WO2002025113A1 - Flügel aus kunststoff für eine flügelzellen-vakuumpumpe - Google Patents

Flügel aus kunststoff für eine flügelzellen-vakuumpumpe Download PDF

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Leonardo Cadeddu
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • a cell compressor which is equipped with plastic fins or blades. While that part of the fins which is assigned to the rotor of the cell compressor consists of a poor quality material, the end part of the fins which is assigned to a jacket wall of the compressor housing, on the other hand, should consist of a highly wear-resistant material.
  • the parts of the lamellae are manufactured separately from one another and connected to one another by methods such as gluing, riveting and welding. Furthermore, the two lamella parts can also be pressed together during the manufacturing process.
  • a multi-part lamella construction has the disadvantage that the individual tolerances of the lamella parts add up.
  • the development of the invention according to claim 3 is advantageous in that on the one hand the shape accuracy of the wing is improved by a reduced influence of the material shrinkage at the end part, on the other hand the costs of the wing can be kept low if the material of the end part is expensive.
  • the measure characterized in claim 4 represents a connection of the parts of the wing which can be produced in a simple manner in the course of the manufacture of the wing, in particular if the materials used for the Body and the end part of the wing no material bond can be achieved.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a vane cell vacuum pump with a single vane
  • FIG. 2 shows the body of the wing as a spatial image
  • FIG. 3 also shows the vane completed with two end parts.
  • a vane cell vacuum pump 10 shown in FIG. 1 has a pump housing 11 shown without a lid, with an interior 12 in which a drivable rotor 13 is arranged eccentrically.
  • the rotor 13 is provided with a transverse slot 14 for the longitudinally movable guidance of a wing 15 made of plastic.
  • the wing 15 slidably and sealingly engages an inner wall 16 on the casing side, an end wall 17 and the cover (not shown) of the pump housing 11.
  • the pump housing 11 also has an intake port 18 with an inlet opening 19 opening into the inner side 12 and an outlet opening 20 on the front side.
  • the intake port 18 is not shown Vacuum brake booster connected to a vehicle brake system.
  • the functioning of the vane vacuum pump 10 is known, so that no further explanation is required for this.
  • the lamellar wing 15 is made of plastic. Its body 21 shown in FIG. 2 of the drawing is made of a thermoset. It is made of a glass fiber reinforced phenol novolak molding compound or a material with comparable properties
  • Injection molding injection molding or compression molding.
  • This material is characterized by high mechanical and dynamic resilience and oil resistance. Its material properties are largely constant in the temperature range from -40 ° C to + 150 ° C. The setting behavior of the
  • thermoset is very low over the life of the vacuum pump 10.
  • the material properties of the thermoset mentioned can be improved by annealing the body 21 for several hours.
  • the wing 15 has molded-on end parts 22 and 23, which consist of a high-temperature-resistant thermoplastic such as polyaryl ether ketone (PEEK) or a material with comparable properties.
  • PEEK polyaryl ether ketone
  • This plastic possibly modified by a specially designed filler combination, has a high wear resistance and a low coefficient of friction.
  • the end parts 22 and 23 are combined with the body 21 of the wing 15 by an injection molding process.
  • the body 21, which is provided with end sections 28, 29 which are stepped back in relation to its broad sides 24, 25 and its narrow sides 26, 27 (see FIG. 2), is received in a tool form and with the aforementioned thermoplastic material to that shown in FIG. 3 Completed form.
  • the two form end parts 22 and 23 of the wing 15 semi-cylindrical shells with a small layer thickness, which envelop the end sections 28 and 29 of the body 21 as a sliding coating and are flush with the narrow sides 26 and 27 of the body 21 at least.
  • the plastics used for the body 21 and the end parts 22, 23 of the wing 15 have no or an insufficient material bond, measures for achieving a positive fit between the mentioned parts and the body of the wing 15 are provided in the above-described embodiment of the wing 15.
  • the end sections 28 and 29 of the body 21 have three longitudinal, straight grooves 30 of semi-circular to three-quarter circular cross-section, which are filled by the material of the end parts 22 and 23 during the injection molding process. In this way, lifting or loosening of the end parts 22, 23 from the body 21 of the wing 15 is prevented.
  • the annealing of the body 21 can also take place without damage to the end parts 22, 23 after they have been combined with the body.
  • the manufacturing process can also be used in vane cell vacuum pumps, in which vanes with only a single sliding surface on the end are used.

Abstract

Eine Flügelzellen-Vakuumpumpe (10) weist einen Rotor (13) auf, in dem ein Flügel aus Kunststoff längsgeführt ist, welcher mit wenigstens einem endseitigen Teil (22, 23) an der mantelseitigen Innenwand (16) eines Pumpengehäuses (11) angreift. Der Körper (21) des Flügels (15) besteht aus einem Duroplast und ist mit dem endseitigen Teil (22, 23) aus thermoplastischem Kunststoff durch einen Spritzgießvorgang vereinigt. Mit dem Werkstoff des Körpers (21) wird eine hohe mechanische Festigkeit, mit dem Werkstoff des endseitigen Teils (22, 23) werden eine hohe Verschleißfestigkeit und ein niedriger Reibungskoeffizient erzielt. Die Flügelzellen-Vakuumpumpe kann in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit einem Unterdruck-Bremskraftverstärker verwendet werden.

Description

Flügel aus Kunststoff für eine Flügelzellen-Vakuumpumpe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Flügel aus Kunststoff für eine Flügelzellen-Vakuumpumpe, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Aus DE-GM 75 03 397 ist ein Zellenverdichter bekannt, welcher mit aus Kunststoff bestehenden Lamellen oder Flügeln ausgestattet ist. Während derjenige Teil der Lamellen, welcher dem Rotor des Zellenverdichters zugeordnet ist, aus einem Werkstoff minderer Qualität besteht, soll dagegen der endseitige, einer Mantelwand des Verdichtergehäuses zugeordnete Teil der Lamellen aus einem hochverschleißfesten Werkstoff bestehen. Die Teile der Lamellen werden getrennt voneinander hergestellt und durch Verfahren wie Verkleben, Vernieten und Verschweißen miteinander verbunden. Ferner können die beiden Lamellenteile auch bereits beim Herstellungsprozess miteinander verpresst werden. Ein mehrteiliger Lamellenaufbau hat den Nachteil, daß sich die Einzeltoleranzen der Lamellenteile summieren. Dies ist besonders schädlich, wenn Lamellen mit beidendig angeordneten Teilen aus hochverschleißfestem Werkstoff auf diese Weise hergestellt werden. Derartig ausgebildete Lamellen oder Flügel durchgreifen den Rotor und sollen beidendig dichtend am Gehäuse angreifen, wie dies beispielsweise aus US 3 877 851 bekannt ist.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Flügel mit dem Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist insofern vorteilhaft, weil zum einen ein Montieren getrennt hergestellter Einzelteile entfällt, zum anderen das Spritzgießwerkzeug die Endform des Flügels mit relativ engen Toleranzen reproduzierbar bestimmt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 beschriebenen Flügels gegeben.
Mit der im Anspruch 2 offenbarten Ausgestaltung wird ein Aufbau des Flügels angegeben, bei dem zunächst der Körper des Flügels durch Spritzgießen, Spritzpressen oder Formpressen erzeugt und nachfolgend in demselben oder einem separaten Spritzgießwerkzeug der endseitige Teil des Flügels gefertigt wird.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist insofern vorteilhaft, als einerseits die Formgenauigkeit des Flügels durch einen verringerten Einfluss der Werkstoffschwindung am endseitigen Teil verbessert wird, andererseits die Kosten des Flügels niedrig gehalten werden können, wenn der Werkstoff des endseitigen Teils teuer ist.
Die im Anspruch 4 gekennzeichnete Maßnahme stellt eine im Zuge der Herstellung des Flügels auf einfache Weise erzeugbare Verbindung der Teile des Flügels dar, insbesondere wenn mit den verwendeten Werkstoffen für den Körper und den endseitigen Teil des Flügels kein Stoffschluss erzielbar ist.
Mit der im Anspruch 5 angegebenen Wärmebehandlung des Körpers des Flügels werden eine Steigerung der Festigkeit des Flügels durch den maximal erreichbaren, räumlichen Vernetzungsgrad der Molekülstrukturen und eine Konstanz der Flügelgeometrie durch Spannungsabbau im Werkstoffgefüge sowie ein Vermeiden des Nachschwindens erzielt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine raumbildliche Darstellung einer Flügelzellen-Vakuumpumpe mit einem einzigen Flügel, Figur 2 als Raumbild den Körper des Flügels und Figur 3 ebenfalls als Raumbild den mit zwei endseitigen Teilen vervollständigten Flügel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine in Figur 1 dargestellte Flügelzellen-Vakuumpumpe 10 hat ein ohne Deckel wiedergegebenes Pumpengehäuse 11 mit einem Innenraum 12, in dem ein antreibbarer Rotor 13 exzentrisch angeordnet ist. Der Rotor 13 ist mit einem quer verlaufenden Schlitz 14 zur längsbeweglichen Führung eines aus Kunststoff bestehenden Flügels 15 versehen. Der Flügel 15 greift gleitbeweglich sowie abdichtend an einer mantelseitigen Innenwand 16, an einer Stirnwand 17 sowie am nicht gezeichneten Deckel des Pumpengehäuses 11 an. Das Pumpengehäuse 11 weist ferner einen Ansaugstutzen 18 mit einer mantelseitig in den Innenraum 12 mündenden Einlassöffnung 19 sowie stirnseitig eine Auslassöffnung 20 auf. Der Ansaugstutzen 18 ist mit einem nicht dargestellten Unterdruck-Bremskraftverstärker einer Fahrzeug-Bremsanlage verbunden. Die Funktionsweise der Flügelzellen-Vakuumpumpe 10 ist bekannt, so dass es hierzu keiner weiteren Erläuterung bedarf.
Der lamellenförmig ausgebildete Flügel 15 besteht aus Kunststoff.* Sein in Figur 2 der Zeichnung dargestellter Körper 21 ist aus einem Duroplast gefertigt. Er ist aus einer glasfaserverstärkten Phenol-Novolak-Formmasse oder einem Werkstoff mit vergleichbaren Eigenschaften durch
Spritzgießen, Spritzpressen oder Formpressen hergestellt. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch hohe mechanische und dynamische Belastbarkeit und Ölbeständigkeit aus. Seine Materialeigenschaften sind im Temperaturbereich von -40°C bis +150°C weitgehend konstant. Das Setzverhalten des
Werkstoffs ist über die Lebensdauer der Vakuumpumpe 10 sehr gering. Die Materialeigenschaften des genannten Duroplastes können durch mehrstündiges Tempern des Körpers 21 verbessert werden.
Der Flügel 15 weist angeformte endseitige Teile 22 und 23 auf, welche aus einem hochtemperaturbeständigen Thermoplast wie Polyaryletherketon (PEEK) oder einem Werkstoff mit vergleichbaren Eigenschaften bestehen. Dieser gegebenenfalls durch eine speziell zusammengestellte Füllstoffkombination modifizierte Kunststoff weist eine hohe Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Die endseitigen Teile 22 und 23 sind durch einen Spritzgießvorgang mit dem Körper 21 des Flügels 15 vereinigt. Hierzu wird der Körper 21, der mit gegenüber seinen Breitseiten 24, 25 und seinen Schmalseiten 26, 27 abgestuft zurückgesetzten Endabschnitten 28, 29 versehen ist (siehe Figur 2) , in einer Werkzeugform aufgenommen und mit dem erwähnten thermoplastischen Werkstoff zu der in Figur 3 dargestellten Form ergänzt. Dabei bilden die beiden endseitigen Teile 22 und 23 des Flügels 15 halbzylinderförmige Schalen mit geringer Schichtdicke, welche die Endabschnitte 28 und 29 des Körpers 21 als Gleitbelag umhüllen und flächenbündig zumindest mit den Schmalseiten 26 und 27 des Körpers 21 abschließen.
Da die verwendeten Kunststoffe für den Körper 21 und die endseitigen Teile 22, 23 des Flügels 15 keinen oder einen unzureichenden Stoffschluss eingehen, sind bei der vorbeschriebenen Ausführungsform des Flügels 15 Maßnahmen zum Erzielen eines Formschlusses zwischen den erwähnten Teilen und dem Körper des Flügels 15 vorgesehen. Hierzu weisen die Endabschnitte 28 und 29 des Körpers 21 drei längslaufende, gerade Nuten 30 halb- bis dreiviertelkreisförmigen Querschnitts auf, welche von dem Werkstoff der endseitigen Teile 22 und 23 beim Spritzgießvorgang ausgefüllt werden. Auf diese Weise wird ein Abheben oder Lösen der endseitigen Teile 22, 23 vom Körper 21 des Flügels 15 verhindert.
In Abweichung vom vorbeschriebenen Herstellungsprozess des Flügels 15 kann das Tempern des Körpers 21 auch ohne Schaden für die endseitigen Teile 22, 23 nach deren Vereinigung mit dem Körper erfolgen.
Der Herstellungsprozess kann auch bei Flügelzellen- Vakuumpumpen Anwendung finden, bei denen Flügel mit nur einem einzigen endseitigen Gleitbelag verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Flügel (15) aus Kunststoff für eine Flügelzellen- Vakuumpumpe (10) , der in einem Rotor (13) längs geführt ist und mit wenigstens einem endseitigen Teil (22, 23) gleitbeweglich an der mantelseitigen Innenwand (16) eines Pumpengehäuses (11) angreift, wobei der Körper (21) des Flügels (15) und sein endseitiger Teil (22, 23) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, von denen der Werkstoff des endseitigen Teils (22, 23) einen hohen Verschleißwiderstand hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (21) des Flügels (15) aus einem Duroplast und sein endseitiger Teil (22, 23) aus einem Thermoplast bestehen, welche durch einen Spritzgießvorgang miteinander vereinigt sind.
2. Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Formen des Körpers (21) des Flügels (15) der endseitige Teil (22, 23) in einem Spritzgießvorgang hergestellt ist.
3. Flügel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Teil (22, 23) des Flügels (15) als Schicht geringer Dicke ausgebildet ist.
4. Flügel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (21) des Flügels (15) und der endseitige Teil (22, 23) durch Formschluss miteinander verbunden sind.
5. Flügel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (21) des Flügels (15) vor oder nach dem Spritzgießen des endseitigen Teils (22, 23) einer Temperung unterzogen ist.
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