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