DE2945488C2

DE2945488C2 -

Info

Publication number: DE2945488C2
Application number: DE19792945488
Authority: DE
Inventors: Robert Lange; Siegfried Dipl.-Ing. 5608 Radevormwald De Hertell
Original assignee: Barmag AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1991-01-31
Also published as: DE2945488A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenvakuumpumpe, die durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist, nach dem Hauptpatent 28 22 209.

Aus der DE-OS 27 37 659 ist eine von einer Verbrennungs kraftmaschine angetriebene Flügelzellenpumpe bekannt, die als Vakuumpumpe betrieben wird und mit ihrer Saugseite am Brems kraftverstärker eines Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Bei dieser Flügelzellenpumpe wird ein Teilstrom des Schmieröls, das der Schmierung des Motors dient, durch die Pumpe und deren Vakuumraum geleitet. Bei dieser bekannten Vakuumpumpe ist der Rotorkörper aus Fertigungsgründen bereits aus Sintermetall hergestellt.

In dem Hauptpatent 28 22 209 wurde dagegen vorgeschlagen, den Rotor der Flügelzellenvakuumpumpe aus Sintermetall, insbesonde re Sintereisen, herzustellen, und einen Schmierölteilstrom durch eine stirnseitige Öleinlaßöffnung im Pumpengehäuse, die mit über die ganze Breite des Rotors verlaufenden Löchern fluchtet, in den Rotorkörper einzubringen und dem Vakuum in der Pumpe auszusetzen. Hierdurch wird das Schmieröl bei hinreichen der Verweilzeit in der Vakuumzone der Pumpe gereinigt. Die leichter siedenden Verunreinigungen, wie Treibstoffbestand teile, kondensierte Feuchtigkeit (Wasser) und leichter siedende Zersetzungsprodukte, werden im Vakuum ausgetrieben und als Dämpfe der druckseitig ausgeschobenen Abluft beigemischt. Das gereinigte Schmieröl seinerseits fließt in die Ölwanne der Verbrennungskraftmaschine zurück. Hierbei bewirkt das Sinterme tall des Rotorkörpers infolge seiner Porosität, daß das eingespritzte Schmieröl sehr fein verteilt und mit wesentlich vergrößerter Oberfläche dem Vakuum ausgesetzt wird.

Dem Zusatzpatent liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Flügelzel lenpumpe nach dem Hauptpatent in vorteilhafter Weise weiterzu bilden, so daß neben einer günstigen Beeinflussung des Ausdampfvorganges des Schmieröls eine Gewichtsreduzierung und damit eine Reduzierung der Antriebsleistung erreicht wird.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Ausbildung der Flügelzel lenpumpe nach Anspruch 1 erreicht. Die Vorteile dieser Lösung liegen in einer erheblichen Gewichtsreduzierung gegenüber Sintereisen, infolge der geringeren Dichte des Sinteralumini ums. Die Gewichtsreduzierung bewirkt dazu eine Reduzierung des umlaufenden Schwungmomentes GD² und wegen der geringeren Masse und Trägheitskräfte beim Beschleunigen der Pumpe durch den Antriebsmotor eine Verringerung der Antriebskräfte, wodurch bei gleicher Leistung eine Treibstoffersparnis erzielt wird. Ferner können die Rotorwelle und die Kupplung zwischen Motor- und Rotorwelle leichter ausgeführt und Gewicht und Werkstoffe eingespart werden. Wegen der vorgesehenen Kalibrierung des Rotorkörpers vor dem Sintern bedarf es außerdem einer weiteren spanabnehmenden Nacharbeit am Umfang des Rotors nicht mehr.

Aus verfahrenstechnischer Sicht hat sich als besonders vorteilhaft ein Sinterwerkstoff gemäß Anspruch 2 bewährt.

Weitere Vorteile ergeben sich bei Verwendung einer Aluminiumle gierung, wie beispielsweise der Kolbenlegierung Al Si 17 Cu Ni Mg für das Pumpengehäuse durch eine im wesentlichen identische Wärmeausdehnung für den Rotor und das Gehäuse der Flügelzel lenvakuumpumpe bei allen auftretenden Betriebszuständen. Als Folge hiervon werden die Abdichtprobleme beim Betrieb der Pumpe erheblich reduziert.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Verbrennungs kraftmaschine (4-Takt-Otto- oder Dieselmotor) mit Druckumlaufschmierung und Vakuumbehandlung eines Schmierölteilstroms nach dem Patent 28 22 209, wobei die Vakuumpumpe gleichzeitig zum Betrieb eines Bremskraftverstärkers benutzt wird;

Fig. 2 den Längsschnitt durch eine Flügelzellenvakuum pumpe, in der das Schmieröl gleichzeitig einer Vakuumbehandlung ausgesetzt wird;

Fig. 3 einen Radialschnitt der Flügelzellenpumpe nach Fig. 2.

In Fig. 1 wird durch den Block 1 eine übliche Verbrennungs kraftmaschine repräsentiert. Es handelt sich dabei um eine 4- Takt-Maschine, welche nach dem Diesel- oder Otto-Prinzip arbeitet und vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Derartige Maschinen sind vorzugsweise als Kolbenmaschinen im Einsatz.

Die Verbrennungskraftmaschine 1 besitzt eine Ölwanne 2, in welche Schmieröl bis zum Ölspiegel 11 gefüllt ist. In den Ölsumpf taucht ein Ölfilter 4 ein, über welchen durch Ölumlauf pumpe 3 Schmierölströme über Ölleitungen 5 zu verschiedenen Schmierstellen geführt werden. Unter anderem wird ein Schmier ölteilstrom durch Leitung 15 einer Vakuumpumpe 16 zugeführt und durch die oberhalb des Ölsumpfes angeschlossene Rückleitung 19 zurückgeführt. Die übrigen Rückleitungen von den Schmierstellen münden ebenfalls in die Ölwanne 2, sind jedoch im einzelnen nicht dargestellt.

Die Vakuumpumpe 16, die als Flügelzellenvakuumpumpe ausgebildet ist, ist in den Fig. 2 und 3 im Detail dargestellt. Sie wird durch eine nicht näher dargestellte Antriebsverbindung 9 von der Verbrennungskraftmaschine 1 angetrieben. Einlaßseitig ist sie über Leitung 17 mit einem Bremskraftverstärker 18 verbun den. Dieser besteht aus einem Kolben- bzw. Membransystem, mit welchem die vom Fahrer des Kraftfahrzeuges aufgebrachte Bremskraft verstärkt wird. Der durch die Leitung 15 zugeführte Schmierölteilstrom wird durch den Vakuumraum der Flügelzellen pumpe 16 geführt und gemeinsam mit der durch Leitung 17 aus dem Bremskraftverstärker 18 angesaugten Luft durch Rückleitung 19 wieder in die Ölwanne 2 zurückgeführt, wobei die Luft durch Auslaß 12 und Filter 13 aus der Ölwanne 2 entweichen kann. Dabei dient der zugeführte Schmierölteilstrom der Schmierung der Flügelzellenpumpe 16.

Als Vakuumpumpen können praktisch alle Bauarten, vorzugsweise Drehkolbenpumpen, zum Einsatz kommen, die ein genügend hohes Vakuum erzeugen. Im Sinne dieses Patentes wird hierbei als Vakuum ein gegenüber dem Atmosphärendruck stark abgesenkter Druck, beispielsweise 0,5 bar absolut, d. h. ein relatives Vakuum, bezeichnet.

Die in Fig. 1 gezeigte Ölumlaufpumpe 3 ist üblicherweise eine Zahnradpumpe.

Die als Flügelzellenpumpe ausgebildete Vakuumpumpe 16 ist in den Fig. 2 und 3 in einem Axial- bzw. Radialschnitt darge stellt. Die Vakuumpumpe besteht aus dem Rotor 20 mit den Flügeln 21, welche in Schlitzen 22 in radialer Richtung beweglich sind. Das Gehäuse 23 der Flügelzellenpumpe weist stirnseitig im Gehäuseboden 31 den Einlaß 24 auf, welcher in der Einlaßniere 25 ausläuft. Diese erstreckt sich über einen Teil des Umfangs des Gehäusebodens 31 auf der Einlaßseite. Über den Einlaß 24 ist die Flügelzellenpumpe durch Leitung 17 mit dem Bremskraftverstärker 18 (siehe hierzu Fig. 1) verbunden. Weiterhin weist der Gehäuseboden 31 stirnseitig die Auslaßöff nung 26 mit der Auslaßniere 27 auf, wobei diese Auslaßniere sich ebenfalls über einen Teilbereich des Gehäuseumfangs auf der Druckseite der Vakuumpumpe erstreckt. Im Bereich der Auslaßniere 27 ist die Öleinlaßleitung 28 vorgesehen, welche an der Ölzuleitung 15 angeschlossen ist. Die Öleinlaßöffnung 28 liegt mit Löchern 29, welche achsparallel in dem Rotor 20 angeordnet sind, auf einem gemeinsamen Radius, so daß die Öffnung 28 bei Drehung des Rotors 20 zeitweilig mit den einzelnen Löchern 29 fluchtet. Dabei wird das Schmieröl in das Innere der Löcher 29 gespritzt. Es ist möglich und vorteilhaft, daß die Öleinlaßöffnung 28 dabei auch zeitweise mit den Fußräumen der Flügelschlitze 22 fluchtet, so daß auch in diese Fußräume Schmieröl gelangt. Da der Rotor 20 gemäß der Erfindung aus kupferhaltigem Sinteraluminium hergestellt ist und eine Porosität zwischen 12 und 18% aufweist, gelangt das Schmieröl aus den Bohrungen - infolge der Zentrifugalkraft und des Druckgefälles - in die Pumpenhälfte, in der sich das Vakuum ausbildet. Das Schmieröl wird dabei sehr fein verteilt, da es durch die im Rotor vorliegenden Kapillarkanäle dringt. In diesem Zustand wird es dem Vakuum ausgesetzt. Dadurch wird der Stoffaustausch wesentlich gefördert und die niedrig siedenden Verunreinigungen des Öls, wie insbesondere Wasser, Kraftstoff und niedrig siedende Zersetzungsprodukte, werden aus dem Schmieröl ausgeschieden und als Dämpfe der abgesaugten Luft beigemischt und in die Ölwanne 2 ausgeschoben. Das in die Fußräume der Flügelschlitze 22 geförderte Öl gelangt über Spalte ebenfalls in sehr feiner Verteilung in den Vakuumraum. Die unter der Einwirkung des Vakuums aus dem Schmieröl entweichenden Dämpfe werden über die Auslaßniere 27 und die Auslaßöffnung 26 zusammen mit dem gereinigten Öl über die Rückleitung 19 in die Ölwanne 2 zurückgeführt, wo das Schmieröl in den Ölsumpf abfließt, während die Dämpfe über den Entlüf tungsanschluß 12 und den Filter 13 entweichen können.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Flügelzel lenpumpe auf der Druckseite eine sich über einen Teilumfang erstreckende Ausnehmung 30 auf. Diese Ausnehmung 30 ist schmaler als die übrige zylindrische Gehäuseinnenwand, so daß sie nicht von den Flügeln 21 überstrichen wird. Die Flügel 21 schieben bei der Drehung des Rotors 20 eine gewisse Ölmenge vor sich her, die infolge der Zentrifugalkraft - und unter Umständen auch der Schwerkraft - auf die Gehäuseinnenwand gedrückt wird. Die Ausnehmung 30 bewirkt nun, daß die in der Ausnehmung angesammelte Ölmenge nicht sofort in die Auslaßniere 27 bzw. die Auslaßleitung 26 weitergefördert wird, sondern eine gewisse Zeit in der Vakuumpumpe verweilt und dem dort gebilde ten Vakuum ausgesetzt ist. Diese Ölmenge strömt nämlich infolge des Druckgefälles zwischen der Druckseite und der Saugseite der Vakuumpumpe in den Bereich niedrigeren Absolutdruckes zurück. Dadurch läßt sich die Dauer der Vakuumbehandlung des Schmieröls wesentlich erhöhen und eine effektivere Reinigung des Schmier öls von niedrig siedenden Komponenten erzielen.

Während der Rotor 20 der Flügelzellenpumpe insbesondere aus einem porösen, kupferhaltigen Sinteraluminium besteht, um eine hohe Durchlässigkeit des Rotors für das Schmieröl zu erzielen, ist es erforderlich, daß das den Rotor 20 umschließende Gehäuse 23 öldicht ist. Es ist vorzugsweise aus einer im Druckgußver fahren verarbeiteten Aluminiumlegierung, wie beispielsweise einer Kolbenlegierung, hergestellt. Diese Legierung, wie z. B. Al Si 17 Cu Ni Mg wird üblicherweise nur für im Sandgußverfah ren hergestellte Teile verwendet. Sie ist für das Schmieröl undurchlässig und hat als weiteren Vorteil - infolge der ähnlichen chemischen Zusammensetzung wie der Rotor - daß das Gehäuse einen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der gleichen Größenordnung wie der Rotor hat, so daß beim Betrieb der Vakuumpumpe keine Probleme, insbesondere bezüglich der Axialabdichtung, entstehen.

Claims

1. Flügelzellenvakuumpumpe,
die durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird,
bei der der Rotor aus Sintermetall hergestellt ist, und
bei der in den porösen Rotor eine Mehrzahl von parallel zur Rotorachse und zu den Flügelfußräumen sowie über die ganze Breite des Rotors verlaufenden, bezüglich der Rotorachse auf demselben Radius liegenden Löchern einge bracht ist, die bei Drehung des Rotors mit einer im Pumpengehäuse stirnseitig vorgesehenen Öleinlaßöffnung fluchten, durch welche ein Teilstrom des Schmierölkreis laufs der Verbrennungskraftmaschine in die Löcher einbringbar ist, nach Patent 28 22 209, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) der Flügelzellenvakuumpumpe (16) aus gesintertem Aluminium besteht, wobei der Sinterwerkstoff vor dem Sintern in einem Formwerkzeug kalibriert und derart verdichtet wird, daß in dem gesinterten Rotor (20) eine Raumerfüllung des Sinterwerkstoffes zwischen 82 und 88% bzw. eine Porosität zwischen 12 und 18% vorliegt.

2. Flügelzellenvakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium ein kupferhaltiges Sinteraluminium, insbesondere Sinter Al Cu Mg mit 4 bis 6 Gewichtsprozent Kupfer und bis zu einem Gewichtsprozent Magnesium und Silicium ist.