein weiterer jedoch um 180° versetzt angeordneter Exzenter angeordnet sein, welcher beispielsweise eine Zellenpumpe 21 antreibt. Diese Zellenpumpe 21 kann, wie in der Figur 3 dargestellt, eine Ölpumpe sein.
Bei einer solchen Tandempumpe, beispielsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, kann der Ringspalt 22 beispielsweise mittels einer Blendenbohrung mit dem Ölvolumen der Galerie des Verbrennungsmotors in Verbindung stehen, so dass gleichzeitig eine optimale gemeinsame Schmiermittelversorgung der Gleitlager 16 beider Pumpen, der Vakuumpumpe und der Ölpumpe, mit gefiltertem Öl gewährleistet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine Vakuumpumpe zu entwickeln, welche einfach und robust aufgebaut ist, bei minimalem Materialeinsatz fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, dadurch den Fertigungs- und Instandhaltungsaufwand deutlich senkt, das geförderte Medium nicht durch Schmiermittel verunreinigt, und gleichzeitig die Dichtheit zwischen dem Exzenter-Drehkolben und dem Schieber wesentlich erhöht, so dass bereits in einer einstufigen Verdichtung ein hohes Vakuum erreicht werden kann, wobei gleichzeitig der Verschleiß der Baugruppen minimiert wurde, so dass selbst bei sehr hohen Drehzahlen eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist.

Bezugszeichenzusammenstellung

1: Antriebswelle
2: Arbeitskammer
3: Ansaugöffnung
4: Ausströmöffnung
5: Lagerzapfen
6: Orbiter
7: Dichtring
8: Lagerring
9: Lagerschlitz
10: Überbreite
11: Führungsstege
12: Pendelkopf
13: Führungspendelblatt
14: Lagerrille
15: Abflachung
16: Gleitlager
17: Pumpengehäuse
18: Stator
19: Zungenventil
20: Hubbegrenzung
21: Zellenpumpe
22: Ringspalt

Claims

Vakuumpumpe mit einer in einem Pumpengehäuse (17) drehbar gelagerten Antriebswelle (1), einem in einer im/am Pumpengehäuse (17) angeordneten zylindrischen Arbeitskammer (2) in/auf der Antriebswelle (1) exzentrisch gelagerten Drehkolben, einer in der Arbeitskammer (2) angeordneten Ansaugöffnung (3) und einer ebenfalls in der Arbeitskammer (2) angeordneten Ausströmöffnung (4) sowie einem zwischen der Ansaugöffnung (3) und der Ausströmöffnung (4) angeordneten Schieber der in einem Führungsschlitz des Drehkolbens gleitet, wobei der Führungsschlitz von Führungsstegen (11) gebildet wird, die am Drehkolben unmittelbar beidseitig eines Lagerschlitzes (9) angeordnet sind und am Schieber selbst ein Pendelkopf (12) angeordnet ist mit dem dieser in der Arbeitskammer (2) zwischen der Ansaugöffnung (3) und der Ausströmöffnung (4) in einer in der Innenwandung der Arbeitskammer (2) angeordneten Lagerrille (14) pendelnd gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (1) drehfest exzentrisch ein Lagerzapfen (5) befestigt ist, auf dem drehbar gelagert, als Drehkolben ein in seiner Arbeitsbreite die Lagerzapfenlänge überragender Orbiter (6) angeordnet ist, welcher aus zwei ineinander angeordneten Kreisringen, einem äußeren, geschlitzten, flexiblen Kreisring, dem Dichtring (7), und einem zentrisch in diesem angeordneten, inneren den Lagerzapfen (5) aufnehmenden, Kreisring, dem Lagerring (8) besteht, wobei der Dichtring (7) in seiner Breite den den Lagerzapfen (5) aufnehmenden Lagerring (8) deutlich überragt, und dabei der Dichtring (7) mit dem Lagerring (8) mittels zweier radial angeordneter, sich über die gesamte Breite des Dichtringes (7) erstreckender Führungsstege (11) federelastisch verbunden ist, wobei der mit einem Pendelkopf (12) versehene Schieber als ein zwischen den Führungsstegen (11) angeordnetes, den Lagerzapfen (5) im Bereich der Überbreite (10) des Dichtringes (7) gegenüber des Lagerringes (8) radial überragendes Führungspendelblatt (13) ausgebildet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstege (11) den Lagerring (8) im Bereich der den Lagerzapfen (5) überragenden Überbreite (10) des Dichtringes (7) fast bis zum radial gegenüberliegenden Innenrand des Dichtringes (7) überragen.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Dichtring (7) des Orbiters (6), beidseitig des im Dichtring (7) angeordneten Lagerschlitzes (9), Abflachungen (15) angeordnet sind.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) mittels Gleitlager (16) in einem Pumpengehäuse (17) gelagert ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (2) von einem zylindertopfförmigen Stator (18) gebildet wird, der mit dem Pumpengehäuse (17) verschraubt ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausströmöffnung (4) ein Zungenventil (19) mit einer Hubbegrenzung (20) angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der im Pumpengehäuse (17) drehbar gelagerten Antriebswelle (1) ein weiterer um 180° versetzt angeordneter Exzenter befindet, der beispielsweise eine Zellenpumpe (21) antreibt.
Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenpumpe (21) eine Ölpumpe ist.