AT505061B1

AT505061B1 - Drehschieberpumpe

Info

Publication number: AT505061B1
Application number: AT5082007A
Authority: AT
Inventors: Peter Autenzeller
Original assignee: Tcg Unitech Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-12-15
Also published as: AT505061A1

Description

2 AT 505 061 B1

Die Erfindung betrifft eine Drehschieberpumpe, insbesondere Vakuumpumpe, mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum, in welchem ein eine Schieberanordnung aufweisender Rotor exzentrisch angeordnet ist, wobei die Schieberanordnung in einem Schlitz des Rotors radial verschiebbar gelagert ist und wobei zumindest zwei Dichtkanten der Schieberanordnung entlang einer in sich geschlossenen inneren Mantelfläche des Arbeitsraumes geführt sind, wobei die Schieberanordnung eine Schiebergleitfeder aufweist, welche fest mit einer Schieberversteifung verbunden ist, wobei die Schiebergleitfeder die Dichtkante ausbildet.

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

Aus der DE 40 02 268 A1 ist eine Drehschieberpumpe mit einem einstückigen, über die ganze Schlitzlänge des Rotors gleitenden Schieber bekannt, deren Gehäuse als Kreiszylinder ausgeführt ist. Die Schieberlänge ist dabei etwas größer als die kleinste Sekante durch den Rotormittelpunkt und mindestens doppelt so groß wie die Differenz der Durchmesser des Gehäuses und des Rotors. Der Schieber ist in radialer Richtung elastisch ausgebildet. Der Schieber selbst besteht aus zwei aufeinanderliegenden Hälften, die durch ein oder mehrere elastische Verbindungselemente in einer oder mehreren gegenüberliegenden Aussparungen zusammengehalten sind. Diese Drehschieberpumpe ist für den Einsatz in Brennkraftmaschinen nur wenig geeignet, da die Dichtkanten eine nur ungenügende Anpassung an geänderte Schmieröleigenschaften und temperaturbedingte Oberflächen Änderungen erlaubt.

Aus der US 1,972.864 A ist eine Drehschieberpumpe mit zwei radial in einem Spalt des Rotors verschiebbaren Schiebern bekannt, welche mittels einer Feder auseinandergedrückt und gegen die Mantelfläche des Arbeitsraumes gepresst werden. Die Dichtkanten des Schiebers werden durch im Querschnitt halbkreisförmige Dichtstreifen gebildet, welche in halbkreisförmigen Ausnehmungen sitzen und drehbar angeordnet sind. Die aus mehreren Teilen bestehende Gleitschieberanordnung erfordert einen relativ hohen Fertigungs- und Montageaufwand und hat darüber hinaus den Nachteil, dass die Dichtleisten einem hohen Verschleiß unterworfen sind.

Die GB 222 242 B offenbart eine Drehschieberpumpe mit einem zweigeteilten Schieber, wobei die beiden Schieberteile durch eine Feder gegen die Mantelfläche des Arbeitsraumes gepresst werden. Diese Schieberanordnung erlaubt einen nur relativ geringen Toleranzausgleich.

Weiters beschreibt die DE 100 12 406 A1 eine Vakuumpumpe, die ein Pumpengehäuse mit einem Zylinderkopf und einem in diesem gelagerten Rotor aufweist, in dem ein in einem die Rotorachse schneidenden Schlitz geführter Schieber angeordnet ist. An den Schieberenden ist jeweils ein verschwenkbar gelagerte Gleitschuh vorgesehen, wobei die Gleitschuhe an der Topfinnenumfangsfläche abdichtend anliegen. Der Schieber ist durch zwei zueinander fluchtende und voneinander unabhängig bewegliche Schieberteilstücke gebildet, welche über eine Formfeder gegeneinander abgestützt sind. Die Teile des Schiebers weisen eine relativ komplizierte Formgebung auf, was den Fertigungsaufwand erhöht.

Die WO 2006/056162 A1 beschreibt eine Vakuumpumpe für Kraftfahrzeuge, bei der ein Rotor mit zumindest einem Flügel innerhalb eines Pumpengehäuses drehantreibbar gelagert ist und wobei der Flügel in radialer Richtung an seinen im Gehäuse entlanggleitenden Enden Kappen zum Abdichten und als Verschleißschutz aufweist. Dabei ist eine Schiebergleitfeder im Einsatz, welche mit einer Schieberversteifung verbunden ist.

Die GB 739 334 A offenbart eine Drehschieberpumpe mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum, in welchem ein eine Schieberanordnung aufweisender Rotor exzentrisch angeordnet ist, wobei in einem Schlitz des Rotors eine Schieberanordnung radial verschiebbar gelagert ist. Zwei Dichtkanten der Schieberanordnung sind entlang einer in sich geschlossenen inneren Mantelfläche des Arbeitsraumes geführt. 3 AT 505 061 B1

Eine ähnliche Drehschieberpumpe ist auch aus der DE 190 08 86 U bekannt. Dabei ist eine Schieberanordnung in einem Schlitz des Rotors radial verschiebbar angeordnet, wobei zwei Flügel der Schieberanordnung über ein elastisches Zwischenelement miteinander verbunden sind.

Ferner offenbart auch die GB 144 129 A eine Drehschieberpumpe mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum, sowie einem im Arbeitsraum exzentrisch angeordneten Rotor, wobei in einem Schlitz des Rotors eine Schieberanordnung radial verschiebbar gelagert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Drehschieberpumpe vorzuschlagen, welche einfach herzustellen ist, einen guten Wirkungsgrad aufweist und eine hohe Lebensdauer ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Schieberanordnung zwei im Schlitz des Rotors radial gegeneinander verschiebbare Schieberhälften aufweist, wobei jede Schieberhälfte aus einer Schiebergleitfeder und einer Schieberversteifung besteht und dass sich jede Schiebergleitfeder vom Federraum bis zur Dichtkante der jeweiligen Schieberhälfte erstreckt. Die beispielsweise aus Stahl bestehende Schiebergleitfeder ist mit der Schieberversteifung fest verbunden, beispielsweise verklebt, verschraubt oder verschweißt. Die Schieberversteifung kann aus Stahl oder aus Kunststoff bestehen, wobei im letzteren Fall die Schiebergleitfeder durch den Kunststoff der Schieberversteifung umspritzt sein kann.

Die Schieberanordnung ist durch die Schiebergleitfeder mit einem elastischen Ende ausgeführt, was sich vorteilhaft auf Verschleiß und Wirkungsgrad der Drehschieberpumpe auswirkt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Schiebergleitfeder im Bereich der Dichtkante in sich federnd ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die Schiebergleitfeder im Bereich der Dichtkante von der Schieberversteifung freigestellt ist.

Die Breite jeder Schieberhälfte kann dabei etwa der halben Breite des Schlitzes des Rotors entsprechen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den beiden Schieberhälften ein Federraum zur Aufnahme einer Vorspannfeder angeordnet ist, welche die beiden Schieberhälften in radialer Richtung gegeneinander abstützt und gegen die Mantelfläche des Arbeitsraumes drückt. Der Arbeitsraum kann in dieser Ausführung mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt sein.

Die Ausführung mit einer aus zwei Schieberhälften bestehenden Schieberanordnung ermöglicht es, besonders große Toleranzen auszugleichen. Beim Rückwärtsdrehen des Rotors wird durch den Federgleitschuh ein Öffnungsspalt freigegeben, welcher einen Druckabbau im Arbeitsraum ermöglicht.

Das Schmiermittel kann direkt über einen in den Rotor integrierten Kanal zur Schiebergleitfeder geführt werden. Über die Vorspanfeder kann der Anpressdruck der Schieberhälften auf die Mantelfläche optimal eingestellt werden. Durch die sich automatisch optimal einstellende Spaltbreite können die Leckagen auf ein Minimum reduziert werden.

Die durch die Schiebergleitfeder ermöglichten elastischen Enden im Bereich der Dichtkanten bewirken, dass Temperatureinflüsse auf die Längenausdehnung der Schieberanordnung keine nachteiligen Einflüsse haben.

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 4 AT 505 061 B1

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.

Der Arbeitsraum 3 wird durch 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 Bezugszeichen 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

Claims

5 AT 505 061 B1 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 5 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 io ausgebildet ist, wobei die Schiebergleitfeder 21a im Bereich der Dichtkante 24 von der Schieberversteifung 21b freigestellt ist. In der in Fig. 10 dargestellten Ausführung ist die Schiebergleitfeder 21a beidseitig von der Schieberversteifung 21b umgeben, beispielsweise eingegossen, und kann eine nur relativ 15 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 20 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. 25 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. 30 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 35 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 40 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. 45 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. 50 Patentansprüche: 1. Drehschieberpumpe (1), insbesondere Vakuumpumpe, mit einem Gehäuse (2) und einem Arbeitsraum (3), in welchem ein eine Schieberanordnung (20) aufweisender Rotor (4) ex-55 zentrisch angeordnet ist, wobei die Schieberanordnung (20) in einem Schlitz (18) des 6 AT 505 061 B1 Rotors (4) radial verschiebbar gelagert ist und wobei zumindest zwei Dichtkanten (24) der Schieberanordnung (20) entlang einer in sich geschlossenen inneren Mantelfläche (6) des Arbeitsraumes (3) geführt sind, wobei die Schieberanordnung (20) eine Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) aufweist, welche fest mit einer Schieberversteifung (21b, 22b; 25b) verbunden ist, wobei die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) die Dichtkante (24) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberanordnung (20) zwei im Schlitz (18) des Rotors (4) radial gegeneinander verschiebbare Schieberhälften (21, 22) aufweist, wobei jede Schieberhälfte (21, 22) aus einer Schiebergleitfeder (21a, 22a) und einer Schieberversteifung (21b, 22b) besteht und dass sich jede Schiebergleitfeder (21a, 22a) vom Federraum (23a) bis zur Dichtkante (24) der jeweiligen Schieberhälfte (21, 22) erstreckt.
2. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) aus Stahl besteht.
3. Drehschieberpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberversteifung (21b, 22b; 25b) aus Stahl oder aus Kunststoff besteht.
4. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) mit der Schieberversteifung (21b, 22b; 25b) verklebt, verschraubt oder verscheißt ist.
5. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) durch den Kunststoff der Schieberversteifung (21b, 22b; 25b) umspritzt ist.
6. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) im Bereich der Dichtkante (24) - im Querschnitt betrachtet - hakenartig gebogen ist.
7. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) im Bereich der Dichtkante in sich federnd ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die Schiebergleitfeder (21a, 22a; 25a) im Bereich der Dichtkante (24) von der Schieberversteifung (21b, 22b; 25b) freigestellt ist.
8. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite jeder Schieberhälfte (21, 22) etwa der halben Breite des Schlitzes (18) entspricht.
9. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Schieberhälften (21, 22) ein Federraum (23a) zur Aufnahme einer Vorspannfeder (23) angeordnet ist, welche die beiden Schieberhälften (21, 22) in radialer Richtung gegeneinander abstützt und gegen die Mantelfläche (6) des Arbeitsraumes (3) drückt.
10. Drehschieberpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (3) einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen