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Die Erfindung betrifft eine regelbare Vakuumpumpe, insbesondere eine regelbare Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks.
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Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge werden seit langem mit pneumatischen Bremskraftverstärkern ausgerüstet. Früher wurden die für die Bremskraftverstärker erforderlichen Unterdrücke bei PKW-Ottomotoren noch durch die hinter den Drosselklappen des Ansaugsystems wirkenden Saugrohrunterdrücke aufgebracht, wobei diese Saugrohrunterdrücke bei Dieselmotoren und auch bei Ottomotoren neuerer Bauart mit Benzin-Direkteinspritzung wegen abweichender Lastregelkonzepte dazu nicht mehr ausreichen. Bei diesen Motorkonzepten kommen daher separate, vom Verbrennungsmotor angetriebene Vakuumpumpen zum Einsatz. Die üblicherweise in Drehschieberbauart ausgebildeten Pumpen werden mechanisch in der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle von der Nockenwelle des Motors angetrieben und sind in der Regel an der Stirnseite des Zylinderkopfs angeflanscht. Dabei ist das Fördervolumen pro Umdrehung, der so genannte spezifische Volumenstrom konstant oder kann in der Praxis zumindest in guter Nährung als konstant betrachtet werden. Die Konstanz pro Umdrehung und dementsprechend die Proportionalität zur Pumpendrehzahl ist beispielsweise in Anwendungen störend, in denen der aus einem Aggregat, beispielsweise einem Bremskraftverstärker abzuführende Volumenstrom nicht konstant ist. Wenn im Bremskraftverstärker etwa schon ein genügend hoher Unterdruck vorherrscht, so hat das weitere Abführen von ”Restgas” aus dem Bremskraftverstärker Verlustleistungen zur Folge, welche es zur energieeffizienteren Nutzung von Verbrennungsmotoren zu vermeiden gilt. Aus dem Stand der Technik sind hierzu regelbare Vakuumpumpen bekannt, welche sich allerdings zur Regelung des Volumenstroms einer hohen Zahl an Bauteilen bedienen und daher entsprechend fehleranfällig und teuer sind. Auch sind Defekte bei solchen Vakuumpumpen nicht gänzlich auszuschließen, da diese auf aufwändige Weise über einen relativ langen Lebenszeitraum abgedichtet werden müssen.
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Die
DE 10 2004 064 029 B4 betrifft eine Einflügelvakuumpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse, das den Stator der Pumpe bildet, und einem im Stator exzentrisch gelagerten Rotor mit einem Flügel, der eine Welle des Rotors durchgreift und mit seinen beiden Enden an einer Innenfläche des Stators und mit einer Seitenfläche an einer durch das Gehäuse gebildeten Stirnwand des Stators anliegt.
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Die
WO 2006/045 188 A1 und die
WO 2006/045 190 A1 betreffen eine variable Flügelzellenpumpe mit einem Rotor und einem Stator. Der Rotor ist drehbar in dem Pumpengehäuse gelagert, kann aber relativ zu dem Pumpengehäuse nicht verschoben werden. Der Stator kann mittels einer Verschiebevorrichtung relativ zum Rotor verschoben z. B. linear verschoben oder verschwenkt werden, um eine Pumpenleistung zu verändern.
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Die
US 3 506 380 A betrifft eine selbstregulierende automatische Flügelzellenpumpe mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator aus einem umlaufenden Statorring und zwei Seitenplatten besteht, die mit dem Statorring verbunden werden können, um die Stirnseiten des Stators zu schließen.
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Die
US 6 896 489 B2 betrifft eine Flügelzellenpumpe deren Leistung einstellbar ist. Die Pumpe weist ein Gehäuse auf, das aus drei Gehäuseteilen besteht, nämlich einem mittleren Teil, das den Pumpenraum mit dem Einlass und dem Auslass bildet, und zwei Seitenteilen, die den Pumpenraum seitlich abdichten.
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Die
JP 63-140 881 A betrifft eine variable Flügelzellenpumpe mit einem Stator mit einem Statorring, einem Rotor und einem Gehäuse, das die Stirnseiten des geschlossenen Stators bildet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach und günstig herzustellende und dennoch über einen langen Zeitraum zuverlässige Vakuumpumpe bereitzustellen, mit welcher sich der aus einem Aggregat abzuführende Volumenstrom je nach Bedarf variieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine regelbare Vakuumpumpe gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren dabei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe umfasst einen drehbar gelagerten Rotor mit wenigstens einem Flügel, der in dem Rotor, bzw. in einer den Rotor durchgreifenden Öffnung, einem Rotorschlitz, linear beweglich gelagert ist. Der eine Flügel ist bevorzugt einstückig gebildet, es ist aber auch möglich, dass der Flügel aus zwei Teilflügeln besteht, die in dem Rotorschlitz zumindest sich teilweise überlagernd gelagert sind. Bevorzugt sind die an der Innenwand des Stators laufenden Flügelenden als Gleitschuhe ausgebildet. Diese Gleitschuhe können Teil des Flügels sein, bevorzugt handelt es sich um Zusatzelemente, die mit dem Flügelende verbunden oder in dieses eingesetzt sind. Besonders bevorzugt sind die Gleitschuhe federnd in den Flügelenden gelagert, so dass sie über einen definierten Weg linear aus dem Flügelende ausfahren bzw. in das Flügelende einfahren können. Dadurch können größere Fertigungstoleranzen des Statorgehäuses und/oder des Flügels akzeptiert werden und die Flügelenden liegen auch im Falle, dass die Laufbahn der Flügelenden keinen Kreis beschreiben, sondern zum Beispiel dem Kurvenverlauf einer pascalschen Schnecke folgt, immer an der entsprechend geformten Innenwand des Rotors an.
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Bevorzugt weist die Vakuumpumpe einen drehbar gelagerten Rotor auf, der zumindest zwei Flügel in radialer Richtung verschieblich lagert und einen mit dem Rotor einen den Rotor umgebenden Ringraum bildenden Stator, der an seiner dem Rotor zugewandten umlaufenden Wirkfläche von den Flügeln dichtend kontaktiert wird. Der Rotor wird also von der Rotationsachse ausgehend in radialer Richtung gänzlich vom Stator umgeben, so dass zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Stators ein Ringraum gebildet wird. Dabei ist zu beachten, dass dieser Ringraum verschiedene Formen annehmen kann, je nachdem in welcher Position der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist. Vorzugsweise ist sowohl die Außenfläche des Rotors als auch die Innenfläche des Stators im Querschnitt kreisrund ausgebildet, es sind allerdings beliebige, beispielsweise eine im Querschnitt ovale Innenfläche des Stators bzw. Außenfläche des Rotors vorstellbar. Sofern ein Rotor mit kreisrunder Außenfläche konzentrisch innerhalb eines Stators mit kreisrunder Innenfläche angeordnet ist, wird ein über seinen Umfang konstant dicker Ringraum gebildet, allerdings kann – wie später noch gezeigt werden wird – der Rotor an beliebiger Stelle innerhalb des Stators angeordnet sein und im Extremfall auch mit seiner Außenfläche an der Innenfläche des Stators anliegen. Der in diesem Falle sichelförmige und den Rotor am Kontaktpunkt nicht umgebende Raum soll hier allerdings ebenfalls als Ringraum bezeichnet werden. Die den Ringraum in Teilbereiche unterteilenden Flügel sind dabei im Rotor verschieblich gelagert, und zwar so, dass diese stets mit ihrer von der Rotationsachse des Rotors aus gesehen nach außen liegenden Spitze bzw. Kante über im Wesentlichen ihre gesamte Breite an der Innenfläche des Stators anliegen, wenn sie sich mit dem Rotor im Stator mitdrehen. Sofern sich die Dicke des Ringraumes zwischen Rotoraußenfläche und Statorinnenfläche ändert, werden die entsprechenden Flügel aus dem Rotor heraus oder in diesen hinein verfahren, um sich stets an die aktuelle Dicke des Ringraums anzupassen. Die Flügel können dazu mittels Federelementen an die Statorinnenfläche gedrückt werden oder über eine Koppelung so miteinander gekoppelt werden, dass sie stets an der Statorinnenfläche anliegen.
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Mit dem Ringraum in fluidischem Kontakt stehen zumindest ein Zuführ- und zumindest ein Abführkanal zum Zu- bzw. Abführen des zu fördernden Mediums, vorzugsweise Luft in den Ringraum hinein bzw. aus dem Ringraum heraus. Diese Zu- und Abführkanäle können dabei an beliebigen Stellen im Stator oder im Gehäuse der Vakuumpumpe angeordnet sein, wobei sie sich in einem Querschnitt der Vakuumpumpe gesehen, also in einem senkrecht auf die Rotationsachse des Rotors liegenden Ebene auf im Wesentlichen gegenüberliegenden Seiten des Rotors erstrecken. Wenn die Dicke des Ringraums in Drehrichtung des Rotors im Bereich der Zuführung zunimmt und im Bereich der Abführung abnimmt, saugt die Pumpe das in der Zuführung befindliche Medium an und fördert es auf der anderen Seite des Rotors in die Abführung, so dass ein Volumenstrom des Mediums durch die Vakuumpumpe erzeugt wird. Je höher die Zunahme der Ringraumdicke im Bereich der Zuführung und je höher die Abnahme der Ringraumdicke im Bereich der Abführung ist, desto höher ist der Volumenstrom. Stellt man sich eine im Querschnitt kreisrunde Außenfläche des Rotors und eine Querschnitt kreisrunde Innenfläche des Stators vor, so ist der Volumenstrom am höchsten, wenn der Rotor im Bereich zwischen Zu- und Abführung an der Statorinnenfläche anliegt, wobei andersherum betrachtet bei konzentrischer Anordnung des Rotors und des Stators kein Volumenstrom gefördert wird.
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Eine an den Bedarf angepasste Variation des Volumenstroms kann bei einem ortsfest gelagerten Rotor also durch Bewegen des Stators quer zur Rotationsachse des Rotors bewerkstelligt werden. Dies kann zum Beispiel eine Stelleinrichtung bewirken, welche zusammen mit dem Rotor und dem Stator von einem Pumpengehäuse umschlossen wird. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe umfasst einen Gehäusekörper und einen Deckel, welche zusammen einen Innenraum des Pumpengehäuses umschließen.
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Bevorzugt verschwenkt die Stelleinrichtung den Stator relativ zum Pumpengehäuse. Somit ändert sich die Position des Stators relativ zum Pumpengehäuse und zum im Pumpengehäuse ortsfest angeordneten Rotor, so dass der den Rotor umgebende Ringraum von einem ersten Zustand, bei dem der Rotor umgebende Ringraum überall die gleiche Dicke aufweist in einen zweiten Zustand gebracht werden kann, bei dem der Rotor mit seiner Außenfläche im Wesentlichen an der Innenfläche des Stators anliegt. Eine Alternative zum Verschwenken ist das lineare Verschieben des Stators senkrecht zur Rotationsachse des Rotors mittels einer Verschiebeinrichtung. Da mittels der Stelleinrichtung bzw. der Verschiebeeinrichtung alle zwischen den beiden Endpositionen des Stators liegenden Lagen des Stators einstellbar sind, kann der zu fördernde Volumenstrom beliebig variiert und an dem momentanen Bedarf angepasst werden. Im Umkehrschluss kann dadurch auch ein konstanter zu fördernder Volumenstrom bei unterschiedlichen Drehzahlen des Rotors der Vakuumpumpe aufrechterhalten werden.
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Der Gehäusekörper der Vakuumpumpe kontaktiert in einer bevorzugten Ausführungsform den Deckel in einer den Innenraum des Pumpengehäuses zur Umgebung des Pumpengehäuses abdichtenden Weise. Der Gehäusekörper kann dabei den Deckel direkt kontaktieren, es können aber auch separate Dichtelemente zwischen dem Gehäusekörper und dem Deckel vorgesehen sein. Auf diese Weise wird erfolgreich das Eindringen von Schmutz bzw. das Nachaußendringen des innerhalb des Pumpengehäuses befindlichen Mediums verhindert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umschließt der Stator den Ringraum in einer nach außen abdichtenden Weise, so dass der Ringraum einen zur Umgebung des Pumpengehäuses abgedichteten, insbesondere auch zum übrigen Innenraum des Pumpengehäuses abgedichteten Förderraum bildet.
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Ferner kann der Deckel eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende Wirkfläche aufweisen, welche der Stator dichtend kontaktiert. Auch kann der Gehäusekörper selbst eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende Wirkfläche aufweisen, die vom Stator dichtend kontaktiert wird.
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Der Deckel des Pumpengehäuses kann eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende Wirkfläche aufweisen, welche vom Stator dichtend kontaktiert wird. Mit anderen Worten kontaktiert der Stator über seinen gesamten stirnseitlichen Umfang die Wirkfläche des Deckels in einer Weise, dass die Kontaktstelle vom zu fördernden Medium, nämlich der Luft nicht passiert werden kann. Diese dichtende Kontaktierung des Stators mit der Wirkfläche des Deckels wird auch aufrechterhalten, sofern der Stator – wie später noch erläutert werden wird – relativ zur Wirkfläche des Deckels bewegt wird.
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Es ist vorstellbar, dass der Stator die Wirkfläche des Deckels in einer den Ringraum nach außen abdichtender Weise direkt kontaktiert. Dies wird insbesondere durch geeignete Toleranzwahl also entsprechend hohe Oberflächengüte und Maßhaltigkeit der sich kontaktierenden Flächen des Stators und des Deckels bewerkstelligt.
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Sofern hier von direkter Kontaktierung gesprochen wird, so ist damit gemeint, dass sich die betreffenden Bauteile in direktem Kontakt miteinander befinden.
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Alternativ oder ergänzend dazu können separate Dichtelemente vorgesehen werden, welche zwischen den jeweiligen Bauteilen angeordnet sind. So kann die Anforderung an Oberflächengüte und Maßhaltigkeit an den Kontaktstellen zugunsten der Fertigungskosten reduziert werden und trotzdem eine gute Abdichtung zwischen den einzelnen Bauteilen erzielt werden.
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Falls der Stator eine oder beide der oben angesprochenen, orthogonal zur Rotationsachse des Rotors angeordnete Wirkflächen des Deckels und des Gehäusekörpers kontaktiert, so gleitet er beim Verschwenken mit seinen Stirnseiten direkt oder mittels der Dichtelemente an den Wirkfläche des Gehäusekörpers bzw. des Deckels ab, da er in einer sich parallel zu den Wirkflächen erstreckende Ebene verschwenkt wird und die Wirkflächen parallel zueinander angeordnet sind.
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Sofern der Stator sowohl die Wirkfläche des Gehäusekörpers als auch die Wirkfläche des Deckels kontaktiert, wird der Ringraum bzw. der Förderraum durch den Rotor, den Stator und die Wirkfläche des Gehäusekörpers und des Deckels begrenzt.
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In einer weiteren Ausführungsform können die im Rotor gelagerten Flügel die Wirkflächen des Gehäusekörpers und des Deckels direkt oder mittels separater Dichtelemente dichten kontaktieren. Die Flügel zerteilen den Förderraum bzw. den Ringraum um den Rotor dabei in einzelne Teilräume, deren Volumen bei einer ganzen Umdrehung des Rotors im Wesentlichen während der ersten halben Umdrehung im Bereich der Luftzuführung zunimmt und im Wesentlichen während der darauf folgenden halben Umdrehung im Bereich der Abführung wieder abnimmt.
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Sofern die Flügel die Wirkfläche des Gehäusekörpers und des Deckels kontaktieren, können sie dieselbe am Deckel und am Gehäusekörper ausgebildeten Wirkflächen kontaktieren, die auch der Stator kontaktiert. Auf diese Weise muss nur jeweils eine Wirkfläche auf dem Gehäusekörper und auf dem Deckel ausgebildet werden, was den Fertigungsaufwand der Vakuumpumpe erheblich reduziert.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Stator an einer ersten Stirnseite, insbesondere der vom Deckel entfernter liegenden Stirnseite eine sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckende und den Flügeln zugewandte Wirkfläche auf. Ferner kann der Stator an einer zweiten Stirnseite, insbesondere der dem Deckel näher liegenden Stirnseite einen Statordeckel mit einer sich orthogonal zur Rotationsachse des Rotors erstreckenden und den Flügeln zugewandten Wirkfläche aufweisen. Der Stator hat also im Wesentlichen die Form eines Topfes, der den Rotor und die Flügel aufnimmt. Diese eine Stirnseite des Stators ist mit dem übrigen, nämlich dem den Ringraum radial umgreifenden Stator einteilig ausgebildet, wobei die umlaufende Wirkfläche des Stators und die den Flügeln zugewandte, scheibenförmige Wirkfläche senkrecht aufeinander stehen. Die dieser Stirnseite gegenüberliegende offene Stirnseite des Stators kann mit einem Statordeckel verschlossen werden, so dass der topfartige Stator zusammen mit dem Statordeckel einen den Rotor und die Flügel aufnehmenden Hohlraum bildet. In diesem Falle kontaktieren die Flügel die Wirkflächen des Stators und des Statordeckels direkt oder mittels separater Dichtelemente.
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Der Stator und der Statordeckel kapseln auf diese Weise den Förderraum bzw. Ringraum vom übrigen Innenraum des Pumpengehäuses ab, so dass eine dichtende Kontaktierung des Stators mit dem Gehäusekörper und dem Deckel bzw. deren Wirkfläche nicht nötig ist. Daher sind auch keine Wirkflächen am Gehäusekörper oder Deckel nötig, diese sind nämlich bereits am Stator und am Statordeckel ausgebildet und erlauben ein dichtendes Kontaktieren mit den Flügeln.
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Die Rotationsachse des Rotors kann relativ zum Pumpengehäuse ortsfest sein, wobei der Rotor insbesondere mittels einer Welle im Pumpengehäuse gelagert ist. Der Rotor kann also lediglich um seine Rotationsachse rotiert werden und ändert somit seine Position relativ zum Pumpengehäuse nicht. Auf diese Weise wird der zwischen Rotor und Stator eingeschlossene Ringraum durch Verschwenken oder Verschieben des Stators im Pumpengehäuse und somit auch relativ zum Rotor verändert. Die Lagerung des Rotors bzw. der den Rotor aufnehmenden Welle kann sowohl eine Gleitlagerung als auch eine Wälzkörperlagerung sein und Dichtelemente aufweisen, welche den Innenraum des Pumpengehäuses von der Umgebung des Pumpengehäuses fluiddicht abgrenzen.
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Der Stator ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform im Pumpengehäuse drehgeführt. Der Stator kann in bevorzugter Weise um eine parallel zur Rotationsachse verlaufende Schwenkachse geschwenkt werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Stator relativ zum Pumpengehäuse mittels einer Schienenführung verschwenkt wird, welche sich beispielsweise auf einer gekrümmten Bahn quer zur Rotationsachse des Rotors erstreckt. Weiterhin kann der Stator zur Verstellung der Vakuumpumpe relativ zum Rotor linear verschoben werden.
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Ferner kann die Stelleinrichtung der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ein Halteelement, insbesondere eine Feder umfassen, welche den Stator in einer Grundstellung hält. Dazu ist jegliche Art von Feder vorstellbar, wie etwa Schraubenfedern, Blattfedern oder Torsionsfedern, bevorzugterweise umfasst die Vakuumpumpe jedoch eine Spiralfeder. Die zum Halten des Stators in einer Grundstellung benötigte Kraft kann dabei eine Druck- oder Zugkraft der Feder sein. Falls der Stator um eine Schwenkachse geschwenkt wird, ist diese Feder auf der der Schwenkachse des Stators gegenüber liegenden Seite vom Stator angeordnet. Durch den so erreichten großen Abstand zwischen dem Angriffspunkt der Federkraft am Stator und der Schwenkachse des Stators kann selbst mit einer relativ schwachen Feder ein genügend großes Haltemoment aufgebracht werden, um den Stator in seiner Grundstellung zu halten.
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Es ist vorstellbar, dass der Stator an seiner Außenseite eine Ausbauchung mit zylinder- oder kugelförmiger Außenfläche aufweist, welche in eine korrespondierende Ausnehmung an der Pumpengehäuseinnenseite eingreift. Auch ist eine umgekehrte Anordnung von Ausbauchungen und Ausnehmung vorstellbar. Durch direktes Abgleiten der Oberflächen von Ausbauchung und Ausnehmung kann eine aufwändige physische Drehachse zum Verschwenken des Stators im Pumpengehäuse vermieden werden.
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Zum Bewegen des Stators entgegen der Haltekraft des Halteelements aus der Grundstellung heraus kann die Stelleinrichtung ferner eine Membrane, ein weiteres Stellelement, wie etwa einen Stellkolben oder einen Sensor-Aktor-Verbund aufweisen. Somit kann der Stator direkt über die Membrane, indirekt über das weitere Stellelement bzw. den Stellkolben oder elektronisch über den Sensor-Aktor-Verbund aktiviert werden.
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Im Falle der Linearverschiebung kann der Stator im Gehäuse linear geführt sein und durch die Federkraft in der ersten Endposition, in der die Exzentrizität zwischen dem Rotor und dem Stator maximal ist, gehalten werden und gegen die Federkraft in die zweiten Endposition, in der die Rotor- und Statorachse beispielsweise zusammenfallen, bewegt werden.
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Es sei zu beachten, dass zum Variieren der Förderleistung bzw. des Fördervolumens die erfindungsgemäße Vakuumpumpe durch die Stelleinrichtung lediglich angesteuert wird. Sofern hier von Regelung gesprochen wird, sei damit stets die Ansteuerung der Vakuumpumpe gemeint. Aus der Steuerung kann durch im Stand der Technik bekannte Maßnahmen eine Regelung zur Regelung der Förderleistung bzw. des Fördervolumens mittels der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe in Abhängigkeit entsprechender Parameter gebildet werden.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Sie kann alle hierin genannten Merkmale einzeln sowie in jedweder sinnvollen Kombination umfassen.
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Im Einzelnen zeigen die folgenden Figuren:
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1 eine Vakuumpumpe
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2 Blick in die Pumpe der 1 mit entspannter Feder
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3 Blick in die Pumpe der 1 mit gespannter Feder
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4 eine erste Ausführungsform der Vakuumpumpe mit topfförmigem Stator
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5 Stellung des Stators in der Pumpe nach 2
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6 Stellung des Stators in der Pumpe nach 3
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7 Vakuumpumpe mit einem Flügel mit verschwenkbarem Stator
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8 Vakuumpumpe mit linear verschiebbarem Stator
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In der 1 ist ein Schnitt parallel zur Rotationsachse durch eine erste Ausführungsform einer Vakuumpumpe gezeigt. Das Pumpengehäuse 6 setzt sich aus dem Gehäusekörper 6a und dem Deckel 6b zusammen, welche sich umlaufend dichtend kontaktieren und zwischen sich einen Pumpengehäuseinnenraum einschließen. In diesem Pumpengehäuseinnenraum ist ein Rotor 1 angeordnet, welcher mehrere Flügel 2 radial verschieblich lagert, d. h. sie werden vom Rotor 1 so geführt, dass sie sich in radialer Richtung auf die Rotationsachse der des Rotors 1 zubewegen oder von ihr wegbewegen können. Der Rotor 1 wird wiederum von einer Welle 12 getragen, welche sich durch das Pumpengehäuse 6 hindurch erstreckt und auf gegenüberliegenden Seiten im Gehäusekörper 6a und im Deckel 6b drehgelagert ist. Der Rotor 1 schließt mit einem ebenfalls im Pumpengehäuseinnenraum angeordneten Stator 4 einen Ringraum 3 ein, welcher zu beiden Stirnseiten von den den Flügeln 2 zugewandten Wirkflächen 11 und 7 des Gehäusekörpers 6a und des Deckels 6b begrenzt wird. Der Stator 4 ist parallel zur Zeichenebene der 1 beweglich im Pumpengehäuse 6 gelagert, wobei er bei einer Bewegung im Pumpengehäuse 6 zu beiden Seiten an den Wirkflächen 11 und 7 des Gehäusekörpers 6a und des Deckels 6b abgleitet, die er mit seinen beiden Stirnseiten kontaktiert. Die Wirkflächen 11 und 7 sowie die Stirnflächen des Stators 4 sind dabei von sehr hoher Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit, so dass an den entsprechenden Kontaktstellen eine dichtende Kontaktierung des Stators 4 mit dem Gehäusekörper 6a und dem Deckel 6b zustande kommt. Bei der Rotation des Rotors 1 um die Rotationsachse R bewegen sich die im Rotor 1 gelagerten Flügel 2 ebenfalls um die Rotationsachse R und gleiten dabei zu beiden Seiten mit ihren den Wirkflächen 11 und 7 zugewandten Kanten an den Wirkflächen 11 und 7 ab, während sie mit ihren dem Rotor 1 abgewandten Kanten die umlaufende Wirkfläche 4b des Stators 4 kontaktieren, welche dem Rotor 1 und den Flügeln 2 zugewandt ist. Die Kontaktierung der Flügel 2 mit den Wirkflächen 11, 7 und 4a ist dabei ebenso dichtend ausgestaltet wie die Kontaktierung zwischen dem Stator 4 und den Wirkflächen 11 und 7.
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Die 2, 3, 5 und 6 zeigen die Vakuumpumpe bei abgenommenem Deckel 6b.
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In der 2 ist ein Schnitt durch die Vakuumpumpe quer zur Rotationsachse R des Rotors 1 gezeigt, wobei sich der Stator 4 in einer den maximalen Volumenstrom fördernden Stellung im Pumpengehäuse 6 befindet. Der Rotor 1 ist über die Welle 12 um die Rotationsachse R im Deckel 6b und dem Gehäusekörper 6a rotatorisch gelagert und besitzt somit lediglich einen rotatorischen Freiheitsgrad im Pumpengehäuse 6. Der Stator 4 ist mittels der rechts in der 2 zu sehenden und nicht weiter bezeichneten Ausbauchung im Gehäusekörper 6a drehgeführt, wobei die Ausbauchung in eine korrespondierende Ausnehmung an der Innenseite des Gehäusekörpers 6a eingreift. Auf der dieser Ausbauchung bzw. Ausnehmung gegenüberliegenden Seite vom Rotor 1 ist die Stelleinrichtung 5 mit der Feder 13 zu sehen, welche an der Innenwandung des Gehäusekörpers 6a und der Außenwandung des Stators 4 angreift. Im vorliegenden Beispiel ist die Feder 13 als Druckfeder ausgestaltet, so dass sie ohne weitere auf den Stator 4 aufgebrachte Kraft ihre Angriffspunkte an der Außenwandung des Stators 4 und der Innenwandung des Gehäusekörpers 6a auseinanderdrückt und so die Abregelkraft der Vakuumpumpe aufbringt. Im in der 2 gezeigten Zustands wird die Druckkraft der Feder 13 nicht überwunden und drückt den Stator 4 auf der linken Seite im Gehäusekörper 6a nach oben, wobei der Stator 4 auf der rechten Seite drehgelagert ist und somit eine Schwenkbewegung des Stators 4 relativ zum Gehäusekörper 6a, zum Rotor 1 und zur Welle 12 stattfindet. Rechts und links vom Rotor 1 sind im Förderraum 3 Zu- und Abführkanäle für die zu fördernde Luft zu sehen. Die in der 2 gezeigte Stellung des Stators 4 im Gehäusekörper 6a hat einen sichelförmigen Ringraum 3 zur Folge, welcher durch die Flügel 2 unterteilt wird. Bei einer Drehung des Rotors 1 im Uhrzeigersinn wird die Luft aus dem links neben dem Rotor 1 angeordneten Zuführkanal angesaugt, indem sich die einzelnen zwischen den Flügeln 2 eingeschlossenen Teilräume des Ringraums 3 bei der Bewegung am Zuführkanal vorbei vergrößern, während sich auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors beim Abführkanal die Volumen der einzelnen von den Flügeln 2 eingeschlossenen Teilräume des Ringraums bei der Bewegung am Abführkanal verkleinern und somit die zu fördernde Luft in den Abführkanal befördern.
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Sobald der Stator 4 im Gehäusekörper 6a auf der Seite der Stelleinrichtung 5 nach unten abgesenkt wird, verändert sich die Form des Ringraums 3 zunehmend von einer sichelförmigen zu einer Form mit umlaufend gleicher Dicke, wie in der 3 zu sehen, welche die Lage des Stators 4 im Gehäusekörper 6a zeigt, bei der kein Volumenstrom gefördert wird. In dieser Stellung des Stators 4 liegen Außenseite des Rotors 1 und Innenseite des Stators 4 konzentrisch zueinander, so dass sich die Flügel 2 bei Rotation des Rotors 1 nicht aus dem Rotor 1 heraus oder hinein bewegen. Eine Volumenänderung der einzelnen Teilräume des Ringraums 3 findet somit nicht statt, so dass auch kein Volumenstrom gefördert wird.
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In der 4 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Stator 4 auf seiner linken Seite einen scheibenförmigen Fortsatz aufweist, welcher lediglich eine Ausnehmung für die Welle 12 aufweist. In dieser Ausführungsform ist der Stator 4 im Wesentlichen topfförmig ausgebildet, während auf der offenen Stirnseite ein Statordeckel 9 eingesetzt werden kann, welcher zusammen mit dem Stator 4 den Ringraum 3 dichtend vom übrigen Innenraum des Pumpengehäuses 6 abkapselt. Die Flügel 2 kontaktieren somit nicht wie bei der ersten Ausführungsform die Wirkflächen 11 und 7 des Gehäusekörpers 6a und des Deckels 6b, sondern kontaktieren stattdessen mit ihren den Stirnseiten zugewandten Kanten entsprechende Wirkflächen 8 und 10 des Stators 4 bzw. des Statordeckels 9, wobei diese Wirkflächen wie auch die Wirkflächen 11 und 7 der ersten Ausführungsform eine hohe Oberflächengüte aufweisen. Die ansonsten in der 4 gezeigten Merkmale entsprechen denen der in der 1 gezeigten Ausführungsform.
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Nachdem die Flügel 2 bei der dieser Ausführungsform an den Wirkflächen 8 und 10 des Stators 4 und des Statordeckels 9 abgleiten, müssen die dem Rotor und den Flügeln zugewandten Flächen des Gehäusekörpers 6a und des Deckels 6b nicht speziell bearbeitet werden, um ein Abgleiten der Flügel 2 zu ermöglichen. Auch muss der Stator 4 die Wirkflächen 11 und 7 gemäß der ersten Ausführungsform nicht dichtend kontaktieren, so dass ein nach außen abgedichteter Ringraum 3 gebildet wird. Durch allseitiges Umgreifen des Rotors 1 mit den Flügeln 2 durch den topfförmigen Stator 4 und den Statordeckel 9 wird der Ringraum 3 nämlich schon fluiddicht nach außen abgedichtet.
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In den 5 und 6 sind analog zu den 2 und 3 die einzelnen Stellungen des Stators 4 im Gehäusekörper 6a gezeigt, wobei der Statordeckel 9 den dahinter liegenden Ringraum 3 zusammen mit dem Stator 4 kapselt, so dass der Rotor 1 mit den Flügeln 2 nicht zu sehen ist. Da sich der den Ringraum 3 kapselnde Stator 4 mit dem Statordeckel 9 quer zur Welle 12 im Pumpengehäuse 6 verschwenken lassen muss, müssen die die Welle 12 umgreifenden Durchbrüche am Stator 4 und Statordeckel 9 entsprechend geweitet werden, so dass die Welle 12 beim Verschwenken nicht am Stator 4 oder am Statordeckel 9 anstößt.
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Die 7 zeigt die Vakuumpumpe mit nur einem einzigen Flügel 2, der in dem Rotor 1 beweglich gelagert ist. Der Rotor 1 weist an seinen beiden äußeren Enden Gleitschuhe bzw. Dichtelemente 14 auf, die bei der Rotation an der Innenfläche des Stators 4 anliegen und so die beiden durch den Flügel 2 definierten Kammern in der Pumpe gegeneinander abdichten. Die Gleitschuhe oder Dichtelemente 14 können in den Flügelenden beweglich gelagert sein, so dass sie Fertigungstolleranzen ausgleiche können und/oder die Abdichtung zwischen den beiden Kammern auch gewährleisten können, wenn die Innenfläche des Stators 4 nicht kreisrund ist, sondern eine leicht davon abweichende Form aufweist. Der Stator 4 ist in dem Gehäuse 6 so gelagert, dass er um eine im Gehäuse 6 gebildete Schwenkachse verschwenkbar ist. Gegenüber der Schwenkachse weist der Stator 4 eine Anformung auf, an der eine, ebenfalls im Gehäuse 6 gelagerte Rückstellfeder 13 angreift. Die 7 zeigt die Pumpe in der Ruhestellung, in der die Rückstellfeder 14 den Stator 4 in der ersten Endposition hält, in der die Exzentrizität zwischen der Rotationsachse des Rotors 1 und des Stators 4 maximal ist. Der Pfeil rechts neben der Pumpe gibt die durch die Rückstellfeder 13 mögliche Verschieberichtung des als Verschiebeeinheit mit Flügellaufbahn ausgebildeten Stators 4 an.
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Die 8 zeigt im Wesentlichen die gleiche Pumpe wie die 7. Der einzige Unterschied ist der, dass bei der Pumpe der 8 die Verschiebeinheit mit dem Stator 4 im Gehäuse 6 linear verschiebbar aufgenommen ist und die Rückstellfeder 13 die Verschiebeeinheit mit der Flügellaufbahn bzw. den Stator 4 nur linear bewegen kann, wie der Pfeil rechts der Pumpe anzeigt.