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.

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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