AT504911B1

AT504911B1 - Drehschieberpumpe

Info

Publication number: AT504911B1
Application number: AT0050707A
Authority: AT
Inventors: Peter Autenzeller
Original assignee: Tcg Unitech Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-09-15
Also published as: AT504911A4

Description

2 AT 504 911 B1

Die Erfindung betrifft eine Drehschieberpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum, in weichem ein eine Schieberanordnung aufweisender Rotor exzentrisch drehbar angeordnet ist, wobei der Arbeitsraum durch eine schwenkbar zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung innerhalb des Gehäuses angeordnete Pendelkammer gebildet ist.

Drehschieberpumpen werden insbesondere zur Vakuumerzeugung, beispielsweise als Unterdruckpumpen zur Bremskraftverstärkung in Kraftfahrzeugen, eingesetzt.

Aus der DE 40 02 268 A1 ist beispielsweise eine Drehschieberpumpe mit einem einstückigen, über die ganze Schlitzlänge des Rotors gleitenden Schieber bekannt. Ihr Gehäuse ist als Kreiszylinder ausgeführt. Auch die Veröffentlichungen US 1,972,864 A, GB 222 242 B und DE 100 12 406 A1 offenbaren ähnliche Drehschieberpumpen.

Die GB 2 232 208 A offenbart eine Drehschieberpumpe mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum, in welchem ein eine Schieberanordnung aufweisender Rotor exzentrisch angeordnet ist. Der Arbeitsraum ist durch eine schwenkbar zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung innerhalb des Gehäuses angeordnete Pendelkammer gebildet.

Drehschieberpumpen mit jeweils einem Gehäuse und einem Arbeitsraum, in welchem ein eine Schieberanordnung aufweisender Rotor exzentrisch drehbar angeordnet ist, und wobei der Arbeitsraum durch eine schwenkbar innerhalb des Gehäuses angeordnete Pendelkammer gebildet ist, sind aus den Druckschriften DE 39 13 414 A1, US 2002/172610 A1 und DE 10 2004 020 603 A1 bekannt.

Des weiteren ist aus der US 5,133,652 A1 eine Drehschieberpumpe mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum bekannt, in welchem ein eine Schieberanordnung aufweisender Rotor exzentrisch drehbar angeordnet ist.

Drehschieberpumpen für Bremskraftverstärker sind üblicherweise mit einem Schmierölsystem verbunden, wobei das Schmieröl zur Schmierung der Lagerstellen des Rotors und der Drehschieber dient. Bekannte Drehschieberpumpen haben dabei den Nachteil, dass nach dem Abstellen des Motors in Folge des innerhalb der Drehschieberpumpe aufgebauten Unterdruckes Schmieröl in den Arbeitsraum nachgesaugt wird. Dieses Schmieröl muss beim nächsten Motorstart wieder ausgeschoben werden, was insbesondere bei tiefen Temperaturen mit einem relativ hohen Kraftaufwand verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Nachlaufen des Schmieröls in den Arbeitsraum nach Abstellen des Motors zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in der Ruhestellung eine Belüftungsöffnung im Gehäuse zur Lüftung des Arbeitsraumes geöffnet und in der Betriebsstellung die Belüftungsöffnung über ein Ventil geschlossen ist, wobei vorzugsweise die Pendelkammer um die Rotorachse schwenkbar gelagert ist.

Eine einfache Betätigung der Pendelkammer lässt sich erreichen, wenn ein äußerer Mantelbereich der Pendelkammer an einen mit einem Steuermedium im Pumpenbetrieb beaufschlagbaren Druckraum grenzt, wobei vorzugsweise das Steuermedium Schmieröl ist.

Um ein sicheres Einnehmen der Ruhestellung bei abgeschalteter Drehschieberpumpe zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Pendelkammer durch eine vorzugsweise durch eine Feder gebildete Rückstellkraft in Richtung der Ruhestellung beaufschlagt ist. Eine sehr klein bauende Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass dabei ein federbelasteter Hebel die Pendelkammer in Richtung der Ruhestellung drückt, wobei vorzugsweise der Hebel diametral bezüglich des Druckraumes am Mantel der Pendelkammer angreift. Eine sehr platzsparende Anord- 3 AT 504 911 B1 nung lässt sich erreichen, wenn das Ventil auf dem Hebel angeordnet ist, wobei die Belüftungsöffnung durch das Ventil bei Auslenken des Hebels in Richtung der Ruhestellung geöffnet wird. Der Hebel dient somit sowohl zur Rückstellung der Pendelkammer, als auch zur Steuerung der Belüftungsöffnung, welche in der Ruhestellung mit dem Arbeitsraum strömungsverbunden ist. Alternativ dazu kann auch in einer Ausführung mit wenigen Bauteilen vorgesehen sein, dass das durch eine Rückstellfeder in Öffnungsrichtung belastete Ventil die Pendelkammer in Richtung der Ruhestellung drückt, wobei vorzugsweise das Ventil diametral bezüglich des Druckraumes am Mantel der Pendelkammer angreift.

Zur Betätigung der Pendelkammer ist vorgesehen, dass im Bereich des Druckraumes ein das Steuermedium führender Kanal oder eine Leitung einmündet.

Mittels der Pendelkammer kann nach dem Abstellen der Drehschieberpumpe ein schnelles Entlüften des Arbeitsraumes erfolgen, damit so wenig Schmieröl wie möglich in den Arbeitsraum gesaugt wird. Die Pendelkammer wird nach dem Start der Brennkraftmaschine durch den Schmieröldruck bewegt, und die Belüftungsöffnung geschlossen. Dadurch kann sich Unterdrück im Arbeitsraum aufbauen. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine fällt der Schmieröldruck, wodurch die Pendelkammer, unterstützt durch die Rückstellkraft, wieder in die Ruhestellung zurückbewegt wird. Dadurch wird die Belüftungsöffnung freigegeben und der Arbeitsraum belüftet. Durch den Druckausgleich wird ein Nachsaugen des Schmieröls in den Arbeitsraum verhindert.

Die Pendelkammer kann aus Kunststoff, aus Sinterstahl, aus Stahlblech oder aus Aluminium bestehen und zur Minimierung der Reibung eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Im einfachsten Fall weist die Pendelkammer eine kreiszylindrische Form auf. Es ist aber auch eine vom Kreiszylinder abweichende Form möglich.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Drehschieberpumpe in einer Betriebsstellung in einem Schnitt gemäß der Linie l-l in Fig. 3, Fig. 2 die Drehschieberpumpe in einer Ruhestellung in einem Schnitt analog zur Fig. 1, Fig. 3 die Drehschieberpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie lll-lll in Fig. 1, Fig. 4 eine Drehschieberpumpe in einem Schnitt analog zu Fig. 3 in einer Ausführungsvariante, Fig. 5 eine Drehschieberpumpe in einem Schnitt analog zur Fig. 3 in einer weiteren Ausführungsvariante, Fig. 6 die Drehschieberpumpe in einem Schnitt analog zu Fig. 1 in einer anderen Ausführungsvariante, Fig. 7 einen Arbeitsraum mit Rotor in einem Schnitt, Fig. 8 einen Arbeitsraum samt Rotor in einer Seitenansicht in einer Ausführungsvariante, Fig. 9 eine Schieberanordnung im Längsschnitt in einer Ausführungsvariante und Fig. 10 eine Schieberanordnung im Längsschnitt in einer weiteren Ausführungsvariante.

Die Drehschieberpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem in einem Arbeitsraum 3 ein Rotor 4 drehbar angeordnet ist, wobei der Rotor 4 eine Schieberanordnung 20 aufweist. Mit P ist die Drehrichtung des Rotors 4 bezeichnet. ;h eine Pendelkammer 5 gebildet, welche innerhalb des Gehäuses 2 um die Rotorachse 4a schwenkbar gelagert ist. Ein in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen zylindrischer äußerer Mantelbereich 6 der Pendelkammer grenzt an einen Druckraum 7, in welchem eine Leitung 8 oder ein Kanal für ein Steuermedium, beispielsweise Schmieröl, einmündet. Etwa diametral zum Druckraum 7 weist das Gehäuse 2 eine Belüftungsöffnung 9 auf, welche durch ein Ventil 10 freigegeben oder geschlossen werden kann. Das Ventil 10 ist in den in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungen auf einem durch eine Rückstellfeder 11 entgegen der Schließrichtung des Ventils 10 gespannten Hebel 12 angeordnet, wobei der Hebel 12 auf die Pendelkammer 5 einwirkt. Fig. 6 zeigt dagegen eine hebellose Ausführung, bei der die Pendelkammer 5 direkt mit dem Ventil 10 zusammenwirkt, wobei das Ventil 10 eine in dieser Darstellung nicht ersichtliche Belüftungsöffnung steuert. Mit Bezugszei- 4 AT 504 911 B1 chen 13 ist ein Anschlusskanal für Vakuum und mit Bezugszeichen 14 eine Ausschiebeöffnung für Luft-Öl-Gemisch bezeichnet. Die Drehschieberpumpe 1 kann beispielsweise im nicht weiter dargestellten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine montiert sein. Der Antrieb erfolgt dabei vorzugsweise über eine Nockenwelle auf den Rotor 4. Die Ölversorgung mit Schmieröl kann beispielsweise über eine zentrale Bohrung 15 des Rotors 4 durch einen zentralen Ölkanal der Nockenwelle erfolgen, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, das Schmieröl durch eine seitliche Bohrung 15a im Gehäuse 2 aus dem Zylinderkopf oder durch Ölkanäle 15b durch die Anschlussplatte 16 der Drehschieberpumpe 1 dem Rotor 4 zuzuführen. Das Schmieröl dient zur Schmierung der Lagerstelle 17 des Rotors 4 in der Anschlussplatte 16 und der Schieberanordnung 20. In den Ausführungsbeispielen ist zur einfacheren Erläuterung die durch Schmieröl gespeiste Leitung 8 als externer Anschluss dargestellt. Alternativ dazu kann der Druckraum 7 auch über in das Gehäuse 2 integrierte Kanäle der Ölsversorgungsbohrung 15, 15a oder 15b strömungsverbunden sein.

Die Antriebskraft wird über den Rotor 4 auf die Schieberanordnung 20 übertragen. Die Schieberanordnung 20 ist in einem Schlitz 18 des Rotors 4 geführt und in radialer Richtung beweglich. Bei den in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausführungen ist die Schieberanordnung 20 zweiteilig ausbildet und besteht aus zwei Schieberhälften 21, 22. Jede Schieberhälfte 21, 22 besteht aus einer Schiebergleitfeder 21a, 22a und einer Schieberversteifung 21b, 22b, welche kraft-und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Die beiden Schieberhälften 21, 22 sind in ihrer Ausführung exakt identisch. Sie sind in ihrer Lage um 180° verdreht montiert. Die Schieberhälften 21, 22 sind in ihrem Inneren mit einer in einem Federraum 23a angeordneten Vorspannfeder 23 verbunden, welche die beiden Schieberhälften 21, 22 gegen die kreiszylindrische Pendelkammer 5 drückt. Die Schieberhälften 21, 22 sind durch die Schiebergleitfedern 21a, 22a mit einem elastischen Ende und somit elastischen Dichtkanten 24 ausgeführt, was sich vorteilhaft auf Verschleiß und Wirkungsgrad der Drehschieberpumpe 1 auswirkt. Die Schiebergleitfeder 21a, 22a ist mit der Schieberversteifung 21b, 22b fest verbunden und kann mit dieser beispielsweise verklebt, verschraubt oder verschweißt sein. Die Schieberversteifung 21b, 22b kann aus Stahl oder aus Kunststoff bestehen, wobei im letzteren Fall die Schiebergleitfeder 21a, 22a durch den Kunststoff der Schieberversteifung 21b, 22b umspritzt sein kann. Jede Schieberhälfte 21, 22 weist die halbe Breite des Schlitzes 18 und eine Länge auf, die größer ist als der Außendurchmesser des Rotors 4, was sich vorteilhaft auf die Führung der Schieberanordnung 20 auswirkt.

Fig. 8 zeigt alternativ dazu eine Schieberanordnung 20, welche aus einem im Schlitz 18 des Rotors 4 radial verschiebbaren starren Schieber 25 besteht. Der Schieber 25 weist eine sich über die gesamte Länge erstreckende Schiebergleitfeder 25a auf, welche fest mit einer Schieberversteifung 25b verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Arbeitsraum 3 einen ovalen Querschnitt auf.

Fig. 9 zeigt eine Schieberanordnung 20, bei der die Schiebergleitfeder 21a in sich federnd ausgebildet ist, wobei die Schiebergleitfeder 21a im Bereich der Dichtkante 24 von der Schieberversteifung 21b freigestellt ist. ι~ λ r\ _i___nAuiiun λ . oh ~ in uei in ny. iu ucnycoidiicii rvuöiui 11 ui ly iöi uie oomcuciyiciucuci 4.1 a uciudciuy vun uci

Schieberversteifung 21b umgeben, beispielsweise eingegossen, und kann eine nur relativ geringe radiale Erstreckung in Richtung der Rotorachse 4a aufweisen.

Sobald die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges gestartet wird und sich der Schmieröldruck der Ölpumpe der Brennkraftmaschine aufbaut, wird Schmieröl in den Druckraum 7 zwischen Pendelkammer 5 und Gehäuse 2 geleitet. Durch den sich aufbauenden Druck im Druckraum 7 wird die Pendelkammer 5 aus der in Fig. 2 dargestellten Ruhestellung B in die Betriebstellung A (Fig. 1) geschwenkt, wodurch der Hebel 12 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 11 ausgelenkt wird und das Ventil 10 die Belüftungsöffnung 9 verschließt. Die Pendelkammer 5 ist auf derselben Drehachse 4a wie der Rotor 4 gelagert.

Claims

5 AT 504 911 B1 Sobald die Belüftungsöffnung 9 geschlossen ist, wird durch die Drehbewegung der Schieberanordnung 20 in die Pendelkammer 5 Luft über den Vakuumanschluss 13 abgesaugt und beispielsweise ein Bremskraftverstärker evakuiert. Das auszuschiebende, verdrängte Luft/Öl-Gemisch wird durch die Ausschiebeöffnung 14, beispielsweise in den Zylinderkopf, abgeleitet. Sobald die Brennkraftmaschine abgestellt wird und der Schmieröldruck sinkt, wird durch die Kraft der Rückstellfeder 11 der Hebel 12 (Fig. 1 bis 5) bzw. direkt das Ventil 10 (Fig. 6) entgegen der Schließrichtung des Ventils 10 ausgelenkt, wobei gleichzeitig die Pendelkammer 5 in die Ruhestellung B geschwenkt wird. Durch die Auslenkung hebt das Ventil 10 von der Belüftungsöffnung 9 ab, das System wird belüftet. Durch diese Belüftung wird verhindert, dass durch den innerhalb der Drehschieberpumpe 1 vorhandenen restlichen Unterdrück, welcher ansonsten nur langsam abgebaut werden würde, weiteres Schmieröl in die Drehschieberpumpe 1 nachgesaugt wird. Die aus Schiebergleitfeder 21a, 22a, 25a und Schieberversteifung 21b, 22b, 25b bestehende Schieberanordnung 20 hat den Vorteil, dass unter minimaler Reibung und minimalem Kraftaufwand ein radialer Toleranzausgleich erfolgt. Gleichzeitig wird bei eventuellem Rückwärtsdrehen des Rotors 4 eine Spannungsentlastung erreicht und eine Beschädigung der Schieberanordnung 20 und der Vakuumverbraucher vermieden. Die Pendelkammer 5 kann aus Kunststoff mit PTFE-Schmieranteil, aus Sinterstahl, aus Stahlblech oder aus Aluminium bestehen und zur Minimierung der Reibung eine Oberflächenbeschichtung aufweisen. Dadurch kann die Drehschieberpumpe 1 schmierölarm, bzw. gegebenenfalls auch schmierölfrei ausgeführt werden. Patentansprüche: 1. Drehschieberpumpe (1), insbesondere Vakuumpumpe, mit einem Gehäuse (2) und einem Arbeitsraum (3), in welchem ein eine Schieberanordnung (20) aufweisender Rotor (4) exzentrisch drehbar angeordnet ist, wobei der Arbeitsraum (3) durch eine schwenkbar zwischen einer Ruhestellung (B) und einer Betriebsstellung (A) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnete Pendelkammer (5) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhestellung (B) eine Belüftungsöffnung (9) im Gehäuse (2) zur Lüftung des Arbeitsraumes (3) geöffnet und in der Betriebsstellung (A) die Belüftungsöffnung (9) durch ein Ventil (10) geschlossen ist.
2. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelkammer (5) um die Rotorachse (4a) schwenkbar gelagert ist.
3. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Mantelbereich der Pendelkammer (5) an einen mit einem Steuermedium im Pumpenbetrieb beaufschlagbaren Druckraum (7) grenzt.
4. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieuermedi-um Schmieröl ist.
5. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelkammer (5) durch eine vorzugsweise durch eine Feder (11) gebildete Rückstellkraft in Richtung der Ruhestellung (B) beaufschlagt ist.
6. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein federbelasteter Hebel (12) die Pendelkammer (5) in Richtung der Ruhestellung (B) drückt, wobei vorzugsweise der Hebel (12) diametral bezüglich des Druckraumes (7) am Mantel (6) der Pendelkammer (5) angreift. 6 AT 504 911 B1
7. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) auf dem Hebel (12) angeordnet ist, wobei die Belüftungsöffnung (9) durch das Ventil (10) bei Auslenken des Hebels (12) in Richtung der Ruhestellung (B) geöffnet wird.
8. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das durch eine Rückstellfeder (11) in Öffnungsrichtung belastete Ventil (10) die Pendelkammer (5) in Richtung der Ruhestellung (B) drückt, wobei vorzugsweise das Ventil (10) diametral bezüglich des Druckraumes (7) am Mantel (6) der Pendelkammer (5) angreift.
9. Drehschieberpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhestellung (B) der Arbeitsraum (3) mit der Belüftungsöffnung (9) strömungsverbunden ist.
10. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich des Druckraumes (7) ein das Steuermedium führender Kanal oder eine Leitung (8) einmündet.
11. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelkammer (5) eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist.
12. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelkammer (5) aus Kunststoff, aus Sinterstahl, aus Stahlblech oder Aluminium besteht und vorzugsweise eine Oberflächenbeschichtung zur Minimierung der Reibung aufweist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen