DE3506433C2 - Baueinheit aus einer Flügelzellen-Vakuumpumpe und einer Druckerhöhungspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Baueinheiten werden in Kraftfahrzeugen einge­ setzt. Dabei dient die Flügelzellen-Vakuumpumpe zur Erzeu­ gung eines Unterdrucks für die Betätigung eines Bremskraft­ verstärkers und sonstiger Servoantriebe. Die Drucker­ höhungspumpe, insbesondere in Drehkolbenbauart, dient zur Erzeugung einer hydraulischen Hilfskraft, z. B. zur Betäti­ gung hydraulisch geschalteter Getriebe, einer hydraulischen Hilfskraftlenkung oder sonstiger hydraulischer Servo­ antriebe. Sie ist in einen Hydraulikschaltkreis mit Schalt­ ventilen, Stellgliedern und einen Tank für Hydrauliköl eingeschlossen.

Wegen der kompakten Gestaltung eines Kraftfahrzeugmotors können von diesem lediglich eine begrenzte Anzahl von Antrieben für Arbeitsmaschinen, wie z. B. Vakuumpumpe, Hydraulik-Ölpumpe, Schmierölpumpe, Lichtmaschine usw. abge­ nommen werden. Aus diesem Grunde ist man bestrebt, zwei oder mehrere dieser Arbeitsmaschinen zu Baueinheiten zusam­ menzufassen und durch eine Welle gemeinsam anzutreiben. Eine derartige Baueinheit ist z. B. in der DE-OS 28 33 167 gezeigt. Die bekannte Baueinheit besteht aus einer Schmier­ ölpumpe und einer Vakuumpumpe. Dabei sind besondere Maßnah­ men getroffen, um die Ölversorgung der Vakuumpumpe mit gereinigtem Öl ohne Ölüberschuß sicherzustellen.

Das Problem der Ölschmierung der Vakuumpumpe besteht auch bei einer Baueinheit, die aus einer Vakuumpumpe und einer Druckerhöhungspumpe für Hydrauliköl besteht. Man könnte in diesem Falle daran denken, die Vakuumpumpe unabhängig von der Druckerhöhungspumpe für Hydrauliköl durch einen Anschluß an das Schmierölsystem des Kraftfahrzeugmotors zu schmieren. Dadurch würden jedoch externe Schmierölleitungen erforderlich. Bei einem Bruch einer derartigen externen Schmierölleitung würde nicht nur die Schmierung der Vakuum­ pumpe, sondern auch die Schmierung des Kraftfahrzeugmotors ausfallen und beide Maschinen ggf. zerstört.

Weiterhin ist aus der DE-OS 21 63 581 eine Vakuumpumpe mit einem Tank mit Ölsumpf bekannt, bei welcher die Abluft zunächst entölt und dann in die Atmosphäre entlassen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Baueinheit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art so auszugestal­ ten, daß die Vakuumpumpe unabhängig von dem Kraftfahrzeug­ motor mit dem Hydrauliköl der Druckerhöhungspumpe geschmiert wird, ohne daß andererseits eine Beeinträchti­ gung des Hydraulikschaltkreises bzw. eine Umweltbelastung durch die mit Ölnebel beladene Abluft der Vakuumpumpe eintritt.

Die Lösung nach Anspruch 1 hat den Vorteil, daß eine in sich autarke Baueinheit aus Druckerhöhungspumpe für Hydrauliköl mit einer Vakuumpumpe entsteht, zu deren Wartung es lediglich der Überwachung der Ölmenge des Hydraulikschaltkreises bedarf.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Öltank des Hydraulikschaltkreises in die Schmierölver­ sorgung der Vakuumpumpe einbezogen wird und daß zwischen der Druckerhöhungspumpe für das Hydrauliköl und der Vakuum­ pumpe Ölübertrittskanäle für die Schmierölversorgung der Vakuumpumpe vorgesehen sind.

Bei einer Ausführung der Erfindung ist der Tank für das Hydrauliköl als geschlossener Behälter mit einem Ölsumpf sowie mit einem Anschluß für den Luftauslaß von der Vakuum­ pumpe ausgeführt. Dabei wird die Abluft der Vakuumpumpe durch den Tank über geeignete Entölelemente geführt, um sie zu reinigen und das Hydrauliköl durch Abscheidung zurückzu­ gewinnen.

Das Entölelement sitzt am Lufteinlaß in den Tank, so daß ein Differenzdruck gegenüber dem Tank entsteht, der die Luft durch das Entölelement treibt.

In einer modifizierten Ausführung der Erfindung ist der Tankraum oberhalb des Ölsumpfes für das Hydrauliköl durch eine durchlässige Trennwand abgeteilt, auf der ein poröser Filterkörper beispielsweise aus Fasermaterial oder dgl. aufliegt und den die aus dem Entölelement abströmende Abluft auf ihrem Weg zum Entlüftungsstutzen mit geringer Geschwindigkeit durchquert, um hier noch fein vernebelte Öltröpfchen zu agglomerieren und abzuscheiden.

In einer anderen Ausführung ist der Tank für das Hydraulik­ öl ein geschlossener Behälter, der in drei Räume unterteilt ist. Am Grunde des Tanks befindet sich der Ölsumpf, der gegenüber einem Lufteinlaßraum durch eine Wand druckdicht abgeschlossen ist. Der Lufteinlaßraum ist mit dem Ölsumpf­ raum über die Abströmseite eines Entölelementes verbunden. Dieses ist im Lufteinlaßraum vertikal eingebaut und wird auf seiner äußeren Mantelfläche von der ölhaltigen Abluft der Vakuumpumpe angeströmt. Stirnseitig hat es zwei Anschlüsse, von denen der eine mit dem Ölsumpf und der andere mit dem Auslaß für die ölfreie Luft verbunden ist. Über die beiden stirnseitigen Anschlüsse und den Innenraum des Entöltopfes ist der Ölsumpf gleichzeitig entlüftet.

Für einen hohen Abscheidungsgrad hat es sich als vorteil­ haft erwiesen, wenn in Strömungsrichtung der Abluft der Vakuumpumpe direkt hinter dem Tankanschluß ein zusätzlicher Filterkörper angeordnet ist. Durch diesen werden Verunrei­ nigungen des Hydrauliköls, insbesondere Schmutzpartikel und Abrieb festgehalten und die in sehr feiner Verteilung vor­ liegenden Ölteilchen der Abluft zu größeren, leichter abscheidbaren Tröpfchen vereinigt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch Integration eines Vorabscheiders für das Schmieröl der Vakuumpumpe in der Baueinheit selbst. Zu diesem Zweck sind die Ölübertrittskanäle zwischen der Druckerhöhungs­ pumpe und der Vakuumpumpe in einem von der gemeinsamen Antriebswelle der Baueinheit durchsetzten Zwischengehäuse vorgesehen und die Austrittsniere der Vakuumpumpe mündet axial in das Zwischengehäuse ein. Der Austritt der Abluft aus der Baueinheit erfolgt im wesentlichen in radialer Richtung aus dem Zwischengehäuse. Bei einer derartigen Lösung wird in dem Zwischengehäuse ein Vorabscheider für das Öl aus der Abluft der Vakuumpumpe untergebracht, und das abgeschiedene Hydrauliköl wird aufgrund der Schwerkraft und der Kapillarwirkung in den Bereich der axialen Ölüber­ trittskanäle zwischen den beiden Aggregaten zurückgeführt. Die Abscheidung kann durch ein rotierendes Element auf der gemeinsamen Welle und die erzeugte Zentrifugalkraft noch erhöht werden.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die Einbeziehung des Tanks für Hydrauliköl in die Abluftleitung einer Vakuumpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 1a eine modifizierte Anordnung des Tanks für das Hydrauliköl gemäß Fig. 1;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Tanks mit abgeänderter Führung der Abluft;

Fig. 3 die Baueinheit aus Druckerhöhungspumpe und Flügel­ zellen-Vakuumpumpe mit integriertem Ölabscheider im Längsschnitt;

Fig. 4 den Querschnitt der Flügelzellen-Vakuumpumpe gemäß Schnitt IV-IV in Fig. 3.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 hat eine Bau­ einheit 1, bestehend aus einer Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 und einer Druckerhöhungspumpe 3 für Hydrauliköl, insbeson­ dere Drehkolbenpumpe oder Vielzellenpumpe, eine gemeinsame Welle 4, die durch eine Riemenscheibe 5 oder dgl. von einem Kraftfahrzeugmotor angetrieben ist.

Die Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 hat einen Lufteinlaß 6, der an einen Unterdruckbehälter bzw. einem Servo-Verbraucher angeschlossen ist, und einen Luftauslaß 7, in dem ein Rück­ schlagventil 8 angeordnet ist. Die Abluftleitung 9 führt nicht, wie bisher üblich, in das Kurbelgehäuse des Kraft­ fahrzeugmotors zurück, sondern erfindungsgemäß mit Anschluß 70 zu einem Tank 10 für Hydrauliköl. Dieser gehört zu einem nur in einem Ausschnitt dargestellten Hydraulikschalt­ kreis. Im Tank 10 wird die Abluft gereinigt und das mitge­ schleppte Hydrauliköl, das der Schmierung und Dichtung der Spalte der Vakuumpumpe 2 dient, abgeschieden.

Die Bauform der Flügelzellen-Vakuumpumpe selbst ist bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung.

Die Druckerhöhungspumpe 3 für das Hydrauliköl gehört eben­ falls zum Stand der Technik. Die Pumpe 3 besitzt einen Öleinlaß 11, der zum Ansaugen von Hydrauliköl aus dem Ölsumpf 16 durch Saugleitung 110 am Tank 10 ange­ schlossen ist. Über den Ölauslaß 12 wird es - unter Druck­ erhöhung - in den Hydraulikölkreislauf gefördert. Am Ölaus­ laß 12 sind verschiedene, nicht dargestellte Servoverbrau­ cher mit ihren Hydraulikschaltkreisen, Schaltventilen und Stellzylindern angeschlossen, deren Rückleitungen über den Tankanschluß 13 wieder zum gemeinsamen, drucklosen Tank 10 zurückgeführt sind.

Hinsichtlich der beschriebenen Baueinheit 1 ist für die Erfindung lediglich wichtig, daß die Hydraulikpumpe 3 Ölübertrittskanäle 14 zur Schmierölversorgung der zellen-Vakuumpumpe 2 besitzt. Diese Ölschmierung ist nur schematisch angedeutet. Es stehen hierfür verschiedene Aus­ führungen zur Verfügung, beispielsweise eine Schmieröl­ zufuhr durch eine hohle Antriebswelle 4 in die Lager und Flügelfußräume sowie durch die Dichtspalte der Flügel­ schlitze in die Arbeitsräume und zu den Flügelköpfen. Andere Möglichkeiten beinhalten das Ansaugen von Öl durch den in einer Arbeitskammer der Vakuumpumpe erzeugten Unter­ druck sowie eine intermittierende Schmierölzufuhr mit drehzahlabhängiger Schmieröl­ dosierung.

Um nicht mit der Abluft der Vakuumpumpe 2 ständig Hydrau­ liköl zu verlieren, das seinerseits aber auch nicht einfach in die freie Atmosphäre ausgeblasen werden darf, wird die Abluft über den Anschluß 70 in den Tank 10 eingeleitet, wo sie einen Filterkörper 15 und einen über dem Ölsumpf 16 angeordneten Entöltopf 17 mit Entölelementen 18 durch­ strömen muß. Im Filterkörper 15 werden dabei Staub und mechanischer Abrieb abgeschieden sowie aerosolförmig ver­ teilte Öltröpfchen zu größeren, leichter abscheidbaren Tropfen angelagert. Der am Boden geschlossene Entöltopf 17 wird radial beaufschlagt, so daß die ölhaltige Abluft durch die zwischen gelochten Stützblechen 19 angeordneten Entöl­ elemente 18, beispielsweise Glasfaservliese genau definier­ ter Schichtdicke und Porengrößenverteilung, hindurchströmen muß. Die an der äußeren Mantelfläche des Entöltopfes 17 abströmende, ölfreie Abluft wird über den Entlüftungs­ stutzen 20 vorzugsweise ins Freie ausgeblasen oder in den Luftfilter zurückgeführt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a ist gegenüber Fig. 1 insoweit modifiziert, als die durch den Tankanschluß 70 eintretende Abluft direkt in den Entöltopf 17 eintritt. Eine derartige Lösung wird in Verbindung mit einem in die Baueinheit aus Druckerhöhungspumpe 3 und Flügelzellen- Vakuumpumpe 2 integrierten Vorabscheider 60 für Hydrauliköl gemäß Fig. 3 bevorzugt verwendet. In dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1a ist der über dem Ölsumpf 16 gelegene Niederdruckraum 102 durch einen Filterkörper 40 abgeteilt. Die aus dem Entöltopf 17 radial abströmende Abluft muß daher auf ihrem Weg zum Entlüftungsstutzen 20 den Filter­ körper 40 durchqueren. Hierdurch werden bei wesentlich geringeren Strömungsgeschwindigkeiten nochmals nebelförmig verteilte Öltröpfchen agglomeriert und abgeschieden. Der Filterkörper 40 liegt auf einem gelochten Stützblech 41 auf, welches von oben in den Tankraum eingebaut ist. Um auch den Strom des Hydrauliköls, welcher aus dem Hydraulik­ schaltkreis in den Tank 10 zurückgefördert wird, ständig zu reinigen, ist am Boden des Tanks über dem Tankanschluß 13 für den Ölrückfluß ein zusätzlicher Filterkorb 30 ange­ ordnet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen durch die konstruktive Ausgestal­ tung des Tanks 10 für das Hydrauliköl. Im Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 2 ist der Tank 10 durch den Einbau einer festen Trennwand 21 in einen Überdruckraum 101 und einen Niederdruckraum 102 geteilt. Der Niederdruckraum 102, in dem sich der Ölsumpf 16 befindet, steht unter Atmosphären­ druck. Er ist über den im Boden des Entöltopfes 17 befind­ lichen Ölablaufstutzen 22 und das Innere des Entöltopfes 17 am Entlüftungsstutzen 20 angeschlossen. Der Entöltopf 17 wird von der durch den Filterkörper 15 in den Überdruckraum 101 hineingeförderten, ölhaltigen Luft auf seiner äußeren Mantelfläche radial beaufschlagt. Die ins Innere des Entöl­ topfes 17 hindurchtretende, ölfreie Abluft kann über den Entlüftungsstutzen 20 im Deckel des Tanks drucklos abströ­ men, während das abgeschiedene Öl nach unten in den Ölsumpf zurückgeführt wird.

Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorhandene Trennwand 21 im Tank 10 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in dieser Form nicht vorhanden. Dort liegt der Überdruckraum im Inneren des Entöltopfes 17 vor, während im restlichen Innenraum des Tanks 10 der niedrigere Druck bzw. Atmosphä­ rendruck herrscht. Beide Räume sind erfindungsgemäß durch die Entölelemente 18 des Entöltopfes 17 getrennt, die von der Abluft durchströmt werden müssen.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt die Baueinheit aus Druckerhö­ hungspumpe und Flügelzellen-Vakuumpumpe 2, wobei die ölhal­ tige Abluft in ein von der gemeinsamen Antriebswelle 4 durchsetztes Zwischengehäuse 50 eingeleitet wird, in welchem ein Vorabscheider 60 für das Öl angeordnet ist. Der Querschnitt der Flügelzellen-Vakuumpumpe 2 ist in Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 3 ist der Boden 45 des Gehäuses 46 der Vakuumpumpe flanschförmig ausgebildet und enthält eine Nabe 47, in der die gemeinsame Antriebswelle 4 der Baueinheit gelagert ist. In den Gehäuseboden sind Ölübertrittskanäle 14 einge­ bracht, um Öl zur Schmierung und Dichtung der Vakuumpumpe von der Druckerhöhungspumpe 3 zuzuführen. Im Bereich der Auslaßniere 55 ist der Gehäuseboden ebenfalls durchbrochen, um die Abluft aus der sich bei der Drehung des Rotors 64 verkleinernden Flügelzelle 66 axial in Richtung des Pfeils 48 in das Zwischengehäuse 50 hinauszufördern. Das Zwischen­ gehäuse 50 ist auf der Seite der Druckerhöhungspumpe 3 durch ein Federblech 49 abgedeckt. Dieses hat ebenfalls eine Bohrung 14 für den Ölübertritt aus der Druckerhöhungs­ pumpe 3. In dem zwischen dem Gehäuseboden 45 und dem Feder­ blech 49 gebildeten Zwischengehäuse 50 ist der Vorabschei­ der 60 aus Filtermaterial angeordnet, der von der zum Luft­ auslaß 7 abströmenden Abluft durchströmt werden muß. Das im Vorabscheider 60 abgeschiedene Öl läuft in Pfeilrichtung 61 zurück und sammelt sich im Ölsumpf 62 des Zwischengehäuses 50.

Die Ölzuführung zur gemeinsamen Antriebswelle 4 kann aber auch durch eine Radialnut der Druckerhöhungspumpe erfolgen, die an der Hochdruckseite angeschlossen ist und eine geringe Menge des geförderten Hydrauliköls in die Hohlwelle 4 pumpt. Eine derartige Lösung ist bekannt. Durch eine Trennwand in der Hohl­ welle und radiale Bohrungen beidseits der Trennwand sowie eine im Lager der Antriebswelle vorgesehene Axialnut erfolgt eine intermittierende Schmierung der Flügelzellen- Vakuumpumpe.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vakuumpumpe 2, die jedoch hier nicht näher dargestellt ist, ist die Lagernabe 47 kürzer ausgebildet, und auf der gemeinsamen Antriebs­ welle 4 ist im Zwischengehäuse 50 ein Lüfterrad oder ein rotierender Ölabscheider drehfest angeordnet. Hierdurch wird der zur Verfügung stehende Differenzdruck erhöht, um die Abluft durch den Vorabscheider 60 und das Entölelement 18 des Entöltopfes zu pressen. Andererseits wird bei einem rotierenden Ölabscheider die Zentrifugalkraft benutzt, die Abluft zu beschleunigen und die agglomerierten Ölpartikel gegen die Wand des Zwischengehäuses 50 zu schleudern, von wo sie in den Ölsumpf 62 ablaufen.

Claims (10)

1. Baueinheit (1)
aus einer Flügelzellen-Vakuumpumpe (2) und einer Druck­ erhöhungspumpe (3) mit einer gemeinsamen Antriebswelle (4), wobei
zur Schmierölversorgung der Vakuumpumpe (2) Ölüber­ trittskanäle (14) zwischen der Druckerhöhungspumpe (3) und der Vakuumpumpe (2) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckerhöhungspumpe (3) in einen Hydraulikschalt­ kreis mit einem Tank (10) für Hydrauliköl eingeschlossen ist, und daß
der Tank (10) des Hydraulikschaltkreises ein geschlos­ sener Behälter mit einem Ölsumpf (16) sowie einem über dem Ölsumpf (16) gelegenen Abluftanschluß (70) für eine mit einem Luftauslaß (7) der Vakuumpumpe (2) in Verbin­ dung stehende Abluftleitung (9) ist,
wobei dieser Abluftanschluß (70) in einen Überdruckraum (101) mündet, der gegen einen mit einem Auslaß (20) für ölfreie Abluft in Verbindung stehenden Niederdruckraum (102) durch Entölelemente (18) abgeschlossen ist.

2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftanschluß (70) für die Abluft der Vakuumpumpe (2) in einen in horizontaler Einbaulage über dem Flüs­ sigkeitsspiegel des Ölsumpfes (16) im Tank des Hydrau­ likschaltkreises angeordneten Entöltopf (17) mündet, und daß die Abluft nach radialem Durchtritt durch die Entölelemente (18) auf der äußeren Mantelfläche des Entöltopfes (17) ölfrei abströmt.

3. Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über dem Ölsumpf (16) gelegene Niederdruckraum (102) durch einen Filterkörper (40) abgeteilt ist, wobei die aus dem Entöltopf (17) ausströmende Abluft auf ihrem Weg zum Auslaß (20) den Filter­ körper (40) durchquert.

4. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Überdruckraum (101) gegenüber dem Ölsumpf (16) im Tank (10) des Hydraulikschaltkreises durch eine Trenn­ wand (21) druckdicht abgeschlossen ist,
daß sich in dem Überdruckraum (101) ein vertikal einge­ bauter und auf seiner äußeren Mantelfläche angeströmter Entöltopf (17) befindet, dessen innere Mantelfläche durch stirnseitige Anschlüsse (20, 22) mit dem Ölsumpf (16) einerseits und mit dem Auslaß für ölfreie Abluft andererseits verbunden ist.

5. Baueinheit nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter dem Tankanschluß (70) für die Abluft der Vakuumpumpe (2) ein Filter­ körper (15) angeordnet ist.

6. Baueinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ölübertrittskanäle (14) zwischen der Druckerhö­ hungspumpe (3) und der Vakuumpumpe (2) in einem von der gemeinsamen Antriebswelle (4) durchsetzten Zwischen­ gehäuse (50) vorgesehen sind, und daß die Abluft der Vakuumpumpe (2) durch die Austrittsniere (55) axial in das Zwischengehäuse (50) einmündet und im wesentlichen radial durch den Luftauslaß (7) aus diesem austritt.

7. Baueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischengehäuse (50) ein Vorabscheider (60) für Öl aus der Abluft der Vakuumpumpe (2) angeordnet ist.

8. Baueinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Zwischengehäuse (50) ein Lüfterrad zur Erhöhung des Abluftdruckes der Vakuumpumpe (2) drehfest auf der gemein­ samen Antriebswelle (4) angeordnet ist.

9. Baueinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorabscheider ein rotierender Ölabscheider ist, der drehfest auf der gemeinsamen Antriebswelle (4) sitzt.

10. Baueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftauslaß (7) der Vakuumpumpe (2) ein Rückschlag­ ventil (8) angeordnet ist.