WO2016096340A1 - Vakuumpumpe und verfahren zum betrieb der vakuumpumpe - Google Patents

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WO2016096340A1
WO2016096340A1 PCT/EP2015/077565 EP2015077565W WO2016096340A1 WO 2016096340 A1 WO2016096340 A1 WO 2016096340A1 EP 2015077565 W EP2015077565 W EP 2015077565W WO 2016096340 A1 WO2016096340 A1 WO 2016096340A1
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WO
WIPO (PCT)
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vacuum pump
rotor
race
wing
vane
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/077565
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English (en)
French (fr)
Inventor
Freddy SCHÖNWALD
Carsten Sczesny
Daniel ZIEHR
Benjamin Pyrdok
Original Assignee
Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Magna Powertrain Bad Homburg GmbH filed Critical Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C18/3441—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C18/348—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the vanes positively engaging, with circumferential play, an outer rotatable member
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum

Definitions

  • Vacuum pump and method for operating the vacuum pump are Vacuum pump and method for operating the vacuum pump
  • the invention relates to a vacuum pump designed as a monoflip pump, comprising a stator ring with windings, a rotor and a wing, which divides a work space formed between a stator and the rotor in working cells with different volumes.
  • the invention relates to a method for operating the
  • Friction resistance of the internal combustion engine for example
  • EP2219917B1 shows a vacuum pump that is mechanically operated.
  • the housing of the pump in the prior art has a component which is rotatably mounted and driven by a belt drive. At the same time, the rotor is set in rotation. The aim of this arrangement is to achieve a higher speed of the pump without causing high wear.
  • This pump can not have a magnetic ring with a race as a mechanical pump.
  • WO2012007125A2 shows an electric pump, but which does not have a race, but only a retaining ring to guide the wings.
  • the vacuum pump Before a cold start of an internal combustion engine, the vacuum pump is filled with residual oil. At low temperatures, the viscosity of the oil increases and the pump must push out the viscous oil through a small blower when starting the vehicle. This results in a big one
  • the performance class of the engine used is limited by the vehicle manufacturers and by the voltage of the vehicle electrical system. While in a mechanical pump, the rotation system is designed so robust that the necessary torque during cold start for Is available, this is not possible by the integration of the rotation system in the interior of the electric motor, but also not desired.
  • the object of the invention is to provide a vacuum pump, the
  • a vacuum pump designed as a monoflip pump, comprising a stator ring with windings, a rotor and a wing, which divides a working space formed between the stator and a rotor in working cells with different volumes, wherein within the stator ring with a magnetic ring with race
  • the raceway has a pin on its closed side. About this pin bearing and guidance of the race is secured displayed without large friction surfaces arise.
  • raceway has an annular shoulder on its open side.
  • annular shoulder has contact with the housing and generates friction.
  • the blade tip of the blade reciprocates within a nip formed in the race between the boundaries of the nip in a wiper motion.
  • the structure of the race is in principle circular and following a defined contour only in the area of the nip. As a result, the production of the race is easy.
  • pin and race ring shoulder represent the sole bearings of the race.
  • BLDC motor in particular BLDC motor is arranged and running with a liquid lubrication and / or liquid seal.
  • Internal combustion engine may be mounted, optionally in the oil pan of the internal combustion engine.
  • an electric motor is a necessity, since only such an engine operates in the air / oil mixture, but with the advantage that an electric motor has to be controlled in a decided manner.
  • the method according to the invention for operating a vacuum pump has the advantage that the rotation of the raceway rotates the vane, with the vane moving along the rotor and making a movement along its longitudinal axis, and the vane performing a wiper movement in the region of the nip.
  • the electric vacuum pump is constructed with a single vane, which significantly increases the efficiency of the pump.
  • a race in which the wing is connected on one side this is the rotating part, the rotor is thereby rotated by the wing.
  • the rotor has only a radial bearing and is axially supported by the race and the housing of the pump. Description of the invention
  • FIGS. 1 a and b show a section through a vacuum pump in the prior art
  • FIG. 2 shows a section through a vacuum pump without an inventive solution
  • FIG. 3 shows a section through a vacuum pump according to the invention.
  • the vane pump shown in Fig. 1 comprises a pin-shaped rotor 2 with a circular in cross-section outer peripheral surface.
  • the rotor 2 is circumferentially surrounded by a ring-shaped annular race 3, which is drivable with respect to a rotational axis A to a rotational movement.
  • the axis of rotation A of the race 3 is offset with respect to a central axis B of the rotor 2, i. the race 3 is eccentric with respect to the rotor 2
  • a guide slot 6 on the inner peripheral surface of the race 3, which is circular in cross-section.
  • a substantially plate-shaped wing 5 is guided in the guide slot 6, a substantially plate-shaped wing 5 is guided.
  • the wing 5 projects through the axis of rotation B of the rotor 2 on both sides radially outward on the raceway 3 and is movably mounted in a guide 40 along its longitudinal axis.
  • the wing tip 7 of the wing, i. the free end of the wing 5, carries a cap 8, which on the outer peripheral surface of the
  • Race 3 is present.
  • the race 3 has an inner periphery 30 which is substantially circular and has a recess which has a
  • the Schmiegespalt 16 forms.
  • the Schmiegespalt 16 has a right boundary 15 and a left boundary 15 '.
  • the raceway 3 can therefore be circular in its predominant part and only in the area in which the wing 5 moves, the contour of a conchoid is configured following. Since the blade tip 7 is not firmly connected to the raceway 3, it would come in operation to a leakage current across the blade tip 7. Therefore, the cap 8 aufbracht on the wing tip 7.
  • the cap 8 is made of steel
  • the cap 8 may also be biased by a spring. Due to the sealing contact of the cap 8 with the interior of the race, the actual work cell is formed. In order to further minimize the leakage current, the wing tip 7 is moved only between the right and left boundaries 15, 15 'of the nip 16. Between the rotor 2 and the race 3, a working chamber 19 of the pump is formed, which is divided into chambers or cells. This is separated by the wing 5 in an outlet chamber 23 and a suction chamber 22 from the maximum working space 24 ( Figure la). During the rotational movement of the race 3 along a direction of rotation C changes due to the eccentric arrangement of the race 4 and the rotor 2 relative
  • an air / fluid mixture generally an air / oil mixture, sucked through an inlet 13, below
  • the cap 8 with the wing 5 performs a wiper movement in the region of the Schmiegespaltes 16, while the raceway 3 rotates. It remains in this embodiment, the problem that in addition to the working volume, a dead volume is moved, which can not be completely emptied.
  • the dead volume 20 is transported from the outlet to the inlet.
  • the drive of the rotor 2 and the race 3 to the said rotary motion takes place in the embodiment shown here by means of a stator ring with windings 18 together with the magnetic ring 4, which is designed as a brushless DC motor.
  • the rotor of the stator ring with windings 18 together with the magnetic ring 4, which is designed as a brushless DC motor.
  • Electric motor is formed here by the rotor plus race 3 of the pump.
  • the raceway 3 comprises an arrangement of a plurality of permanent magnets with alternating polarity.
  • Magnetic ring 4 is pressed with the raceway 3, whereby a one-piece design is possible.
  • a stator ring with windings 18 surrounds the magnetic ring 4 / race 3 of the electric motor radially outside and is controlled by a control device not shown in a suitable manner to drive the magnetic ring 4 / race 3 to a rotational movement with a preferably constant rotational speed.
  • the electric motor thus has an advantageously compact construction and can within a
  • Pump housing 17 may be arranged.
  • FIG. 2 shows a section through the known pump.
  • a wing 5 can be seen.
  • the wing 5 has tooth-shaped recess in which the cap 8 engages.
  • the cap 8 is located on the raceway 3 a.
  • Directly mounted on the raceway 3 is the magnetic ring 4.
  • the rotor 2 is mounted in the pump housing 17 along the axis B.
  • the race 3 and the wings 5 with the caps 8 rub at different locations on the housing. Friction occurs at the different positions a, b, c, d, e.
  • the larger the friction surface and the friction radius the greater the torque to be applied.
  • the electric motor stops, which provides too little torque. If, for example, only the friction surface is reduced, for example, only the axial or only the radial friction surface, is the
  • Figure 3 shows the solution according to the invention with a pot-shaped race 3.
  • the raceway 3 has an annular shoulder 53, which is guided in the housing 17.
  • it has at its closed end a pin 52 which engages in a recess of a cover 54.
  • a gap 51 Between the closed region of the pot-shaped race 3 and the cover 54 is a gap 51 in that the raceway has no contact with a housing part.
  • the raceway 3 is thus mounted in a bearing 50 and is supported with its annular shoulder 53 in the housing.
  • the cup-shaped raceway is constructed at the same time as a radial bearing in the area g and as an axial bearing in the area f.
  • the critical radial bearing thus moves with its axis A from the rotor in the direction of the race.
  • the rotor axis B in the region e 'thus has a distance from the axis A of the raceway. This also reduces moments on the pin 52 of the race.
  • the rotor only has a radial bearing in the region e 'and is mounted axially above the raceway 3 and the housing 17.
  • the lid 54 which closes the housing 17, must be positioned less accurately because the pin 52 forms part of the raceway 3.
  • the cover 54 only has to contain a recess for the pin 52 and can therefore be manufactured without effort.
  • the assembly of the lid 54 is simplified by the arrangement according to the invention.

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Abstract

Es wird eine Vakuumpumpe als Monoflügelzellenpumpe vorgeschlagen, umfassend einen Statorring mit Wicklungen (18), einen Rotor (2) und einen Flügel (5), der einen zwischen dem Stator und einem Rotor gebildeten Arbeitsraum (19) in Arbeitszellen mit unterschiedlichen Volumina unterteilt, wobei innerhalb des Statorrings ein Magnetring (14) mit Laufring (3), an dem der Flügel einseitig fest verbunden ist, und der Rotor rotierend gelagert ist.

Description

Vakuumpumpe und Verfahren zum Betrieb der Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe als Monoflügelzellenpumpe ausgebildet, umfassend einen Statorring mit Wicklungen, einen Rotor und einen Flügel, der einen zwischen einem Stator und dem Rotor gebildeten Arbeitsraum in Arbeitszellen mit unterschiedlichen Volumina unterteilt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der
Vakuumpumpe .
Stand der Technik
Um den erhöhten Anforderungen des Klimaschutzes gerecht zu werden, sehen sich die Automobilhersteller gezwungen, die CO2 Emissionen ihrer Fahrzeugflotten zu reduzieren und so den aufkommenden Normen zu entsprechen. Begleitend zu verschiedenen Maßnahmen sollen die
Reibungswiderstände der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise
Wasser-, Öl- und Vakuumpumpen reduziert werden. Anstatt also einen mit dem Motor mitdrehenden Antrieb für Pumpen zu verwenden, sieht man elektrische Pumpen als Lösung an, die nur bei Bedarf zugeschaltet werden und im Ruhezustand keinerlei zusätzlichen Reib widerstand aufweisen. Eine weitere Herausforderung stellt der Bauraum für eine solche elektrische Pumpe dar, da er den Bauraum für eine mechanische Pumpe nicht übersteigen sollte. Eine Lösung bieten hier Flügelzellenpumpen, die in einem Elektromotor integriert sind. Der Rotor des Elektromotors bildet mit dem Rotor der Pumpe eine Baueinheit und ist vom Stator des Elektromotors umgeben. Eine solche Pumpe ist aus der WO2012007125 A2 bekannt. In diesem Stand der Technik wird eine mehrflügelige Pumpe trocken betrieben. Allerdings sind trocken betriebene Pumpen in ihrer Lebensdauer limitiert und ihre Pumpleistung sinkt über die Einsatzzeit ab. Zudem ist ihr Einsatz direkt am Verbrennungsmotor nicht optimal. Auch die Ausführungsform als Monoflügelzellenpumpen für den Einsatz als Vakuumpumpen ist aus der WO2010025799 A2 bekannt.
Monoflügelzellenpumpen sind durch ihre hohe Pumpeffizienz aktuell als Pumpentyp im Fahrzeug immer stärker im Einsatz. EP2219917B1 zeigt eine Vakuumpumpe, die mechanisch betrieben ist. Das Gehäuse der Pumpe im Stand der Technik besitzt ein Bauteil, das drehbar gelagert ist und von einem Riementrieb angetrieben wird. Gleichzeitig wird der Rotor in Drehung versetzt. Das Ziel dieser Anordnung ist es, eine höhere Drehzahl der Pumpe zu erreichen ohne einen hohen Verschleiß zu bewirken. Diese Pumpe kann als mechanische Pumpe keinen Magnetring mit Laufring aufweisen.
WO2012007125A2 zeigt eine elektrische Pumpe, die aber keinen Laufring aufweist, sondern lediglich einen Haltering, um die Flügel zu führen.
Vor einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors ist die Vakuumpumpe mit Restöl gefüllt. Bei tiefen Temperaturen erhöht sich die Viskosität des Öls und die Pumpe muss bei dem Start des Fahrzeugs das zähflüssige Öl durch einen kleinen Ausläse ausschieben. Daraus resultiert eine große
Schubspannung in den Lagersitzen und Anlaufflächen, und es wird viel Drehmoment benötigt, um die Pumpe zu bewegen. Während bei mechanisch betriebenen Vakuumpumpen genügend Drehmoment von
Verbrennungsmotor zur Verfügung steht, weisen elektrisch, nasslaufend die Vakuumpumpen wesentlich kleinere Drehmomente auf. Durch die
Integration der elektrischen Vakuumpumpe in den elektrischen Motor sind die Dimensionen der Pumpe selbst wesentlich kleiner als bei einer
mechanisch betriebenen Pumpe, was aber das Drehmoment des elektrischen Motors begrenzt. Im Allgemeinen steht nur ein Drehmoment von ein bis drei Newtonmeter für die eingesetzten kleinen elektrischen Motoren zur
Verfügung. Die Leistungsklasse des eingesetzten Motors ist dabei von den Fahrzeugherstellern und durch die Spannung der Bordnetze limitiert. Während bei einer mechanischen Pumpe das Rotationssystem so robust ausgelegt ist, dass das notwendige Drehmoment beim Kaltstart zur Verfügung steht, ist das durch die Integration des Rotationssystems in das Innere des Elektromotors nicht möglich, aber auch nicht gewünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe zu schaffen, die
nasslaufend direkt am Verbrennungsmotor in einem kleinen Bauraum arbeitet und deren innere Reibung optimiert ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vakuumpumpe als Monoflügelzellenpumpe ausgebildet, umfassend einen Statorring mit Wicklungen, einen Rotor und einen Flügel, der einen zwischen dem Stator und einem Rotor gebildeten Arbeitsraum in Arbeitszellen mit unterschiedlichen Volumina unterteilt, wobei innerhalb des Statorrings ein Magnetring mit Laufring mit
Führungsschlitz, in dem ein im Wesentlichen plattenförmiger Flügel geführt ist, und der Rotor rotierend gelagert ist und der Laufring topfförmig ausgebildet ist, wobei der Laufring an seiner geschlossenen Seite einen Zapfen besitzt und an seiner offenen Seite eine Ringschulter aufweist. Der Flügel ist dabei aufgrund der Geometrie der Pumpe formschlüssig
verbunden.
Die topfförmige Ausgestaltung macht es möglich, dass der Laufring stark verringerte Reibflächen am Gehäuse aufweist, aber trotzdem optimal radial und axial gelagert ist. Vorteilhafterweise besitzt der Laufring an seiner geschlossenen Seite einen Zapfen. Über diesen Zapfen ist eine Lagerung und Führung des Laufrings gesichert darstellbar, ohne dass große Reibflächen entstehen.
Zudem besitzt der Laufring an seiner offenen Seite eine Ringschulter.
Dadurch hat nur die Ringschulter Kontakt mit dem Gehäuse und erzeugt Reibung. Durch Dimensionierung der Ringschulter kann einen Ausgleich zwischen unerwünschter Reibung und gewollter Führung hergestellt werden
Es ist von Vorteil, dass die Flügelspitze des Flügels sich innerhalb eines im Laufring ausgebildeten Schmiegespalts zwischen den Begrenzungen des Schmiegespalts in einer Wischerbewegung hin und her bewegt. Durch eine solche Ausgestaltung ist der Aufbau des Laufrings im Prinzip kreisförmig und nur im Bereich des Schmiegespalts einer definierten Kontur folgend. Dadurch ist die Herstellung des Laufrings einfach.
Es ist von Vorteil, dass erfindungsgemäß Zapfen und Laufring-Ringschulter die alleinigen Lagerungen des Laufrings darstellen.
Es ist von Vorteil, dass die Vakuumpumpe in einem elektrischen,
insbesondere BLDC Motor angeordnet ist und mit einer Flüssigschmierung und/ oder Flüssigdichtung läuft. Dadurch hat man den Vorteil, dass die Vakuumpumpe baulich an verschiedenen Stellen, unabhängig von der Position der Nockenwelle wie z. B. im Stand der Technik am
Verbrennungsmotor angebracht sein kann, gegebenenfalls in der Ölwanne des Verbrennungsmotors. Die Verwendung eines elektrischen Motors stellt einerseits eine Notwendigkeit dar, da nur ein solcher Motor in dem Luft/ Öl Gemisch funktioniert, allerdings mit dem Vorteil, dass ein elektrischer Motor dezidiert anzusteuern ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe hat den Vorteil, dass die Drehung des Laufrings den Flügel mit dreht, wobei der Flügel den Rotor mitbewegt und eine Bewegung längs seiner Längsachse ausführt, und wobei der Flügel eine Wischerbewegung im Bereich des Schmiegespaltes durchführt.
Es ist von Vorteil, dass sich der Flügel in Schmiegespalt in Drehrichtung schneller und gegen die Drehrichtung langsamer als der Laufring bewegt.
Vorteilhafterweise ist die elektrische Vakuumpumpe mit einem einzelnen Flügel aufgebaut, was die Effizienz der Pumpe deutlich erhöht. Durch die Verwendung eines Laufrings, in dem der Flügel einseitig verbunden ist, ist dieser der drehende Teil, der Rotor wird dabei durch den Flügel mitgedreht.
Es ist von Vorteil, wenn der Rotor nur ein Radiallager besitzt und so durch den Laufring und das Gehäuse der Pumpe axial gelagert ist. Beschreibung der Erfindung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die
Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figuren 1 a und b zeigen einen Schnitt durch eine Vakuumpumpe im Stand der Technik,
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine Vakuumpumpe ohne erfinderische Lösung und Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe.
Die in Fig. 1 gezeigte Flügelzellenpumpe umfasst einen zapfenförmigen Rotor 2 mit einer im Querschnitt kreisrunden äußeren Umfangsfläche. Der Rotor 2 ist umfänglich von einem im Schnitt ringförmigen Laufring 3 umgeben, der bezüglich einer Drehachse A zu einer Drehbewegung antreibbar ist. Die Drehachse A des Laufrings 3 ist bezüglich einer Zentralachse B des Rotors 2 versetzt, d.h. der Laufring 3 ist bezüglich des Rotors 2 exzentrisch
angeordnet. An der im Querschnitt kreisrunden inneren Umfangsfläche des Laufrings 3 befindet sich ein Führungsschlitz 6. In dem Führungsschlitz 6 ist ein im Wesentlichen plattenförmiger Flügel 5 geführt. Der Flügel 5 ragt durch die Drehachse B des Rotors 2 beidseitig radial nach außen auf den Laufring 3 zu und ist in einer Führung 40 entlang seiner Längsachse beweglich gelagert. Die Flügelspitze 7 des Flügels, d.h. das freie Ende des Flügels 5, trägt eine Kappe 8, die an der äußeren Umfangsfläche des
Laufrings 3 anliegt. Der Laufring 3 hat einen inneren Umfang 30, der im Wesentlichen kreisförmig ist und eine Ausnehmung aufweist, die einen
Schmiegespalt 16 bildet. Der Schmiegespalt 16 weist eine rechte Begrenzung 15 und eine linke Begrenzung 15' auf. Der Laufring 3 kann also in seinem überwiegenden Teil kreisförmig sein und nur im Bereich, in dem der Flügel 5 sich bewegt, ist die Kontur einer Konchoide folgend ausgestaltet. Da die Flügelspitze 7 nicht fest mit dem Laufring 3 verbunden ist, käme es im Betrieb zu einem Leckstrom über die Flügelspitze 7. Daher ist die Kappe 8 auf der Flügelspitze 7 aufbracht. Die Kappe 8 besteht aus Stahl
Aluminium oder Kunststoffmaterial, eventuell einem elastischen
Kunststoffmaterial, und ist in einer Aussparung der Flügelspitze 7 radial beweglich angeordnet. In Figur 2 wird im Querschnitt deutlich, dass die Kappe 8 über zahnartige Aussparungen im Flügel 5 gehalten ist. Man erkennt auch, dass die Kappe 8 im Betrieb radial nach außen versetzt ist und sich so ein Spalt bildet. In der Drehbewegung wird die Kappe 8
eventuell nach außen gedrückt und liegt vorzugsweise satt an der
Innenwand des Laufrings 3 an. Gegebenenfalls kann die Kappe 8 auch noch mit einer Feder vorgespannt sein. Durch den dichtenden Kontakt der Kappe 8 mit dem Innern des Laufrings wird die eigentliche Arbeitszelle gebildet. Um den Leckstrom weiter zu minimieren wird die Flügelspitze 7 nur zwischen den rechten und linken Begrenzungen 15, 15' des Schmiegespalts 16 bewegt. Zwischen dem Rotor 2 und dem Laufring 3 ist ein Arbeitsraum 19 der Pumpe gebildet, der in Kammern oder Zellen unterteilt ist. Dieser ist durch den Flügel 5 in einen Auslasssraum 23 und einen Ansaugraum 22 vom maximalem Arbeitsraum 24 abgeteilt (Figur la). Während der Drehbewegung des Laufrings 3 entlang einer Drehrichtung C ändert sich aufgrund der exzentrischen Anordnung des Laufrings 4 und des Rotors 2 relativ
zueinander die radiale Ausdehnung des jeweiligen Arbeitsraums 19, so dass während der Drehbewegung des Laufrings das Volumen des Arbeitsraums 24 variiert. Hierdurch wird ein Luft/Fluidgemisch, im allgemeinen eine Luft/ Öl-Mischung, durch einen Einläse 13 angesaugt, nachfolgend
komprimiert und schließlich durch einen Ausläse 14 aus dem Auslassraum 23 der Pumpe wieder ausgestoßen. Die Kappe 8 mit dem Flügel 5 führt eine Wischerbewegung im Bereich des Schmiegespaltes 16 aus, während sich der Laufring 3 dreht. Es bleibt bei dieser Ausgestaltung das Problem, dass zusätzlich zum Arbeitsvolumen ein Totvolumen bewegt wird, das nicht gänzlich entleert werden kann. Das Totvolumen 20 wird vom Ausläse zum Einläse transportiert. Der Antrieb des Rotors 2 und des Laufrings 3 zu der genannten Drehbewegung erfolgt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Statorrings mit Wicklungen 18 zusammen mit dem Magnetring 4, der als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Der Rotor des
Elektromotors ist hierbei durch den Rotor plus Laufring 3 der Pumpe gebildet. Zu diesem Zweck umfasst der Laufring 3 eine Anordnung von mehreren Permanentmagneten mit alternierender Polrichtung. Der
Magnetring 4 ist dabei mit dem Laufring 3 verpresst, wobei auch eine einteilige Ausgestaltung möglich ist. Ein Statorring mit Wicklungen 18 umgibt den Magnetring 4/ Laufring 3 des Elektromotors radial außen und wird mittels einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung in geeigneter Weise angesteuert, um den Magnetring 4/ Laufring 3 zu einer Drehbewegung mit einer vorzugsweise konstanten Drehgeschwindigkeit anzutreiben. Dazu werden die Wicklungen des Elektromotor- Stators nach Art eines
bürstenlosen Gleichstrommotors angesteuert, d.h. sie werden in
Umfangsrichtung nacheinander bestromt. Der Elektromotor besitzt somit einen vorteilhaft kompakten Aufbau und kann innerhalb eines
Pumpengehäuses 17 angeordnet sein.
In Figur 2 ist einen Schnitt durch die bekannte Pumpe zu sehen. Um den Rotor 2 drehbar gelagert ist ein Flügel 5 zu erkennen. Der Flügel 5 weist zahnförmige Ausnehmung, in dem die Kappe 8 eingreift. Die Kappe 8 liegt am Laufring 3 ein. Direkt am Laufring 3 angebracht befindet sich der Magnetring 4. Der Rotor 2 ist im Pumpengehäuse 17 entlang der Achse B gelagert. Der Laufring 3 sowie die Flügel 5 mit den Kappen 8 reiben an unterschiedlichen Stellen am Gehäuse. An den unterschiedlichen Positionen a, b, c, d, e entsteht Reibung. Im Allgemeinen gilt, je größer die Reibfläche und der Reibradius ist, desto größer ist das aufzubringende Drehmoment. Wenn das Drehmoment steigt, bleibt der Elektromotor stehen, der zu wenig Drehmoment liefert. Verringert man nun einfach nur die Reibfläche beispielsweise nur die axiale oder nur die radiale Reibfläche, besteht die
Gefahr, dass der Rotor mit Laufring nicht genügend in axialer oder radialer Richtung geführt ist. Das wiederum führt dazu, dass der Rotor um die Drehachse verkippt und somit eine Leckage zwischen Ansaugkammer und Auslasskammer entsteht. Folglich würde damit die Saugleistung der Pumpe abnehmen und der Verschleiß vergrößert werden.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Lösung mit einem topfartig gestalteten Laufring 3. Der Laufring 3 weist eine Ringschulter 53 auf, die im Gehäuse 17 geführt ist. Zudem besitzt er an seinem geschlossenen Ende einen Zapfen 52, der in eine Ausnehmung eines Deckels 54 eingreift. Zwischen dem geschlossenen Bereich des topfförmigen Laufrings 3 und dem Deckel 54 ist ein Spalt 51 , indem der Laufring keinen Kontakt mit einem Gehäuseteil besitzt. Der Laufring 3 ist somit in einem Lager 50 gelagert und wird mit seiner Ringschulter 53 im Gehäuse abgestützt.
Mit einer solchen Ausgestaltung ist eine Reduzierung der Reibflächen sowohl axial als auch radial möglich. Der topfförmige Laufring ist gleichzeitig als Radiallager im Bereich g und als Axiallager im Bereich f aufgebaut. Das kritische Radiallager wandert somit mit seiner Achse A aus dem Rotor in Richtung des Laufrings. Die Rotorachse B im Bereich e' weist somit einen Abstand von der Achse A des Laufrings auf. Dadurch werden auch Momente auf den Zapfen 52 des Laufrings reduziert. Durch diesen Aufbau besitzt der Rotor nur noch ein Radiallager im Bereich e' und wird über dem Laufring 3 und das Gehäuse 17 axial gelagert. Der Deckel 54, der das Gehäuse 17 verschließt, muss weniger genau positioniert werden, da der Zapfen 52 einen Teil des Laufrings 3 darstellt. Der Deckel 54 muss lediglich eine Aussparung für den Zapfen 52 enthalten und kann daher ohne Aufwand hergestellt werden. Auch die Montage des Deckels 54 wird durch die erfindungsgemäße Anordnung vereinfacht. Bezugszeichen:
Vakuumpumpe 20 Totvolumen
Rotor 22 Ansaugraum
3 Laufring 23 Auslassraum
4 Magnetring 24 max. Arbeitsraum
5 Flügel 30 Innerer Umfang
6 Führungsschlitz im Rotor 40 Führung
7 Flügelspitze a,b,c,d,e,f,g Reibflächen
8 Kappe 50 Lager
13 Einläse 51 Spalt
14 Auslass 52 Zapfen
15, 15' Begrenzungen 53 Ringschulter
Schmiegespalt
54 Deckel
16 Schmiegespalt
55 Radiallager
17 Pumpengehäuse
A, B Achsen
18 Statorring mit Wicklung
C Drehrichtung
19 Arbeitsraum

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumpumpe als Monoflügelzellenpumpe ausgebildet, umfassend einen Statorring mit Wicklungen (18), einen Rotor (2) und einen Flügel (5), der einen zwischen dem Stator und einem Rotor gebildeten
Arbeitsraum (19) in Arbeitszellen mit unterschiedlichen Volumina unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Statorrings ein Magnetring (4) mit Laufring (3) mit Führungsschlitz (6) , in dem ein im Wesentlichen plattenförmiger Flügel (5) geführt ist, , und der Rotor (2) rotierend gelagert ist und der Laufring (3) topfförmig ausgebildet ist, wobei der Laufring (3) an seiner geschlossenen Seite einen Zapfen (52) besitzt und an seiner offenen Seite eine Ringschulter (53) aufweist.
2. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelspitze (7) des Flügels (5) sich innerhalb eines im Laufring (3) ausgebildeten Schmiegespalts (16) zwischen den Begrenzungen des Schmiegespalts(15, 15') in einer Wischerbewegung hin und her bewegt.
3. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zapfen (52) und Ringschulter (53) die alleinige Lagerungen des Laufrings (3) darstellen.
4. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) nur ein Radiallager (55) besitzt.
5. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe in einem BLDC Motor angeordnet ist und mit einer Flüssigschmierung und/ oder
Flüssigdichtung läuft.
6. Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringschulter (53) das alleinige Radiallager des Laufrings (3) ist.
7. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe (1) nach Anspruch 1 wobei die Drehung des Laufrings (3) den Flügel (5) mit dreht wobei der Flügel (5) den Rotor mitbewegt und eine Bewegung längs seiner Längsachse ausführt, und wobei der Flügel (5) eine Wischerbewegung im Bereich des Schmiegespaltes (16) durchführt.
8. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe (1) nach Anspruch 7 wobei sich der Flügel (5) in Schmiegespalt in Drehrichtung (C ) schneller und gegen die Drehrichtung langsamer als der Laufring (3) dreht.
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