EP0199984B1

EP0199984B1 - Flügelzellenvakuumpumpe

Info

Publication number: EP0199984B1
Application number: EP19860103981
Authority: EP
Inventors: Robert Lange
Original assignee: Barmag AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1986-03-22
Publication date: 1989-11-15
Also published as: DE3666969D1; EP0199984A2; EP0199984A3

Description

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.
Derartige Flügelzellenvakuumpumpen werden bei der Verwendung von Dieselmotoren und Einspritz-Otto-Motoren in Kraftfahrzeugen zur Schaffung pneumatischer Bremskraftverstärker verwandt, wobei der durch die Pumpe erzeugte Unterdruck zur Bremskraftverstärkung benutzt wird. Da das Pneumatiksystem besonders wenig anfällig gegen Störungen ist, werden mittels des Unterdrucks auch sonstige Servoantriebe betätigt, wie insbesondere die Getriebeverstellung, die Scheinwerferverstellung, die Sitzverstellung u.a.
Die bekannten Vakuumpumpen sind meist direkt an das Gehäuse des Antriebsmotors angeflanscht und die Antriebswelle der Pumpe ist mit einer Welle des Antriebsmotors, beispielsweise der Nockenwelle direkt durch eine Kupplung verbunden. Die Schmierung der Lagerstellen der Vakuumpumpe erfolgt beispielsweise durch eine Axialbohrung der Antriebswelle des Motors und der damit gekuppelten Welle der Vakuumpumpe. Bei den bekannten Flügelzellenvakuumpumpen der eingangs genannten Art wird das in die Hohlwelle der Pumpe gelangende Schmieröl durch radiale Bohrungen auch in die Flügelfußräume gefördert und zur Dichtung der Spalte an den Führungsflächen der Flügel sowie zur Verminderung der Reibung an den Flügelköpfen benutzt.
Die Kupplung zwischen der Antriebswelle der Brennkraftmaschine und der Hohlwelle der Flügelzellenpumpe wird bei bekannten Baueinheiten als Ausgleichskupplung ausgeführt, die eine sichere Mitnahme des Pumpenrotors gewährleistet und Fluchtungsfehler ausgleicht. Sie ist als loses, mit Kupplungszähnen oder Mitnehmern versehenes Zwischenstück mit Spiel zwischen die treibende Welle auf der Motorseite und die Pumpenwelle eingesetzt.
Bei der Montage der Flügelzellenvakuumpumpe am Motorblock und insbesondere auch bei Reparaturen oder dem Austausch einer Flügelzellenvakuumpumpe besteht die Gefahr, daß die zwischen die Wellen einzusetzende, lose Kupplung (Zwischenstück) vergessen wird. Dies erfolgt versehentlich bei schlechter Beleuchtung und Arbeiten am in das Fahrzeug eingebauten Motor bzw. bei Reparaturarbeiten und dann, wenn die ausgebauten oder auszutauschenden Bauteile stark eingefettet sind. Da das Fehlen der Kupplung jedoch erst später bei der Kontrolle der Servosysteme festgestellt wird, geht wertvolle Arbeitszeit durch eine entsprechende Nacharbeit verloren.
Durch die US-A 2 068 803 ist eine Flügelzellenpumpe zur Erzeugung von Druckluft bekannt, bei der die Kupplung durch ein topfförmiges Element an der Rotorwelle festgehalten wird, wobei das topfförmige Element über das Kupplungs-Zwischenstück gestülpt und um einen Flansch der Rotorwelle umgebördelt wird. Dieses Element ist nachteilig, da es einen großen Durchmesser besitzt, da es bei der Montage und bei der Demontage verformt werden muß und da es außerdem in den Spalt zwischen dem Kupplungs-Zwischenstück und der Antriebswelle ragt und daher in reibenden Kontakt mit zumindest einem von beiden kommt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Flügelzellenvakuumpumpe zu schaffen, bei der einerseits der Pumpenrotor und die Kupplung für die Montage und Demontage eine Einheit bilden, so daß sichergestellt ist, daß die zur Drehmomentübertragung erforderlichen Bauteile ohne besondere Überprüfung mit dem für ihre Funktion notwendigen Bewegungsspiel eingebaut sind, bei der andererseits aber die Elemente zur Verbindung des Pumpenrotors und der Kupplung ohne besondere Verformung einbaubar und lösbar und ohne besonderen Platzbedarf und ohne Verschleiß in die Pumpe einbaubar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Hierdurch wird erreicht, daß die Ausgleichskupplung in axialer Richtung an der Rotorwelle unverlierbar befestigt ist, so daß sie bei der Montage oder bei Reparaturarbeiten, bei denen die Flügelzellenvakuumpumpe vom Motorblock abgebaut werden muß, nicht mehr vergessen oder verloren werden kann.
Eine vorteilhafte, konstruktive Ausbildung und Anordnung der Ausgleichskupplung ist in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die mit der Rotorwelle zusammenwirkenden, radialen Zähne oder Mitnehmer der Ausgleichskupplung axial in die Rotorwelle und das Lagergehäuse des Rotors hineinragen und vorzugsweise bündig mit diesem abschließen. Nur noch die zum Eingriff mit der treibenden Welle des Motors bestimmten, axialen Zähne oder Mitnehmer der Ausgleichskupplung ragen aus dem Pumpengehäuse axial heraus und werden beim Zusammenbau mit der Antriebswelle formschlüssig in einen entsprechenden radialen Schlitz dieser Welle eingesetzt.
Die unverlierbare Befestigung der Ausgleichskupplung am Wellenzapfen des Rotors erfolgt konstruktiv durch einen zur Ausgleichskupplung und zur Rotorwelle koaxialen Stift, der in der Rotorwelle verklemmbar ist. Die Befestigung kann auch durch ein Rohr bewerkstelligt werden, das der Zufuhr des Schmieröls aus dem Schmierölvorrat des Antriebsmotors in die Flügelzellenvakuumpumpe dient und zusätzlich die Funktion hat, die Kupplung mit der Rotorwelle zu verklemmen. Einzelheiten, die die konstruktive Gestaltung dieses Verbindungs- und Befestigungsstiftes oder -rohres betreffen, sind in den Ansprüchen 4 und 5 bis 7 und der nachfolgenden Beschreibung angegeben. Hinsichtlich der Befestigung der Ausgleichskupplung an der Rotorwelle sind verschiedene Ausführungen möglich, je nachdem, wie leicht oder schwer es möglich sein soll, die Bauteile wieder zu trennen.
Die Erfindung ist anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Es ist:

Fig. 1 ein axialer Teillängsschnitt einer Flügelzellenvakuumpumpe gemäß Schnitt I-I in Fig. 2;
Fig. 2 ein Querschnitt der Pumpe gemäß Schnitt 11-11 in Fig. 1;
Fig. 3a/b alternative Ausführungsbeispiele der Befestigung der Ausgleichskupplung am Wellenzapfen des Pumpenrotors im Teillängsschnitt;
Fig. 4 die Ausgleichskupplung in der Ansicht und im Querschnitt.

Die in Fig. 1 in einem Teillängsschnitt dargestellte Flügelzellenvakuumpumpe besteht aus dem Pumpengehäuse 1, welches durch einen plan gedrehten 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 einseitigen Lagerung des am Rotor 9 fest angesetzten Wellenzapfens 8. Im Rotor 9 sind beispielsweise vier Flügel 10 in radialen Führungsschlitzen radial beweglich angeordnet. 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 90° einschließen. Vorzugsweise sind zur Verringerung des Rotorgewichtes zwischen benachbarten Flügelschlitzen Materialausnehmungen, beispielsweise Axialbohrungen 11, vorgesehen, die sich von einer Stirnseite des Rotors 9 zur anderen erstrecken.
Der Gehäuseboden ist an seinem Umfang als Zentrierflansch 12 ausgebildet, um die Flügelzellenvakuumpumpe am Gehäuse 13 einer Brennkraftmaschine, insbesondere koaxial zur Nockenwelle 14 befestigen zu können.
Der im Lagerauge des Gehäusebodens 6 fliegend gelagerte Wellenzapfen 8 besitzt eine Axialbohrung 18, die sich bis ans stirnseitige Ende des Rotors 9 erstreckt. Von dieser gehen radiale Bohrungen 15 aus, die mit den Flügelfußräumen 16 der Flügelschlitze kommunizieren und durch die an den Flügelfüßen befestigte Koppelstifte 17 in die Axialbohrung 18 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 beim Weiterdrehen des Rotors 9 radial auswärts geschoben.
Es sei erwähnt, daß auch konstruktiv anders aufgebaute Flügelzellenvakuumpumpen, beispielsweise solche mit zwei hakenförmigen Flügeln nach der DE-OS 35 07 176, bekannt sind, für die der Erfindungsgegenstand in analoger Weise anwendbar ist.
Die Axialbohrung 18 hat im äußeren Bereich des Wellenzapfens 8 eine zentrische Ausnehmung oder Erweiterung 25, in die eine Ausgleichskupplung 19 mit radialem Spiel eingesetzt ist. Die Ausgleichskupplung ist gemäß Fig. 4 als Ringelement 26 ausgebildet, an dessen Umfang zwei diametral gegenüberliegende, radiale Kupplungszähne oder Mitnehmer 30 befestigt sind, die in einen Radialschlitz oder entsprechend geformte Ausnehmungen des Wellenzapfens 8 formschlüssig eingreifen. Der Radialschlitz bzw. die entsprechend geformten Ausnehmungen des Wellenzapfens haben eine solche axiale Tiefe, daß die in die Erweiterung 25 eingesetzte Ausgleichskupplung 19 mit ihrem Ringelement 26 und den Mitnehmern 30 mit der Stirnseite des Lagerauges 7 in der Ebene des Zentrierflansches 12 im wesentlichen bündig abschließt. Die axial gegenüberliegenden, um 90_° am Umfang versetzten Mitnehmer 31 der Ausgleichskupplung 19 ragen in einen Schlitz 20 an der Stirnseite der Antriebswelle (Nockenwelle 14) und werden formschlüssig von dieser angetrieben. Durch die Ausgleichskupplung und deren in bestimmten Grenzen zugelassene Radial- und Axialbeweglichkeit können Versetzungen, insbesondere Axial- und/oder Winkelversetzung der beiden Wellen 8, 14 ,auf einfache Weise ausgeglichen werden.
Das Schmieröl zur Lagerschmierung und Dichtung der Vakuumpumpe wird durch eine Axialbohrung 21 in der Antriebswelle 14 von der Ölpumpe geliefert oder durch den in der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck angesaugt. Dabei ist zwischen der Antriebswelle 14 und dem Wellenzapfen 8 der Vakuumpumpe ein am Umfang durch elastische Radialdichtringe 22 leckfrei abgedichtetes und in die Antriebswelle 14 und den Wellenzapfen 9 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.
Der in den Wellenzapfen 8 gelieferte Ölstrom wird im Bereich des Lagerauges 7 durch eine Düse 24 in die Axialbohrung 18 des Rotors 9 eingespritzt. Die Düse 24 ist jedoch für die Schmierölzufuhr in die Vakuumpumpe nicht unbedingt erforderlich. Weitere Details, die sich auf das Verbindungsrohr 23 und die Ausgleichskupplung 19 beziehen, werden später anhand der Figuren 3 und 4 erläutert.
Im Gehäuseboden ist gemäß Fig. 2 neben der Auslaßniere 28 für die Abluft und das überschüssige Schmieröl noch eine Entlastungsbohrung 29 vorgesehen. Diese ist gegen die Auslaßniere winkelversetzt und liegt hinsichtlich ihres Niveaus im höchsten Bereich der Pumpe, wobei ihr Abstand vom Lagerauge 7 jedoch kleiner ist als der Rotorradius, so daß sie von der Rotorstirnseite überdeckt wird. Der Abstand der Entlastungsbohrung 29 vom Lagerauge 7 und der Radius, auf dem die Axialbohrungen 11 des Rotors 9 liegen, korrespondieren miteinander in der Weise, daß das von den Axialbohrungen 11 von der Rotorstirnseite aufgenommene Schmieröl drucklos über die Entlastungsbohrung 29 in den Ölsumpf der Antriebsmaschine zurückfließen kann. Hierdurch wird gewährleistet, daß selbst bei hohen Drehzahlen der Pumpe und starker Ölförderung überschüssiges Schmieröl nicht zu einer Erhöhung der Antriebsleistung führt. Die Entlastungsöffnung 29 kann selbstverständlich auch als Langloch auf dem entsprechenden Radius der axialen Ausnehmungen des Rotors 9 ausgebildet sein.
Fig. 3a zeigt in einem Teillängsschnitt ein Detail der Wellenverbindung im gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab. Dabei ist aus Fig. 3a zu erkennen, daß der Wellenzapfen 8 an seinem vom Rotor 9 abgewandten Ende die zentrische Erweiterung 25 der im Durchmesser abgesetzten Axialbohrung 18 hat, in die das Ringelement 26 der Ausgleichskupplung 19 mit seinen in den Radialschlitz des Wellenzapfens 8 eingreifenden Mitnehmern 30 eingesetzt ist. Die axial gegenüberliegenden Mitnehmer 31 greifen in den Schlitz 20 an der Stirnseite der Antriebswelle 14 formschlüssig ein. Es ist in Fig. 3a auch zu sehen, daß die Ausgleichskupplung 19 in Axialrichtung eine Bohrung 32 aufweist, die im Ringelement 26 eine radiale Stufe 33 hat. Das Verbindungsrohr 23 ist durch die Bohrung 32 der Ausgleichskupplung 19 in die zentrische Axialbohrung 18 des Wellenzapfens 8 bzw. 21 der Antriebswelle 14 dichtend eingesetzt (Radialdichtringe 22), wobei die Einschublänge durch die radiale Stufe der Axialbohrung 18 begrenzt ist.
Zur unverlierbaren Befestigung der Ausgleichskupplung 19 am Wellenzapfen 8 hat das Verbindungsrohr 23 einerseits etwa in seiner Längsmitte eine Ringschulter (Bund) 34, deren Außendurchmesser etwas größer als der kleinere Durchmesser der Bohrung 32 an der radialen Stufe 33 ist. Zum anderen ist am Ende des Verbindungsrohres 23 eine Nut eingestochen, in die ein Federring 35 lose eingesetzt ist, welcher in die Radialnut 36 der Axialbohrung 18 des Wellenzapfens 8 einklipsbar ist. Durch das Verbindungsrohr 23 ist das Kupplungszwischenstück 19 somit an dem Wellenzapfen 8 festgesetzt und besitzt eine vorgebbare axiale Beweglichkeit.
Fig. 3b zeigt eine modifizierte konstruktive Lösung, bei der das Schmieröl als Freistrahl in die Längsbohrung 18 im Wellenzapfen 8 eingespritzt wird. Dabei ist in den Wellenzapfen 8 ein kurzes Rohr 23.1, das am Einlaß trichterförmig erweitert ist, um den in axialem Abstand aus der Düse 37 austretenden Ölstrahl aufzufangen, fest eingepreßt (Preßsitz). Die Ringschulter 34.1 am Einlaß des Rohres 23.1 hat ebenfalls die zuvor beschriebene Funktion, mit der Stufe 33 der Bohrung 32 in der Ausgleichskupplung 19 zusammenzuwirken und diese unverlierbar, aber mit einem vorgebbaren, axialen Spiel am Wellenzapfen 8 zu befestigen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verbindungsrohres 23 bzw. 23.1 kann dieses aus insbesondere thermoplastischem Kunststoff hergestellt sein und in die Radialnut 36 der Axialbohrung 18 im Wellenzapfen eingeklipst werden.
Die Lösung nach Fig. 3b wird bevorzugt, wenn das Schmieröl aus der Bohrung 21 der Antriebswelle 14 im Überschuß angeliefert wird, da das vom Rohr 23.1 nicht aufgenommene Öl frei ab- und in den Ölsumpf des Motors zurückfließen kann. Bei niedrigen Drehzahlen und geringer Öllieferung wird aber durch die von dem Olstrahl in die trichterförmige Erweiterung des Rohres 23.1 durch Injektorwirkung mitgeschleppte Luft gewährleistet, daß in der Axialbohrung 18 des Rotors 9 und somit auch in den Flügelfußräumen 16 der Pumpe immer ein Druck von ca. 1 bar herrscht.
Die Figuren 4a bis 4c zeigen die Ausgleichskupplung 19 in der Auf- und Seitenansicht sowie im Axialschnitt entsprechend der vorangegangenen Beschreibung.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1 Pumpengehäuse
2 Deckel
3 Ansaugstutzen
4 Schrauben
5 Ausdrehung
6 Gehäuseboden
7 Lagerauge
8 Wellenzapfen, Rotorwelle
9 Rotor
10 Flügel
11 Axialbohrung, Ausnehmung
12 Zentrierflansch
13 Gehäuse der Brennkraftmaschine
14 Nockenwelle, Antriebswelle, treibende Welle
15 Radialbohrung des Rotors unter dem Flügelfußraum
16 Flügelfußraum
17 Koppelstift
18 zentrische Axialbohrung
19 Ausgleichskupplung, Zwischenstück
20 Schlitz
21 Axialbohrung der Nockenwelle, Ölzufuhrkanal 22 Radialdichtung
23 Verbindungsrohr, Rohr
23.1 Rohr mit Düseneinlaß
24 Düse
25 Erweiterung der zentrischen Axialbohrung im Wellenzapfen
26 Ringelement
27 Ringkanal
28 Auslaßniere
29 Entlastungsbohrung
30 Mitnehmer, Zahn
31 Mitnehmer, Zahn
32 Bohrung
33 radiale Stufe
34 Ringschulter (Fig. 3a), Bund
34.1 Ringschulter (Fig. 3b), Bund
35 Federring
36 Radialnut

Claims

1. Flügelzellenvakuumpumpe, insbesondere für Servoverbraucher wie Bremskraftverstärker od. dgl. an Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Pumpengehäuse (1) exzentrisch gelagerten Rotor (9), in dem mindestens ein Flügelpaar (10) in Schlitzen geführt ist, bei welcher Pumpe der Rotor (9) von einer treibenden Welle (14) durch eine Kupplung (19) angetrieben wird und wobei die Kupplung ein, eine Ausgleichskupplung bildende, mit Kupplungszähnen (30, 31) versehenes Zwischenstück (19) ist, das einerseits mit der Rotorwelle (8) und andererseits mit der treibenden Welle (14) in formschlüssigem, axialem Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück eine Bohrung (32) besitzt, daß ein mit Bund (34) versehener Stift mit seinem freien Ende das Zwischenstück (19) durchdringt, daß der Stift mit seinem freien Ende in einer entsprechenden Bohrung (18) der Rotorwelle (8) festklemmbar, vorzugsweise einklipsbar ist, und daß der Bund größer ist als die Bohrung des Zwischenstücks (19).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (19) ein kreiszylindrischer Körper mit radialen Zähnen ist; daß die Rotorwelle (8) am stirnseitigen Ende eine kreiszylindrische Ausnehmung (25) hat, deren Zylinderwandung radiale Schlitze besitzt, wobei das Zwischenstück (19) in die zylindrische Ausnehmung (25) und die radialen Zähne (30) in die radialen Schlitze mit Spiel eingepaßt sind.

3. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (19) auf seiner freien Stirnfläche Zähne (31) besitzt, die in einen radialen Schlitz (20) der treibenden Welle (14) eingreifen.

4. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (19) eine zentrische, im Durchmesser abgesetzte Bohrung (32) hat, deren kleinerer Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Stiftes, aber kleiner als der Außendurchmesser des an dem Stift vorgesehenen Bundes (34) ist.

5. Flügelzellenvakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift ein durchbohrtes, zentrales Rohr (23) ist, das mit der Ölzufuhrbohrung (21) in der treibenden Welle (14) fluchtet.

6. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift ein Ölzufuhrrohr (23) ist, das in die treibende Welle (14) hineinragt und den zentralen Ölzufuhrkanal (21) im Inneren der treibenden Welle mit einem zentralen Ölzufuhrkanal (18) im Inneren der Rotorwelle (8) verbindet.

7. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ölzufuhrrohr (23) durch Dichtungen (22) gegenüber dem Rotor (9) und der treibenden Welle (14) abgedichtet ist.