DE3841329C2 - Flügelzellenvakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenvakuumpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Diese Pumpe ist durch die DE-A 35 19 741 bekannt.

Bei dieser bekannten Pumpe dient die Innenbohrung des Rotors der Ölzufuhr, wobei die Ölzufuhr gedrosselt bzw. intermittie­ rend derart erfolgt, daß in dem Teil der Rotorinnenbohrung, der sich über den axialen Arbeitsbereich des Rotors er­ streckt, ein niedriger, steuerbarer Druck herstellbar ist. Bei dieser Pumpe kann sich in den Stirnspalten zwischen den Rotorstirnwänden und den benachbarten Pumpendeckeln das Vakuum des Pumpengehäuses in gleicher Weise auswirken. Daher wirken auf die beiden Stirnflächen des Rotors im wesentlichen dieselben Druckkräfte, so daß die bekannte Pumpe den Vorteil hat, daß auf beiden Stirnflächen dasselbe Spiel während des Laufes besteht. Dieses Spiel kann durch entsprechende Verma­ ßung und Fertigung sehr gering gehalten werden, so daß nur geringe Verluste über diese Stirnspalte eintreten. Ferner läßt sich bei der bekannten Pumpe eine nur geringe Druck­ differenz zwischen dem Pumpengehäuse und der Rotorinnenboh­ rung herstellen, so daß die Verluste nicht nur durch entspre­ chend eng tolerierte Dichtspalte, sondern auch durch die niedrige Druckdifferenz gering gehalten werden.

Beim Stillsetzen des Kraftfahrzeugmotors herrscht auf der Saugseite und in der Rotorinnenbohrung der Flügelzellen­ vakuumpumpe noch Unterdruck. Je nach Auslegung des Schmieröl­ systems des Kraftfahrzeugmotors kann es sein, daß infolge dieses Unterdrucks noch Schmieröl aus dem Schmierölsystem in die Vakuumpumpe gesaugt wird. Dieses Schmieröl wird sich an der untersten Stelle des Gehäuses sammeln. Diese Ölmenge muß beim Anfahren ausgetrieben werden, was zu unzulässigen Druck­ erhöhungen führen kann.

Eine weitere Flügelzellenvakuumpumpe ist bekannt aus der DE-OS 28 57 494. Bei dieser Flügelzellenvakuumpumpe wird grundsätzlich Ölüberschuß zugelassen. Das überschüssige Schmieröl kann bei Stillstand der Maschine über eine Bohrung am unteren Ende der Hohlwelle in den Ölsumpf zurücklaufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Flügelzellenvakuumpumpe mit fliegender Lagerung so weiterzubil­ den, daß einerseits ein begrenzter Unterdruck in der Innenboh­ rung aufgebaut werden kann und daß andererseits beim Stillsetzen der Flügelzellenvakuumpumpe dieser Unterdruck schnell wieder abgebaut werden kann.

Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Durch diese Maßnahme kann zusätzlich der Unterdruck in der Rotorinnenbohrung vorgegeben werden durch entsprechende Vermaßung der Drosselbohrung.

Die Art der Ölzufuhr zu der Innenbohrung hängt im wesent­ lichen von den baulichen Gegebenheiten des Kraftfahrzeug­ motors ab, von dem aus die Flügelzellen-Vakuumpumpe mit Schmieröl versorgt wird.

Erfindungswesentlich ist ein begrenztes Ölangebot. Das Öl­ angebot hängt zum einen ab von der Förderkapazität der Ölpum­ pe und zum anderen vom Verbrauch der anderen Schmierstellen. Bei großer Förderkapazität der Ölpumpe und geringem sonstigen Verbrauch wird das Ölangebot an die Flügelzellen-Vakuumpumpe dadurch begrenzt, daß in die Schmierölzufuhrleitung zu der Innenbohrung eine starke Drossel oder Blende oder ein Strom­ regel- oder Strombegrenzungsventil eingebaut wird.

Eine Öleinspeisung von der Motorseite her wird ermöglicht durch die Maßnahme nach Anspruch 2. Dabei kann die Schmieröl­ zufuhrleitung zentrisch über eine dichtende Drehkupplung mit der im übrigen verschlossenen Rotorinnenbohrung verbunden sein.

Durch die Maßnahme nach Anspruch 3 wird erreicht, daß das Gleitlager der Rotorwelle der Flügelzellenpumpe geschmiert und gleichzeitig gedichtet wird, so daß eine Leckage über die lagerseitige Rotorstirnwand und das Gleitlager ausgeschlossen ist. Dabei ist das Gleitlager im axialen Bereich des Flan­ sches, mit dem die Flügelzellen-Vakuumpumpe an den Motor angeflanscht wird, vorgesehen.

Die rotierende Flüssigkeitskupplung wird dadurch gebildet, daß in der Lagerbuchse und/oder an der Welle ein Ringkanal gebildet wird, in den von der Lagerbuchse her die Schmier­ mittelzufuhrleitung mündet und der durch Radialkanäle mit der Rotorinnenbohrung verbunden ist.

Wenn die Ölversorgung von der dem Motor abgewandten Seite her erfolgen soll, wird die Maßnahme-Kombination nach Anspruch 4 vorgeschlagen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 3 je einen Axialschnitt eines Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 einen Normalschnitt der Pumpe.

Die Flügelzellenpumpe 1 ist an das Kurbelgehäuse 2 eines Kraftfahrzeugs durch Flansch 13 angeflanscht. In dem Pumpen­ gehäuse 4 ist der kreiszylindrische Rotor 5 drehbar gela­ gert. Hierzu bildet der Flansch 13 des Pumpengehäuses, dessen Querschnittsform später erläutert wird, die exzentrische Lagerbohrung 37. Die Lagerbohrung 37 weist in das Kurbelge­ häuse und ist dazu zentriert. Es sei erwähnt, daß die Lager­ bohrung 37 eine Gleitlagerung für das Lagerende des Rotors 5 bildet. Der Rotor ist so gelagert, daß er an einer Stelle, dem sogenannten unteren Totpunkt, in Umfangskontakt mit dem Gehäuse steht.

Der Rotor ist fliegend an einer Welle 20 gelagert, die auf einer Seite als Lagerende konzentrisch an dem Rotor angeformt ist und einen geringeren Durchmesser als der Rotor besitzt. Eine Innenbohrung 21 erstreckt sich über die gesamte Länge des Rotors. Im Bereich des Gehäuses besitzt der Rotor einen einzigen Führungsschlitz 6, der in einer Axialebene liegt, der die Innenbohrung durchdringt und dessen axiale Länge genau der axialen Länge des Pumpengehäuses 4 entspricht. In dem Führungsschlitz 6 ist ein einziger Flügel 7 gleitend geführt.

Die Breite des Flügels entspricht der axialen Länge des Pumpengehäuses. Der Flügel 4 kann aus einem Stück gefertigt sein. Er kann aber auch an seinen Enden Dichtleisten aufwei­ sen, die in Nuten 9 des Flügels 7 - in radialer Richtung - gleitend, jedoch dichtend geführt sind. Entlüftungsbohrungen 10, die den Grund der Nuten 9 mit der - in Drehrichtung gesehen - Vorderseite des Flügels verbinden, gewährleisten, daß in den Nuten 9 stets der höchste in der Pumpe herrschende Druck vorhanden ist, so daß die Dichtleisten 8 nach außen gedrückt werden. In jedem Fall ist der Flügel ggf. ein­ schließlich der Dichtleiste so lang, daß er - dank der später noch zu beschreibenden Querschnittsform des Gehäuses - in jeder Drehstellung dichtend am Umfang des Gehäuses 4 anliegt. Ferner sind die Flügelenden in jedem Falle mit einem Radius r abgerundet. Dieser Radius wird möglichst groß gewählt.

Die Umfangswand des Pumpengehäuses 4 ist so bestimmt, daß sie im Querschnitt eine Äquidistante zu einer Pascalschen Spirale (Konchoide) mit dem Krümmungsradius der Flügelenden r als Abstand darstellt.

Zur Konstruktion des Querschnitts der Flügelzellenpumpe wird also zunächst die Flügellänge sowie der Außendurchmesser des Rotors 5 festgelegt. Die Differenz zwischen der Flügellänge und dem Außendurchmesser bestimmt sehr wesentlich das Förder­ volumen der Pumpe. Die Differenz ist begrenzt durch Festig­ keits- und sonstige Überlegungen. Da der Rotor im Gehäuse so gelagert ist, daß er an einer Stelle, dem sog. unteren Tot­ punkt, in Umfangskontakt mit dem Gehäuse steht, taucht der Flügel 7 in dem unteren Totpunkt - wie in Fig. 2 darge­ stellt - vollständig in den Führungsschlitz 6 des Rotors 5 ein. Es wird nunmehr für die Krümmungsmittelpunkte K der Flügelenden die Pascalsche Spirale um den Mittelpunkt M des Rotors 5 konstruiert. Die Umfangswand des Pumpengehäuses 4 ergibt sich sodann als die Äquidistante mit dem Abstand r.

Die Krümmungsmittelpunkte K der Flügelenden bewegen sich also auf einer Pascalschen Spirale um den Mittelpunkt des Rotors. Dadurch ist gewährleistet, daß der Flügel stets mit seinen Flügelenden dichtend am Umfang des Pumpengehäuses 4 anliegt.

Wie Fig. 2 schematisch darstellt, besitzt das Pumpengehäuse 4 den Saugeinlaß 11 mit einem darin angeordneten Rückschlag­ ventil 31 sowie einen Auslaß 12 mit einem darin angeordneten Rückschlagventil 24. Der Einlaß 11 ist etwa um 90° gegenüber der Totpunktlage versetzt und der Einlaß 12 liegt im Bereich vor dem unteren Totpunkt - in Drehrichtung 35 gesehen.

Wie Fig. 1 zeigt, ist das Einlaßventil 31 als Pilzventil ausgebildet. Es handelt sich um einen pilzförmigen Gummi­ körper, der mit seinem Stiel in eine gelochte Ventilplatte eingesetzt ist und der mit den Rändern seines Kopfes dichtend auf der Ventilplatte aufliegt und dabei die Löcher der Ventilplatte umschließt. Bei eintretender Luft stülpt sich der Kopf derart in Saugrichtung um, daß die Saugöffnung frei­ gegeben wird. In der Gegenrichtung sperrt der Kopf.

Der Einlaß 11 mit dem Einlaßventil 31 ist in Fig. 1 in Umfangsrichtung versetzt gezeichnet. Seine geometrische Lage ergibt sich aus Fig. 2. Der Auslaß, der in Fig. 1 und Fig. 2 lediglich schematisch angedeutet ist, mündet über ein Rück­ schlagventil 24 in das Kurbelgehäuse des Kraftfahrzeug­ motors. Das Rückschlagventil 24 ist als Federblattventil aus­ gebildet, das einseitig eingespannt ist.

Der Rotor weist an seinem Lageransatz Kupplungslappen 16 auf. Mit diesen Kupplungslappen wird der Rotor durch Antriebswelle 3 des Kraftfahrzeugmotors angetrieben. Bei der Antriebswelle 3 kann es sich z. B. um die Antriebswelle für die Einspritzpumpe handeln. An der Antriebswelle 3 ist eine Kupplungsscheibe 15 befestigt, die auf dem Umfang verteilte Einschnitte 17 aufweist. Die Kupplungslappen 16 des Lager­ ansatzes des Rotors greifen in die Einschnitte 17 der Kupp­ lungsscheibe ein, ohne die axiale Beweglichkeit des Rotors zu hindern.

Der Rotor 5 wird durch Antriebswelle 3 mit Drehrichtung 35 angetrieben. Dabei führt der Flügel 7 in dem Führungsschlitz eine Relativbewegung aus und liegt mit seinen beiden Enden dichtend und gleitend am Gehäuseumfang des Pumpengehäuses 4 an.

Die Innenbohrung 21 des Rotors 5 wird auf der einen Seite durch den Gehäusedeckel 25 verschlossen. Auf der anderen Seite ist die Innenbohrung 21 durch Wand 18 verschlossen. Die Wand 18 liegt - in axialer Richtung gesehen - am Rotorende oder außerhalb des Rotors, so daß die Wand 18 den Flügel­ durchlaß nicht behindert. Die Wand 18 besitzt eine Düse 23, durch die die Innenbohrung 21 mit dem Inneren des Kurbelge­ häuses und darüber mit der Atmosphäre verbunden ist.

Die Schmierölzufuhr zu der Flügelzellen-Vakuumpumpe erfolgt von der Schmierölpumpe (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeug­ motors aus über Ölzufuhrleitung 19. Die Ölzufuhrleitung setzt sich als Bohrung 27 in dem Flansch 13 fort und mündet radial in der Lagerbohrung 37 des Pumpenflansches 13. Dabei kämmt die Mündung der Bohrung 27 mit einem Ringkanal 26, der auf dem Umfang des Lageransatzes des Rotors gebildet wird. Der Ringkanal liegt vorzugsweise in der axialen Mitte des Lager­ ansatzes. Der Ringkanal steht durch einen Radialkanal 28 mit der Rotorinnenbohrung 21 in Verbindung.

Die Schmierölpumpe liefert an die dargestellte Flügelzellen- Vakuumpumpe nur eine begrenzte Ölmenge. Hierzu können in der Ölzufuhrleitung Volumenstrom-Begrenzungsventile oder Volumen­ strom-Regelventile oder Blenden bzw. Drosseln vorgesehen sein, die hier nicht dargestellt sind. Im dargestellten Falle ist der Radialkanal 28 durch Bemessung seines Querschnittes und seiner Länge als Drosselkanal ausgeführt.

Zur Funktion der Ölschmierung:
Das Schmieröl wird über Leitung 19 in dosierter, begrenzter Menge zugeführt, wenn der Kraftfahrzeugmotor und damit auch die Flügelzellen-Vakuumpumpe in Betrieb sind. Die Radialboh­ rung 27 und der Ringkanal 26 bilden einerseits eine dichtende Flüssigkeitskupplung für das Schmieröl. Durch diese Kupplung wird das Schmieröl auf und in den rotierenden Rotor 5 über­ tragen. Zum anderen dient der Ringkanal 26 der Verteilung des Schmieröls auf das Gleitlager der Lagerbohrung 37. Durch die gleichmäßige Verteilung des Öls erfolgt gleichzeitig auch eine Abdichtung des Gleitlagers. Das Öl gelangt durch den Radialkanal 28 in die Innenbohrung 21. Beim Betrieb der Flügelzellen-Vakuumpumpe entsteht ein Unterdruck auf der Saugseite der Pumpe. Unterdruck entsteht aber auch im übrigen Pumpenraum, da der Auslaß 12 der Pumpe durch Rückschlagventil 24 gegenüber der Atmosphäre verschlossen ist. Über die Dicht­ spalte zwischen dem Flügelschlitz 6 und dem Flügel 7 sowie dem Pumpendeckel 25 und dem Rotor 5 entsteht dieser Unter­ druck im Laufe des Betriebes auch in der Innenbohrung 21 des Rotors. Die Höhe dieses Unterdrucks hängt ab von der Förder­ kapazität der Schmierölpumpe und dem sonstigen Verbrauch bzw. von der in die Flügelzellen-Vakuumpumpe gelieferten Ölmenge bzw. von der Drosselung des der Flügelzellen-Vakuum­ pumpe zur Verfügung gestellten Ölstroms. Bei sehr starker Begrenzung der Schmierölmenge, d. h. z. B. sehr starker Drosse­ lung des Schmierölflusses in dem Radialkanal 28 entsteht in der Innenbohrung 21 ein sehr hohes Vakuum.

Die Druckdifferenz zwischen der Innenbohrung 21 und dem übrigen Pumpengehäuse wird daher bei Betrieb auf nahezu Null reduziert. Daher wird das Öl, das in die Innenbohrung 21 gefördert worden ist, nicht durch die Druckdifferenz in die Dichtspalte getrieben, sondern lediglich durch Zentrifugal­ kraft. Dadurch wird gewährleistet, daß das Öl nur einer geringen Förderung unterworfen wird, so daß in dem Dichtspalt ein gleichmäßiger Ölfilm mit nur geringer Bewegung entsteht.

Durch diese Maßnahme wird der Ölverbrauch stark herabgesetzt, andererseits die Schmier- und Dichtwirkung des Öls aber auch vergleichmäßigt.

Infolge der geringen Druckdifferenz zwischen dem durch Rück­ schlagventil 24 verschlossenen Pumpenraum und der Innenboh­ rung 21 wird andererseits auch die Leckage über den Dicht­ spalt zwischen Rotor und Pumpendeckel 4 sowie die Dichtspalte zwischen Flügel 7 und dem Führungsschlitz 6 auf ein Minimum herabgesetzt, was dem Pumpenwirkungsgrad zugutekommt.

Wenn die Schmierölzufuhr beim Stillsetzen des Kraftfahrzeug­ motors nicht durch ein Ventil verschlossen wird, besteht die Gefahr, daß bei Stillstand des Kraftfahrzeugmotors infolge des Unterdrucks im Pumpengehäuse und in der Innenbohrung 21 weiterhin Öl angesaugt wird, bis der Unterdruck abgebaut ist. Das angesaugte Öl sammelt sich am tiefsten Punkt des Pumpengehäuses. Beim Anlauf muß das Öl aus dem Pumpengehäuse ausgetrieben werden. Dabei können Druckstöße auftreten, die zum Bruch führen. Das gilt insbesondere, wenn der Kraftfahr­ zeugmotor mit falscher Drehrichtung startet, wie es bei Dieselmotoren vorkommen kann. Aus diesem Grunde ist die Innenbohrung 21 mit einer Düse 23 versehen. Die Düse 23 ist so ausgelegt, daß sie nur geringe Luftmengen durchläßt. Sie behindert daher den Aufbau des Unterdrucks in der Innenboh­ rung 21 nicht. Andererseits gewährleistet sie, daß bei Still­ stand des Kraftfahrzeugmotors der Unterdruck in der Innenboh­ rung 21 schnell abgebaut wird. Dadurch wird das Ansaugen und das Ansammeln größerer Ölmengen im Stillstand der Flügelzel­ len-Vakuumpumpe unterbunden.

Die Düse 23 kann aber auch mit größerem Querschnitt ausgelegt werden, so daß auch während des Betriebes über die Düse 23 stets eine geringe Luftmenge derart angesaugt wird, daß das in der Innenbohrung entstehende Vakuum nicht in voller Höhe ausgebildet wird. Durch diese Maßnahme läßt sich gezielt die Druckdifferenz zwischen der Innenbohrung und dem übrigen Pumpenraum vergrößern, wenn eine größere Ölförderung zwischen Innenbohrung und Pumpenraum erwünscht ist und daher die Öl­ förderung nicht nur auf Zentrifugalkraft, sondern auch auf Druckdifferenz beruhen soll.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht demjenigen nach Fig. 1, 2. Auf die vorangegangene Beschreibung wird verwiesen mit folgenden Ausnahmen:

Die Schmierölzufuhr zu der Flügelzellen-Vakuumpumpe erfolgt von der Schmierölpumpe (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeug­ motors aus über Ölzufuhrleitung durch den Gehäusedeckel 25. Die Ölzufuhrleitung mündet in einer scheibenförmigen Ausneh­ mung 22. Der Durchmesser der scheibenförmigen Ausnehmung 22 ist nicht größer als der Durchmesser der Innenbohrung 21. Von der Innenbohrung 21 geht ein Radialkanal 28 aus. Der Radial­ kanal 28 mündet in eine Ringnut 26. Die Ringnut 26 liegt auf dem Umfang der Lagerwelle 20 des Rotors, und zwar etwa in dessen mittlerem axialen Bereich. Der Ringkanal hat keine weitere Verbindung nach außen, außer durch die unvermeid­ lichen Spalte der Lagerbohrung. Es kann jedoch auch eine axiale Schmiernut in der Lagerbohrung angebracht sein, um eine gleichmäßige Verteilung des Schmieröls in dem Gleitlager zu gewährleisten.

Bei dieser Ausführung erfolgt die Schmierölzufuhr durch Ölzu­ fuhrkanal 19, und zwar durch den Pumpendeckel 4. Hierzu besitzt der Pumpendeckel 4 auf der dem Rotor zugewandten Seite eine kreisscheibenförmige Ausnehmung 32. Der Außen­ durchmesser dieser kreisscheibenförmigen Ausnehmung ent­ spricht im wesentlichen dem Durchmesser der Innenbohrung 21. Die Ölzufuhrleitung 19 mündet in dieser kreisscheibenförmigen Ausnehmung 32. Durch die zuvor geschilderten Maßnahmen Strom­ begrenzungsventil, Stromregelventil, Drossel, Blende oder Schmierölpumpe mit begrenzter Förderkapazität oder gleichwir­ kenden Maßnahmen wird die Schmierölzufuhr wieder sehr stark begrenzt, so daß in der Innenbohrung 21 ein Vakuum entsteht. Zur Beschreibung der Funktion der Ölschmierung wird auf die vorangegangenen Ausführungen verwiesen.

Auch bei dieser Ausführung ist eine Drossel 23 wie in dem anderen Ausführungsbeispiel vorhanden. Sie würde auch hier zweckmäßigerweise in der Wand 18 liegen, damit Öl, das etwa und wider Erwarten aus der Drossel 23 austritt, in das Kurbelgehäuse des Kraftfahrzeugmotors gelangt und nicht zu Verschmutzungen führt. Auch zur Funktion der Drossel 23 kann auf die Ausführungen zum vorigen Ausführungsbeispiel verwie­ sen werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeichnet sich also dadurch aus, daß zur Ölzufuhr in die Innenbohrung 21 keine rotierende Flüssigkeitskupplung erforderlich ist.

Gleichwohl wird in dem axialen Bereich des Gleitlagers ein ölgefüllter Ringkanal vorgesehen, der einerseits der Schmie­ rung des Gleitlagers und andererseits der Dichtung des Gleit­ lagers sowie des Dichtspaltes zwischen dem Rotor und dem lagerseitigen Pumpendeckel dient.

Claims (4)

1. Flügelzellenvakuumpumpe zum Betrieb von Servoantrieben in Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Bremskraftverstärkung, mit einem fliegend gelagerten Rotor der einen radialen Führungsschlitz mit einem daran gleitend geführten Flügel sowie eine Innenbohrung aufweist, welche sich zumindest über die Rotorbreite erstreckt und an ihren Enden durch Stirnwände verschlossen ist und deren vom Lager abgewandte Stirnwand dadurch gebildet wird, daß der Rotor mit einem freien Ende auf einem benachbarten Pumpendeckel des Pumpengehäuses aufliegt und welche mit einer Schmierölzufuhrleitung mit nur begrenztem Ölangebot derart verbunden ist, daß sich in der Innenbohrung ein geringer Druck des Schmieröls aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorinnenbohrung (21) eine Drosselbohrung (23) zur Atmosphäre aufweist.

2. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölzufuhrleitung (19, 27, 28), über eine rotierende Flüssigkeitskupplung in die Rotorinnenbohrung (21) geführt ist.

3. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) in einem Gleitlager gelagert ist, und daß die rotierende Flüssigkeitskupplung für die Schmierölzufuhr im Bereich des Gleitlagers liegt, vorzugsweise im axial mittleren Bereich.

4. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölzufuhrleitung in dem am freien Ende des Rotors (5) liegenden Pumpendeckel angeordnet ist und in die Stirn­ fläche der Innenbohrung (21) mündet.