具有优化轴承设置的轨道真空泵的制作方法

本发明涉及一种具有摩擦优化轴承设置的干式无油真空泵。

背景技术：

干式运行真空泵用于抽气态介质，例如用于在制动力增强器中产生真空。在汽车领域，干式运行真空泵的其他应用包括，例如，废气再循环阀的气动调节、排气襟翼的气动调节、具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器上的导叶的气动调节和用废气门进行增压压力控制的旁通的气动调节，还包括中央锁定系统的致动，或用于打开和关闭前灯襟翼。在工厂建设中，干式运行真空泵通常可用于在电气动阀或气动执行器中产生负压。

在现有技术中已知的实现此目的的主要是往复容积泵，如叶片泵或旋转叶片泵，其并被广泛使用。有些泵需要在旋转的泵部件和固定的泵部件之间提供润滑膜，以确保充分的气密密封以及接触表面的低摩擦磨损。真空泵中对润滑膜的需求引起了关于润滑剂的温度依赖的粘度问题和吸附来自于排出空气中颗粒所导致的污染问题。这些缺点在可移动应用的波动环境条件下出现，并且尤其是在车辆的发动机舱中安装而被放大。此外，此类泵必须始终连接至润滑剂供给或集成到承载润滑剂的系统中。

在现有技术中，干式运行真空泵是熟知的用于避免上述问题。对于这种干式运行真空泵中的可移动泵部件的轴承设置，为了泵的使用寿命而提供润滑。在泵的生产过程中，提供为其使用寿命的润滑，该润滑是粘性润滑剂或固体润滑剂的密封润滑填充形式，尤其如石墨，将引入相应的轴承中。当泵由于泵机构中的摩擦生热时，粘性润滑剂会液化，使其更容易溢出轴承并散失。

同一申请人的de102015010846a1公开了一种轨道真空泵，其泵组件的设计类似于本发明的泵组件的设计。泵组件的移动部件配备有滑动表面或滑动轴承。然而，有必要对这种干式运行的轨道真空泵的轴承设置进行优化。

技术实现要素：

本发明的一个目的是减少干式运行轨道真空泵操作中的摩擦损失以及减少润滑剂填充区域的温度升高。

该目的通过独立权利要求1的特征来实现。本发明的干式运行的轨道真空泵，其特征在于，轨道偏心活塞设有盲孔和滚动轴承，并且在轨道偏心活塞的中央，为曲轴销相对于轨道偏心活塞提供了径向安装的滚动轴承设置在盲孔中。

因此，本发明首次提供了一种干式运行的轨道真空泵，其轨道偏心活塞上设有盲孔，并且该轨道真空泵装配有布置于其内的滚动轴承，该滚动轴承设置在活塞和驱动机构之间。

在其最一般的形式中，本发明提供了具有滚动元件的摩擦减小的轴承装置来替换活塞和驱动机构元件之间的滑动表面。其结果是，由于在旋转速度的工作点的摩擦损失原因而引起的泵的功率消耗可以降低约20％。

由于滚动轴承的区域产生的摩擦比相应的滑动轴承产生的摩擦更少，因此产生更少的磨损、磨耗和热量，因此润滑剂填充能够保留更长时间。此外，在滚动元件之间的滚动轴承提供了为容纳润滑剂贮存库比在相应滑动轴承的滑动表面之间的可能的轴承间隙中的更大的容积。

由于在其中设置有滚动轴承的盲孔，所以可以通过泵腔中的负压来减少滚动轴承的润滑剂填充的溢出。特别是，在盲孔的封闭侧不需要进一步的措施或部件，例如密封件。而且，盲孔可以以不同的方式形成。在通过铸造工艺生产轨道偏心活塞的情况下，盲孔既可以已经设置在铸造模具中，也可以随后通过孔加工生产。

本发明的有利的改进在从属权利要求中提供。

根据本发明的一方面，滚动轴承可以在盲孔的开口处具有密封。因此，可以保留用于滚动元件的润滑剂填充，从而借助于泵腔中的负压，在盲孔的开口侧进一步减少润滑剂从滚动轴承中的溢出。

根据本发明的一方面，滚动轴承可以是具有滚针形的滚动元件的滚针轴承。滚针轴承为轨道偏心活塞的适当安装提供了两个优点。

一方面，滚针形滚动元件具有较低的径向高度，使得滚针轴承具有较小的径向尺寸，特别是与例如滚珠轴承相比。相对于泵的几何形状，有利的是使导向槽(其中阻滑件滑动进出)尽可能对称地延伸，即在中央穿过轨道偏心活塞的活塞套筒。然而，曲轴销的轴承点必须布置在活塞套筒的中央，此外，轴承设置的安装空间必须保持不受约束。由于滚针轴承所需的径向安装空间较小，所以导向槽可以相对紧密地延伸到活塞套筒的中央，特别是与滚珠轴承要求的相应安装空间相比。

另一方面，与例如球形滚动元件的情况相比，滚针形滚动元件可以更有效地吸收相对于旋转轴的倾斜力矩。因此，在轨道偏心活塞的圆周运动期间，可以提高在泵腔的终端侧之间的活塞套筒的对准引导，并且减小相应的摩擦。

根据本发明的一方面，所述滚动轴承的外环可以是杯形的，杯形外环的基座部抵靠曲轴销的自由端而封闭滚动轴承的轴向侧。

滚动轴承外环的杯形设计简化了轴承在盲孔中的安装。一方面，钳工会清楚地注意到外环插入盲孔的正确插入深度，例如，凭借外环紧靠盲孔的末端，或者凭借外环与轨道偏心活塞齐平。另一方面，在镗孔之后对盲孔的复杂后续加工或者其他引入盲孔的工艺可以更简单地进行。余后的任何独立的缺口可以留在盲孔中，并通过杯形外环与滚动轴承区分。提高了滚动轴承的使用寿命和运行性能，并减少了后续的加工步骤。

根据本发明的一个方面，滚动轴承的外环可以安装到轨道偏心活塞的盲孔中。通过这种方式，滚动轴承可以低成本地安装在活塞套筒中。

根据本发明的一个方面，轨道偏心活塞可以由能够注塑的材料制成；衬套可模塑到轨道偏心活塞中；滚动轴承的外环可以安装到模塑的衬套中。这种应用优化的设计用于在轨道偏心活塞中容纳滚动轴承，提供了两个优点。

一方面，由于能够注塑的材料，如合成材料，可以选择与金属相比质量较轻的材料，从而可以减少活塞套筒作为移动泵部件的加速质量。

另一方面，提供了滚动轴承在活塞套筒中的更精确的配合和对准。衬套可以生产为具有高度尺寸稳定性的机加工旋转部件。作为滚动轴承和活塞套筒之间的过渡区域和接触面，衬套可以优选地由与滚动轴承相同的材料或具有类似硬度的材料提供。特别是，如果能够注塑的材料的硬度低于滚动轴承外环的材料，则衬套可以防止滚动轴承的较硬材料在操作过程中嵌入轨道偏心活塞的较软材料并扩大原始安装尺寸，这将导致振动和进一步紧随的动态损坏。

根据本发明的一方面，滚动轴承的外环被注入到轨道偏心活塞的盲孔中。在盲孔外环的注入期间，由于盲孔的表面通过注入材料形成，所以可以省略用于制造特定表面质量的盲孔的后续机械加工(例如珩磨)。轨道偏心活塞的制造成本较低。

根据本发明的一方面，轨道偏心活塞在盲孔的开口处具有圆周槽，密封件插入圆周槽中。在盲孔的开口侧上的密封件可以有利地借助于圆周槽安装。密封件被插入凹槽中并因此被固定。槽可以以各种方式形成，使得密封件的固定得到改善，例如借助于向后的接合到t形槽或梯形槽中。

根据本发明的一方面，轨道偏心活塞在盲孔的开口处具有圆周槽，插入到圆周槽的夹片使得夹片与密封件接触，以将密封件保持在适当的位置。该方面证明了这样的优点，即槽可以以简单的方式形成，并且密封件借助夹片保持。夹片可以预张紧，使得弹簧力作用于密封件。

根据本发明的一方面，密封件通过外环的凸缘和/或压配合的支撑环保持在外环上的位置。这是有利的，因为外环仅仅很小的变形借助凸缘和/或压配合的支撑环减小了密封件的位移。因此制造更具成本效益。

根据本发明的一个方面，盲孔中的保持环被压配合，使得密封件被保持在外环和保持环之间。在该方面中，在外环和压配合保持环之间，密封件直接固定在滚动轴承的外缘上。密封件的精确定位被更有效地保持，其中通过使用外环，仅有一个附加部件是必要的。该方面的特点不仅在于成本低，而且还在于提高密封效率。

根据一方面，偏心曲轴销在密封区域中被压缩。这是有利的，因为密封可以延伸到压缩处，因此密封效果进一步提高，以防止滚动轴承上的润滑剂溢出。

附图说明

下文将借助于轨道真空泵的实施例参照附图来解释本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的轨道真空泵的泵腔的横截面；

图2示出了根据本发明的一实施例的轨道真空泵的轨道偏心活塞的透视图，其中安装有滚动轴承；

图3示出了沿泵轴穿过图1的轨道真空泵的轴向截面图；

图4示出了与滚动轴承相关的图3的细节a视图；和

图5示出了根据本发明的另一实施例在轨道真空泵上的滚动轴承的图3细节区域的a视图；和

图6示出了根据本发明的另一实施例在轨道真空泵上的滚动轴承的图3细节区域的a视图。

具体实施方式

如图1至图3所示，根据本发明一个实施例的轨道真空泵由泵壳体1形成，泵壳体1包括带有圆柱形腔壁的泵腔2。在泵壳体1中，借助于轴承11，轴10布置成可旋转地被安装。具有偏心布置的曲轴销8的偏心盘12固定在轴10上。曲轴销8在圆柱形轨道偏心活塞3的中心啮合，该活塞3设计为活塞套筒。

偏心盘12经由曲轴销8影响轨道偏心活塞3穿过泵腔2的圆周运动，其中轨道偏心活塞3与圆柱形腔壁的圆周滑动接触得以保持。导向槽4设置在轨道偏心活塞3中，导向槽4可滑动地接收阻滑件5。阻滑件5在自由端可枢转地安装在泵腔壁中并延伸穿过泵腔2至轨道偏心活塞3。为此目的，枢转轴承14布置在腔壁中的入口开口6和出口开口7之间。依赖于轨道偏心活塞3在泵腔2中的圆周运动的位置，阻滑件5位于与可枢转的安装端相对的部分在导向槽4中滑入和滑出。在阻滑件5的任一侧，泵腔2被分成两个容积，其中一个与入口开口6连通，另一个与出口开口7连通。

阻滑件5的每一侧的容积随着轨道偏心活塞3与圆柱形腔壁之间的圆周滑动接触而变化，以相等的比例彼此相反，使循环的位移过程在轴10的一次旋转或轨道偏心活塞3的圆周运动中完成。在轨道偏心活塞3的圆周运动期间，位移过程所需的扭矩在与入口6连通的容积增加期间上升，并在达到最大容积时突然下降。在图1中示出的轨道偏心活塞3的位置大约在上止点之前的半程，其中与泵腔2与入口6连通的容积达到几乎最大的容积，并且其含物随后被推出出口7。轴10通过电动马达13进行驱动。

图2所示的轨道偏心活塞3通过合成材料注塑成型为模制件，优选地由纤维增强合成材料制成。在轨道偏心活塞3的活塞滚筒中央设置滚动轴承9，滚动轴承9将在下文中更详细地描述，并且偏心盘12上的曲轴销8在滚动轴承9中啮合。

图4示出了图3放大部分中的滚动轴承9。滚动轴承9具有外环93、轴承保持架91、针形滚动元件90和密封件92，其形式为向内定向的径向密封唇。在通过压配合的轨道偏心活塞3的活塞套筒的中心，包括轴承保持架91和滚动元件90的外环93被引入到相应的孔中，该孔被设计成盲孔3a、3b。轴承保持架91在外环93和曲轴销8的圆周之间的轴向轨道上引导针形滚动元件90，并且轴承保持架91将针形滚动元件90以均匀分布于圆周的相互间隔保持在轨道内。滚动元件90和轴承保持架91在外环93内由润滑剂填充所包围。用于容纳填充在滚动轴承9中的润滑剂的容纳容积由密封件92限定，其中径向密封唇抑制润滑剂沿曲轴销8的圆周溢出。

特别是，与传统的滚动轴承或滚针轴承相比，图示的滚动轴承9一方面没有内环，且另一方面外环93是杯形的。杯形的外环93的底部部分相对于轴向侧封闭滚动轴承9，并为曲轴销8的自由端提供接触面。由于，借助于底部部分，杯形的外环93具有气密封闭侧并且在相对侧上仅仅需要密封件92，所以滚动轴承9的构造提供了润滑剂填充的改进密封的特定应用优势，特别是防止润滑剂从滚动轴承9中溢出，同时在泵腔2周围产生负压。因此，作为真空泵在工作期间，轨道真空泵和滚动轴承9的更长的使用寿命得以实现。

盲孔3a、3b由盲孔侧壁3a和盲孔后壁3b形成。盲孔3a、3b具有开口侧，相对于开口侧，盲孔3a、3b是开放的，并且开口侧相对于滚动轴承9与盲孔后壁3b相对，并且具有后壁侧，相对于后壁侧，盲孔不具有开口。盲孔3a、3b可以各种方式被引入。通过铸造工艺在制造轨道偏心活塞3期间可以加工出盲孔3a、3b。在这种情况下，盲孔3a、3b仍然可以借助于随后的机械加工(例如钻孔或铣削)获得所需直径或所需表面粗糙度。与此相比，在铸造轨道偏心活塞3的过程中可不考虑盲孔3a、3b。在这种情况下，盲孔3a、3b随后借助于机械加工工艺引入到轨道偏心活塞3中，例如钻孔或铣削。

图4示出了外环93抵靠于盲孔侧壁3a。此外，示出了外环93不抵靠在盲孔后壁3b上。然而，外环93也可以设计成使得它抵靠在盲孔后壁3b上。如上所述，包括轴承保持架91和滚动元件90的外环93通过压配合引入盲孔3a、3b。为了简化上述安装程序，可以在盲孔3a、3b开放侧上的盲孔侧壁3a上形成插入倒角。

另外，也可以将外环93注射成型到轨道偏心活塞3的盲孔3a、3b中。如果将所述外环注入盲孔93中，可能需要用于成型外环93的后续机械加工。如果将外环93注入到盲孔3a、3b中，则轴承保持架91和滚动元件90两者随后安装。

此外，可在生产轨道偏心活塞3之前，安装设置有杯形的外环93的滚动轴承9。然后，可将滚动轴承9引入轨道偏心活塞3的注射模具。随后，用轨道偏心活塞3的材料使引入到模具的滚动轴承9包覆成型。因此，滚动轴承9的安装可以在空间和时间上与轨道偏心活塞3的制造分开进行。

在图5中示出的根据本发明的轨道真空泵的另一可选实施例，在轨道偏心活塞3的活塞套筒和滚动轴承9的之间的过渡区域的关系不同。在该实施例中，滚动轴承9的外环93也通过压配合引入和固定。然而，环绕外环93的圆柱形配合表面并不借助于轨道偏心活塞3的材料中的孔形成，而是借助于由钢构成的衬套39形成。在铸造过程中，衬套39用轨道偏心活塞3的材料包覆成型或铸造，以生产活塞套筒的铸型体。由于基于合成的材料通常具有比滚动轴承9的钢制外环93更低的硬度，所以本发明的这个实施例提供了在运行过程中防止较硬的外环93进入轨道偏心活塞3的较软材料的优点。因此，可以防止轨道偏心活塞3和滚动轴承9之间出现不期望的间隙，以及振动和随之而来的动态损坏。同样地，可为轨道偏心活塞3选择具有低密度的材料，轨道偏心活塞3构成在泵组件中具有加速质量的部件。

还为了防止轨道偏心活塞3和套筒39之间出现不期望的间隙，以及振动和随之而来的动态损坏，衬套39与具有轨道偏心活塞3的材料接触的表面可设置有凹槽、凹口或突起。因此，由于轨道偏心活塞3的材料在已有的凹槽、凹口或突起的后面啮合，所以轨道偏心活塞3可以更有效地保持衬套39。由于这种改进的保持，例如，在衬套39和轨道偏心活塞3之间可以避免轨道偏心活塞3中的衬套39的松动和衬套39的后续振动的不期望影响。由于滚动轴承9安装在衬套39中，因此避免上述不希望的影响可额外地防止轨道偏心活塞3和滚动轴承9之间出现不期望的间隙，以及振动和随之而来的动态损坏。

在本实施例中，由于其制造方法，衬套39被轨道偏心活塞3的材料所包围。衬套39延伸地抵靠在盲孔侧壁3a上，并且抵靠盲孔后壁3b而位于端侧上。在这种情况下，根据设计，可以直接在衬套39上提供插入倒角，如果衬套39不像前一个实施例中的盲孔侧壁3a那样长，则插入倒角可以在盲孔3a、3b的开口侧提供。

图6所示的本发明的轨道真空泵的又一可选实施例在密封件92的安装上有所不同。在本实施例中，在盲孔3a、3b的开口侧上形成周向凹槽。在安装密封件92之后，将夹片94插入到此凹槽中，使得夹片94将密封件94保持到位。夹片94可以从轨道偏心活塞3的孔延伸到轴10。此外，夹片94可以在滚动轴承90的方向上预张紧。因此，可防止密封件92远离预期位置，例如在滚动轴承9的振动或振荡期间。此外，如图6所示，夹片94可以与密封件92长期地接触。可选地，夹片94可以与密封件92分离。

附图标记列表:

1泵壳体

2泵腔

3轨道偏心活塞

3a盲孔侧壁

3b盲孔后壁

4导向槽

5阻滑件

6入口

7出口

8曲轴销

9滚动轴承

10轴

11轴承

12偏心盘

13电动马达

14枢转轴承

39衬套

90滚动元件

91轴承保持架

92密封件

93外环

94夹片