WO2018019731A1 - Flügelzellenpumpe, insbesondere vakuumpumpe - Google Patents

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WO2018019731A1
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pump
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motor rotor
vane
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Ingo Geue
Theodor Hüser
Christian PRAEST
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Hella GmbH and Co KGaA
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
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    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 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 groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 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 groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3446—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 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 groups F04C2/08 or F04C2/22 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 more than one line or surface
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    • 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
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0023—Axial sealings for working fluid
    • F04C15/0026—Elements specially adapted for sealing of the lateral faces of intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps

Definitions

  • Vane pump in particular vacuum pump
  • the present invention relates to a vane pump referred to in the preamble of claim 1 Art.
  • DE 10 2014 226 347 B3 shows a vane pump designed as a vacuum pump with a brushless DC motor, which has a motor stator designed as an outer ring and a cup-shaped motor rotor, wherein the motor stator surrounds the cup-shaped motor rotor.
  • a pump rotor with a vane mounted on the pump rotor is arranged eccentrically in the motor rotor.
  • the pump rotor is mounted on a cover plate and kinematically coupled by means of the wing to the motor rotor.
  • the motor rotor on a guide slot for the wing.
  • the present invention has for its object to provide an alternative design of a vane pump, in particular vacuum pump.
  • a vane pump in particular a vacuum pump, with the features of claim 1, which is characterized in that the pump rotor is kinematically coupled directly to the motor rotor, the ki nematic coupling is formed between a arranged on the inside of the cup-shaped motor rotor bottom and a ground opposite the base surface of the pump rotor.
  • a significant advantage of the teaching according to the invention is in particular that vane pumps with more than one wing with a comparatively small space and also reduced friction can be realized.
  • the kinematic coupling of motor rotor and pump rotor on the type and constructive training within wide suitable limits freely selectable.
  • the kinematic coupling is designed as a positive connection, in particular a tongue and groove connection. Positive connections are robust and reliable in function. Tongue and groove connections are also structurally easy to implement.
  • the design according to the invention is also designed for use with only a single wing, so called a mono wing suitable.
  • a plurality of vanes in particular distributed uniformly over the circumference of the pump rotor, are arranged on the pump rotor.
  • a multi-vane pump for example with four or eight wings, has the particular advantage that the pump is denser. The more blades are used, the denser the pump. Accordingly, the power loss is reduced with the number of wings.
  • the acoustics are also improved by a higher number of wings.
  • a higher number of blades also means higher noise frequencies, which are easier to damp, so that the noise emission is lower with a higher number of blades.
  • the cover plate can be designed such that it serves both as a bearing for the pump rotor and at the same time seals the interior of the motor rotor to the environment.
  • a cup-shaped inner space of the motor rotor sealing intermediate plate is arranged on the pump rotor side facing the cover plate.
  • the cover plate can be designed specifically for the function as a bearing for the pump rotor, while the intermediate plate is designed specifically for the function of sealing the interior of the cup-shaped motor rotor.
  • the intermediate plate is formed as a pressure plate which is biased by a spring against the motor rotor, the pump rotor and the at least one arranged on the pump rotor blades.
  • the sealing of the interior of the pot-shaped motor rotor is further improved. In particular, this makes it possible to compensate for component tolerances, without adversely affecting the sealing of the motor rotor.
  • the pressure plate is designed as a wear plate. This makes it possible to further reduce the wear of the motor rotor, the pump rotor and the at least one blade arranged on the pump rotor. At the same time it is achieved that only one component, namely the wear plate, must be replaced in case of wear. It is particularly advantageous if the wear plate is designed over the entire life of the pump. Then a change of the wear plate is not necessary.
  • the wear plate can be specially selected for function as wear part according to type, material, shape, dimensioning and arrangement. Characterized in that the wear plate is biased by a spring against the motor rotor, the pump rotor and at least one arranged on the pump rotor blades, the wear plate is always close to the motor rotor, the pump rotor and the at least one arranged on the pump rotor even with their increasing wear Wing adjacent. The same applies to a wear that is reduced by the wear plate but still exists in the motor rotor, the pump rotor and the at least one vane arranged on the pump rotor.
  • the intermediate plate on the type, material, shape, dimensioning and arrangement within wide suitable limits freely selectable.
  • the intermediate plate has at least one outlet nozzle, wherein the intermediate plate is fastened and / or positioned on the cover plate by means of the outlet nozzle.
  • the vane pump has a housing cover which encloses the cover plate.
  • this ensures that the cover plate and thus the positioning of the pump rotor mounted on the cover plate are effectively protected against undesired environmental influences, such as impacts or the like.
  • the space enclosed between the cover plate and the housing cover can be formed as a silencer. Accordingly, the noise emission of the vane pump according to the invention can be further reduced.
  • the vane pump has a separate housing.
  • the motor stator is at the same time as a housing part of the Vane pump formed. In this way, the number of components is further reduced.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a vane pump according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows the embodiment of Figure 1 in a first exploded view.
  • 3 shows the embodiment of Figure 1 in a second exploded view.
  • FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 1 in a third exploded view
  • Fig. 5 shows a detail of the embodiment of Fig. 1 in the region of the bottom of
  • Fig. 1 shows an embodiment of a vane pump according to the invention in a sectional view.
  • the vane pump is designed as a dry-running vacuum pump for a brake booster and has a brushless DC motor, a so-called BLDC motor on.
  • the motor stator 2 is formed as an outer ring and surrounds a cup-shaped motor rotor 4, in which a pump rotor 6 is arranged eccentrically.
  • the pot-shaped motor rotor 4 is flying on the motor stator 2 and mounted rotatably about a motor rotor axis 4.1.
  • the motor stator 2 is made of a thermoplastic, are cast in the electric coils.
  • the pump rotor 6 is rotatably mounted on a cover plate 8 about a pump rotor axis 6.1.
  • the cover plate 8 on a bearing pin 8.1.
  • the wings 10 are, as is apparent from FIGS. 2 to 4, guided in columns 6.2 of the pump rotor 6 and slide in the operation of the vacuum pump on the lateral inner wall 4.2 of the motor rotor 4. In order to avoid an imbalance, the wings 10 are over the circumference arranged the pump rotor 6 evenly distributed.
  • the pump rotor 6 is kinematically coupled directly to the motor rotor 4, wherein the kinematic coupling between a arranged on the inside of the cup-shaped motor rotor 4 bottom 4.3 and the bottom 4.3 opposite base 6.3 of the pump rotor 6 is formed.
  • two symmetrically to the motor rotor axis 4.1 arranged longitudinal grooves 4.3.1 are formed in the bottom 4.3 of the motor rotor 4, one of which is arranged with a arranged on the pump rotor 6 and designed as a pin spring 6.4 in power transmission connection.
  • the vacuum pump is partially shown in a detail. 5
  • the pot-shaped motor rotor 4 is in a plan view and on the right side of FIG. 5, the pump rotor 6 can be seen in a side view.
  • the wings are not shown in Fig. 5 for the sake of clarity.
  • the kinematic coupling is thus here as a tongue and groove connection, ie a positive connection formed. In principle, however, a non-positive connection would be conceivable.
  • an intermediate plate 12 is mounted on the cover plate 8, wherein the intermediate plate 12 is formed here both as a pressure plate as well as a wear plate.
  • the intermediate plate 12 seals the interior of the motor rotor 4, in which the pump rotor 6 is arranged eccentrically with the wings 10, against the environment.
  • the intermediate plate 12 is biased by means of two springs 14 against the motor rotor 4, the pump rotor 6 and the wings 10.
  • the springs 14 press on each one formed on the intermediate plate 12 bevel, so that a spring force component of the springs 14 biases the intermediate plate 12 parallel to the pump rotor axis 6.1 in the direction of the bottom 4.3 of the motor rotor 4.
  • the two slopes of the intermediate plate 12 are not shown in the figures.
  • At least one spring may be arranged such that the effective direction of the spring itself runs parallel to the pump rotor axis of rotation 6.1.
  • the intermediate plate 12 is also designed as a wear plate of polytetrafluoroethylene, abbreviated PTFE.
  • the intermediate plate 12 is mounted here so with play on the bearing pin 8.1 of the cover plate 8, that the intermediate plate 12 by means of the spring force of the springs 14 even with wearing components, ie in the wear of the intermediate plate 12, the motor rotor 4, the pump rotor 6 and the wing 10, the interior of the pot-shaped motor rotor 4 securely seals against the environment.
  • the storage of the intermediate plate 12 with clearance has the further advantage that component tolerances and temperature fluctuations can be compensated.
  • the present embodiment of the vacuum pump according to the invention is also maintenance-free. Accordingly, a change of wearing parts during the entire life of the vacuum pump is eliminated.
  • the intermediate plate 12 also has an inlet region 12.1, an outlet region 12.2, an outlet connection 12.3 in fluid communication with the outlet region 12.2 and a further connection piece 12.4.
  • the outlet 12.3 and the other nozzle 12.4 are of identical design and serve both the attachment and positioning of the intermediate plate 12 on the cover plate. 8
  • the outlet port 12.3 and the further port 12.4 engage in the cover plate 8 formed openings 8.2.
  • the outlet nozzle 12.3 and the further nozzle 12.4 in the two openings 8.2 are between the nozzle 12.3 and 12.4 and the openings 8.2 rubber seals 1 6 arranged.
  • the vane pump has a housing cover 18 which surrounds the cover plate 8 and forms a housing 22 for the vane pump according to the invention with the motor stator 2 formed as a housing part and a housing bottom 20.
  • the space enclosed by the housing cover 18 and the cover plate 8 acts as a muffler.
  • air is sucked into the interior of the housing 22 of the vacuum pump through an inlet port 20.1 formed on the housing bottom 20, flows through the motor stator 2 and passes through the inlet region 12.1 of the intermediate plate 12 into the interior of the cup-shaped motor rotor 4.
  • the air flow is symbolized by arrows 24 in Fig. 1.
  • the aforementioned gap acts as a muffler.
  • the compressed air is then released into the open environment through an outlet opening 18.1 formed in the housing cover 18.
  • the invention is not limited to the present embodiment.
  • teaching of the invention is not limited to use in vacuum pumps.
  • thermoplastics and thermosets for the motor stator and the motor rotor could be used.
  • non-plastics such as metal die-casting, in particular die-cast aluminum, possible.
  • composite materials such as fiber composites.
  • the at least one spring for biasing the intermediate plate against the motor rotor, the pump rotor and the at least one arranged on the pump rotor blades can be freely selected on the type, material, dimensioning and arrangement in wide appropriate limits.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a different lubricious and wear-resistant material can be used for the wear plate depending on the application.
  • the gap formed by the cover plate and the housing cover can also fulfill other functions in addition to the function as a muffler and / or additional components, such as at least one check valve, can be accommodated in the intermediate space and / or arranged on the cover plate or the housing cover.
  • at least one check valve would be conceivable in the cover plate and / or in the outlet opening of the housing cover.
  • At least one check valve may be arranged in the air inlet region, for example at the inlet socket of the housing bottom or in through openings of the motor stator required for the air inlet.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen als Außenring ausgebildeten Motorstator und einen topfförmigen Motorrotor aufweist, einer Abdeckplatte, einem Pumpenrotor und mit mindestens einem an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel, wobei der Motorstator den topfförmigen Motorrotor umgibt und der Pumpenrotor an der Abdeckplatte gelagert, exzentrisch in dem Motorrotor angeordnet und an diesem kinematisch gekoppelt ist. Um eine alternative Bauform einer Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, anzugeben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Pumpenrotor (6) unmittelbar an dem Motorrotor (4) kinematisch gekoppelt ist, wobei die kinematische Kopplung zwischen einem auf der Innenseite des topfförmigen Motorrotors (4) angeordneten Boden (4.3) und einer dem Boden (4.3) gegenüberliegenden Grundfläche (6.3) des Pumpenrotors (6) ausgebildet ist.

Description

Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Derartige Flügelzellenpumpen sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.
Die DE 10 2014 226 347 B3 zeigt eine als Vakuumpumpe ausgebildete Flügelzellenpumpe mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen als Außenring ausgebildeten Motorstator und einen topfförmigen Motorrotor aufweist, wobei der Motorstator den topfförmigen Motorrotor umgibt.
Ein Pumpenrotor mit einem an dem Pumpenrotor gelagerten Flügel ist exzentrisch in dem Motorrotor angeordnet. Der Pumpenrotor ist an einer Abdeckplatte gelagert und mittels des Flügels an dem Motorrotor kinematisch gekoppelt. Hierfür weist der Motorrotor einen Führungsschlitz für den Flügel auf.
In dem Betrieb der bekannten Vakuumpumpe gleitet das freie Ende des in dem Pumpenrotor längsbeweglich geführten Flügels an der Wand eines in dem Motorrotor ausgebildeten Schmiegespalts hin und her und vollzieht dabei eine Wischerbewegung.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Bauform einer Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die dadurch gekennzeichnet, ist, dass der Pumpenrotor unmittelbar an dem Motorrotor kinematisch gekoppelt ist, wobei die ki- nematische Kopplung zwischen einem auf der Innenseite des topfförmigen Motorrotors angeordneten Boden und einer dem Boden gegenüberliegenden Grundfläche des Pumpenrotors ausgebildet ist.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre liegt insbesondere darin, dass auch Flügelzellenpumpen mit mehr als einem Flügel bei vergleichbar kleinem Bauraum und ebenfalls reduzierter Reibung realisierbar sind.
Grundsätzlich ist die kinematische Kopplung von Motorrotor und Pumpenrotor nach Art und konstruktiver Ausbildung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Vorteilhafterweise ist die kinematische Kopplung als eine formschlüssige Verbindung, insbesondere eine Nut-Feder-Verbindung, ausgebildet. Formschlüssige Verbindungen sind robust und zuverlässig in der Funktion. Nut-Feder-Verbindungen sind darüber hinaus konstruktiv einfach realisierbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass in dem Boden des Motorrotors zwei symmetrisch zu einer Drehachse des Motorrotors angeordnete Nuten ausgebildet sind, von denen mindestens eine Nut mit einer an dem Pumpenrotor angeordneten Feder in Kraftübertragungsverbindung steht. Hierdurch ist mit einfachen Mitteln gewährleistet, dass der Motorrotor keine Unwucht aufweist.
Zwar ist die erfindungsgemäße Bauform auch für den Einsatz mit lediglich einem einzigen Flügel, also einem sogenannten Monoflügel, geeignet ausgebildet. Vorteilhafterweise sind an dem Pumpenrotor mehrere Flügel, insbesondere über den Umfang des Pumpenrotors gleich verteilt, angeordnet. Die Weiterbildung vereinigt somit die vorgenannten Vorteile der bekannten Monoflügelpumpe und damit einen geringeren Verschleiß und eine geringere Geräuschentwicklung mit den Vorteilen einer Mehrflügelpumpe. Eine Mehrflügelpumpe, beispielsweise mit vier oder mit acht Flügeln, hat insbesondere den Vorteil, dass die Pumpe dichter ist. Je mehr Flügel verwendet werden, desto dichter ist die Pumpe. Entsprechend verringert sich mit der Anzahl der Flügel auch die Verlustleistung. Auch die Akustik wird durch eine höhere Anzahl von Flügeln verbessert. Eine höhere Anzahl von Flügeln bedeutet auch höhere Geräuschfrequenzen, die einfacher zu dämpfen sind, so dass die Geräuschemission bei einer höheren Anzahl von Flügeln geringer ist.
Grundsätzlich kann die Abdeckplatte derart ausgebildet sein, dass diese sowohl als Lager für den Pumpenrotor dient und gleichzeitig den Innenraum des Motorrotors zur Umgebung hin abdichtet. Zweckmäßigerweise ist an der dem Pumpenrotor zugewandten Seite der Abdeckplatte eine den topfförmigen Innenraum des Motorrotors abdichtende Zwischenplatte angeordnet. Hierdurch kann die Abdeckplatte speziell auf die Funktion als Lager für den Pumpenrotor ausgebildet sein, während die Zwischenplatte speziell auf die Funktion der Abdichtung des Innenraums des topfförmigen Motorrotors ausgebildet ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Zwischenplatte als eine Druckplatte ausgebildet ist, die mittels einer Feder gegen den Motorrotor, den Pumpenrotor und den mindestens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel vorgespannt ist. Auf diese Weise ist die Abdichtung des Innenraums des topfförmigen Motorrotors weiter verbessert. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, Bauteiltoleranzen auszugleichen, ohne dass dabei die Abdichtung des Motorrotors nachteilig beeinflusst ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Druckplatte als eine Verschleißplatte ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, den Verschleiß des Motorrotors, des Pumpenrotors und des mindestens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Flügels weiter zu reduzieren. Gleichzeitig ist dadurch erreicht, dass lediglich ein Bauteil, nämlich die Verschleißplatte, im Verschleißfall gewechselt werden muss. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Ver- schleißplatte über die gesamte Lebenszeit der Pumpe ausgelegt ist. Dann ist ein Wechsel der Verschleißplatte überhaupt nicht erforderlich.
Die Verschleißplatte kann speziell auf die Funktion als Verschleißteil nach Art, Material, Form, Dimensionierung und Anordnung ausgewählt werden. Dadurch, dass die Verschleißplatte mittels einer Feder gegen den Motorrotor, den Pumpenrotor und den mindestens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel vorgespannt ist, ist die Verschleißplatte auch bei deren zunehmenden Verschleiß immer dicht an dem Motorrotor, dem Pumpenrotor und dem mindestens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel anliegend. Gleiches gilt für einen durch die Verschleißplatte verringerten aber dennoch bei dem Motorrotor, dem Pumpenrotor und dem mindestens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel vorhandenen Verschleiß.
Grundsätzlich ist die Zwischenplatte nach Art, Material, Form, Dimensionierung und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Vorteilhafterweise weist die Zwischenplatte mindestens einen Auslassstutzen auf, wobei die Zwischenplatte mittels des Auslassstutzens an der Abdeckplatte befestigt und/oder positioniert ist. Hierdurch ist die Befestigung und/oder Positionierung der Zwischenplatte an der Abdeckplatte konstruktiv vereinfacht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass die Flügelzellenpumpe einen Gehäusedeckel aufweist, der die Abdeckplatte umschließt. Zum einen ist dadurch gewährleistet, dass die Abdeckplatte und damit die Positionierung des an der Abdeckplatte gelagerten Pumpenrotors vor ungewünschten Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise Stößen oder dergleichen, wirksam geschützt ist. Zum anderen kann der zwischen der Abdeckplatte und dem Gehäusedeckel eingeschlossene Zwischenraum als ein Schalldämpfer ausgebildet sein. Entsprechend kann die Geräuschemission der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe weiter reduziert werden.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Flügelzellenpumpe ein separates Gehäuse aufweist. Vorteilhafterweise ist der Motorstator gleichzeitig als ein Gehäuseteil der Flügelzellenpumpe ausgebildet. Auf diese Weise ist die Anzahl der Bauteile weiter reduziert.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in einer ersten Explosionsdarstellung; Fig. 3 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in einer zweiten Explosionsdarstellung;
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 in einer dritten Explosionsdarstellung und
Fig. 5 ein Detail des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 im Bereich des Bodens des
Motorrotors und der Grundfläche des Pumpenrotors.
Im Nachfolgenden wird die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe anhand der Fig. näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe in einer Schnittdarstellung.
Die Flügelzellenpumpe ist als trockenlaufende Vakuumpumpe für einen Bremskraftverstärker ausgebildet und weist einen bürstenlosen Gleichstrommotor, einen sogenannten BLDC-Motor, auf. Der Motorstator 2 ist als ein Außenring ausgebildet und umgibt einen topfförmigen Motorrotor 4, in dem ein Pumpenrotor 6 exzentrisch angeordnet ist.
Der topfförmige Motorrotor 4 ist an dem Motorstator 2 fliegend und um eine Motorrotordrehachse 4.1 drehbeweglich gelagert. Der Motorstator 2 ist aus einem Thermoplast hergestellt, in dem elektrische Spulen eingegossen sind. Gleiches gilt für den Motorrotor 4, in dem Dauermagnete eingegossen sind, die mit den elektrischen Spulen des Motorstators 2 auf dem Fachmann bekannte Weise zusammenwirken. Sowohl die elektrischen Spulen wie auch die Dauermagnete sind in den Fig. nicht dargestellt.
Der Pumpenrotor 6 ist an einer Abdeckplatte 8 um eine Pumpenrotordrehachse 6.1 drehbeweglich gelagert. Hierfür weist die Abdeckplatte 8 einen Lagerzapfen 8.1 auf. An dem Pumpenrotor 6 selbst sind hier vier aus Graphit hergestellte Flügel 10 angeordnet.
Die Flügel 10 sind, wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, in Spalten 6.2 des Pumpenrotors 6 geführt und gleiten in dem Betrieb der Vakuumpumpe an der seitlichen Innenwand 4.2 des Motorrotors 4. Zwecks Vermeidung einer Unwucht sind die Flügel 10 über den Umfang des Pumpenrotors 6 gleich verteilt angeordnet.
Der Pumpenrotor 6 ist unmittelbar an dem Motorrotor 4 kinematisch gekoppelt, wobei die kinematische Kopplung zwischen einem auf der Innenseite des topfförmigen Motorrotors 4 angeordneten Boden 4.3 und einer dem Boden 4.3 gegenüberliegenden Grundfläche 6.3 des Pumpenrotors 6 ausgebildet ist.
Hierfür sind in dem Boden 4.3 des Motorrotors 4 zwei symmetrisch zur Motorrotordrehachse 4.1 angeordnete Längsnuten 4.3.1 ausgebildet, von denen eine mit einer an dem Pumpenrotor 6 angeordneten und als Stift ausgebildeten Feder 6.4 in Kraftübertragungsverbindung steht. Siehe insbesondere Fig. 5, in der die Vakuumpumpe in einem Detail teilweise dargestellt ist. Auf der in der Blattebene linken Seite von Fig. 5 ist der topfförmige Motorrotor 4 in einer Draufsicht und auf der rechten Seite von Fig. 5 ist der Pumpenrotor 6 in einer Seitenansicht zu sehen. Die Flügel sind in Fig. 5 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
Die kinematische Kopplung ist hier also als eine Nut-Feder-Verbindung, also eine formschlüssige Verbindung, ausgebildet. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine kraftschlüssige Verbindung denkbar. Mittels des Lagerzapfens 8.1 ist eine Zwischenplatte 12 an der Abdeckplatte 8 gelagert, wobei die Zwischenplatte 12 hier sowohl als Druckplatte wie auch als Verschleißplatte ausgebildet ist.
Die Zwischenplatte 12 dichtet den Innenraum des Motorrotors 4, in dem der Pumpenrotor 6 mit den Flügeln 10 exzentrisch angeordnet ist, gegen die Umgebung ab. Hierfür ist die Zwischenplatte 12 mittels zweier Federn 14 gegen den Motorrotor 4, den Pumpenrotor 6 und die Flügel 10 vorgespannt. Hier drücken die Federn 14 auf jeweils eine an der Zwischenplatte 12 ausgebildete Schräge, so dass eine Federkraftkomponente der Federn 14 die Zwischenplatte 12 parallel zu der Pumpenrotordrehachse 6.1 in Richtung Boden 4.3 des Motorrotors 4 vorspannt. Die beiden Schrägen der Zwischenplatte 12 sind in den Fig. nicht dargestellt.
In einer hierzu alternativen Ausführungsform kann mindestens eine Feder derart angeordnet sein, dass die Wirkrichtung der Feder selbst parallel zu der Pumpenrotordrehachse 6.1 verläuft. Beispielsweise wäre hierfür eine Tellerfeder oder ein Paket von Tellerfedern denkbar.
Um den Verschleiß des Motorrotors 4, des Pumpenrotors 6 und der Flügel 10 möglichst gering zu halten und damit die Standzeit der Vakuumpumpe zu verlängern, ist die Zwischenplatte 12 auch als Verschleißplatte aus Polytetrafluoräthylen, abgekürzt PTFE, ausgebildet.
Die Zwischenplatte 12 ist hier derart mit Spiel an dem Lagerzapfen 8.1 der Abdeckplatte 8 gelagert, dass die Zwischenplatte 12 mittels der Federkraft der Federn 14 auch bei verschleißenden Bauteilen, also bei dem Verschleiß der Zwischenplatte 12, des Motorrotors 4, des Pumpenrotors 6 und der Flügel 10, den Innenraum des topf- förmigen Motorrotors 4 sicher gegen die Umgebung abdichtet. Die Lagerung der Zwischenplatte 12 mit Spiel hat den weiteren Vorteil, dass Bauteiltoleranzen und Temperaturschwankungen ausgleichbar sind. Die vorliegende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist darüber hinaus wartungsfrei. Entsprechend entfällt ein Wechsel von Verschleißteilen während der gesamten Lebensdauer der Vakuumpumpe.
Die Zwischenplatte 12 weist ferner einen Einlassbereich 12.1 , einen Auslassbereich 12.2, einen mit dem Auslassbereich 12.2 in Strömungsverbindung stehenden Auslassstutzen 12.3 sowie einen weiteren Stutzen 12.4 auf. Der Auslassstutzen 12.3 und der weitere Stutzen 12.4 sind hier baugleich ausgebildet und dienen beide der Befestigung und Positionierung der Zwischenplatte 12 an der Abdeckplatte 8.
Hierfür greifen der Auslassstutzen 12.3 und der weitere Stutzen 12.4 in der Abdeckplatte 8 ausgebildete Öffnungen 8.2 ein. Zwecks Abdichtung und festem Sitz des Auslassstutzens 12.3 und des weiteren Stutzens 12.4 in den beiden Öffnungen 8.2 sind zwischen den Stutzen 12.3 und 12.4 und den Öffnungen 8.2 Gummidichtungen 1 6 angeordnet.
Ferner weist die Flügelzellenpumpe einen Gehäusedeckel 18 auf, der die Abdeckplatte 8 umschließt und mit dem als Gehäuseteil ausgebildeten Motorstator 2 sowie einem Gehäuseboden 20 ein Gehäuse 22 für die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe bildet. Der von dem Gehäusedeckel 18 und der Abdeckplatte 8 umschlossene Zwischenraum wirkt als Schalldämpfer.
In dem Betrieb der Vakuumpumpe wird Luft durch einen an dem Gehäuseboden 20 ausgebildeten Einlassstutzen 20.1 in den Innenraum des Gehäuses 22 der Vakuumpumpe eingesaugt, durchströmt den Motorstator 2 und gelangt durch den Einlassbereich 12.1 der Zwischenplatte 12 in den Innenraum des topfförmigen Motorrotors 4. Die Luftströmung ist in Fig. 1 durch Pfeile 24 symbolisiert.
Durch die Drehung des Motorrotors 4 um die Motorrotordrehachse 4.1 und die Nut- Feder-Verbindung 4.3.1 , 6.4 zwischen dem Motorrotor 4 und dem Pumpenrotor 6 wird der Pumpenrotor 6 um die Pumpenrotordrehachse 6.1 gedreht, wobei die Drehzahl des Pumpenrotors 6 gleich der Drehzahl des Motorrotors 4 ist. Durch die exzentrische Anordnung des Pumpenrotors 6 ergibt sich aber eine geringfügige Relativbewegung an der seitlichen Innenwand 4.2 des Motorrotors 4 zwischen der Kreisbahn auf der sich einer der Flügel 10 bewegt und der Kreisbahn des Motorrotors 4.
Dies führt zu einem lediglich geringen Verschleiß der aneinander reibenden Bauteile, insbesondere der Flügel 10, und damit einer erheblich verlängerten Standzeit der Vakuumpumpe. Ferner ist dadurch die Geräuschemission der Vakuumpumpe wesentlich reduziert.
Die auf diese Weise in den Innenraum des topfförmigen Motorrotors 4 eingesaugte Luft wird durch die Drehung des in dem Motorrotor 4 exzentrisch angeordneten Pumpenrotors 6 mit den daran angeordneten Flügeln 10 verdichtet und durch den Auslassbereich 12.2 sowie den Auslassstutzen 12.3 der Zwischenplatte 12 aus dem Innenraum des Motorrotors 4 in den zwischen der Abdeckplatte 8 und dem Gehäusedeckel 18 gebildeten Zwischenraum eingeleitet.
Der vorgenannte Zwischenraum wirkt als Schalldämpfer. Die komprimierte Luft wird anschließend durch eine in dem Gehäusedeckel 18 ausgebildete Auslassöffnung 18.1 in die freie Umgebung abgegeben.
Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Lehre nicht auf die Anwendung bei Vakuumpumpen beschränkt.
Ferner ist jede geeignete Anzahl von Flügeln, also Drehschieber, denkbar. Anstelle von vier Flügeln, ist grundsätzlich jede gerade oder ungerade Anzahl von Flügeln möglich.
Anstelle mindestens einer Nut in dem Boden des Motorrotors und mindestens eines an der Grundfläche des Pumpenrotors angeordneten Bolzens oder Stiftes wäre auch eine dazu umgekehrte Anordnung möglich. Anstelle von Thermoplasten könnten auch Duroplaste für den Motorstator und den Motorrotor verwendet werden. Grundsätzlich sind jedoch auch Nichtkunststoffe, beispielsweise Metalldruckguss, insbesondere Aluminiumdruckguss, möglich. Gleiches gilt für Verbundwerkstoffe, wie beispielsweise Faserverbundwerkstoffe.
Die mindestens eine Feder zur Vorspannung der Zwischenplatte gegen den Motorrotor, den Pumpenrotor und den mindestens einen an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel ist nach Art, Material, Dimensionierung und Anordnung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar.
Anstelle von Polytetrafluoräthylen, abgekürzt PTFE, kann für die Verschleißplatte je nach Anwendungsfall ein anderes gleitfähiges und verschleißfähiges Material verwendet werden.
Der durch die Abdeckplatte und dem Gehäusedeckel gebildete Zwischenraum kann zusätzlich zu der Funktion als Schalldämpfer auch noch andere Funktionen erfüllen und/oder zusätzliche Bauteile, wie beispielsweise mindestens ein Rückschlagventil, können in dem Zwischenraum aufgenommen und/oder an der Abdeckplatte oder dem Gehäusedeckel angeordnet sein. So wäre mindestens ein Rückschlagventil in der Abdeckplatte und/oder in der Auslassöffnung des Gehäusedeckels denkbar.
Mindestens ein Rückschlagventil kann darüber hinaus in dem Lufteinlassbereich angeordnet sein, beispielsweise an dem Einlassstutzen des Gehäusebodens oder in für den Lufteinlass erforderliche Durchgangsöffnungen des Motorstators. Bezugszeichenliste
2 Motorstator, als Gehäuseteil ausgebildet
4 Motorrotor
4.1 Motorrotordrehachse
4.2 Seitliche Innenwand des Motorrotors 4
4.3 Boden auf der Innenseite des Motorrotors 4
4.3.1 Nut in dem Boden 4.3
6 Pumpenrotor
6.1 Pumpenrotordrehachse
6.2 Spalte des Pumpenrotors 6 für die Flügel 10
6.3 Grundfläche des Pumpenrotors 6
6.4 Feder, als Stift ausgebildet
8 Abdeckplatte
8.1 Lagerzapfen der Abdeckplatte 8 für den Pumpenrotor 6
8.2 Öffnungen in der Abdeckplatte 8
10 Flügel
12 Zwischenplatte, als Druckplatte und Verschleißplatte ausgebildet
12.1 Einlassbereich der Zwischenplatte 12
12.2 Auslassbereich der Zwischenplatte 12
12.3 Auslassstutzen der Zwischenplatte 12
12.4 Weiterer Stutzen der Zwischenplatte 12
14 Feder
16 Gummidichtungen
18 Gehäusedeckel
18.1 Auslassöffnung des Gehäusedeckels 18
20 Gehäuseboden
20.1 Einlassstutzen des Gehäusebodens 20
22 Gehäuse
24 Pfeile zur Symbolisierung der Luftströmung

Claims

Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe Patentansprüche
1 . Flügelzellenpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor, der einen als Außenring ausgebildeten Motorstator und einen topfförmigen Motorrotor aufweist, einer Abdeckplatte, einem Pumpenrotor und mit mindestens einem an dem Pumpenrotor angeordneten Flügel, wobei der Motorstator den topfförmigen Motorrotor umgibt und der Pumpenrotor an der Abdeckplatte gelagert, exzentrisch in dem Motorrotor angeordnet und an diesem kinematisch gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pumpenrotor (6) unmittelbar an dem Motorrotor (4) kinematisch gekoppelt ist, wobei die kinematische Kopplung zwischen einem auf der Innenseite des topfförmigen Motorrotors (4) angeordneten Boden (4.3) und einer dem Boden (4.3) gegenüberliegenden Grundfläche (6.3) des Pumpenrotors (6) ausgebildet ist.
2. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die kinematische Kopplung als eine formschlüssige Verbindung, insbesondere eine Nut-Feder-Verbindung (4.3.1 , 6.4), ausgebildet ist.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Boden (4.3) des Motorrotors (4) zwei symmetrisch zu einer Motorrotordrehachse (4.1 ) des Motorrotors (4) angeordnete Nuten (4.3.1 ) angeordnet sind, von denen mindestens eine Nut (4.3.1 ) mit einer an dem Pumpenrotor (6) angeordneten Feder (6.4) in Kraftübertragungsverbindung steht.
4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Pumpenrotor (6) mehrere Flügel (10), insbesondere über den Umfang des Pumpenrotors (6) gleich verteilt, angeordnet sind.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der dem Pumpenrotor (6) zugewandten Seite der Abdeckplatte (8) eine den Innenraum des topfförmigen Motorrotors (4) abdichtende Zwischenplatte (12) angeordnet ist.
6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenplatte (12) als eine Druckplatte (12) ausgebildet ist, die mittels mindestens einer Feder (14) gegen den Motorrotor (4), den Pumpenrotor (6) und den mindestens einen an dem Pumpenrotor (6) angeordneten Flügel (10) vorgespannt ist.
7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckplatte (12) als eine Verschleißplatte (12) ausgebildet ist.
8. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zwischenplatte (12) mindestens einen Auslassstutzen (12.3) aufweist, wobei die Zwischenplatte (12) mittels des Auslassstutzens (12.3) an der Abdeckplatte (8) befestigt und/oder positioniert ist.
9. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügelzellenpumpe einen Gehäusedeckel (18) aufweist, der die Abdeckplatte (8) umschließt.
10. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Motorstator (2) gleichzeitig als ein Gehäuseteil (2) der Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.
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