DE3519741C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenvakuum­ pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derar­ tige Flügelzellenvakuumpumpe ist aus der DE-OS 29 52 401 bekannt.

Bei einer bekannten Flügelzellenvakuumpumpe (GB-PS 6 53 295) wird Schmieröl unter erhöhtem Druck in die Hohlwelle der Pumpe gefördert, um durch Radialbohrungen in die Flügel­ fußräume zu gelangen und die Flügel in ihren Führungs­ schlitzen und gegenüber den Wänden des Pumpengehäuses ab­ zudichten.

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 Ver­ schleiß an den Flügelköpfen.

Bei einer anderen Flügelzellenvakuumpumpe (DE-GM 77 07 853) 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 Schmier­ ölzufuhr ist nur dort möglich, wo durch eine reichlich bemessene Ölpumpe in allen Betriebszuständen eine hin­ reichende Menge Schmieröl zur Verfügung steht.

Bei einer weiteren Flügelzellenvakuumpumpe (DE-OS 29 52 401) wird das Schmierölangebot dadurch verringert, daß der von der Ölpumpe kontinuierlich gelieferte Schmier­ ölstrom 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.

Neuerdings sind jedoch Anwendungsfälle bekannt geworden, bei denen in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraft­ maschine das Ölangebot der Schmierölpumpe so gering ist, daß die Spalte in der Pumpe, insbesondere an den Flügel­ führungen und zwischen den Arbeitsräumen nicht ausreichend abgedichtet werden. Der von der Vakuumpumpe erreichte Un­ terdruck ging hierdurch zurück und die Reibung und der Verschleiß stiegen in unerwünschtem Maß an.

Demgegenüber löst die im Anspruch 1 angegebene Erfindung das Problem, bei einer Flügelzellenvakuumpumpe der im Oberbegriff angegebenen Art einerseits die Schmierölver­ sorgung, insbesondere die Lagerschmierung und die Dich­ tung der Spalte um die Flügel, vom Ölangebot der Ölpumpe unabhängig zu machen. Andererseits wird gleichzeitig ver­ hindert, daß das bei höheren Drehzahlen im Überschuß ange­ lieferte Schmieröl in den Flügelfußräumen einen Überdruck erzeugt, durch den die Flügel verstärkt gegen den Umfang des Pumpengehäuses gepreßt werden und durch den die Lei­ stungsaufnahme und der Verschleiß der Pumpe erhöht wird.

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 Arbeitsräu­ men herrscht und sich durch die Führungsschlitze der Flü­ gel 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 gelie­ ferten als abfließen kann, ohne einen Öldruck vor der Hohlwelle der Flügelzellenvakuumpumpe aufzubauen. Anderer­ seits kann die Hohlwelle aber auch mit einer Antriebswelle ohne derartige Querbohrungen gekuppelt sein und es be­ steht dann wie bei der GB-PS 6 53 295 das Problem, bei höhe­ ren Drehzahlen das überschüssige Schmieröl aus den Flü­ gelfußräumen, wo es hinderlich ist und die Leistungsauf­ nahme der Pumpe durch die stärkere Anpressung der Flügel­ köpfe 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. Diese Entlastungsöffnung wird von achsparallelen Ausneh­ mungen des Rotors überstrichen. Das aus den Flügelfuß­ räumen axial austretende und an den Rotorstirnflächen durch Leckage abfließende Schmieröl wird dabei von den achspa­ rallelen Ausnehmungen zwischen den Flügelschlitzen aufge­ nommen und intermittierend durch die zusätzliche Auslaß­ öffnung abgegeben.

Die radiale Anordnung der Entlastungsöffnung ist deswegen von besonderer Wichtigkeit, weil in Versuchen festgestellt wurde, daß die Anordnung einer oder mehrerer Entlastungs­ öffnungen oder eines Ringkanals im Bereich der Flügel­ fußräume (vgl. DE-GM 78 26 176) nachteilig ist, weil hier­ durch bei niedrigem Ölangebot die Öl-Ansaugleistung ver­ schlechtert wird.

Die Ausbildung des Kanalsystems wird mit Vorteil nach An­ spruch 2 ausgeführt. Hierdurch lassen sich eventuelle Fluchtungsfehler zwischen der Antriebswelle und der Hohl­ welle der Pumpe einfach ausgleichen, da die Wellen infolge der Verwendung elastischer Dichtringe gegeneinander kar­ danisch beweglich sind. Außerdem kann der Unterdruck zum Ansaugen des Schmieröls nicht durch Undichtigkeiten zusam­ menbrechen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind ins­ besondere in den Ansprüchen 3 bis 6 angegeben und anhand der Zeichnung näher erläutert.

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.

Die in Fig. 1 in einem Teillängsschnitt dargestellte 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 ange­ ordnetes Lagerauge 7 zur Lagerung der Hohlwelle 8 des Rotors 9. In diesem sind vorzugsweise vier Flügel 10 in radialen Führungsschlitzen radial bewegbar angeordnet. Die Flügel 10 sind aus Symmetriegründen gleichmäßig auf dem Umfang des Rotors 9 verteilt, wobei jeweils zwei Führungsschlitze sich diametral gegenüberliegen und benach­ barte Flügel 10 ein Rotorsegment von 90° einschließen. Zur Verringerung des Rotorgewichtes sind zwischen benach­ barten Flügelschlitzen an sich bekannte Materialausnehmun­ gen, beispielsweise Axialbohrungen 11, vorgesehen, die sich von einer Stirnseite des Rotors 9 zur anderen er­ strecken.

Der Gehäuseboden 6 ist an seinem Umfang als Zentrier­ flansch 12 ausgebildet, um die Flügelzellenvakuumpumpe am Gehäuse 13 einer Brennkraftmaschine, insbesondere koaxial zur Nockenwelle 14, befestigen zu können.

Die Pumpenhohlwelle 8 ist im Gehäuseboden 6 und zusätz­ lich in einem nicht dargestellten Lager im Deckel 2 ge­ lagert. Sie besitzt im Bereich des Rotors 9 radiale Boh­ rungen 15, die mit den Flügelfußräumen 16 der Flügel­ schlitze 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.

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 Aus­ gleichskupplung 19 ist in einem Schlitz 20 an der Stirnsei­ te der Antriebswelle (Nockenwelle 14) zum Ausgleich von Versetzungen, insbesondere Winkelversetzungen der Wellen beweglich und wird formschlüssig mitgenommen.

Das Schmieröl zur Lagerschmierung und Dichtung der Vakuum­ pumpe wird von einer Schmierölpumpe der Brennkraftmaschine durch Axialbohrung 21 in der Antriebswelle 14 geliefert oder in bestimmten Betriebszuständen durch den in der Pum­ pe erzeugten Unterdruck angesaugt. Dabei ist zwischen der Antriebswelle 14 und der Hohlwelle 8 der Pumpe ein am Um­ fang durch elastische Radialdichtringe 22 leckfrei abgedich­ tetes und in die Antriebswelle 14 und die Hohlwelle 8 hinein­ ragendes Verbindungsrohr 23 vorgesehen. Dieses Verbindungs­ rohr ist mit einem solchen radialen Spiel durch das Zentrum der Ausgleichskupplung 19 hindurchgesteckt, daß die Aus­ gleichsbewegungen der Wellen nicht behindert werden. 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 un­ bedingt erforderlich.

Im Gehäuseboden ist neben der Auslaßniere 28 für die Ab­ luft 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 Lager­ auge 7 ist kleiner als der Rotorradius, so daß sie von der Rotorstirnseite überdeckt wird. Andererseits korres­ pondiert der Abstand der Entlastungsbohrung 29 vom La­ gerauge 7 und der radiale Abstand, auf dem die Axialboh­ rungen 11 des Rotors 9 liegen, in der Weise miteinander, daß die an den Rotorstirnseiten auftretende Leckage des axial aus den Flügelfußräumen entweichenden Schmier­ öls von den Axialbohrungen 11 aufgenommen und inter­ mittierend über die Entlastungsbohrung 29 abfließen kann. Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, liegt im Gehäuseboden 6 kon­ zentrisch zum Lagerauge 7 die Ringnut 27, durch die sämtliche Flügelfußräume 16 miteinander verbunden sind. 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. Anderer­ seits 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.

Alternativ ist nach einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 vorgesehen, in einer oder beiden Stirnsei­ ten 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 Öl von den Axialbohrungen 11 intermittierend durch die Entlastungsbohrung 29 ausgetragen wird.

Hierdurch wird gewährleistet, daß selbst bei hohen Dreh­ zahlen der Pumpe und starker Ölförderung überschüssiges Schmieröl nicht zu einer Erhöhung des Öldruckes in den Flügelfußräumen 16 und damit zu einer Erhöhung der An­ triebsleistung führt.

Es sei erwähnt, daß die Entlastungsöffnung 29 selbstver­ ständlich auch als Langloch auf dem entsprechenden Radius der axialen Ausnehmungen des Rotors 9 ausgebildet sein kann.

Schließlich sei darauf hingewiesen, daß in einer bevor­ zugten Ausgestaltung der Flügelzellenvakuumpumpe anstelle der Düse 24 in der Hohlwelle 8 der Pumpe ein Ölfilter bzw. Ölsieb, vorzugsweise in der Art einer Filterkerze, ange­ ordnet 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.

Claims (5)

1. Flügelzellenvakuumpumpe, insbesondere für Servoverbraucher, wie Bremskraftverstärker oder dergleichen, an Brennkraftmaschinen,
mit einem in einem Pumpengehäuse (1) exzentrisch gelagerten und stirnseitig zwischen einem Gehäuseboden (6) und einem Deckel (2) angeordneten Rotor (9), in dem mindestens ein Flügelpaar (10) in Schlitzen geführt ist,
bei welcher Pumpe der Rotor (9) auf einer Hohlwelle (8) sitzt, die mit einer treibenden Welle (14) durch eine Kupplung (19) verbunden und von einer Schmierölpumpe durch eine Bohrung (21) in der treibenden Welle (14) mit Öl versorgt wird,
und bei der das Öl in die Flügelfußräume (16) gelangt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Öl über ein die Hohlwelle (8) der Pumpe und die Welle (14) der Antriebsmaschine leckfrei verbindendes Kanalsystem geliefert wird,
daß in dem Gehäuseboden (6) des Pumpengehäuses (1) eine axiale Entlastungsöffnung (29) zum Abfluß überschüssigen Öls angeordnet ist, und
daß die Flügelfußräume (16) mit der Entlastungsöffnung (29) über achsparallele Ausnehmungen (11) des Rotors (9), welche die Entlastungsöffnung (29) überstreichen und mit den Flügelfußräumen (16) in Verbindung stehen, intermittie­ rend verbunden werden.

2. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die treibende Weile (14) der Antriebsmaschine mit der Hohl­ welle (8) der Pumpe durch eine Ausgleichskupplung (19) verbunden ist, durch die ein zu den Wellen (8, 14) im wesentlichen koaxiales Verbindungsrohr (23) mit radialem Spiel zur Kupplung (19) hindurchgeführt ist, und
daß das Verbindungsrohr (23) an beiden Enden durch Radialdichtringe (22), die in Ringnuten auf dem Umfang des Verbindungsrohres (23) liegen, abgedichtet ist.

3. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsöffnung (29) im Gehäusebden (6) des Pumpen­ gehäuses (1) mit Bezug auf die Einbaulage der Pumpe im Be­ reich der niveauhöchsten, von den Ausnehmungen (11) des Rotors (9) überstrichenen Stelle liegt.

4. Flügelzellenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsöffnung (29) gegenüber dem oberen Totpunkt des Flügelhubes winkelversetzt ist und vorzugsweise im Vorevakuierungsbereich der Pumpe, insbesondere 60° vor dem oberen Totpunkt liegt.

5. Flügelzellenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelfußräume (16) durch eine Ringnut (27) im Gehäuse­ boden (6) miteinander und mit den achsparallelen Ausnehmun­ gen (11) des Rotors (9) hydraulisch verbunden sind.