CN109563740B

CN109563740B - 具有转子端凹槽的旋转真空泵

Info

Publication number: CN109563740B
Application number: CN201680088122.8A
Authority: CN
Inventors: 大卫·希普斯; 菲利普·萨克斯顿; 彼得·托德曼
Original assignee: Wabco Europe BVBA
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2036-10-10
Also published as: EP3523505B1; CN109563740A; WO2018068806A1; US11168691B2; EP3523505A1; US20190242383A1

Abstract

旋转真空泵，其包括：壳体，所述壳体在所述壳体中限定泵腔室；以及转子，所述转子通过第一轴向端板延伸到所述泵腔室中，并且承载至少一个叶片，用于使所述叶片在所述泵腔室内旋转移动，所述转子包括环形轴向端面，所述环形轴向端面密封抵靠在第二轴向端板的对应的接触表面上，其中，环形凹槽用于减少所述旋转真空泵在运行期间的噪声产生，其中所述凹槽被形成在所述转子的所述轴向端面处和/或所述第二轴向端板的所述接触表面处。

Description

具有转子端凹槽的旋转真空泵

技术领域

本发明涉及一种旋转真空泵，该旋转真空泵包括：壳体，该壳体在该壳体中限定了泵腔室；以及转子，该转子通过第一轴向端板延伸到泵腔室中，并且承载至少一个叶片，用于该叶片在泵腔室内的旋转移动，该转子包括环形轴向端面，该环形轴向端面密封抵靠在第二轴向端板的对应的接触表面上。此外，本发明涉及一种用途。

背景技术

上述类型的真空泵可以被装配到具有汽油或柴油发动机的道路车辆上。通常，真空泵由发动机的凸轮轴所驱动。因此，在大多数车辆中，真空泵被安装到发动机的上部区域。但是，真空泵被安装到发动机的下部区域的构造也是已知的，在这些情况下，可以由例如电动马达来驱动真空泵。一般来说，已知真空泵的两种不同的结构类型，一种是结合了可移动活塞的类型，另一种是叶片泵。现今，特别是叶片泵被广泛确立。

前述类型的叶片泵通常包括壳体，该壳体具有入口和出口，并且在该壳体内限定了腔室。此外，该叶片泵包括转子，该转子用于在腔室内绕着旋转轴线进行旋转移动。转子通常相对于壳体的中心轴线偏移，并且通常被安装成与腔室的内周壁相邻或接触。转子驱动至少一个叶片，以通过入口将流体吸入到腔室中并通过出口将流体从腔室中抽出，以便在入口处引起减压和加压。入口能够连接到诸如制动助力器等的消耗件。出口通常连接到发动机曲轴箱，因此废气经由PCV系统被发动机消耗。

本领域中已知所谓的单叶片泵或单一叶片泵，其包括一个单个的叶片，该叶片在径向方向上延伸通过整个转子，以便在转子的两侧上向外凸出并利用两个叶片末端来接触腔室的内周壁。此外，也已知多叶片泵，该多叶片泵具有多个叶片，该多个叶片以径向或非径向的方式被设置在转子中并且能够彼此独立地移动。利用这种多叶片泵，能够在具有很大的自由度的情况下设计内周壁，并且因此也能够在具有很大的自由度的情况下设计腔室轮廓。

发明内容

本发明涉及单叶片泵和多叶片泵。

叶片泵的转子一般是杯形的并且具有转子轴，该转子轴延伸通过泵腔室的第一轴向端板(通常是底壁)。泵腔室本身也是杯形的并且能够被盖子封闭，该盖子限定了第二轴向端板。转子的杯形部的直径大于驱动轴的直径，并且因此该转子被保持在泵腔室内。

在转子旋转时，叶片来回移动，并且通过入口将流体吸入到腔中并通过出口将流体推出该腔。由于该旋转动作，所以转子上的载荷根据旋转位置并且还根据入口处的压力而变化。该变化的载荷可能导致转子的轴向移动，这会引起可能会被车辆的使用者或站在车辆附近的行人识别出的击打噪声。

本发明的目的是提供一种旋转真空泵，在该旋转真空泵中可以减少噪声的发出。

根据本发明的第一方面，该问题通过上述类型的旋转真空泵得以解决，该旋转真空泵具有环形凹槽，该环形凹槽用于减少旋转真空泵在运行期间的噪声产生，其中所述凹槽被形成在转子的轴向端面处和/或第二轴向端板的接触表面处。

本发明的发明人已经发现，这种凹槽促进了在转子与轴向端板之间的流体(诸如空气或润滑介质)的流动，并且因此该凹槽用作转子的“枕头”。当转子在轴向方向上被加载时，该转子坐置在该流体“枕头”上，并且因此减少了噪声的产生。

在此，重要的是，凹槽不能太大也不能太小。如果凹槽太大，则由于润滑剂仅简单地“下沉”到该凹槽中，因而不能足够地减少转子对相应的接触表面的摇摆或击打动作的衰减的效果。如果凹槽太小，则润滑剂的促进不够有效，这也导致减噪的效果不能充分实现。

根据第一优选实施例，凹槽被形成为使得当该凹槽在运行期间填充有润滑介质时，转子与第二轴向端板之间的接触大致被阻止。因此，虽然转子实际上不接触相应的端面，但该转子由被保持在凹槽中的润滑介质所承载。当在轴向方向上按压转子时，润滑介质被迫从接触表面流走，并且该流动由凹槽所供应的润滑介质所供给，因此在转子端面与第二轴向端板的相应的接触表面之间存在较小的润滑介质薄膜。

优选的是，凹槽具有倒圆底部。这有助于在转子被迫抵靠在轴向端板上时供应润滑介质。

此外，优选的是，凹槽在径向方向上被封闭。因此，凹槽被形成到转子的轴向端面中或第二轴向端板的接触表面中，并且具有两个侧壁和一个底部。凹槽的侧壁优选地是具有相同的高度，因此凹槽在径向方向上被封闭。这种径向方向上的封闭阻止润滑介质流到径向方向上，因此有助于将润滑介质保持在接触区域内，并且因此还支持了转子在润滑介质上游动的效果。

特别优选的是，凹槽是不对称的。当凹槽是不对称的时，凹槽能够被形成为使得能够控制从该凹槽流出的径向向外或径向向内的方向。已经表明，重要的是形成凹槽，使得润滑“枕头”被稳定地保持在转子与相应的接触表面之间。

根据本发明的另一个优选发展，凹槽具有锥形的侧表面，该侧表面在至少一个径向方向上逐渐变细。因此，形成凹槽的锥形的侧表面的相应球部不是以与转子的旋转轴线平行的方式而形成的，而是以倾斜角度而形成的。相应的侧表面可以以截头圆锥形的方式形成，或者以连续的曲率逐渐变细，以便在至少一个径向方向上略微逐渐变细。这也有助于提供在转子与相应的板之间的润滑介质的流动，用于提供减噪效果。

优选的是，侧表面径向向外逐渐变细。这在凹槽被形成在在转子处时是特别优选的。在这样的实施例中，凹槽与转子一起旋转，因此使被保持在凹槽内的润滑介质加速。该介质的旋转引起了介质上的离心力，导致径向力将介质抽出凹槽并吸入到转子与相应的端面之间的接触区域中。因此，当侧表面径向向外逐渐变细时，促进了润滑介质流出凹槽并流入到在凹槽与端面之间的区域中。

此外，优选的是，侧表面包括与垂直于转子的旋转轴线的平面所成的角度，该角度在5°至35°的范围内，特别是在10°至30°的范围内，更优选是在15°至25°的范围内，甚至更优选是在15°至20°的范围内。特别的是，由于15°至20°的范围已经表明了提供了良好的减噪效果，因此该范围是优选的。然而，即使效果不如在15°至20°的范围内的效果那么强，在5°至35°的范围内也能够实现效果。

根据另一个优选实施例，凹槽被大致布置成关于转子壁居中，优选是被布置在转子的中心环形线处和/或转子壁的重心处。如果凹槽被形成在第二轴向端板的接触表面处，则相应地是，关于转子的环形中心线以镜像方式形成凹槽。转子的这种布置在转子壁的重心处提供了支撑枕头的效果，因此有助于将转子保持在稳定位置中。

此外，优选的是，凹槽具有圆形倒圆部。该圆形倒圆部优选地是具有0.2mm至1.0mm的半径，特别是0.2mm至0.6mm的半径，优选是大致0.4mm的半径。此外，该倒圆部也有助于提供稳定的减噪效果。

根据另一个优选实施例，凹槽具有0.1mm至0.6mm的深度，特别是0.2mm的深度。0.2mm的范围已经表明了足以为用于诸如卡车的车辆的大多数旋转真空泵提供显著的减噪效果。如果凹槽太深，则需要过多的润滑介质来填充该凹槽，以用于提供“枕头效果”。

根据本发明的第二方面，上述问题通过用于减少旋转真空泵在运行期间的噪声产生的环形凹槽的用途而得以解决，其中该凹槽被形成在转子的轴向端面处和/或真空泵的轴向端板的接触表面处。真空泵优选地是被形成为本申请的引言部分中所阐明的真空泵。优选的是，凹槽在运行期间填充有润滑介质。此外，优选的是，噪声产生的减少为至少10％，优选是20％，更优选是30％，甚至更优选是40％。该噪声的减少是相对于没有这种环形凹槽的真空泵而测量的，并且是在高达500rpm的转速和最大真空度下测量的，该最大真空度是在全真空的或接近全真空的真空泵的入口处测量的，例如为相对于标准大气压0kPa(绝对标准大气压为101.3kPa)的90kPa或更多的真空度。在以往，已经表明了当达到特定泵的最大可实现真空度时，噪声的产生处于最高程度。根据间隙和制造公差，该最大真空度通常在90kPa至100kPa的范围内。真空泵在该区段中的运行转速通常在300rpm至500rpm的范围内。较高的转速也趋向于增加噪声的产生。优选的是，在达到泵的最大真空度之后，并且在大约300rpm或标定的运行转速下进行减噪测量。“泵能够实现的最大真空”优选地是被定义为：当排空“无泄漏”的1升真空容器时，由泵所实现的持续5分钟的真空度，其中该泵在以下条件下运行：运行转速为300rpm，供油压力为1bar，并且油温为90℃。其它参数优选地为标准的，例如23℃的空气温度。

应当理解，本发明的第一方面的旋转真空泵和本发明第二方面的用途包括与本发明中所特别限定的方面相同和相似的方面。目前为止，参考了根据本发明第一方面的旋转真空泵的上述描述、特征和技术效果。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现将参考附图详细描述本发明。该详细描述将举例说明和描述被认为是本发明的优选实施例的内容。当然应该理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以在形式或细节上容易地进行各种变型和修改。因此，意图是本发明可以不限于本文中所示和所述的确切形式和细节，也不限于并非本文中所公开的和本文中后来所要求保护的本发明的整体的任何内容。此外，对于单独或组合考虑的本发明来说，公开本发明的说明书、附图和权利要求书中所描述的特征可能是必要的。特别的是，权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。词语“包括”不排除其它元件或步骤。单词“一”或“一个”不排除多个。词语“多个”物品也包括个数1，即单个物品，以及像2、3、4等等的其它个数。在附图中：

图1示出了旋转真空泵的透视图，其中卸下了轴向端板；

图2示出了图1的透视图，其中安装上了轴向端板；

图3示出了转子的透视图；

图4示出了图3的细节；并且

图5示出了转子的细节的剖视图，以用于示出凹槽。

具体实施方式

根据本发明的优选实施例，旋转真空泵1包括壳体2，该壳体2在该壳体2中限定了泵腔室4。壳体2是大致杯形的，其具有形成底部的第一轴向端板8和终止在边沿9处的径向侧壁5。

腔室4内设置有转子6，下文将关于图3、图4和图5更详细地描述该转子6。

根据该实施例，转子6包括径向槽7，单叶片10被安置在该径向槽7中。在转子6旋转时，叶片10能够在图1中所示的箭头的方向上滑动。转子6相对于其旋转轴线A(见图3)被固定在腔室4内，并且迫使叶片10在旋转时来回滑动。叶片10设置有两个密封部11a、11b，两个密封部11a、11b在其轴向末端处与腔室4的内壁接触。到目前为止，该结构在本领域中是已知的。

转子6包括轴向端面12，并且在该转子6中限定了内腔13。转子6的内腔13的主要目的是减轻转子6的重量。转子6需要具有一定的径向延伸，以便一方面与腔室的内周壁具有密封点，并且另一方面具有与内壁足够偏移的旋转轴线，以提供叶片10的移动。

在运行期间，通常借助于第二轴向端板14(见图2)来封闭腔室4，该第二轴向端板14借助于螺钉15a、15b、15c、15d被固定成抵靠在边沿5上。

当转子6旋转并且叶片通过入口17将流体吸入到腔中并通过出口19将流体推出腔室4时，产生了绕悬臂式转子轴承的摇摆运动，这导致转子6以其轴向端面12冲击轴向端板14。能够以一系列的随机轻叩或敲击的形式听到这些冲击事件，并且车辆的乘员和旁观者能够听到这些冲击事件。

因此，根据本发明，转子的端面12包括凹槽20，该凹槽20用于减少旋转真空泵在运行期间的噪声产生。在替代实施例中，凹槽20(下文将更详细地描述该凹槽20)被对称地形成在轴向端板14中。应当想到，即使未在图中示出，这也是本发明的一个实施例。

凹槽20沿着轴向端面12的中间部分延伸，并且该凹槽20被布置成关于转子壁26居中。即使凹槽20被形成在转子6中的用于接纳叶片10的槽7所中断，该凹槽20也被称为“环形凹槽”。因此，术语“环形凹槽”也可以被认为是“中断的环形凹槽”。如果凹槽20被形成在板14中，则该凹槽20能够是完全地圆周且环形的。然而，凹槽20不包括任何人造壁或中断，使得凹槽20是分段的。此外，润滑介质能够完全流过凹槽20。

如可以在特别是图4中看出的那样，凹槽20包括倒圆底部22，并且该凹槽20被形成为轴向端面12中的轻微凹陷。该凹槽的特定形式可以在图5中看出。

在图5中，在相对于旋转轴线A的截面图中示出了转子6的截面。凹槽20包括倒圆底部22、侧表面24和圆形倒圆部28。圆形倒圆部28形成凹槽的径向内侧壁，并且侧表面24形成径向外侧壁。凹槽20在径向上被完全封闭，即：该凹槽20包括两个壁24、28，这两个壁24、28大体延伸到与两侧相同的高度。

圆形倒圆部28合并到倒圆底部22中，该倒圆底部22又合并到侧壁24中，该侧壁24逐渐变细到轴向端面12。根据该实施例的倒圆部28包括0.4mm的半径。槽20的深度D总共为0.2mm。侧表面24与转子端面12的平面成18°的角度α。通常，这种几何形状导致这样的效果：当转子6被压靠在端板14上时，润滑剂介质被压入到凹槽20中并且被迫离开凹槽20并沿着侧面24流动，从而在端面12与端板14之间建立薄膜。根据该实施例，由于径向方向上的截面减小，所以该凹槽的具体形式具有喷嘴型效果，这导致了润滑介质的流速增加并且同时减小压力。由于该效果，所以噪声的衰减由于转子6对端板14的轻叩和敲击的衰减而被有效地减小。

参考标记列表(说明书的部分)

1 旋转真空泵

2 壳体

4 泵腔室

5 径向侧壁

6 转子

7 径向槽

8 第一轴向端板

9 边沿

10 单叶片

11a，11b 密封部

12 轴向端面

13 内腔

14 第二轴向端板

15a，15b，15c，15d 螺钉

17 入口

19 出口

20 凹槽

22 倒圆底部

24 侧表面

26 转子壁

28 圆形倒圆部

A 旋转轴线

D 深度

E 平面

R 半径

α 角度

Claims

1.旋转真空泵(1)，其包括

壳体(2)，所述壳体(2)在所述壳体(2)中限定泵腔室(4)，

以及转子(6)，所述转子(6)通过第一轴向端板(8)延伸到所述泵腔室(4)中，并且承载至少一个叶片(10)，用于使所述叶片(10)在所述泵腔室(4)内旋转移动，所述转子(6)包括环形轴向端面(12)，所述环形轴向端面(12)密封抵靠在第二轴向端板(14)的对应的接触表面上，由此

包括环形凹槽(20)，所述环形凹槽(20)用于减少所述旋转真空泵(1)在运行期间的噪声产生，其中，所述凹槽(20)被形成在所述转子(6)的所述轴向端面(12)处，

其特征在于，所述凹槽(20)被大致布置成关于转子壁(26)居中并沿着所述轴向端面(12)的中间部分延伸，并且所述凹槽(20)被形成在所述转子(6)中的用于接纳所述叶片(10)的槽(7)所中断，并且所述凹槽不包括任何人造壁或人造中断，使得凹槽是分段的，且润滑介质能够完全流过凹槽。

2.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)被形成为使得当所述凹槽(20)在运行期间填充有润滑介质时，所述转子(6)与所述第二轴向端板(14)之间的接触大致被阻止。

3.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)具有倒圆底部(22)。

4.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)在径向方向上被封闭。

5.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)是不对称的。

6.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)具有锥形的侧表面(24)，所述侧表面(24)在至少一个径向方向上逐渐变细。

7.根据权利要求6所述的旋转真空泵，

其中，所述侧表面(24)径向向外逐渐变细。

8.根据权利要求6或7所述的旋转真空泵，

其中，所述侧表面(24)包括与垂直于所述转子的旋转轴线(A)的平面(E)所成的角度(α)，所述角度(α)在5°至35°的范围内。

9.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)具有圆形倒圆部(28)。

10.根据权利要求9所述的旋转真空泵，

其中，所述圆形倒圆部(28)具有0.2mm至1.0mm的半径(R)。

11.根据权利要求1所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)具有0.1mm至0.6mm的深度(D)。

12.根据权利要求8所述的旋转真空泵，

其中，所述角度在10°至30°的范围内。

13.根据权利要求8所述的旋转真空泵，

其中，所述角度在15°至25°的范围内。

14.根据权利要求8所述的旋转真空泵，

其中，所述角度在15°至20°的范围内。

15.根据权利要求10所述的旋转真空泵，

其中，所述圆形倒圆部(28)具有0.2mm至0.6mm的半径(R)。

16.根据权利要求10所述的旋转真空泵，

其中，所述圆形倒圆部(28)具有0.4mm的半径(R)。

17.根据权利要求11所述的旋转真空泵，

其中，所述凹槽(20)具有0.2mm的深度(D)。

18.环形凹槽(20)的用途，用于减少根据权利要求1至17中一项所述的旋转真空泵(1)在运行期间的噪声产生，其中，所述凹槽(20)被形成在所述真空泵(1)的所述转子(6)的轴向端面(12)处。

19.根据权利要求18所述的用途，其中，所述凹槽(20)在运行期间填充有润滑介质。

20.根据权利要求18或19所述的用途，其中，噪声产生的减少为至少10％。

21.根据权利要求20所述的用途，其中，噪声产生的减少为至少20％。

22.根据权利要求20所述的用途，其中，噪声产生的减少为至少30％。

23.根据权利要求20所述的用途，其中，噪声产生的减少为至少40％。