EP2626510A1 - Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe - Google Patents

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EP2626510A1
EP2626510A1 EP12155185.7A EP12155185A EP2626510A1 EP 2626510 A1 EP2626510 A1 EP 2626510A1 EP 12155185 A EP12155185 A EP 12155185A EP 2626510 A1 EP2626510 A1 EP 2626510A1
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EP
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pump
rotor
vacuum pump
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integral body
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Sebastian Cramer
Daniel Müller
Nabil Salim AL-HASAN
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Pierburg Pump Technology GmbH
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Pierburg Pump Technology GmbH
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F04C2230/92—Surface treatment
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle auxiliary unit vacuum pump, which is designed as an electric motor driven and dry running vane pump.
  • auxiliary unit vacuum pumps are used in motor vehicles to supply other units, such as a brake booster, with a negative pressure of, for example, 100 millibar absolute and lower and / or an overpressure.
  • electric motor driven vacuum pumps are used, which are generally designed as vane pumps with at least three rotor vanes.
  • the typical construction of an automotive auxiliary power unit vacuum pump is known.
  • the motor rotor is in a housing pot, which is closed proximally by a bearing plate, which has a radial bearing for supporting the rotor shaft.
  • On the motor side facing away from the bearing plate connects to a separate first thrust washer of the pump housing, which forms a pump housing together with a second thrust washer and a circular cam ring, which defines or encloses a pump chamber.
  • the pump rotor is arranged, whose rotor body has a plurality of rotor blades mounted displaceably therein.
  • the assembly of the vacuum pump is complex because it consists of many parts and the housing pot, the bearing plate and the cam must be aligned axially exactly together.
  • the object of the invention is to simplify the assembly of a motor vehicle auxiliary unit vacuum pump, which is designed as an electric motor driven and dry running vane pump.
  • the lifting ring is made of aluminum and hardened over its entire surface.
  • Aluminum components are very light with high stability, and by hardening also sufficiently protected against wear by the softer rotor blade head.
  • the aluminum lifting ring is anodized over the entire surface, and provided in this way with a so-called hardcoat smooth coating.
  • Such a hard anodized layer is sufficiently hard, so that a high wear resistance of the cam ring is ensured.
  • the bearing plate, the axially proximal thrust washer, which adjoins the bearing plate, and the lifting ring are formed by a single integral integral body.
  • the integral body has the endshield function, thus shuts off the motor housing pot at its axial-proximal end, and forms or holds a radial bearing for the rotor shaft.
  • the radial bearing can be a plain bearing or a rolling bearing.
  • the end shield and the adjacent thrust washer may be formed by a single disk body, one side of which forms the end shield and the other side forms the adjacent thrust washer. Adjacent to the thrust washer of the cam ring, which forms the peripheral wall of the pump chamber of the pump section.
  • the one-piece design of the integral body the heat transfer between the electric motor section and the pump section is significantly improved. This improves the cooling of the warmer of the two sections.
  • the integral body is preferably a die-cast aluminum body.
  • Die-cast aluminum body can have complex shapes, are sufficiently stable, heat-resistant, corrosion-resistant, have a relatively good thermal conductivity, have a low weight and are sufficiently inexpensive to produce in large quantities.
  • the integral body is hardened over its entire surface, and in the case of an aluminum body, the integral body is preferably anodized over the whole area, and in this way provided with a so-called hardcoat smooth coating.
  • a hard anodizing layer is sufficiently hard, so that it grants a high wear resistance especially of the cam ring.
  • the integral body has at least one radial mounting nose with a plug-in opening for inserting a mounting screw.
  • the integral body has a further additional function, which causes only small additional costs because of the integration into a single component.
  • the integral body has a pump chamber inlet opening and / or outlet opening.
  • the integral body may possibly combine other functions.
  • a motor vehicle auxiliary unit vacuum pump 10 is shown, which is designed as an electric motor driven and dry running vane pump.
  • the vacuum pump 10 is used in a motor vehicle, which is driven for example by an internal combustion engine, as an auxiliary unit for providing a negative pressure of 100 millibar absolute or less.
  • the vacuum pump 10 is operated at a constant rated speed of about 3000 rpm, but may be basically be operated at a variable speed.
  • the vacuum pump 10 is functionally and longitudinally divided into an electric motor section 12 and a pump section 14.
  • a rotatably mounted rotor shaft 18 is provided on the rotationally fixed motor rotor 17 is fixed, which may be formed, for example, permanently magnetically excited.
  • a fixed motor stator 19 is provided with a plurality of stator coils.
  • the motor housing is essentially formed by a housing pot 16 having at its axial-distal end a bearing recess 15 for a radial-axial bearing 13, which may be formed, for example, as a rolling bearing.
  • the electric motor section 12 is closed at the proximal end by a bearing plate 22, which carries a radial bearing 25 for supporting the rotor shaft 18.
  • the radial bearing 25 is designed as a rolling bearing, but may in principle be designed as a plain bearing.
  • the bearing plate 22 is formed by a plane lying in a transverse plane disk body 27, which is part of a one-piece integral body 20.
  • the pump section 14 is formed by the rotor shaft 18, on which a floating bearing rotor 30 is rotatably attached, the pump housing 29 and a cover plate 50.
  • the pump rotor 30 has a rotor body 32 with at least three slidably mounted on the rotor body 32 rotor blades 34 whose Rotor blade heads are made of graphite and the several pump cells separate from each other.
  • the rotor body 32 is fixed against rotation and to some extent axially displaceable on the rotor shaft 18, so that the pump rotor 30 can always assume a frictionless axial position between the two thrust washers 24,40.
  • the pump housing 29 is axially by an axially proximal thrust washer 24, with respect to the pump rotor 30 of the axial-proximal thrust washer 24 opposite axial-distal thrust washer 40 and a cam ring 26 is formed.
  • the inner diameter of the pump housing 29 is for example about 50 mm, wherein the axial length is for example about 33 mm.
  • a pump chamber inlet opening 42 and two pump chamber outlets 44, 46 provided with corresponding check valves are provided in the axial-distal thrust washer 40.
  • the end disc 50 which is distally immediately adjacent to the axial-distal thrust washer 40, has a pump inlet port 52 fluidly connected to the pump chamber inlet port 42 and a pump outlet port 54 fluidly connected to the two pump chamber ports 44, 46 ,
  • the one-piece integral body 20 has the disk body 27 with the bearing plate 22 and the axially proximal thrust washer 24 and the cam ring 26.
  • the integral body 20 is a one-piece aluminum die-cast part, which is provided over its entire surface with a so-called smooth-hardcoat coating which has been produced by anodizing the integral body 20.
  • the vacuum pump 10 can be mounted in a simple manner in or on the relevant motor vehicle.
  • the pump chamber inlet and or outlet are also integrated into the integral body.

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Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Kfz- Hilfsaggregat- Vakuumpumpe (10), die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, mit einer Elektromotorsektion (12) und einer Pumpensektion (14), wobei die Elektromotorsektion (12) einen Motorrotor (17) aufweist, der radial und axial-distal von einem Gehäusetopf (16) umgeben ist, der Motorrotor (17) koaxial mit einem Pumpenrotor (30) ausgerichtet ist, dessen Rotorkörper (32) mindestens drei verschiebbar am Rotorkörper (32) gelagerte Rotorflügel (34) aufweist, der Gehäusetopf, (16) proximal von einem ein Radiallager (25) tragenden Lagerschild (22) verschlossen ist, ein einen Pumpraum (28) definierendes Pumpengehäuse (29) von einer axial-proximalen Anlaufscheibe (24), einer axial- distalen Anlaufscheibe (40) und einem radialen Hubring (46) gebildet ist, und der Hubring (46) aus Aluminium besteht und seine Oberfläche vollflächig gehärtet ist, besonders bevorzugt eloxiert ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe, die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.
  • Derartige Hilfsaggregat-Vakuumpumpen dienen in Kraftfahrzeugen zur Versorgung anderer Aggregate, beispielsweise eines Bremskraftverstärkers, mit einem Unterdruck von beispielsweise absolut 100 Millibar und niedriger und/oder einem Überdruck. Um bei der Bereitstellung des Über- bzw. Unterdrucks unabhängig von der Drehzahl des Kfz-Antriebsmotors, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, zu sein, werden elektromotorisch angetriebene Vakuumpumpen eingesetzt, die in der Regel als Flügelzellenpumpen mit mindestens drei Rotorflügeln ausgebildet sind.
  • Aus DE 199 36 644 A1 ist der typische Aufbau einer elektrischen Kfz-Hilfsaggregat- Vakuumpumpe bekannt. Der Motorrotor steckt in einem Gehäusetopf, der proximal von einem Lagerschild verschlossen wird, der ein Radiallager zur Lagerung der Rotorwelle aufweist. Auf der motorabgewandten Seite schließt sich an das Lagerschild eine separate erste Anlaufscheibe des Pumpengehäuses an, die zusammen mit einer zweiten Anlaufscheibe und einem zirkulären Hubring ein Pumpengehäuse bildet, das einen Pumpraum definiert bzw. umschließt. In dem Pumpraum ist der Pumpenrotor angeordnet, dessen Rotorkörper mehrere verschiebbar darin gelagerte Rotorflügel aufweist. Der Zusammenbau der Vakuumpumpe ist aufwändig, da sie aus vielen Teilen besteht und der Gehäusetopf, das Lagerschild und der Hubring axial genau miteinander ausgerichtet werden müssen.
  • Zur Einsparung einer Schmierstoff-Versorgung und zur Vermeidung einer Kontamination der die Vakuumpumpe verlassenden Luft werden trockenlaufende Flügelzellenpumpen eingesetzt. Durch den Wegfall der Schmierung der trockenlaufenden Vakuumpumpe sind an die Werkstoffpaarung Rotorflügel/Hubring der Vakuumpumpe hohe Anforderungen gestellt, wobei insbesondere ein zu großer Verschleiß des Hubrings, auf dem der Kopf des Rotorflügels gleitet, vermieden werden muss.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Montage einer Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe zu vereinfachen, die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Gemäß der Erfindung ist der Hubring aus Aluminium gefertigt und vollflächig gehärtet. Aluminium-Bauteile sind bei hoher Stabilität sehr leicht, und durch die Härtung auch ausreichend gegen Verschleiß durch den weicheren Rotorflügel-Kopf geschützt. Besonders bevorzugt ist der Aluminium-Hubring vollflächig eloxiert, und auf diese Weise mit einer sogenannten Hardcoat-Glatt-Beschichtung versehen. Eine derartige harte Eloxal-Schicht ist ausreichend hart, so dass eine hohe Verschleißfestigkeit des Hubrings gewährleistet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind das Lagerschild, die axial-proximale Anlaufscheibe, die an das Lagerschild angrenzt, und der Hubring von einem einzigen einstückigen Integralkörper gebildet. Durch die einstückige Ausbildung des Lagerschildes, der Anlaufscheibe und des Hubrings wird die Koaxialität der Motorrotors und des Pumpenrotors zwangsweise hergestellt, ohne dass hierzu bei der Montage etwas getan werden muss. Vielmehr ergibt sich die Koaxialität durch die Einstückigkeit des Integralkörpers von selbst.
  • Der Integralkörper weist die Lagerschild- Funktion auf, schließt also den Motor-Gehäusetopf an seinem axial-proximalen Ende ab, und bildet oder hält ein Radiallager für die Rotorwelle. Das Radiallager kann ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Das Lagerschild und die angrenzende Anlaufscheibe können von einem einzigen Scheibenkörper gebildet sein, wobei dessen eine Seite das Lagerschild bildet und dessen andere Seite die angrenzende Anlaufscheibe bildet. An die Anlaufscheibe grenzt der Hubring an, der die Umfangswand des Pumpraums der Pumpensektion bildet. Durch die einstückige Ausbildung des Integralkörpers wird der Wärmetransport zwischen der Elektromotorsektion und der Pumpensektion erheblich verbessert. Hierdurch wird die Kühlung der wärmeren der beiden Sektionen verbessert.
  • Der Integralkörper ist vorzugsweise ein Druckguss-Körper aus Aluminium. Druckguss-Körper aus Aluminium können komplexe Formen aufweisen, sind ausreichend stabil, wärmebeständig, korrosionsbeständig, weisen eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit auf, haben ein geringes Gewicht und sind in hohen Stückzahlen ausreichend preiswert herstellbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Integralkörper vollflächig gehärtet, und ist der Integralkörper im Falle eines Aluminium-Körpers bevorzugt vollflächig eloxiert, und auf diese Weise mit einer sogenannten Hardcoat-Glatt-Beschichtung versehen. Eine derartige harte Eloxal-Schicht ist ausreichend hart, so dass sie eine hohe Verschleißfestigkeit insbesondere des Hubrings gewährt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Integralkörper mindestens eine radiale Montagenase mit einer Stecköffnung zum Einstecken einer Montageschraube auf. Damit weist der Integralkörper eine weitere Zusatzfunktion auf, die wegen der Integration in ein einziges Bauteil nur geringe zusätzliche Kosten verursacht.
  • Vorzugsweise weist der Integralkörper eine Pumpenkammer-Einlassöffnung und/oder -Auslassöffnung auf. Auf diese Weise kann der Integralkörper gegebenenfalls weitere Funktionen in sich vereinen.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe im teilweise demontierten Zustand, und
    • Figur 2 einen Längsschnitt der Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe der Figur 1.
  • In den Figuren ist eine Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe 10 dargestellt, die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist. Die Vakuumpumpe 10 dient in einem Kraftfahrzeug, das beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, als Hilfsaggregat zur Bereitstellung eines Unterdrucks von absolut 100 Millibar oder weniger. Die Vakuumpumpe 10 wird bei einer konstanten NennDrehzahl von ungefähr 3000 U/min betrieben, kann jedoch grundsätzlich auch bei einer variablen Drehzahl betrieben werden. Die Vakuumpumpe 10 ist funktionell und in Längsrichtung in eine Elektromotorsektion 12 und in eine Pumpensektion 14 gegliedert.
  • In der Elektromotorsektion 12 ist eine drehbar gelagerte Rotorwelle 18 vorgesehen, an der drehfest ein Motorrotor 17 befestigt ist, der beispielsweise permanent magnetisch erregt ausgebildet sein kann. Ferner ist in der Elektromotorsektion 12 ein feststehender Motorstator 19 mit mehreren Statorspulen vorgesehen. Das Motorgehäuse wird im Wesentlichen von einem Gehäusetopf 16 gebildet, der an seinem axial-distalen Ende eine Lager-Ausnehmung 15 für ein Radial-Axial-Lager 13 aufweist, das beispielsweise als Wälzlager ausgebildet sein kann. Die Elektromotorsektion 12 wird proximal abgeschlossen durch ein Lagerschild 22, das ein Radiallager 25 zur Lagerung der Rotorwelle 18 trägt. Das Radiallager 25 ist als Wälzlager, kann jedoch grundsätzlich auch als Gleitlager ausgebildet sein. Das Lagerschild 22 wird von einem in einer Querebene liegenden Scheibenkörper 27 gebildet, der Teil eines einstückigen Integralkörpers 20 ist.
  • Die Pumpensektion 14 wird gebildet von der Rotorwelle 18, an der ein fliegend gelagerter Pumpenrotor 30 drehfest befestigt ist, dem Pumpengehäuse 29 und einer Abschlussscheibe 50. Der Pumpenrotor 30 weist einen Rotorkörper 32 mit mindestens drei verschiebbar an dem Rotorkörper 32 gelagerten Rotorflügeln 34 auf, deren Rotorflügel-Köpfe aus Graphit bestehen und die mehrere Pumpzellen voneinander trennen. Der Rotorkörper 32 ist drehfest und in gewissem Maße axial verschiebbar auf der Rotorwelle 18 befestigt, so dass der Pumpenrotor 30 stets eine möglichst reibungsfreie axiale Position zwischen den beiden Anlaufscheiben 24,40 einnehmen kann. Das Pumpengehäuse 29 wird von einer axial-proximalen Anlaufscheibe 24, einer in Bezug auf den Pumpenrotor 30 der axial-proximalen Anlaufscheibe 24 axial gegenüberliegenden axial-distalen Anlaufscheibe 40 und einem Hubring 26 gebildet. Der Innendurchmesser des Pumpengehäuses 29 beträgt beispielsweise ungefähr 50 mm, wobei die axiale Länge beispielsweise ungefähr 33 mm beträgt.
  • In der axial-distalen Anlaufscheibe 40 sind eine Pumpraum-Einlassöffnung 42 sowie zwei mit entsprechenden Rückschlagventilen versehene Pumpraumauslässe 44,46 vorgesehen. Die an die axial-distale Anlaufscheibe 40 distal unmittelbar angrenzende Abschlussscheibe 50 weist eine Pumpeneinlass-Öffnung 52, die mit der Pumpraum-Einlassöffnung 42 fluidisch verbunden ist, sowie einen Pumpenauslass-Stutzen 54 auf, der mit den beiden Pumpraumauslässen 44,46 fluidisch verbunden ist.
  • Der einstückige Integralkörper 20 weist den Scheibenkörper 27 mit dem Lagerschild 22 und der axial-proximalen Anlaufscheibe 24 und den Hubring 26 auf. Der Integralkörper 20 ist ein einstückiges Aluminium-Druckgussteil, das vollflächig mit einer sogenannten Glatt-Hardcoat-Beschichtung versehen ist, die durch Eloxieren des Integralkörpers 20 hergestellt wurde.
  • An dem Scheibenkörper 27 sind drei radiale Montagenasen 23 mit jeweils einer Stecköffnung 56 zum Einstecken einer Montageschraube vorgesehen. Mit Hilfe der Montageschraube und der Montagenasen 23 kann die Vakuumpumpe 10 auf einfache Weise in bzw. an dem betreffenden Kraftfahrzeug montiert werden.
  • Vorzugsweise sind der Pumpenkammer-Einlass und oder-Auslass ebenfalls in den Integralkörper integriert.

Claims (5)

  1. Kfz- Hilfsaggregat- Vakuumpumpe (10), die als elektromotorisch angetriebene und trockenlaufende Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, mit einer Elektromotorsektion (12) und einer Pumpensektion (14), wobei
    die Elektromotorsektion (12) einen Motorrotor (17) aufweist, der radial und axial-distal von einem Gehäusetopf (16) umgeben ist,
    der Motorrotor (17) koaxial mit einem Pumpenrotor (30) ausgerichtet ist, dessen Rotorkörper (32) mindestens drei verschiebbar am Rotorkörper (32) gelagerte Rotorflügel (34) aufweist,
    der Gehäusetopf (16) proximal von einem ein Radiallager (25) tragenden Lagerschild (22) verschlossen ist,
    ein einen Pumpraum (28) definierendes Pumpengehäuse (29) von einer axial-proximalen Anlaufscheibe (24), einer axial- distalen Anlaufscheibe (40) und einem radialen Hubring (46) gebildet ist, und der Hubring (46) aus Aluminium besteht und seine Oberfläche vollflächig gehärtet ist, insbesondere eloxiert ist.
  2. Kfz- Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei das Lagerschild (22), die axial-proximale Anlaufscheibe (24) und der Hubring (26) von einem einstückigen Integralkörper (20) gebildet sind, der aus Aluminium besteht.
  3. Kfz- Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 2, wobei der gesamte Integralkörper (20) vollflächig gehärtet, bevorzugt eloxiert ist.
  4. Kfz-Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Integralkörper (20) mindestens eine radiale Montagenase (23) mit einer Stecköffnung (56) zum Einstecken einer Montageschraube aufweist.
  5. Kfz- Hilfsaggregat-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Integralkörper (20) eine Pumpenkammer-Einlassöffnung und/oder -Auslassöffnung aufweist.
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