WO2007045193A1 - Pumpe - Google Patents

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WO2007045193A1
WO2007045193A1 PCT/DE2006/001254 DE2006001254W WO2007045193A1 WO 2007045193 A1 WO2007045193 A1 WO 2007045193A1 DE 2006001254 W DE2006001254 W DE 2006001254W WO 2007045193 A1 WO2007045193 A1 WO 2007045193A1
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rotor
torque
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pump
coupling
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PCT/DE2006/001254
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French (fr)
Inventor
Christoph Heidemeyer
Reinhard Plietsch
Original Assignee
Ixetic Hückeswagen Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/005—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C29/0071—Couplings between rotors and input or output shafts acting by interengaging or mating parts, i.e. positive coupling of rotor and shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/064—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls
    • F16D41/066—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/20—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band
    • F16D41/206—Freewheels or freewheel clutches with expandable or contractable clamping ring or band having axially adjacent coils, e.g. helical wrap-springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D45/00—Freewheels or freewheel clutches combined with automatic clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D7/00—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/02—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type
    • F16D7/022—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type with a helical band or equivalent member co-operating with a cylindrical torque limiting coupling surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/03—Torque

Definitions

  • the invention relates to a pump, in particular a vane vacuum pump, with a rotor which via a coupling by means of a rotary drive, such as. B. the camshaft of an internal combustion engine, is set in rotation.
  • Such pumps are known. It may happen in some operating conditions that the engine rotates from the idle state against the operating direction of rotation. Due to the amount of residual oil in the pump, a lack of outlet opening in the inlet area of the pump results in unusual oil compression in the pump, which can destroy critical components of the unit. An additional non-return check valve, which is used in some cases, is not always possible due to space and technical problems and does not avoid the reverse rotation of the rotor.
  • a pump in particular vane vacuum pump, with a rotor, which via a coupling by means of a rotary drive, such.
  • a rotary drive such.
  • the camshaft of an internal combustion engine is set in rotation, wherein the clutch drives the rotor during forward rotation up to an adjustable maximum torque, slips after exceeding the maximum torque and slips immediately backwards, so transmits no torque.
  • the coupling is represented by a wrap spring.
  • the wrap spring additionally has the advantage that it can also damp torsional impacts and compensate for an axial offset between the rotor and the drive shaft.
  • a pump according to the invention is characterized in that the wrap spring engages in a cylindrical opening (radially) in a force-locking manner within the rotor.
  • a pump is preferred in which the wrap spring engages around a drive shaft outside (radially) non-positively.
  • a pump according to the invention is characterized in that the wrap spring slips in the rotor when the maximum torque is exceeded, since it contracts within the cylindrical opening. Also, a pump is preferred in which the wrap spring slips on the shaft during reverse rotation, as it rests on the shaft peripheral surface.
  • a pump is preferred in which the transmittable reverse torque is substantially smaller than the maximum transferable forward torque.
  • Another pump according to the invention is characterized in that the coupling is represented by a pinch roller wedge spring device which forms a freewheel on reverse rotation, torque transmission on forward rotation allows by Klemmkraft- up to a maximum adjustable torque and after exceeding the maximum torque slips.
  • a pump is preferred in which the power consumption of the vacuum pump is limited by the adjustable, maximum torque and starting torques are limited during cold start.
  • rollers or balls are pressed by pressing elements, such as spring-loaded pins, which are arranged in the rotor against wedge-shaped bevels, which are formed by an outer sleeve of the coupling and by grooves in the rotor.
  • pressing elements such as spring-loaded pins, which are arranged in the rotor against wedge-shaped bevels, which are formed by an outer sleeve of the coupling and by grooves in the rotor.
  • a pump is preferred in which the wraps of the wrap spring in the rotor are biased by fits radially less than the wraps on the drive shaft.
  • Figure 1 shows in cross section a rotor and a drive shaft with a wrap spring clutch.
  • FIG. 2 shows the rotor, the wrap spring and a part of the drive shaft in a three-dimensional representation.
  • FIG. 3 shows in a three-dimensional representation a rotor with a clamping ball wedge spring device and a drive shaft sleeve.
  • Figure 4 shows a cross section through the Klemmkugel- wedge spring device.
  • FIG. 6 shows the function of the coupling device during reverse rotation (FIG
  • Figure 7a, Figure 7b and Figure 7c show the illustrations of Figure 6a to Figure 6c in an enlargement and in detail the force acting on the coupling balls.
  • a wrap spring coupling device is shown in cross section.
  • a rotor 1 of a vacuum vane pump has a slot 3, in which a vane, not shown here, is set in rotation within a pump housing and thus sucks air from a brake booster and thus generates a vacuum for the brake system.
  • the rotor has in its storage area 4, which is mounted in a housing, not shown, a cylindrical opening 5, in which a wrap spring 7 engages partially frictionally.
  • the rotor further has a radial transverse bore 6, which serves the known oil supply from the outside into the vacuum pump and allows the bearing and wing lubrication.
  • the wrap spring 7 surrounds with its other free end a cylindrical stub 11 of a drive shaft 9, which is shown here in phantom in part, and represents in most cases the protruding from the engine end of a camshaft.
  • the function of the wrap spring clutch is described as follows.
  • desired direction of rotation forward rotation
  • the torque required to drive the vacuum pump on the other hand can be transmitted via the clamping forces between the drive shaft stub 11 and the wrap spring 7 on the one hand and between the wrap spring 7 and the cylindrical opening 5 in the rotor 1.
  • a certain, adjustable by the design of the clamping association between the spring 7 and rotor sleeve 5 transmissible torque exceeded during forward rotation then there is slippage in the forward direction in the rotor 1, since the spring 7 biases and contracts by the higher torque and thus their pressure in the rotor opening 5 is reduced.
  • the closing causes a safe transmission of the torque during this forward rotation.
  • the maximum transmittable forward torque can be adjusted so that upon reaching a certain vacuum, the rotor slips. Also, the maximum torque can be limited to the effect that a reduction in the expected during cold start Anfahrmomente can be realized if accumulated during startup in the vacuum pump oil leads to a higher starting pressure shock on the wing.
  • FIG. 3 shows a second variant of an inventive coupling in a three-dimensional representation.
  • a rotor 20, which also includes a slot 22 for guiding a wing, not shown here, has a storage area 24 with a lubricating oil bore 26.
  • a cylindrical coupling area 28 of smaller diameter is arranged, which has a ball 32 used for power transmission or, depending on the operating state, for slipping within a groove 30.
  • the ball 32 will generate or slip between the groove 30 and a sleeve-shaped portion 34 of a drive device 36 depending on the direction of rotation a clamping force.
  • this slip coupling device is shown in cross section.
  • the rotor section 28 has two wedge-shaped grooves 30, in which the two balls 32 are located, which can be clamped between the grooves 30 and the sleeve 34.
  • the balls 32 are pressed by pins 38 and compression springs 40 against the sleeve 34.
  • This coupling device here by means of spring-loaded balls 32 is again shown in Figure 5 in the longitudinal section G-G of Figure 3 and provided with the same reference numerals, so that a description is unnecessary here to avoid repetition.
  • the operating state of forward rotation in normal operation i. Not exceeding the maximum torque set, is shown in Figure 6b and in Figure 7b.
  • the direction of rotation of the drive sleeve 34 is shown by an arrow 50
  • the rotor 20 is taken in the direction of rotation by the coupling forces, as shown by the arrow 52.
  • the resiliently mounted pins 38 are pressed in the direction of arrow 54 against the ball 32, which firmly clamped between the wedge formed from the sleeve 34 and the rotor groove 30 and thus stands still and a power transmission between the sleeve 34 and the rotor 20, represented by the Areas 58 on the sleeve 34 and 56 in the rotor groove 30, allows.
  • both coupling device of the wrap spring and the pinch roller or Klemmkugelkeratilaufes is inventive in common that the separation, ie slipping in the wrong direction of rotation of the pump drive and overload, z. B. upon reaching a maximum torque set for forward rotation, is realized and in the normal operating state in forward rotation within the desired torque to be transmitted, a coupling connection between the drive and the vacuum pump is made.
  • the slipping or smoothing of the torque peaks thus also leads to an energy saving effect.

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Abstract

Pumpe, insbesondere Flügelzellenvakuumpumpe, mit einme Rotor (1,20) , welcher über eine Kupplung mittels eines Drehantriebs, wie z.B. der Nockewelle eines Verbrennungsmotor, in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung : - beim Vorwärtsdrehen bis zu einem einstellbaren maximalen Drehmoment den Rotor (1,20) antreibt, - beim Vorwärtsdrehen ab Überschreiten dieses maximalen Drehmoments durchrutscht und den Rotor (1,20) nur mit dem eingestelltem Moment weiter antreibt, - und beim Rückwärtsdrehen bei geringen Antriebsmomenten durchrutscht, also nur niedrige Antreibsmomente auf den Rotor (1,20) überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenvakuumpumpe, mit einem Rotor, welcher über eine Kupplung mittels eines Drehantriebs, wie z. B. der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, in Rotation versetzt wird.
Derartige Pumpen sind bekannt. Dabei kann es in einigen Betriebszuständen vorkommen, dass der Verbrennungsmotor aus dem Ruhezustand entgegen der Betriebsdrehrichtung rotiert. Aufgrund der in der Pumpe befindlichen Restölmenge kommt es durch eine fehlende Auslassöffnung im Einlassbereich der Pumpe zu einer unüblichen Ölverdichtung in der Pumpe, die entscheidende Bauteile des Aggregats zerstören kann. Ein zusätzliches Rückschlagventil für Rück- drehzustände, das in einigen Fällen eingesetzt wird, ist aufgrund von Platz- und technischen Problemen nicht immer möglich und vermeidet nicht das Rückwärtsdrehen des Rotors.
Bei korrekter Drehrichtung muss das normale Betriebsmoment übertragen werden. Bei Vorwärtsdrehung bei Kaltstart kann es aber auch zu unerwartet hohen Anfahrmomenten kommen, welche ebenfalls die Pumpe beschädigen können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe darzustellen, welche diese Probleme nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe, insbesondere Flügelzellenvakuumpumpe, mit einem Rotor, welcher über eine Kupplung mittels eines Drehantriebs, wie z. B. der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, in Rotation versetzt wird, wobei die Kupplung beim Vorwärtsdrehen bis zu einem einstellbaren maximalen Drehmoment den Rotor antreibt, nach Überschreiten des maximalen Drehmomentes durchrutscht und beim Rückwärtsdrehen sofort durchrutscht, also kein Drehmoment überträgt.
Bevorzugt wird eine Pumpe, bei welcher die Kupplung durch eine Schlingfeder dargestellt ist. Die Schlingfeder hat neben den erfindungsgemäßen Kupplungsfunktionen zusätzlich den Vorteil, dass sie auch Drehschläge dämpfen und einen Achsversatz zwischen dem Rotor und der Antriebswelle ausgleichen kann. Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Schlingfeder in eine zylindrische Öffnung innerhalb des Rotors (radial) kraftschlüssig eingreift. Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Schlingfeder eine Antriebswelle außen (radial) kraftschlüssig umgreift.
Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Schlingfeder im Rotor bei Überschreiten des maximalen Drehmoments durchrutscht, da sie sich innerhalb der zylindrischen Öffnung zuzieht. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Schlingfeder auf der Welle beim Rückwärtsdrehen durchrutscht, da sie sich an der Wellenumfangsfläche aufzieht.
Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das übertragbare Rückwärtsdrehmoment wesentlich kleiner ist als das maximal übertragbare Vorwärtsdrehmoment.
Eine weitere erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupplung durch einen Klemmrollen- Keil- Federvorrichtung dargestellt ist, welche bei Rückwärtsdrehung einen Freilauf ausbildet, bei Vorwärtsdrehung eine Drehmomentenübertragung durch Klemmkraft- schluss bis zu einem maximal einstellbaren Drehmoment ermöglicht und nach Überschreiten des maximalen Drehmomentes durchrutscht.
Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher durch das einstellbare, maximale Drehmoment die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe begrenzt wird und Anfahrmomente beim Kaltstart begrenzt werden.
Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher Rollen oder Kugeln über Andrückelemente, wie gefederte Stifte, welche im Rotor angeordnet sind, gegen keilförmige Schrägen gepresst werden, welche durch eine Außenhülse der Kupplung und durch Nuten im Rotor gebildet werden. Das hat den Vorteil, dass in einer Drehrichtung eine Antriebskraft durch eine Klemmkraft bis zu einer gewissen Grenze übertragen werden kann und in Umkehrrichtung ein Freilauf ermöglicht wird.
Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Umschlingungen der Schlingfeder im Rotor durch Passungen weniger radial vorgespannt sind als die Umschlingungen auf der Antriebswelle.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Rotor und eine Antriebswelle mit einer Schlingfederkupplung. Figur 2 zeigt den Rotor, die Schlingfeder und einen Teil der Antriebswelle in einer dreidimensionalen Darstellung.
Figur 3 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung einen Rotor mit einer Klemmkugel- Keil- Federvorrichtung und einer Antriebswellenhülse.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die Klemmkugel- Keil- Federvorrichtung.
Figur 5 zeigt einen Längsschnitt G-G von Figur 4 durch den Rotor, den Antriebswellenteil und die Kupplungsvorrichtung.
Figur 6 zeigt die Funktion der Kupplungsvorrichtung beim Rückwärtsdrehen (Figur 6a), beim
Vorwärtsdrehen im Normalbetrieb (Figur 6b) und bei Vorwärtsdrehen im Überlastbetrieb (Figur 6c).
Figur 7a, Figur 7b und Figur 7c zeigen die Darstellungen aus Figur 6a bis Figur 6c in einer Vergrößerung und im Detail die Kraftwirkung an den Kupplungskugeln.
In Figur 1 ist im Querschnitt eine Schlingfeder-Kupplungsvorrichtung dargestellt. Ein Rotor 1 einer Vakuumflügelzellenpumpe weist einen Schlitz 3 auf, in welchem ein hier nicht dargestellter Flügel innerhalb eines Pumpengehäuses in Umdrehung versetzt wird und damit Luft aus einem Bremskraftverstärker absaugt und somit ein Vakuum für die Bremsanlage erzeugt. Der Rotor weist in seinem Lagerbereich 4, welcher in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert ist, eine zylinderförmige Öffnung 5 auf, in welcher eine Schlingfeder 7 teilweise kraftschlüssig eingreift. Der Rotor weist weiterhin eine radiale Querbohrung 6 auf, welche der bekannten Ölzuführung von außen in die Vakuumpumpe dient und die Lager- und Flügelschmierung ermöglicht. Die Schlingfeder 7 umgibt mit ihrem anderen freien Ende einen zylindrischen Stumpf 11 einer Antriebswelle 9, welche hier strichpunktiert teilweise dargestellt ist und in den meisten Fällen das aus dem Verbrennungsmotor herausragende Ende einer Nockenwelle darstellt.
In Figur 2 sind die gleichen Teile in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt und mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich deren Beschreibung erübrigt. Zusätzlich ist der von der Schlingfeder 7 umgebende zylindrische Teil 11 der Antriebswelle 9 zu erkennen. - A -
Die Funktion der Schlingfederkupplung wird wie folgt beschrieben. Bei normaler, gewünschter Drehrichtung (Vorwärtsdrehung) kann das zum Antrieb der Vakuumpumpe notwendige Drehmoment über die Klemmkräfte zwischen dem Antriebswellenstumpf 11 und der Schlingfeder 7 einerseits als auch zwischen der Schlingfeder 7 und der zylindrischen Öffnung 5 im Rotor 1 andererseits übertragen werden. Wird bei Vorwärtsdrehung ein gewisses, durch die Gestaltung des Klemmverbandes zwischen Feder 7 und Rotorhülse 5 einstellbares übertragbares Drehmoment überschritten, so kommt es zum Durchrutschen in Vorwärtsrichtung im Rotor 1 , da die Feder 7 sich durch das höhere Drehmoment vorspannt und zuzieht und damit ihre Pressung in der Rotoröffnung 5 verringert. An der Antriebswelle 9 hingegen bewirkt das Zuziehen bei dieser Vorwärtsdrehung eine sichere Übertragung des Drehmomentes. Somit werden Überlasten, welche durch Überschreiten des gewünschten maximalen Vorwärtsdrehmomentes erzeugt würden, durch den Klemmverband Rotor-Schlingfeder ausgekoppelt. Das maximale übertragbare Vorwärtsdrehmoment kann dabei so abgestimmt werden, dass bei Erreichen eines bestimmten Vakuums der Rotor durchrutscht. Auch kann das maximale Drehmoment dahingehend begrenzt werden, dass eine Reduzierung der beim Kaltstart zu erwartenden Anfahrmomente realisiert werden können, wenn beim Anfahren in der Vakuumpumpe angesammeltes Öl zu einem höheren Anfahrdruckstoß am Flügel führt.
Beim Rückwärtsdrehen, bei welchem ein betragsmäßig kleineres Drehmoment schon zum Rutschen führen soll, da ein Rückwärtsdrehen der Vakuumpumpe unerwünscht ist, zieht sich die Feder auf. Dies bewirkt ein Durchrutschen an dem Antriebswellenstumpf 11 , das für die Pumpe schädliche Rückwärtsdrehen wird abgekuppelt. Die Durchrutschkraft beim Rückwärtsdrehen zwischen der Schlingfeder 7 und dem Wellenstumpf 11 soll entschieden niedriger liegen als zwischen der Schlingfeder 7 und der zylindrischen Rotoröffnung 5 beim Vorwärtsdrehen, was ebenfalls durch entsprechende Auslegung des Klemmverbandes zwischen der Schlingfeder 7 und dem Wellenstumpf 11 erreichbar ist. Die Umschlingung in der Rotoröffnung 5 ist dabei durch entsprechende Passungen radial höher vorgespannt als die Umschlingung an der Antriebswelle 9.
In Figur 3 ist eine zweite erfinderische Kupplungsvariante in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Ein Rotor 20, welcher ebenfalls einen Schlitz 22 zur Führung eines hier nicht dargestellten Flügels enthält, weist einen Lagerbereich 24 mit einer Schmierölbohrung 26 auf. Im An- schluss an den Lagerbereich 24 wird ein im Durchmesser kleinerer zylindrischer Kupplungsbereich 28 angeordnet, welcher innerhalb einer Nut 30 eine zur Kraftübertragung oder je nach Betriebszustand zum Durchrutschen verwendete Kugel 32 aufweist. Die Kugel 32 wird zwischen der Nut 30 und einem hülsenförmigen Abschnitt 34 einer Antriebseinrichtung 36 je nach Drehrichtung eine Klemmkraft erzeugen oder durchrutschen. In Figur 4 ist im Querschnitt diese Rutschkupplungseinrichtung dargestellt. Der Rotorabschnitt 28 weist zwei keilförmige Nuten 30 auf, in welchen sich die beiden Kugeln 32 befinden, welche zwischen den Nuten 30 und der Hülse 34 einklemmbar sind. Die Kugeln 32 werden durch Stifte 38 und Druckfedern 40 gegen die Hülse 34 gepresst.
Diese Kupplungseinrichtung, hier mittels federangepresster Kugeln 32 ist in Figur 5 noch mal in dem Längsschnitt G-G aus Figur 3 dargestellt und mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich auch hier zur Vermeidung von Wiederholungen eine Beschreibung erübrigt.
Die Funktion dieser Kupplungseinrichtung für die verschiedenen Betriebszustände ist in Figur 6 und Figur 7 dargestellt. In Figur 6a ist zunächst der Betriebszustand des Rückwärtsdrehens dargestellt, bei welchem die Kupplungseinrichtung einen Freilauf ermöglicht. In Figur 7a ist dieser Betriebszustand vergrößert dargestellt und die an der Kupplungskugel 32 auftretende Bewegung aufgezeigt. Das Antriebsteil, hier durch die Hülse 34 realisiert, dreht in der unerwünschten Rück- wärtsdrehrichtung 42 für die Vakuumpumpe. Dabei wird die Kugel 32, wie insbesondere in Figur 7a in der Vergrößerung zu sehen ist, durch die Hülse 34 gegen den federnd gelagerten Stift 38 gedrückt, welcher sich in Pfeilrichtung 46 gegen die Feder 40 in seiner Führung bewegt. Dadurch kommt es zu einem reduziertem Einklemmen zwischen der Hülse 34 und der Kupplungsnut 30, und die Kugel 32 rotiert zwischen der Hülse 34, der Nut 30 und dem Stift 38 und ermöglicht so einen Freilauf in Rückwärtsdrehrichtung. Die Drehrichtung der Kugel 32 ist mit dem Pfeil 44 innerhalb der Kugel 32 dargestellt.
Der Betriebszustand des Vorwärtsdrehens im Normalbetrieb, d.h. bei NichtÜberschreiten des maximalen eingestellten Drehmomentes, ist in Figur 6b und in Figur 7b dargestellt. Die Drehrichtung der Antriebshülse 34 ist durch einen Pfeil 50 dargestellt, der Rotor 20 wird in Drehrichtung durch die Kupplungskräfte mitgenommen, wie durch den Pfeil 52 dargestellt ist. Die federnd gelagerten Stifte 38 werden in Pfeilrichtung 54 gegen die Kugel 32 gepresst, welche zwischen dem Keil, gebildet aus der Hülse 34 und der Rotornut 30 fest klemmt und damit still steht und eine Kraftübertragung zwischen der Hülse 34 und der Rotor 20, dargestellt durch die Bereiche 58 an der Hülse 34 und 56 in der Rotornut 30, ermöglicht.
Werden die Klemmkräfte in den Bereichen 56 und 58 zwischen der Kugel 32, der Rotornut 30 und der Hülse 34 überschritten, also das maximale Drehmoment überschritten, so kommt es, wie in Figur 6c und 7c dargestellt ist, zu einem Durchrutschen der Kupplungseinrichtung. Das führt dazu, dass die Kugel 32 eine durchrutschende Drehbewegung 60 beginnt, den federnden Stift 38 etwas nach innen drückt, um die Klemmkräfte zu reduzieren und damit die übertragbaren Klemmkräfte abbaut und ein Durchrutschen der Kupplung in Vorwärtsdrehrichtung bewirkt.
Beiden erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtungen, sowohl der Kupplungseinrichtung der Schlingfeder als auch des Klemmrollen- oder Klemmkugelfreilaufes, ist erfinderisch gemeinsam, dass die Trennung, also das Durchrutschen bei falscher Drehrichtung des Pumpenantriebes und bei Überlast, z. B. bei Erreichen eines maximalen eingestellten Drehmomentes bei Vorwärtsdrehung, realisiert wird und im normalen Betriebszustand bei Vorwärtsdrehung innerhalb der gewünschten zu übertragenden Drehmomente eine Kupplungsverbindung zwischen dem Antrieb und der Vakuumpumpe hergestellt wird. Das Durchrutschen bzw. Glätten der Drehmomentspitzen führt damit auch zu einem Energieeinspareffekt.
Bezuqszeichenliste
I Rotor
3 Rotorschlitz
4 Rotorlagerbereich
5 zylinderförmige Öffnung im Rotor 7 Schlingfeder
6 radiale Querbohrung im Rotor 9 Antriebswelle
I 1 zylindrischer Teil der Antriebswelle 9 20 Rotor
22 Rotorschlitz
24 Rotorlagerbereich
26 Schmierölbohrung im Rotor
28 Kupplungsbereich des Rotors
30 Nut im Kupplungsbereich
32 Kugel
34 hülsenförmiger Abschnitt einer Antriebseinrichtung 36
36 Antriebseinrichtung
38 Stifte
40 Druckfedern
42 Rückwärtsdrehrichtung
44 Drehrichtung der Kugel 32
46 Pfeilrichtung der Stiftebewegung
50 Pfeil der Drehrichtung der Antriebshülse 34
52 Pfeil der Drehrichtung des Rotors
54 Pfeilrichtung der Bewegung der Stifte 38
56 Bereich in der Rotornut 30
58 Bereich an der Hülse 34

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe, insbesondere Flügelzellenvakuumpumpe, mit einem Rotor (1 ,20), welcher über eine Kupplung mittels eines Drehantriebes, wie z. B. der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung: beim Vorwärtsdrehen bis zu einem einstellbaren maximalen Drehmoment den Rotor (1 ,20) antreibt, beim Vorwärtsdrehen ab Überschreiten dieses maximalen Drehmoments durchrutscht und den Rotor (1 ,20) nur mit dem eingestelltem Moment weiter antreibt, und beim Rückwärtsdrehen bei geringen Antriebsmomenten durchrutscht, also nur niedrige Antriebsmomente auf den Rotor (1 ,20) überträgt.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung durch eine Schlingfeder (7) dargestellt ist.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder (7) in eine zylindrische Öffnung (5) innerhalb des Rotors (1) (radial) kraftschlüssig eingreift, alternativ umgekehrt den Rotor (1) von außen kraftschlüssig umgreift..
4. Pumpe nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder (7) eine Antriebswelle (9) außen (radial) kraftschlüssig umgreift, alternativ umgekehrt in einer zylindrischen Öffnung der Antriebswelle (9) eingreift.
5. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder (7) im Rotor (1) beim Überschreiten des maximalen Drehmomentes durchrutscht, da sie sich innerhalb der zylindrischen Öffnung (5) zuzieht.
6. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder (7) auf der Welle (9) beim Rückwärtsdrehen durchrutscht, da sie sich an der Wellenumfangsfläche (11) aufzieht.
7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragbare Rückwärtsdrehmoment wesentlich kleiner ist als das übertragbare maximale Vorwärtsdrehmoment.
8. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung durch eine Klemmrollen- Keil- Federvorrichtung dargestellt ist, welche: bei Rückwärtsdrehung einen Freilauf ausbildet und bei Vorwärtsdrehung eine Drehmomentübertragung durch einen Klemmkraftschluss bis zu einem einstellbaren maximalen Drehmoment ermöglicht und nach Überschreiten des maximalen Drehmomentes durchrutscht.
9. Pumpe nach Anspruch 1 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das einstellbare maximale Drehmoment die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe begrenzt wird und Anfahrmomente beim Kaltstart begrenzt werden.
10. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Rollen oder Kugeln (32) über gefederte Stifte (38), welche im Rotor (20) angeordnet sind, gegen keilförmige Schrägen gepresst werden, welche durch eine Außenhülse (34) der Kupplung und durch Nuten (30) im Rotor (20) gebildet werden.
11. Pumpe nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschlin- gungen der Schlingfeder (7) im Rotor (1) durch Passungen weniger radial vorgespannt sind als die Umschlingungen auf der Antriebswelle (9).
PCT/DE2006/001254 2005-10-20 2006-07-20 Pumpe WO2007045193A1 (de)

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