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"Flügelzellenvakuumpumpe mit einer
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Vorevakuierung des Saugraumes, insbesondere zur Bremskraftverstärkung
in Kraftfahrzeugen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenvakuumpumpe
mit einer Vorevakuierung des Saugraumes, insbesondere zur Bremskraftverstärkung
in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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 480 522 beschrieben.
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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.
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Die bekannten Flügelzellenvakuumpumpen 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 Pumpengehäuses, insbesondere bei hohen Stückzahlen
für eine Serienproduktion, wegen der herkömmlichen Formgebung relativ hoch ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Abhilfen für die aufgeführten Nachteile
zu schaffen und insbesondere eine Flügelzellenvakuumpumpe der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 definierten Art, beispielsweise nach dem DE-Gbm 76 18 891, vorzuschlagen,
durch welche 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 die Fertigungs- und Bearbeitungskosten
erheblich verringert werden.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe dienen die in den Ansprüchen angegebenen
Maßnahmen.
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Hierdurch wird eine wesentliche Verbesserung der konstruktiven und
fertigungstechnischen Gegebenheiten erreicht, da die Einlaßöffnung 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
Vor evakuierung 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.
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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.
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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.
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Durch die sekantiale, außermittige Anordnung des Einlaßstutzens auf
dem Gehäusedeckel oder auf dem Gehäuseboden, entsprechend der bevorzugten Ausführungsform
nach Anspruch 3, werden - wie bereits vorher erwähnt - die radialen Abmessungen
der Flügelzellenvakuumpumpe 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 aeradynamisch günstige Bauweise - verringert werden.
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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.
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Die in den Ansprüchen 5 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.
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In den Ansprüchen 5 und 6 wird vorgeschlagen, daß die Auslaßniere
- so 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.
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In Weiterbildung der Erfindung wird nach Anspruch 7 vorgeschlagen,
in einem Winkelbereich zwischen 900 und 450 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.
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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 gebilet, 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.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 Einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Flügelzellenvakuumpumpe
mit dem Einlaßstutzen; Fig. 2 einen Längsschnitt der Flügelzellenvakuumpumpe nach
Fig. 1.
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Die in Fig. 1 im Querschnit dargestellte Flügelzellenvakuumpumpe 1
besteht aus dem Pumpengehäuse 2, welches durch den Deckel 31 der den Einlaßstutzen
4 und die in axialer Richt-ung in den sichelförmigen Arbeitsraum 5 der Pumpe mündende,
kreisförmige Einlaßöffnung enthält, dicht verschlossen ist. Die Abdichtung erfolgt
in bekannter Weise durch eine nicht näher dargestellte Flachdichtung und mehrere,
am Umfang des Deckels 3 verteilt angeordnete Innensechskantschrauben 7, die in entsprechende
Befestigungsaugen 8 am Pumpengehäuse 2 eingeschraubt sind.
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Das gegossene, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehende
Pumpengehäuse 2 besitzt eine kreiszylindrische Ausdrehung 20 und weist im Gehäuseboden
9 ein exzentrisch angeordnet es Lagerauge 10 zur Lagerung der Hohlwelle 16 des Rotors
11 auf. In dem Rotor 11 sind beispielsweise vier, um jeweils 90° zueinander am 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
Zentrierflansch
14 (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 Rotors 11 direkt anzutreiben und die Flügelzellenvakuumpumpe 1 mit Schmieröl
zu versorgen.
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Die Antriebswelle des Rotors 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 Pumpengehäuse 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 Fußenden Koppelstifte 19 aufweisen,
die bei der Drehung des Rotors 11 in den Radialbohrungen 17 hin- und herbewegt werden
und das radiale Verklemmen der Flügel 12 in den Führungsschlitzen 13 verhindern
bzw.
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das Ausfahren der Flügel beim Kaltstart und bei niedrigen Motordrehzahlen
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 52 401.4 beschrieben
ist, auf welche diesbezüglich hingewiesen wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Einlaßöffnung in den Arbeitsraum
der Flügelzellenvakuumpumpe 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 5, der zwischen Pumpengehäuse 2
und Rotor 11 ausgebildet ist. Im Deckel 3 liegt dabei die Einlaßöffnung 6 - in Strömungsrichtung
gesehen -am Ende des Einlaßstutzens 4. Dieser weist am Beginn des Einlaßkanals 40
ein Rückschlagventil 21 auf und wird im Strömungsquerschnitt zur Einlaßöffnung 6
hin kontinuierlich kleiner. Der Einlaßstutzen 4 selbst ist auf dem stirnseitigen
Deckel 3 des Pumpengehäuses 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 40 am Rückschlagventil 21 - in Einbaustellung der Flügelzellenvakuumpumpe
1 gesehen - mit Abstand oberhalb der Auslaßniere 22 des Arbeitsraumes 5 angeordnet
ist.
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Hierdurch weist der Einlaßkanal 40 im Einlaßstutzen 4 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.
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In der Fig. 1 ist außerdem die als Auslaßniere 22 ausgebildete Auslaßöffnung
dargestellt, die im Arbeitsraum 5 möglichst nahe
am Totpunkt der
Einfahrbewegung der Flügel und vorzugsweise im Winkelbereich von 100 bis 420 vor
dem Totpunkt diese Einfahrbewegung in axialer Richtung 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.
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Es ist aber auch besonders vorteilhaft, in einem um 450 bis 900 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.
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wenn das Vakuum nach längerem Stillstand des Motors erst wieder aufgebaut
werden muß -) vergrößerbar ist und sich im Arbeitsraum 5 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 4 Einlaßstutzen 5 Arbeitsraum 6 Einlaßöffnung 7 Befestigungsschraube 8
Befestigungsauge 9 Gehäuseboden 10 Lagerauge 11 Rotor 12 Flügel 13 Führungsschlitz
14 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 40 Einlaßkanal
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