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Flügelzellenvakuumpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenvakuumpumpe nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Flügelzellenvakuumpumpe ist aus der
DE-OS 29 52 401 bekannt.
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Bei einer bekannten Flügeizellenvakuumpumpe (GB-PS 653,295) wird Schmieröl
unter erhöhtem Druck in die Hohlwelle der Pumpe gefordert, um durch Radialbohrungen
in die Flügelfußräume zu gelangen und die Flügel in ihren Führungsschlitzen und
gegenüber den Wänden des Pumpengehäuses abzudichten.
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Hierbei ist es nachteilig, daß auf die Flügelköpfe sowohl hohe Massekräfte
als auch hydraulische Kräfte einwirken und die Flügel radial gegen den Umfang des
Pumpengehäuses anpressen; denn dies erhöht die Reibarbeit und den Verschleiß an
den Flügelköpfen.
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Bei einer anderen Flügelzellenvakuumpumpe (DE-GM 77 07 853 = Bag.
1020) wird Schmieröl durch eine starre Zuleitung von der treibenden Welle der Brennkraftmaschine
in die Hohlwelle der Pumpe eingespritzt. Da das überschüssige Schmieröl jedoch aus
der Hohlwelle drucklos abfließen kann, baut sich in den Flügelfußräumen kein erhöhter
Öldruck auf, der die Flügelköpfe zusätzlich zur Zentrifugalkraft gegen den Umfang
des Pumpengehäuses anpreßt. Eine solche Schmierölzufuhr ist nur dort möglich, wo
durch eine reichlich bemessene Ölpumpe in allen Betriebszuständen eine hinreichende
Menge Schmieröl zur Verfügung steht.
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Bei einer weiteren Flügelzellenvakuumpumpe (DE-OS 29 52 401 - Bag.
1173) wird das Schmierolangebot dadurch verringert, daß der von der Olpumpe kontinuierlich
gelieferte Schmierölstrom nur intermittierend in die Hohlwelle der Pumpe weitergeleitet
wird. Hierdurch wird der Volumenstrom in Abhängigkeit von der Drehzahl der Pumpe
dosiert, so daß bei kleinerer Pumpenleistung ebenfalls ein Überdruck in der Hohlwelle
oder in den Flügelfußräumen vermieden wird, der den Verschleiß an den Flügelköpfen
erhöhen würde.
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Neuerdings sind jedoch Anwendungsfälle bekannt geworden, bei denen
in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das Olangebot der Schmierölpumpe
so gering ist, daß die Spalte in der Pumpe, insbesondere an den Flügelführungen
und zwischen den Arbeitsräumen nicht ausreichend abgedichtet werden. Der von der
Vakuumpumpe erreichte Unterdruck ging hierdurch zurück und die Reibung und der Verschleiß
stiegen in unerwünschtem Maß an.
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Demgegenüber löst die im Anspruch 1 angegebene Erfindung das Problem,
bei einer Flügelzellenvakuumpumpe der im Oberbegriff angegebenen Art einerseits
die Schmierölversorgung, insbeondere die Lagerschmierung und die Dichtung der Spalte
um die Flügel, vom Olangebot der Olpumpe unabhängig zu machen. Andererseits wird
gleichzeitig verhindert, daß das bei höheren Drehzahlen im Überschuß angelieferte
Schmieröl in den Flügelfußräumen einen Überdruck erzeugt, durch den die Flügel verstärkt
gegen den Umfang des Pumpengehäuses gepreßt werden und durch den die Leistungsaufnahme
und der Verschleiß der Pumpe erhöht wird.
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Nach der Erfindung werden die geschilderten Probleme in der Weise
gelöst, daß das Schmieröl durch ein leckfreies Leitungssystem aus dem Ölvorrat geliefert
wird, und zwar vorzugsweise mit dem Unterdruck, der in den Arbeitsräumen herrscht
und sich durch die Führungsschlitze der Flügel in die Hohlwelle und die Zuleitung
in der treibenden Welle der Brennkraftmaschine, beispielsweise Nockenwelle fortpflanzt.
Dies erfolgt immer dann, wenn die treibende Welle, insbesondere Nockenwelle Querbohrungen
aufweist, durch welche ein Teil des von der Schmierölpumpe gelieferten Öls abfließen
kann, ohne einen Öldruck vor der Hohlwelle der Flügelzellenvakuumpumpe aufzubauen.
Andererseits kann die Hohlwelle aber auch mit einer Antriebswelle ohne derartige
Querbohrungen gekuppelt sein und es besteht dann wie bei der G.NPS 653 295 das Problem,
bei höheren Drehzahlen das überschüssige Schmieröl aus den Flügelfußräumen, wo es
hinderlich ist und die Leistungsaufnahme der Pumpe durch die stärkere Anpressung
der Flügelköpfe erhöht, zu entfernen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß zusätzlich
zur Auslaßöffnung der Auslaßniere eine weitere axiale Entlastungsöffnung in der
Stirnwand des Pumpengehäuses vorgesehen ist, die auf einem möglichst großen Radius
im Abstand von der Rotordrehachse, jedoch innerhalb der vom Rotor überstrichenen
Fläche liegt.
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Diese Entlastungsöffnung wird von achsparallelen Ausnehmungen des
Rotors überstrichen. Das aus den Flügelfußräumen axial austretende und an den Rotorstirnflächen
durch Leckage abfließende Schmieröl wird dabei von den achsparallelen Ausnehmungen
zwischen den Flügelschlitzen aufgenommen und intermittierend durch die zusätzliche
Auslaßöffnung abgegeben.
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Die radiale Anordnung der Entlastungsöffnung ist deswegen von besonderer
Wichtigkeit, weil in Versuchen festgestellt wurde, daß die Anordnung einer oder
mehrerer Entlastungsöffnungen oder eines Ringkanals im Bereich der Flügelfußräume
(vgl. DE-GM 78 26 176) nachteilig ist, weil hierdurch bei niedrigem Ölangebot die
Öl-Ansaugleistung verschlechtert wird.
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Die Ausbildung des Kanalsystems wird mit Vorteil nach Anspruch 2 ausgeführt.
Hierdurch lassen sich eventuelle Fluchtungsfehler zwischen der Antriebswelle und
der Hohlwelle der Pumpe einfach ausgleichen, da die Wellen infolge der Verwendung
elastischer Dichtringe gegeneinander kardanisch beweglich sind. Außerdem kann der
Unterdruck zum Ansaugen des Schmieröls nicht durch Undichtigkeiten zusammenbrechen.
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Breitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere
in den Ansprüchen 3 bis 6 angegeben und anhand der Zeichnung näher erläutert.
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In der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ist: Fig. 1
ein axialer Teillängsschnitt einer Flügel zellenvakuumpumpe gemäß Schnitt I-I in
Fig. 2; Fig. 2 ein Querschnitt der Pumpe gemäß Schnitt II-II in Fig. 1; Fig. 3 ein
Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Pumpe in einer abgeänderten Ausführung; Fig.
4 eine Ansicht des Pumpenrotors gemäß einer weiteren Ausführungsvariante.
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Die in Fig. 1 in einem Teillängsschnitt dargestellte.
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Flügelzellenvakuumpumpe besteht aus dem Pumpengehäuse 1,
welches
durch einen Deckel 2, in dem ein Ansaugstutzen 3 ausgebildet ist und der durch umfangsverteilte
Schrauben 4 am Gehäuse 1 befestigt ist, dicht verschlossen wird. Das Pumpengehäuse
1 besitzt eine zylindrische Ausdrehung 5 und hat im Gehäuseboden 6 ein hierzu exzentrisch
angeordnetes Lagerauge 7 zur Lagerung der Hohlwelle 8 des Rotors 9. In diesem sind
vorzugsweise vier Flügel 10 in radialen Führungsschlitzen radial bewegbar angeordnet.
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Die Flügel 10 sind aus Symmetriegründen gleichmäßig auf dem Umfang
des Rotors 9 verteilt, wobei jeweils zwei Führungsschlitze sich diametral gegenüberliegen
und benachbarte Flügel 10 ein Rotorsegment von 900 einschließen.
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Zur Verringerung des Rotorgewichtes sind zwischen benachbarten Flügelschlitzen
an sich bekannte Materialausnehmungen, beispielsweise Axialbohrungen 11, vorgesehen,
die sich von einer Stirnseite des Rotors 9 zur anderen erstrecken.
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Der Gehäuseboden 6 ist an seinem Umfang als Zentrierflansch 12 ausgebildet,
um die Flügelzellenvakuumpumpe am Gehäuse 13 einer Brennkraftmaschine, insbesondere
koaxial zur Nockenwelle 14, befestigen zu können.
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Die Pumpenhohlwelle 8 ist im Gehäuseboden 6 und zusätzlich in einem
nicht dargestellten Lager im Deckel 2 gelagert. Sie besitzt im Bereich des Rotors
9 radiale Fohrungen 15, die mit den Flügelfußräumen 16 der Flügelschlitze kommunizieren
und durch die an den Flügelfüßen befestigte Koppelstifte 17 eintauchen. Beim Hängenbleiben
oder Verklemmen eines Flügels 10 in seiner eingefahrenen Stellung (unterer Totpunkt)
wird dieser Flügel 10 vom Koppelstift 17 des gegenüberliegenden Flügels 10 radial
auswärts geschoben.
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An ihrem aus dem Lagerauge 7 herausragenden Ende 18 ist die Hohlwelle
8 abgeflacht und ragt in eine entsprechende Ausnehmung der Ausgleichskupplung 19
hinein. Die Ausgleichskupplung 19 ist in einem Schlitz 20 an der Stirnseite der
Antriebswelle (Nockenwelle 14) zum Ausgleich von Versetzungen, insbesondere Winkelversetzungen
der Wellen beweglich und wird formschlüssig mitgenommen.
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Das Schmieröl zur Lagerschmierung und Dichtung der Vakuumpumpe wird
von einer Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine durch Axialbohrung 21 in der Antriebswelle
14 geliefert oder in bestimmten Betriebszuständen durch den in der Pumpe erzeugten
Unterdruck angesaugt. Dabei ist zwischen der Antriebswelle 14 und der Hohlwelle
8 der Pumpe ein am Umfang durch elastische Radialdichtringe 22 leckfrei abgedichtetes
und in die Antriebswelle 14 und die Hohlwelle 8 hineinragendes Verbindungsrohr 23
vorgesehen. Dieses Verbindungsrohr ist mit einem solchen radialen.Spiel durch das
Zentrum der Ausgleichskupplung 19 hindurchgesteckt, daß die Ausgleichsbewegungen
der Wellen nicht behindert werden.
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Der in die Hohlwelle 8 gelieferte Ölstrom wird im Bereich des Lagerauges
7 durch eine Düse 24 in die Pumpenhohlwelle 8 eingespritzt. Diese Düse 24 ist jedoch
für die Funktion der Schmierölzufuhr in die Hohlwelle 8 der Pumpe nicht unbedingt
erforderlich.
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Im Gehäuseboden ist neben der Auslaßniere 28 für die Abluft und überschüssiges
Schmieröl erfindungsgemäß noch eine Entlastungsbohrung 29 vorgesehen. Diese ist
gegen die Auslaßniere winkelversetzt und liegt mit Bezug auf die Einbaulage der
Pumpe im Bereich der niveauhöchsten,
von den Ausnehmungen des Rotors
überstrichenen Stelle der Pumpe. Der Abstand der Entlastungsbohrung 29 vom Lagerauge
7 ist kleiner als der Rotorradius, so daß sie von der Rotorstirnseite überdeckt
wird. Andererseits korrespondiert der Abstand der Entlastungsbohrung 29 vom Lagerauge
7 und der radiale Abstand, auf dem die Axialbohrungen 11 des Rotors 9 liegen, in
der Weise miteinander, daß die an den Rotorstirnseiten auftretende Leckage des axial
aus den Flügelfußräumen entweichenden Schmieröls von den Axialbohrungen 11 aufgenommen
und intermittierend über die Entlastungsbohrung 29 abfließen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform, die in Fig. 3
dargestellt ist. liegt im Gehäuseboden 6 konzentrisch zum Lagerauge 7 die Ringnut
27, durch die sämtliche Flügelfußräume 16 miteinander verbunden sind.
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Die Ringnut 27 liegt dabei radial innterhalb des Kreises, auf dem
die Entlastungsbohrung 29 vorgesehen ist, so daß keine direkte Strömungsverbindung
zwischen Ringnut 27 und Entlastungsbohrung 29 im Gehäuseboden vorliegt. Andererseits
schneidet die Ringnut 27 aber die Ringfläche an, auf der die Axialbohrungen 11 liegen.
Das kontinuierlich von den Axialbohrungen 11 aufgenommene Schmieröl fließt intermittierend
durch die Entlastungsbohrung 29 ab und in den Ölsumpf der Brennkraftmaschine zurück.
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Alternativ ist nach einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4
vorgesehen, in einer oder beiden Stirnseiten 30 des Rotors 9 eine entsprechende
Ringfläche 31 auszudrehen, durch welche die Flügelfußräume 16 mit den Axialbohrungen
11 verbunden sind, die aber radial nicht bis zu dem Durchmesser reicht, auf dem
die Entlastungsbohrung 29 im Gehäuseboden 6 liegt. Die Strömungsverbindung kann
jedoch auch durch mehrere Radialnuten geschaffen werden, die einerseits den Ringkanal
27 und andererseits die
Axialbohrungen 11 kontinuierlich verbinden,
während das von den Axialbohrungen 11 intermittierend durch die Entlastungsbohrung
29 ausgetragen wird.
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Hierdurch wird gewährleistet, daß selbst bei hohen Drehzahlen der
Pumpe und starker Ölförderung überschüssiges Schmieröl nicht zu einer Erhöhung des
öldruckes in den Flügelfußräumen 16 und damit zu einer Erhöhung der Antriebsleistung
führt.
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Es sei erwähnt, daß die Entlastungsöffnung 29 selbstverständlich auch
als Langloch auf dem entsprechenden Radius der axialen Ausnehmungen des Rotors 9
ausgebildet sein kann.
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Schließlich sei darauf hingewiesen, daß in einer bevorzugten Ausgestaltung
der Flügelzellenvakuumpumpe anstelle der Düse 24 in der Hohlwelle 8 der Pumpe ein
Ölfilter bzw.
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Olsieb, vorzugsweise in der Art einer Filterkerze, angeordnet ist,
um gegebenenfalls vom ölstrom mitgeführte Schmutzpartikel abzuscheiden und zu verhindern,
daß diese sich in den Führungsschlitzen der Flügel 10 festsetzen und zum Verklemmen
eines Flügels 10 im Rotor 9 führen.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Pumpengehäuse 2 Deckel 3 Ansaugstutzen
4 Schrauben 5 Ausdrehung 6 Gehäuseboden 7 Lagerauge 8 Hohlwelle 9 Rotor 10 Flügel
11 Axialbohrung, Ausnehmung 12 Zentrierflansch 13 Gehäuse der Brennkraftmaschine
14 Nockenwelle, Antriebswelle 15 Bohrungen der Hohlwelle 16 Flügelfußraum 17 Koppelstift
18 abgeflachtes Ende der Hohlwelle 19 Ausgleichskupplung 20 Schlitz 21 Axialbohrung
der Nockenwelle 22 Radialdichtung 23 Verbindungsrohr 24 Düse 27 Ringkanal 28 Auslaßniere
29 Entlastungsbohrung 30 Rotorstirnseite 31 Ringfläche, Ausdrehung