Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere für Bremskraftverstarker- Anlagen in Fahrzeugen, mit einem antreibaren Rotor, über den mindestens ein Flügel in einem Gehäuse in Rotation versetzbar ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Pumpe, insbesondere Vakuumpumpe
Vakuumpumpen der hier angesprochenen Art sind bekannt Sie werden beispielsweise für eine Bremskraftverstarker-Anlage in einem Kraftfahrzeug eingesetzt und weisen einen Rotor auf, der mit Hilfe eines Antriebs in Rotation versetzbar ist. Der in einem Gehäuse angeordnete Rotor steht mit mindestens einem aus Stahl bestehenden Flügel in Eingriff, der bei Rotation des Rotors an einem Konturring entlang gleitet. Der Rotor besteht aus mehreren Einzelteilen, die lösbar miteinander verbunden sind.
Derartige Vakuumpumpen sind bekannt. Beispielsweise geht aus der DE 87 00 135 U1 eine Pumpe mit einem aus Keramik oder Polymerbeton bestehenden Rotor hervor, aus der DE 23 48 441 A1 eine Pumpe, mit einem aus Elektrographit bestehenden Rotor und aus der DE-GM 19 56 184 sowie der DD 1 55 102 eine Pumpe mit einem teilweise mit einem Metall beziehungsweise Nichtmetall beschichteten Rotor.
Es hat sich gezeigt, daß der Rotor aufgrund seines Gewichts ein großes Massentrag- heitsmoment aufweist, wodurch die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe uner- wünscht hoch ist. Darüber hinaus wird der gesamte Pumpenantrieb hoch belastet. Der Rotor weist ferner eine massive und aufwendige, kostenintensive Bauweise auf, wobei die hohen Herstellungskosten des Rotors unter anderem durch die erforderliche spanende Bearbeitung beziehungsweise Nachbearbeitung zustande kommen
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweisen
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vakuumpumpe vorgeschlagen, die mindestens einen antrei baren Rotor aufweist, über den mindestens ein Flügel in einem Gehäuse in Rotation versetzbar ist. Die Vakuumpumpe zeichnet sich dadurch aus, daß der Rotor und/oder der Flügel aus Aluminium oder einer Alumiπiumlegierung bestehen/besteht. Der Rotor und der Flügel weisen im Vergleich zu bekannten Rotoren ein geringeres Gewicht auf. Dadurch ist die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe aufgrund des kleinen Massenträgheitsmoments des Rotors und des vorzugsweise in einem Schlitz des Rotors verschieblich geführten Flügels, der im montierten Zustand zusammen mit dem Rotor eine Baueinheit bilden kann, nur relativ gering. Es wird deutlich, daß sich die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe bereits auch dann schon reduzieren lässt, wenn entweder nur der Rotor oder nur der Flügel aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminium-Legierung hergestellt ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind/ist der Rotor und/oder der Flügel einstük- kig ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung. Dar- über hinaus ist durch die einstückige Ausbildung des Rotors und des Flügels eine kompakte Bauweise möglich, so daß der Bauraum für die Vakuumpumpe und insbesondere deren Bauhöhe verkleinert werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor durch spanlose Formung hergestellt, das heißt, bei der Herstellung beziehungsweise der Bearbeitung des Rotors findet kein Abtrag von Spänen statt, wie sie beispielsweise beim Fräsen, Schleifen oder dergleichen anfallen. Der Rotor, der beispielsweise durch Giessen, Schmieden, Pressen, Richten und/oder Trennen durch Zerteilen hergestellt wird, kann daher mit nur geringem Aufwand hergestellt werden. Bei der spanlosen Formung, insbesondere beim Fließpressen, des Rotors können enge Toleranzen realisiert werden, so daß gegebenenfalls auf eine mechanische, insbesondere spanende Nacharbeit verzichtet werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der Rotor nach seiner Formung auch noch bearbeitet wird, beispielsweise noch Querbohrungeπ oder dergleichen in diesen eingebracht werden, falls erforderlich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Rotor durch Fließpressen hergestellt. Beim Kaltfließpressen besteht ein Vorteil darin, daß der Rotor in einer Bearbeitungsstufe gepresst werden kann. Das Warmfließpressen weist den Vorteil auf, daß der fertige Rotor zumindest annähernd porenfrei ist und auch hochsiliziumhaltiges Aluminium verwendbar ist.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe ist vorgesehen, daß zumindest ein Teil des Gehäuses aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Dadurch kann das Gewicht der Vakuumpumpe weiter reduziert werden. Das Gehäuse besteht aus mindestens einem Gehäuseteil und einem das Gehäuseteil ver- schließenden Deckel, wobei sowohl das Gehäuseteil als auch der Deckel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein können.
Bevorzugt wird auch ein Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe, das sich dadurch auszeichnet, daß der Rotor und/oder der Flügel mindestens einen randoffenen Hohlraum aufweisen/aufweist. Durch das Einbringen von Hohlräumen in den Rotor bezie- hungsweise den Flügel können ohne weiteres dünne Wandungen realisiert werden. Das Gewicht des gegenüber einem bekannten, aus Metall bestehenden Rotor ohnehin leichten, weil aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung bestehenden Rotors wird dadurch weiter verringert. Die Form und Größe des Hohlraums kann praktisch beliebig gewählt werden. Wichtig ist im besonderen, daß die Wandungen des Rotors, die stehen bleiben, noch ausreichend dick sind, damit ein Versagen ausgeschlossen werden kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe weisen der Rotor und/oder der Flügel mindestens eine quer oder im Wesentlichen quer zu seiner Längsmittelachse verlaufende geschlossene Wand auf. Dadurch kann bei einem mehrere Hohlräume aufweisenden Rotor sichergestellt werden, daß keine Luft "von der Antriebsseite durch den Rotor in die Vakuumpumpe gelangen kann. Aufgrund der geschlossenen Wand sind also keine zusätzlichen Dichtungen notwendig. Beim Flügel verhindert die ge-
schlossene Wand einen Kurzschluss, also eine Mediumverbindung zwischen einem Druck- und einem Saugbereich der Vakuumpumpe.
In bevorzugter Ausführungsform sind/ist der Rotor und/oder der Flügel eloxiert. Dadurch kann Verschleiß des Rotors beziehungsweise des Flügels vermieden werden. Ferner kann bei einem aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden, den Rotor aufnehmenden Gehäuse beziehungsweise einem aus Aluminium bestehenden Deckel, der einen den Rotor aufnehmenden Pumpenraum verschließt, gegen den der Rotor stirnseitig gegenstößt, ein Kaltverschweißen vermieden werden. Sofern das Gehäuse der Vakuumpumpe beziehungsweise der den Pumpenraum verschließende Deckel aus Kunststoff besteht, ist ein Eloxieren des Rotors und des Flügels nicht erforderlich. Das vorzugsweise nicht eloxierte Gehäuse, das weicher ist als der eloxierte Rotor und der Flügel, weist gute Laufeigenschaften auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor, insbesondere von einer Breπn- kraftmaschine des Fahrzeugs, beispielsweise Kraftfahr-, Wasser- oder Schienenfahr- zeugs, insbesondere von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine, über eine Kupplung mit einem Drehmoment beaufschlagbar. Aufgrund des geringen Massenträgheitsmoments des Rotors braucht die Nockenwelle nicht gehärtet werden, so daß die Kosten für die Pumpe beziehungsweise für deren Antrieb reduziert werden können.
Bevorzugt wird ferner ein Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpe, bei der die Kupp- lung einen Schlitz aufweist, in den ein Antriebselement eingreift. Nach einer anderen Ausführungsvariante weist die Kupplung einen Antriebszapfen auf, der in einen entsprechenden Schlitz im Antriebselement eingreift. In beiden Fällen ist eine einfache Kopplung zwischen Vakuumpumpe und Antrieb realisierbar.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Pumpe, insbesondere Vakuumpumpe, vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, daß der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Rotor und/oder der
Flügel durch spanlose Formung hergestellt werden/wird. Der Rotor und der Flügel, die
ein nur relativ geringes Gewicht aufweisen, können also beispielsweise durch Urformen, wie zum Beispiel Gießen, und/oder durch Umformen, wie zum Beispiel Schmieden, Pressen, Richten und Trennen durch Schneiden beziehungsweise Zerteilen oder dergleichen gefertigt werden. Dabei werden Rotor und gegebenenfalls auch der Flügel vorzugsweise vollständig, zumindest aber weitgehend fertiggestellt. Falls eine spanende Bearbeitung, wie zum Beispiel Fräsen, Bohren oder dergleichen, überhaupt erforderlich ist, so ist der Aufwand hierfür vorzugsweise gering. Der Rotor und der Flügel sind vorzugsweise derart ausgestaltet, daß sie nach dem/den Formvorgängen einbaufertig sind und nicht noch spanend bearbeitet werden müssen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Rotor durch Warmfließpressen oder Kaltfließpressen hergestellt. Beim Fließpressen wird aus einem Rohling mit Hilfe eines Stempels und einer Pressbüchse, vorzugsweise in einem Arbeitsgang, der Rotor hergestellt. Dabei wird der Rotorrohling im kalten beziehungsweise erwärmten Zustand durch den Spalt zwischen Stempel und Pressbüchse hin- durchgedrückt, wobei seine Fließgrenze überschritten wird. Der Rotor ist besonders kostengünstig herstellbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Rotors für eine Pumpe;
Figur 2 eine Vorderansicht des Rotors auf seine einem Antrieb abgewandten Stirnseite;
Figur 3 eine Vorderansicht auf die dem Antrieb zugewandte Stirnseite des
Rotors;
Figur 4 einen Längsschnitt durch den Rotor gemäß der in Figur 2 dargestellten Schnittlinie B-B;
Figur 5 einen Längsschnitt durch den Rotor entlang der in Figur 2 dargestellten Schnittlinie A-A;
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung des in Figur 4 dargestellten Bereichs -
X- des Rotors;
Figur 7 einen Längsschnitt durch den Rotor entlang der in Figur 6 dargestellten Schnittlinie D-D;
Figur 8 eine Seitenansicht des Rotors gemäß den Figuren 1 bis 8;
Figuren 9 und 10 jeweils eine perspektivische Darstellungdes Rotors und
Figuren 11 und 12jeweils ein Ausführungsbeispiel eines mit dem Rotor zusammenwir- kenden Flügels in perspektivischer Darstellung.
Den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Rotors 1 für eine Vakuumpumpe ist gemeinsam, daß der Rotor 1 und einstückig ausgebildet ist und aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Der Rotor 1 ist in vorteilhafter Weise durch spanlose Formung, insbesondere durch Fließpressen, herstellbar.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt des Rotors 1 für eine nicht dargestellten Vakuumpumpe, der einen durchgehenden Schlitz 3 aufweist. Die Außenfläche des Rotors 1 ist zylindrisch ausgebildet. Der quer zu einer Längsmittelachse 5, die gleichzeitig auch die Rotationsachse des Rotors 1 ist, verlaufende Schlitz 3 dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Flügels, der innerhalb des Schlitzes 3 in Durchmesserrichtung verschieb- bar ist. Der Schlitz 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel von der dem Antrieb des Rotors 1 abgewandten Stirnseite 7 eingebracht, ist also randoffen ausgebildet. Als Antrieb für den Rotor 1 dient beispielsweise eine mit einem Drehmoment beaufschlagbare, nicht dargestellte Antriebswelle, beispielsweise eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Selbstverständlich ist es möglich, daß der Rotor 1 auch mittels eines Elektromotors, Riementriebs oder dergleichen antreibbar ist.
Ein erster Längsabschnitt 11 des Rotors 1 , der im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist, dient als Lager 13 des hier einseitig, also fliegend gelagerten Rotors 1. Als Lagerungsart ist vorzugsweise eine Gleitlagerung vorgesehen. An das Lager 13 schließt sich ein im Durchmesser größerer zweiter Langsabschnitt 15 an, der -quer zur Längsmittelachse 5 gesehen- vom Schlitz 3 für den Flügel durchbrochen ist, wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, die eine Vorderansicht auf die Stirnseite 7 beziehungsweise auf die dem Antrieb zugewandte Stirnseite 17 des Rotors 1 zeigen.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, ist in die Stirnfläche 9 des Rotors 1 ein Hohlraum 19 eingebracht, beziehungsweise -je nach Herstellungsart des Rotors 1 - weist die Stirnfläche 9 des Rotors 1 einen Hohlraum 19 auf, der hier von einer Stufenbohrung gebildet ist. Der Hohlraum 19 dient der Reduzierung des Gewichts des Rotors und somit von dessen Massenträgheitsmoments. Die konzentrisch zur Längsmittelachse 5 angeordnete Stufenbohrung erstreckt sich durch den gesamten zweiten Längsabschnitt 15 bis an das Lager 13. Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor mehrere Hohlräume auf. Unabhängig von der Anzahl, Größe und Form der Hohlräume sind die Wände des Rotors vorzugsweise nur sehr dünn, jedoch noch ausreichend dick, damit ein Versagen des Rotors ausgeschlossen werden kann.
Auf der dem Antrieb zugewandten Stirnseite 17 des Rotors 1 ist in eine Stirnfläche 21 ein Schlitz 23 eingebracht beziehungsweise die Stirnfläche 21 weist den Schlitz 23 auf, der zur Aufnahme eines vorzugsweise ballig ausgebildeten, nicht dargestellten Antriebselements dient. Das Antriebselement wird in den Schlitz 23 eingelegt beziehungsweise eingesteckt und kann dadurch im Schlitz 23 gehalten werden, daß der Rotor 1 in dem der Stirnseite 17 zugewandten Endbereich des Längsabschnitts 11 im Bereich gekrümmter Einformungen 25 und 27, die einander gegenüberliegen, ge- quetscht und dadurch bleibend verformt wird. Das Antriebselement kann Teil einer Kupplung sein und dient zur Übertragung eines Drehmoments vom Antrieb an den Rotor 1.
Selbstverständlich kann die Kopplung zwischen Rotor 1 und Antrieb auch anders gestaltet sein. Beispielsweise kann der Rotor anstelle des Schlitzes 23 auch einen Antriebszapfen, zum Beispiel eine Zweiflach, aufweisen, der in einen Schlitz im Aπtrieb- selement eingesteckt wird.
Figuren 4 bis 10 zeigen weitere Ansichten des anhand der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Rotors 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird.
Aufgrund der Form und Ausgestaltung des Rotors 1 ist dieser in einfacher und kostengünstiger Weise durch spanlose Formung herstellbar, ohne daß eine nachträgliche spanabtragende Bearbeitung erforderlich ist. Die Herstellung des Rotors 1 durch Fließpressen ermöglicht die Realisierung enger Toleranzen, ohne daß eine mechanische Nachbearbeitung des Rotors dazu erforderlich ist.
Figur 11 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines einstückigen, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Flügels 29, der in den Schlitz 3 des Rotors 1 einsetzbar ist. Der Flügel 29 weist einen rechteckförmi- gen Querschnitt auf. In seinen Stirnflächen 31 und 33 ist jeweils eine quer zur Längserstreckung des Flügels 29 verlaufende Nut 35 eingebracht, die zur Aufnahme einer nicht dargestellten Dichtung dient. Mit den Stirnflächen 31 , 33 beziehungsweise den in den Nuten 35 vorgesehenen Dichtungen liegt der Flügel 29 an der Innenumfangsfläche eines einen Pumpenraum begrenzenden Konturrings an. Mit Hilfe des Flügels und der Dichtungen wird ein Kurzschluss zwischen einem Saugbereich und einem Druckbereich des Pumpenraums verhindert.
In den Stirnflächen 31 und 33 des Flügels 29 sind jeweils eine hier im Querschnitt rechteckförmige Ausnehmung 37 beziehungsweise 39 eingebracht, die unter anderem dazu dienen, das Gewicht des Flügels 29 und somit dessen Massenträgheitsmoment zu verringern und dünne Wandstärken zu schaffen, damit der Flügel durch Fließpressen, Gießen oder dergleichen einfacher herstellbar ist beziehungsweise erst herge-
stellt werden kann. Die Ausnehmungen 37 und 39 sind durch eine quer zur Längsmittelachse des Flügels 29 verlaufende Wand 41 voneinander getrennt. Es besteht also keine Mediumverbindung zwischen den Ausnehmungen 37 und 39.
Figur 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Flügels 29, der sich von dem an- hand der Figur 11 beschriebenen Flügel insbesondere dadurch unterscheidet, daß er deutlich breiter ist und daß in seinen Stirnflächen 31 und 33 jeweils zwei Ausnehmungen 37, 37' beziehungsweise 39, 39' eingebracht sind, wobei jeweils einander gegenüberliegende Ausnehmungen 37, 39 beziehungsweise 37' und 39' jeweils durch eine quer zur Längsmittelachse des Flügels verlaufende, geschlossene Wand 41 bezie- hungsweise 41 ' voneinander getrennt sind.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres. Es besteht darin, daß der Rotor 1 und/oder der Flügel durch spanlose Formung hergestellt werden/wird, beispielsweise durch Gießen, Spritzgießen, Pressen, insbesondere Fließpressen und dergleichen, so daß sie kostengünstig herstellbar sind. Der Alumini- umrotor weist gegenüber aus Metall bestehenden Rotoren nur ein geringes Gewicht und somit ein reduziertes Massenträgheitsmoment auf, ebenso der Flügel. Der zur Gewichtsreduzierung dienende Hohlraum 19 und der Schlitz 23 im Rotor 1 sowie die Ausnehmungen im Flügel sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie ohne weiteres auch durch spanlose Formung herstellbar sind.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruchs durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu
verstehen. Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf das/die Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung be- schränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen, in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und den Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthalte- nen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.