DE8004488U1

DE8004488U1 - Fluegelzellenvakuumpumpe mit einer vorevakuierung des saugraumes, insbesondere zur bremskraftverstaerkung in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE8004488U1
Application number: DE19808004488
Authority: DE
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1980-02-20
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1981-09-03
Also published as: FR2476239B3; IT8135576V0; FR2476239A3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenvakuumpumpe mit einer Vorevakuierung des Saugraumes, insbesondere zur Bremskraftverstärkung in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Flügelzellenvakuumpumpen werden insbesondere bei Dieselmotor-getriebenen Kraftfahrzeugen verwendet, um das für eine Bremskraftverstärkung notwendige Vakuum ständig und im wesentlichen unabhängig von den verschiedenen Betriebszuständen des Motors zu erzeugen. Eine derartige Flügelzellenvakuumpumpe ist beispielsweise in der GB-PS 48O 522 beschrieben. Bei den bekannten Pumpen ist es üblich, eine Vorevakuierung des Saugraumes vorzusehen, d.h. die Anordnung des Saugstutzens so zu treffen, daß die Flügel bereits ein Stück weit ausgefahren sind und in dem zwischen Rotor und Gehäuse gebildeten, sichelförmigen Saugraum bereits ein gewisser Unterdruck aufgebaut ist, bevor der Saugraum mit der Einlaßöffnung verbunden wird.

Die bekannten Flugelzeilenvakuumpumpen haben den Nachteil, daß sie eine große Bauhöhe aufweisen und damit viel Platz für das Aggregat benötigt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Raumes für seine Unterbringung im Motorraum des Kraftfahrzeuges« Dies trug bisher unter anderem auch dazu bei, daß die geometrische Form des Motorraumes der bekannten Kraftfahrzeuge in der Praxis nur unzureichend an das aerodynamisch optimale Profil angepaßt werden konnte, um hierdurch den Widerstandsbeiwert des Fahrzeugs zu verringern und damit seinen Kraftstoffverbrauch zu senken. Weiterhin ist es nachteilig, daß der Aufwand für die Herstellung und Bearbeitung des Pumpen^ehäuses, insbesondere bei hohen Stückzahlen für eine Serienproduktion, wegen der herkömmlichen Formgebung relativ hoch ist.

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;V Aufgabe der Erfindung ist es, Abhilfen für die aufgeführten Nach-

fv teile zu schaffen und insbesondere eine Flügelzellenvakuumpumpe

I'? der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art, beispielswei-

; se nach dem DE-Gbm 76 18 891, vorzuschlagen, durch v/elche die gestellten Anforderungen bezüglich der Erzeugung des Vakuums zum ; Betrieb eines Bremskraftverstärkers erfüllt werden, bei der jedoch die spezifische Energieaufnahme verringert ist und bei der ν. die Fertigungs- und Bearbeitungskosten erheblich verringert wer-

^: den.

:,; Zur Lösung der genannten Aufgabe dienen die in den Ansprüchen

angegebenen Maßnahmen.

;^; Hierdurch wird eine wesentliche Verbesserung der konstruktiven

[i und fertigungstechnischen Gegebenheiten erreicht, da die Einlaß-

';■■' öffnung in den sichelförmig ausgebildeten Saugraum - zwischen der

Gehäusebohrung und dem relativ hierzu exzentrisch gelagerten Rotor - in einen engen, begrenzten Winkelbereich kurz vor den Totpunkt der Ausfahrbewegung der die Arbeitsräume am Umfang begrenzenden Flügel gelegt wird, wodurch der relativ lange Einlaßstutzen - entsprechend der Ausführung nach Anspruch 3 und des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels - so angeordnet werden kann, daß die radialen Einbauabmessungen der Pumpe wesentlich herabgesetzt werden können. In überraschender Weise hat sich dabei gezeigt, daß durch die vorgeschlagene Maßnahme der Füllungsgrad und die Förderleistung der Pumpe nur unmerklich zurückgehen, obwohl der Weg, über den der Saugraum mit dem zu evakuierenden Arbeitsraum (Vakuumbehälter oder dgl.) in Verbindung steht, gegenüber den bekannten Konstruktionen wesentlich verringert ist. Hierfür mag von Bedeutung sein, daß durch die Lage der Einlaßöffnung kurz vor dem Ende der Ausfahrbewegung des vorderen Flügels eines Arbeitsraumes die Vorevakuierung besonders hoch ist und somit ein größerer Differenzdruck vor der Herstellung der Verbindung zwischen

Saugraum und Vakuumbehälter zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten während des Bestehens dieser Verbindung führt.

Ein weiterer Vorteil der angegebenen Lösung ist eine merklich niedrigere spezifische Leistungsaufnahme, da beim Beginn des Verdichtungshubes für die jeweilige, zwischen zwei umfangsversetzten Flügeln gebildete Zelle, das am hinteren Flügel aufzuwendende Drehmoment nur langsam zunimmt, weil der Flügel den Totpunkt der Ausfahrbewegung bereits im wesentlichen erreicht hat und bei ansteigendem Gegendruck zurückfährt.

Durch die in Anspruch 2 angegebene Maßnahme können außerdem die Fertigungskosten durch Vereinfachung der Werkzeuge und Formen für die spanlose Fertigung stark herabgesetzt werden. Es hat sich auch hier gezeigt, daß die bisherige komplizierte Formgebung beispielsweise eine nierenförmige Einlaßöffnung - bei Flügelzellenvakuumpumpen für die Bremskraftverstärkung in Kraftfahrzeugen wider Erwarten nicht erforderlich ist, da Auswirkungen auf den Füllungsgrad, die Evakuierungszeit des Vakuumbehälters und auch auf die Höhe des erzeugten Vakuums kaum feststellbar sind.

Durch die sekantiale, außermittige Anordnung des Einlaßstutzens auf dem Gehäusedeckel oder auf dem Gehäuseboden, entsprechend der bevorzugten Ausführungsforra n_ach Anspruch 3, werden - wie bereits vorher erwähnt - die radialen Abmessungen der Flügelzellenvakuurapumpe stark reduziert, wodurch - trotz Bereitstellung einer hinreichend langen Beruhigungszone für die aus dem Vakuumbehälter des Bremskraftverstärkers abzusaugende Luft - die Anordnungsprobleme der Pumpe im Motorraum - auch im Hinblick auf eine aerodynamisch günstige Bauweise - verringert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Einlaßkanal - von der Einlaßöffnung im Saugraum ausgehend - im Querschnitt kontinuierlich erweitert und trägt an seinem Ende ein Rückschlagventil, damit kein Schmieröl aus der Pumpe in den Vakuumbehälter gelangen kann.

Die in den Ansprüchen fj bis 8 angegebenen Merkmale zur konstruktiven Gestaltung des Auslaßbereichs der Flügelzellenvakuumpumpe zielen insbesondere auf die Herabsetzung der Leistungsaufnahme des Aggregates und damit auf die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ab.

In den Ansprüchen 5 und 6 wird vorgeschlagen, daß die Auslaßniere - se nahe wie dies gießereitechnisch ausführbar ist - vor den Totpunkt der Einfahrbewegung der Flügel der Flügelzellenvakuumpumpe gelegt wird, damit das an der Antriebswelle aufzubringende Drehmoment zur Drehung des Rotors niedrig gehalten wird, da hier bei dem höchsten ggf. auftretenden Gegendruck die Flügel fast annähernd vollständig in den Rotor zurückgefahren sind und somit der Kraftarm und das Moment am kleinsten sind.

In Weiterbildung der Erfindung wird nach Anspruch 7 vorgeschlagen, in einem Winkelbereich zwischen 90° und ^5° vor dem Totpunkt der Einfahrbewegung der Flügel eine zusätzliche Auslaßöffnung, insbesondere Auslaßbohrung, anzuordnen, die von einer Ventilanordnung, insbesondere einem Rückschlagventil, verschlossen ist. Der Vorteil dieser zusätzlichen Auslaßöffnung liegt darin, daß beim Start der Brennkraftmaschine, wenn in dem Vakuumbehälter des Bremskraftverstärkers nur ein "schlechtes Vakuum" vorliegt und der Querschnitt der üblichen Auslaßniere für ein Ausschieben des Gases nur unter einem erhöhten Gegendruck ausreicht, die zu verdrängende Luft bereits ausgeschoben wird, bevor sich ein solcher Gegendruck aufbaut und bevor demzufolge eine erhöhte Leistung von der Motorwelle aufgebracht werden muß.

Schließlich wird in Anspruch 8 vorgeschlagen, die bisher übliche Auslaßniere auf der Druckseite der Flügelzellenvakuumpumpe ebenfalls durch eine einfache Bohrung zu ersetzen und die Bohrung durch ein schwach vorgespanntes Rückschlagventil zu verschließen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird bevorzugt die Auslaßöffnung - mit Bezug auf die zuvor beschriebene Maßnahme nach Anspruch 7 - durch zwei zueinander winkelversetzte Bohrungen gebildet, die durch unterschiedlich vorgespannte Rückschlagventile

verschlossen sind. Hierdurch wird bei Bedarf und bei einem
wählbaren Gegendruck der Querschnitt der Auslaßöffnung stark
vergrößert und die Leistungsaufnahme an der Rotorwelle verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Flügel- ;-.

zellenVakuumpumpe mit dem Einlaßstutzen;
Fig. 2 einen Längsschnitt der Flügelzellenvakuumpumpe Ji

nach Fig. 1. $

Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Flügelzellenvakuum- $

pumpe 1 besteht aus dem Pumpengehäuse 2, welches durch den |

Deckel 3, der den Einlaßstutzen k und die in axialer Richtung \

in den sichelförmigen Arbeitsraum 5 der Pumpe mündende, kreis- \

förmige Einlaßöffnung enthält, dicht verschlossen ist. Die Ab- \

I dichtung erfolgt in bekannter Weise durch eine nicht näher dar- |

gestellte Flachdichtung und mehrere, am Umfang des Deckels 3 1

verteilt angeordnete Innensechskantschrauben 7, die in entspre- | chende Befestigungsaugen 8 am Pumpengehäuse 2 eingeschraubt sind. |

Das gegossene, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehen- f de Pumpengehäuse 2 besitzt eine kreiszylindrische Ausdrehung 20 l> und weist im Gehäuseboden 9 ein exzentrisch angeordnetes Lager- X auge 10 zur Lagerung der Hohlwelle 16 des Rotors 11 auf. In dem , Rotor 11 sind beispielsweise vier, um jeweils 90 zueinander am i Umfang versetzte Flügel 12 in radialen Führungsschlitzen 13 gelagert, die sich - wie in Fig. 1 dargestellt - entsprechend der
vorliegenden Exzentrizität zwischen der Gehäuseausdrehung 20 und
dem Rotor 11 radial bewegen können. Der Gehäuseboden 9 ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel an seinem äußeren Umfang als

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Zentrierflansch 1*t (Fig. 2) ausgebildet und hat mehrere umfangsverteilte Laschen 15» mit denen das Pumpengehäuse 2 an den Motorblock geschraubt werden kann. Die Anordnung des Pumpengehäuses 2 erfolgt bei der dargestellten Pumpe vorzugsweise koaxial zur Nockenwelle des Motors, um hierdurch auf einfache Weise die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 16 des Hotors 11 direkt anzutreiben und die Flügelzellenvakuumpumpe 1 mit Schmieröl zu versorgen.

Die Antriebswelle des Hotors 11 ist im Lagerauge 10 des Gehäusebodens 9 und in einem weiteren, mit der Bezugszahl 25 bezeichneten Gleit- oder Wälzlager im Deckel 3 der Flügelzellenvakuumpumpe 1 gelagert. Sie besitzt im axialen Arbeitsbereich des Rotors 11 winkelversetzte radiale Bohrungen 17, durch welche das intermittierend in die Hohlwelle zugeführte Schmieröl radial in die Flügelfußräume 18 austreten kann. Diese Schmierung erfolgt, um die Reibung der Flügel 12 in den Führungsschlitzen 13 und zwischen dem Pumpengehäuee 2 und den radial nach außen angedrückten Flügelspitzen zu verringern. Das Schmieröl gelangt hierbei durch die Radialbohrungen 17 in die Flügelfußräume 18, um von hier - unterstützt durch die wirksamen Fliehkräfte - radial nach außen zu kriechen und die Spalte abzudichten, die zwischen dem Pumpengehäuse 2 und den vom Rotor 11

mitbewegten Flügeln 12 am Umfang und in axialer Richtung- des Rotors vorliegen, sowie die zwischen den Flügeln 12 definierten Arbeitsräume unterschiedlichen Druckniveaus gegeneinander abzudichten. Es sei auch erwähnt, daß die sich gegenüberliegenden Flügel 12 an ihren

ff Fußenden Koppelstifte 19 aufweisen, die bei der Drehung des Rotors

in den Radialbohrungen 17 hin- und herbewegt werden und das radiale Verklemmen der Flügel 12 in den Führungsschlitzen 13 verhindern bzw. das Ausfahren der Flügel beim Kaltstart und bei niedrigen Motordreh-

$ zahlen bzw. bei hoher Viskosität des Schmieröls wirksam unterstützen.

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Auf die intermittierende ölzuführung in die Pumpenhohlwelle 16 braucht hier im einzelnen nicht eingegangen werden, da dies nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und ausführlich in der älteren Patentanmeldung P 29 52 401·^ beschrieben ist, auf welche diesbezüglich hingewiesen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Einlaßöffnung in den Arbeitsraum der Flügelζeilenvakuumpumpe 1 als Bohrung 6 im Deckel 3 des Pumpengehäuses 2 ausgebildet und mündet in einem Winkelbereich von nur wenigen Grad vor dem Totpunkt der Ausfahrbewegung der Flügel 12 in den sichelförmigen Arbeitsraum 5i der zwischen Pumpengehäuse 2 und Rotor 11 ausgebildet ist. Im Deckel 3 liegt dabei die Einlaßöffnung 6 - in Strömungsrichtung gesehen am Ende des Einlaßstutzens *t. Dieser weist am Beginn des Einlaßkanals JfO ein Rückschlagventil 21 auf und wird im Strömungsquerschnitt zur Einlaßöffnung 6 hin kontinuierlich kleiner. Der Einlaßstutzen k selbst ist auf dem stirnseitigen Deckel 3 des Pampengehäuses 2 so angeordnet, daß er im wesentlichen sekantial und außerhalb des Lagers 25 der Antriebswelle 16 im Deckel 3 vorliegt und der Beginn des Einlaßkanals hO am Rückschlagventil 21 - in Einbaustellung der Flügelzellenvakuumpumpe 1 gesehen - mit Abstand oberhalb der Auslaßniere 22 des Arbeitsraumes 5 angeordnet ist. Hierdurch weist der Einlaßkanal kO im Einlaßstutzen k eine hinreichend lange Beruhigungszone für die abgesaugte Luft auf. Die Beruhigungsstrecke entspricht etwa der Länge des Außendurchmessers des Pumpengehäuses 2, wobei besonders darauf hingewiesen wird, daß durch diese Maßnahme die Gesamtabmessungen der Flügelzellenvakuumpumpe 1 in radialer Richtung nur geringfügig größer werden als der Gehäusedurchmesser.

In der Fig. 1 ist außerdem die als Auslaßniere 22 ausgebildete Auslaßöffnung dargestellt, die im Arbeitsraum 5 möglichst nahe

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am Totpunkt der Einfahrbewegung der Flügel und vorzugsweise im Winkelbereich von 10 bis k2. vor dem Totpunkt diese Einfahrbewegung in axialer Sichtung im Gehäuseboden 9 angeordnet ist, um wegen der in diesem Bereich besonders kleinen Hebelarmlänge an den einfahrenden Flügeln 12 das zum Ausschieben der Luft an der Pumpenhohlwelle 16 einzuleitende Drehmoment und damit die Leistungsaufnahme der Flügelzellenvakuumpumpe 1 zu reduzieren. Es ist aber auch besonders vorteilhaft, in einem um k3 bis 90 gegenüber dem Totpunkt der Einfahrbewegung rückwärts versetzten Winkelbereich eine von einer Ventilanordnung, insbesondere einem Rückschlagventil, verschlossene zusätzliche Auslaßöffnung anzuordnen, damit der gesamte Auslaßquerschnitt der Pumpe in bestimmten Betriebszuständen des Bremskraftverstärkungssystems (- z. B., wenn das Vakuum nach längerem Stillstand des Motors erst wieder aufgebaut werden muß -) vergrößerbar ist und sich im Arbeitsraum kein erhöhter Gegendruck einstellt, der eine erhöhte Leistungsaufnahme der FlügelzellenVakuumpumpe in diesem Betriebszustand erfordern würde.

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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1 Flügelzellenvakuumpumpe

2 Pumpengehäuse

3 Deckel

k Einlaßstutzen

5 Arbeitsraum

6 Einlaßöffnung

7 Befestigungsschraube

8 Befestigungsauge

9 Gehäuseboden

10 Lagerauge

11 Rotor

12 Flügel

13 Führungsschlitz 1*f Zentrierflansch

15 Befestigungslasche

16 Antriebswelle (Hohlwelle)

17 radiale Bohrung

18 Flügelfußraum

19 Koppelstift

20 Ausdrehung

21 Rückschlagventil

22 (Auslaßöffnung), Auslaßniere

25 Lager für Antriebswelle im Deckel

*f0 Einlaßkanal

Claims

Bag. 1179 Ansprüche

1. Flügelzellenvakuumpumpe mit Vorevakuierung des Saugraumes, insbesondere zur Bremskraftverstärkung in Kraft fahrζ eugen,

bei der ein Rotor mit mehreren, in Schlitzen gleitend bewegbaren Flügeln exzentrisch in einem den Rotor umgebenden Gehäuse gelagert ist

und bei der im Gehäuse eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung vorgesehen sind, durch welche die zwischen den Flügeln gebildeten Arbeitsräume nacheinander mit externen Räumen unterschiedlich hohen Druckniveau verbindbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Einlaßöffnung (6) in den Saugraum der Flügelzellenvakuumpumpe (1) in einem Winkelbereich von 3° bis 30°, vorzugsweise 5° bis 20°, vor dem Totpunkt der Ausfahrbewegung der Flügel (12) angeordnet ist.

2. Flugelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einlaßöffnung (6) als Bohrung in dem das Gehäuse (2) der FlügelzeilenVakuumpumpe (1) axial begrenzenden Gehäusedeckel (3) oder Gehäuseboden (9) ausgebildet ist.

3. Flügelzellenvakuumpurape nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Einlaßöffnung (6) - in Strömungsrichtung gesehen - am Ende eines Einlaßstutzens (k) befindet, welcher auf dem stirnseitigen Gehäusedeckel (3) oder Gehäuseboden (9)

der Flügelzellenvakuumpumpe (1) sekantial und außermittig angeordnet ist und eine Länge aufweist, die angenähert gleich dem Außendurchmesser das Gehäuses (2) der Flügelzellenvakuumpumpe (1) ist.

4. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßstutzen (4) am Beginn des Einlaßkanals (40) ein Rückschlagventil (21) angeordnet ist und daß der Einlaßkanal (40) zur Einlaßöffnung (6) hin im Querschnitt kontinuierlich verengt ist.

5· FlugelZellenvakuumpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Auslaßniere (22) ausgebildete Auslaßöffnung in einem Winkelbereich von 45 bis J>0 vor dem Totpunkt der Einfahrbewegung der Flügel (12) beginnt und im Bereich von 15 bis 0 vor bzw der Flügel (12) endet.

von 15 bis 0 vor bzw. am Totpunkt der Einfahrbewegung

6. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auslaßniere (22) vorzugsweise in einem Winkelbereich von 42 bis 10 vor dem Totpunkt der Einfahrbewegung der Flügel (12) am Umfang des Gehäusebodens (9) der Flügelzellenvakuumpumpe (1) erstreckt.

7· Flügelzeilenvakuumpumpe nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Winkelbereich zwischen 90 und 45° vor dem Totpunkt der Einfahrbewegung der Flügel (12) eine von einer Ventilanordnung verschlossene zusätzliche Auslaßöffnung, insbesondere Auslaßbohrung, angeordnet ist.

8. Flügelzellenvakuumpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Auslaßniere (22) durch eine Bohrung im Gehäuse (2) vorzugsweise im Gehäuseboden (9) der Flügelzellenvakuumpumpe (1), ersetzt ist, welche Bohrung durch ein schwach vorgespanntes Rückschlagventil verschlossen ist.