PUMPE, INSBESONDERE FLÜGELZELLENPUMPE

Pumpe, insbesondere Flüαelzellenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe oder eine Vakuumpumpe, mit einem drehbaren Rotor, der durch eine Antriebswelle angetrieben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einen reduzierten Energieverbrauch ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einer Pumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe oder einer Vakuumpumpe, mit einem drehbaren Rotor, der durch eine Antriebswelle angetrieben ist, dadurch gelöst, dass der Rotor über ein Reibradgetriebe mit der Antriebswelle koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist. Das Reibradgetriebe ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Schaltbarkeit und/oder eine Drehzahlregelung der Pumpe. Durch ein bedarfsabhängiges Zu- und Abschalten der Pumpe sowie durch eine bedarfsabhängige Drehzahlregelung kann die Leistungsaufnahme der Pumpe deutlich reduziert werden. Durch eine Drehzahlübersetzung zur Erhöhung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine kann zudem eine Verringerung der Pumpenbaugröße erreicht werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reibradgetriebe eine Reibradwelle umfasst, die an einem Ende drehfest mit dem Rotor verbunden, aber in axialer Richtung relativ zu dem Rotor begrenzt verlagerbar ist. Der Begriff a- xiale Richtung bezieht sich in Zusammenhang mit der Reibradwelle auf die Drehachse der Reibradwelle. Durch eine axiale Verlagerung der Reibradwelle kann eine reibschlüssige Verbindung zur Drehmomentübertragung gezielt verändert und/oder unterbrochen werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem anderen Ende der Reibradwelle eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Reibradwelle in axialer Richtung verlagerbar ist. Die Verstelleinrichtung kann zum Beispiel einen Antriebsmotor umfassen, der mechanisch mit der Reibradwelle gekoppelt ist. Vorzugsweise arbeitet die Verstelleinrichtung jedoch pneumatisch oder hydraulisch. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung einen Kolben umfasst, der an dem anderen Ende der Reibradwelle vorgesehen und in einem Zylinderraum angeordnet ist. Der Kolben kann einstückig mit der Reibradwelle verbunden sein. Vorzugsweise bildet das andere Ende der Reibradwelle selbst den Kolben. Über den Druck in dem Zylinderraum kann der Kolben mit der Reibradwelle in a- xialer Richtung hin und/oder her bewegt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Der Unterdruck bewirkt, dass sich der Kolben in den Zylinderraum hinein bewegt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum mit einem Unterdruckraum eines Bremskraftverstärkers in Verbindung steht. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine effiziente Regelung der Drehzahl der Pumpe ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Rotors mit zunehmendem Unterdruck reduziert wird. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung handelt es sich bei der Pumpe um eine Vakuumpumpe, die dazu dient, in einem Unterdruckraum eines Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeugs ein Vakuum zu erzeugen. Durch die Verbindung zwischen dem Unterdruckraum des Bremskraftverstärkers und dem Zylinderraum der Verstelleinrichtung wird auf einfache Art und Weise eine Regelung der Drehzahl des Rotors der Pumpe ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der zur Drehmomentübertragung erforderliche Reibschluss, sobald der Unterdruck einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, unterbrochen wird, um die Pumpe abzustellen. Das hat den Vorteil, dass keine Energie verbraucht wird, solange der vorhandene Unterdruck ausreicht, um eine einwandfreie Funktion des Bremskraftverstärkers zu gewährleisten. Bei steigendem Druck wird die Pumpe wieder zugeschaltet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben durch eine in dem Zylinderraum angeordnete Druckfedereinrichtung vorgespannt ist. Durch die Vorspannung der Druckfedereinrichtung kann der Kolben in eine definierte Ausgangslage gebracht oder zurückgestellt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reibradwelle mit einer Fliehkraftverstelleinrichtung zusammenwirkt. Die Fliehkraftverstell - einrichtung dient dazu, die Rotordrehzahl in einem optimalen Bereich zu halten.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reibradwelle ein Reibrad aufweist, das zur Drehmomentübertragung reibschlüssig mit einem Tellerrad verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Durch eine axiale Verschiebung des Reibrads und/oder der Reibradwelle kann die Übersetzung zwischen dem Tellerrad und dem Reibrad variiert werden, um die Drehzahl des Rotors zu verstellen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Dadurch wird die Übertragung eines Drehmoments von der Antriebswelle auf das Tellerrad ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad in axialer Richtung relativ zu der Antriebswelle begrenzt verlagerbar ist. Der Begriff axiale Richtung bezieht sich in Zusammenhang mit dem Tellerrad auf die Drehachse des Tellerrades. Die Drehachse des Tellerrades fällt mit der Drehachse der Antriebswelle zusammen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad durch eine Federeinrichtung in axialer Richtung gegen das Reibrad gepresst wird. Dadurch wird ein zur Drehmomentübertragung erforderlicher Reibschluss aufrechterhalten.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad eine zentrale Vertiefung aufweist. Die zentrale Vertiefung in dem Tellerrad dient dazu, den Reibschluss und damit die Drehmomentübertragung zwischen dem Reibrad und dem Tellerrad gezielt zu unterbrechen. - A -

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad und/oder das Reibrad eine kegelige Reibfläche aufweisen/aufweist. Dadurch kann der Reibschluss verbessert werden, insbesondere bei hohen Drehzahlen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Reibradwelle senkrecht zu der Drehachse der Antriebswelle angeordnet ist. Diese Anordnung hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe, die unter Zwischenschaltung eines Reibradgetriebes durch eine Antriebswelle angetrieben ist und

Figur 2 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Pumpe 1 vereinfacht im Schnitt dargestellt. Bei der Pumpe 1 handelt es sich um eine Flügelzellenpumpe. Es kann sich aber auch um eine andere Verdrängerpumpe, wie zum Beispiel eine Rollenzellenpumpe oder eine Zahnradpumpe, handeln. Derartige Pumpen werden zum Beispiel als Vakuumpumpen in Verbindung mit Bremskraftverstärkern in Kraftfahrzeugen eingesetzt.

Die Flügelzellenpumpe 1 umfasst ein nur angedeutetes Pumpengehäuse 3 mit einer Hubkontur, die zwischen zwei Seitenflächen angeordnet ist. In dem Pumpengehäuse 3 ist ein Rotor 4 drehbar angeordnet. In dem Rotor ist mindestens ein Schlitz ausgespart, in dem ein Flügel 5 radial verschiebbar angeordnet ist. Der Rotor 4 ist um eine Drehachse 6 drehbar und innerhalb der Hubkontur exzentrisch gelagert.

Der Rotor, die Hubkontur und die Gehäuseseitenflächen begrenzen zusammen mit dem Flügel mindestens einen Verdrängerraum, dessen Volumen sich verändert, wenn sich der Ro- tor dreht. Dabei kommt es in mindestens einem Saugraum oder Niederdruckraum zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums bewirkt. Gleichzeit kommt es in mindestens einem Druckraum zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem Druckraum bewirkt.

Der Rotor 4 ist über eine Kupplungseinrichtung 8 mit einem Reibradgetriebe 9 gekoppelt. Das Reibradgetriebe 9 umfasst eine Reibradwelle 10, die drehfest mit dem Rotor 4 verbunden ist. Die Drehachse der Reibradwelle 10 fällt mit der Drehachse 6 des Rotors 4 zusammen. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor 4 und der Reibradwelle 10 ist so ausgeführt, dass die Reibradwelle 10 in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Drehachse 6, begrenzt verlagerbar ist.

An der Reibradwelle 10 ist ein Reibrad 12 befestigt. Im dargestellten Beispiel ist das Reibrad 12 einstückig mit der Reibradwelle 10 verbunden. Das Reibrad 12 kann aber auch, zum Beispiel durch eine Wellen-Naben-Verbindung, drehfest mit der Reibradwelle 10 verbunden sein. Durch einen Reibschluss zwischen dem Reibrad 12 und einem Tellerrad 14 wird eine Drehmomentübertragung zwischen dem Tellerrad 14 und dem Reibrad 12 ermöglicht. Das Tellerrad 14 ist durch eine Formschlussverbindung 15 drehfest mit einem Wellenzapfen 18 einer Antriebswelle 20 verbunden.

Die Antriebswelle 20 und das Tellerrad 14 sind um eine Drehachse 22 drehbar, die senkrecht zu der Drehachse 6 der Reibradwelle 10 und des Rotors 4 angeordnet ist. Der Wellenzapfen 18 ist durch einen Absatz 21 an der Antriebswelle 20 begrenzt. Zwischen dem Absatz 21 und dem Tellerrad 14 ist eine Federeinrichtung 23 eingespannt. Bei der Federeinrichtung 23 handelt es sich um eine Schraubendruckfeder, die dazu dient, das Tellerrad 14 so gegen das Reibrad 12 zu drücken, dass der zur Drehmomentübertragung erforderliche Reibschluss zwischen dem Reibrad 12 und dem Tellerrad 14 aufrechterhalten bleibt.

Wenn das Reibrad 12 in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Drehachse 6, verschoben wird, dann ändert sich die Übersetzung zwischen dem Tellerrad 14 und dem Reibrad 12. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird die Übersetzung mit Hilfe einer Verstelleinrichtung 30 gezielt verstellt. Die Verstelleinrichtung 30 umfasst einen Kolben 31 , der an dem dem Rotor 4 abgewandten Ende der Reibradwelle 10 ausgebildet ist. Der Kolben 31 be- grenzt in einem Gehäuseteil 34 einen Zylinderraum 32. Das Gehäuseteil 34 ist relativ zu der Reibradwelle 10 feststehend.

Der Kolben 31 ist in dem Gehäuseteil 34 hin und her bewegbar geführt. In dem Zylinderraum 32 ist ein Federeinrichtung 35 angeordnet. Bei der Federeinrichtung 35 handelt es sich um eine Schraubendruckfeder, die in axialer Richtung zwischen dem Gehäuseteil 34 und dem Kolben 31 eingespannt ist. Über einen Anschlussstutzen 36 steht der Zylinderraum 32 mit einem Unterdruckraum eines Bremskraftverstärkers in Verbindung, wie durch einen Pfeil 38 angedeutet ist. Das Anlegen von Unterdruck in dem Zylinderraum 32 bewirkt, dass der Kolben 31 mit der Reibradwelle 10 von dem Rotor 4 weg bewegt wird. Dabei verändert sich die Übersetzung zwischen dem Reibrad 12 und dem Tellerrad 14.

Das Tellerrad 14 weist eine zentrale Vertiefung 40 auf, die dazu dient, den Reibschluss zwischen dem Reibrad 12 und dem Tellerrad 14 gezielt zu unterbrechen, um ein Abschalten der Pumpe 1 zu bewirken. Die Abmessungen der Vertiefung 40 sind so mit der Vorspannkraft der Federeinrichtung 23 abgestimmt, dass der Reibschluss zwischen Reibrad 12 und Tellerrad 14 unterbrochen wird, wenn das Reibrad 12 im Bereich der zentralen Vertiefung 40 angeordnet ist.

Durch die Erfindung wird auf einfache Art und Weise eine Regelung der Drehzahl des Pumpenrotors 4 ermöglicht. Die Drehzahl wird mit steigendem Unterdruck im Bremskraftverstärker reduziert. Schließlich wird der Kraftschluss zum Antrieb komplett unterbrochen, wenn das Reibrad 12 in die zentrale Vertiefung 40 des Tellerrades 14 hinein verschoben wird. Bei steigendem Druck im Bremskraftverstärker wird die Pumpe wieder zugeschaltet. Dabei wird die Drehzahl nicht sprunghaft auf die Maximaldrehzahl erhöht, sondern steigt sanft an. Daher kann der Geräuschpegel beim Schalten klein gehalten werden. Um die Pumpendrehzahl im optimalen Bereich zu halten, kann die Reibradwelle 10 zusätzlich mit einer (nicht dargestellten) Fliehkraftverstellung versehen werden.

In Figur 2 ist eine Pumpe 41 dargestellt, die der Pumpe 1 in Figur 1 ähnelt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen. Die in Figur 2 dargestellte Pumpe 41 umfasst ein Reibrad 42, das eine kegelige Reibfläche 48 aufweist. Der Kegelwinkel der Reibfläche 48 ist an den Kegelwinkel einer ebenfalls kegeligen Reibfläche 46 eines Tellerrades 44 angepasst. Durch die kegeligen Reibflächen 46, 48 kann der Reibschluss zwischen dem Reibrad 42 und dem Tellerrad 44 verbessert werden. Insbesondere bei hohen Drehzahlen wird dadurch die Vorspannkraft der Feder 23 erhöht.

Bezuqszeichenliste

1. Pumpe

3. Pumpengehäuse

4. Rotor

5. Flügel

6. Drehachse

8. Kupplungseinrichtung

9. Reibradgetriebe

10. Reibradwelle 12. Reibrad

14. Tellerrad

15. Formschlussverbindung 18. Wellenzapfen

20. Antriebswelle

21. Absatz

22. Drehachse

23. Federeinrichtung

30. Verstelleinrichtung

31. Kolben

32. Zylinderraum

34. Gehäuseteil

35. Federeinrichtung

36. Anschlussstutzen 38. Pfeil

40. zentrale Vertiefung

41. Pumpe

42. Reibrad 44. Tellerrad

46. kegelige Reibfläche 48. kegelige Reibfläche