DE2945488A1 - Verbrennungskraftmaschine mit einer oelpumpe und einer als fluegelzellenpumpe ausgebildeten vakuumpumpe - Google Patents

Description

• "Verbrennungskraftmaschine mit einer Ölpumpe
• und einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Vakuumpumpe" Bag. 1166 Zusatz zu P 28 22 209.5 = Bag. 1072 Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Ölpumpe zur Herstellung von Schmieröl6trömen und einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Vakuumpumpe mit einem Rotor aus Sintermetall gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach Patentanmeldung P 28 22 209.5.
• Die von der Verbrennungskraftmaschine angetriebene Flügelzellenpumpe wird gemäß dem Hauptpatent (der Hauptanmeldung) einerseits als Vakuumpumpe, die mit ihrer Saugseite am Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeuges angeschlossen ist, betrieben. Andererseits wirkt auf einen Schmierölteilstrom, der die Flügelzellenpumpe durchsetzt und die Lagerstellen der Rotorwelle eowie die Reibflächen der Flügel gegenüber den Flügelfußräumen und dem Pumpengehäuse schmiert und abdichtet. der durch die Pumpe erzeugte Unterdruck ein. Hierdurch wird bei hinreichender Verweilzeit des Schmieröls in der Vakuumzone der Flügelzellenpumpe das Schmieröl gereinigt, indem die leichter siedenden Verunreinigungen, wie Treibstoffbestandteile, kondensierte Feuchtigkeit (wasser) und leichter siedende Zersetzungsprodukte, ausgetrieben und als Dämpfe der druckseitig ausgeschobenen Abluft beigemischt werden, während das gereinigte Schmieröl in die Olwznne der Verbrennungskraftmaschine zurUckfließt.
• In dem Hauptpatent (Hauptanmeldung) wurde bereits vorgeschlagen den Rotor der Flügelzellenpumpe aus Sintermetall insbesondere Sintereisen, herzustellen, damit er eine poröse Struktur erhält und der zugeführte Schmierölteilstrom feiner verteilt und dadurch mit wesentlich vergrößerter Oberfläche dem Vakuum ausgesetzt wird.
• Die vorliegende Zusatzanmeldung bezweckt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent (der Hauptanmeldung).
• Dabei liegen die Vorteile der Ausbildung des Rotors der Flügelzellenvakuumpumpe nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anepruchs 1 in einer erheblichen Gewichtsreduzierung gegenüber Sintereisen.
• infolge der geringeren Dichte dieses Werkstoffes. Diese Gewichtsreduzierung bewirkt eine Reduzierung des umlaufenden Schvungmomentes GD2 und wegen der geringeren Masse und Trägheitskräfte beim Beschleunigen der Pumpe durch den Antriebsmotor eine Verringerung der Antriebskräfte. wodurch bei gleicher Leistung eine Treibstoftersparnis erzielt wird. Ferner können die Rotorwelle und die Kupplung zwischen Hotor- und Rotorwelle leichter ausgefiihrt und Gewicht und Werkstoff eingespart werden. Schließlich ergibt sich als besonders tu erwähnender Vorteil eine fertigungstechnisch weniger aufwendige Herstellung des schwierig herstellbaren Formkörpers, welcher bei entsprechender Kalibrierung keiner spanabnehmenden Nacharbeit sehr bedarf.
• Aus verfahrenstechnischer Sicht hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. wenn bei dem gevählten Sinterwerkstoff eine Raumerfüllung und Porosität gemäß der in Anspruch 2 angegebenen Grenzen eingestellt wird.
• Weitere Vorteile werden für eine Flügelzellenpumpe erreicht, bei der in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 3 verwirklicht ist. Die Vortelle dieser Ausführung liegen in einer im wesentlichen identischen Wärmeausdehnung von Rotor und Gehäuse der Flügelzellenvakuuopuape bei allen auftretenden Betrieb6zuständen. Als Folge hiervon werden beim Betrieb der Pumpe die Abdichtprobleme erheblich reduziert und die die Fertigungskosten. den Wirkungsgrad und den mechanischen Verschleiß beeinflussenden Toleranzen der geometrischen Abmessungen tUr die zusamienwirkenden Bauteile können neu überdacht und den spanlosen Fertigungstechniken angepaßt werden. Es ergeben sich dabei gegenüber üblichem Sandguß erhebliche Vorteile.
• Zweckaäßige Ausgestaltungen der Flügelzellenpumpe, die insbesonder. der Zu- und Abführung eines Schmierölteilatromes dienen, sind in den nachfolgenden Ansprüchen 4 bis 7 angegeben.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
• Hierin zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine (4-Takt-Otto- oder Dieselmotor) mit Druckumlaufschmierung und Vakuumbehandlung eines Schmieröl-Tejistross nach dem Hauptpatent (Hauptanieldung), wobei die Vakuumpumpe gleichzeitig zum Betrieb eines Bremskraftverstärkers benutzt wird; Fig. 2 den Längsechnitt durch eine Flügelzellenvakuumpumpe, in der das Schmieröl gleichzeitig einer Vakuu.behandlung ausgesetzt wird; Fig. 3 einen Radialschnitt der Flügelzellenpumpe nach Fig. 2.
• In Fig. 1 wird durch den Block 1 eine übliche Verbrennungskraftmaschine repräsentiert. Es handelt sich dabei um eine 4-Takt-Maschlne, welche nach dem Diese 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 zur Ölspiegel 11 gefüllt ist. In den Ölsumpf taucht ein Ölfilter 4 ein, über welchen durch Ölumlaufpumpe 3 Schmieröl ströme über Ölleitungen 5 zu verschiedenen Schmierstellen geführt werden. Unter anderem wird ein Schmieröl-Teilstrom 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 t7 mit einem Bremskraftverstärker i8 verbunden. Dieser besteht aus einem Kolben- bzw. Membransystem, mit welchem die vom Fahrer des Kraftfahrzeuges aufgebrachte Bremskraft verstärkt wird. Der durch die Leitung 15 zugeführte Schmieröl-Teilstrom wird durch den Vakuumraum der Flügelzellenpumpe 76 geführt und gemeinsam mit der durch Leitung 17 aus dem Bremskraftverstärker 78 angesaugten Luft durch Rückleitung 19 wieder in die ölwanne 2 zurückgeführt, wobei die Luft durch Auslaß 12 und Filter 13 aus der Clwanne 2 entweichen kann. Dabei dient der zugeführte Schmieröl-Teilstrom der Schmierung der Flügelzellenpumpe 16.
• Als Vakuumpumpen können praktisch alle Bauarten. vorzugsweise Drehkolbenpumpen zum Einsatz kommen. die ein genügend hohes Vakuum erzeugen. Im Sinne dieser bnneldun6 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 gezeiete ölumlaufpumpe 3 ist Ublicherweise eine Zahnradpumpe.
• Die als Flügelzellenpumpe ausgebildete Vakuumpumpe 16 ist in den Fig. 2 und 3 in einem Axial- bzw. Radialschnitt dargestellt. 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. welche sich über einen Teil des Umfangs des Gehäusebodens 31 auf der Einlaßseite erstreckt. Uber 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 Auslaßöffnung 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 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 Oleinlaßöffnung 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 vorliegenden Erfindung aus kupferhaltigem Sinteraluminium hergestellt ist und eine Porosität zwischen 12 und 18 X 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 KapillarkanWile dringt. In diesem Zustand wird es dem gebildeten Vakuum ausgesetzt. Dadurch wird der Stoffaustausch wesentlich gefördert und die niedrig siedenden Verunreinigungen des Öls, wie insbesondere Wasser, Kraftstoff und Zersetzungsprodukte werden aus dem Schmieröl ausgeschieden und als Dämpfe der in der Flügelzellenpumpe verdichteten Luft beigemischt und in die Ölwanne 2 ausgeschoben. Das in die Fußräume der Flügelschlitze 22 geförderte O1 gelangt über Spalte ebenfalls in sehr feiner Verteilung in den Vakuumraum. Die unter der Einwirkung des Vakuums aus dem Schmieröl entweichenden Dämpfe werden Uber die Auslaßniere 27 und die Ausfaßöffnung 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 Entlüftungsanschluß 12 und den Filter 13 entweichen können.
• Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die FlUgelzellenpumpe 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 Clmenge 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 gebildeten 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 Schmieröls von niedrig sie denden Komponenten erzielen.
• Während der Rotor 20 der Flügelzellempumpe insbesondere aus einem porösen, kupferhaltigen Sinteraluminium besteht. um hierdurch eine Durchlässigkeit des Rotors für das Schmieröl zu erzielen. ist es erforderlich, daß das den Rotor 20 umschließende Gehäuse 23 öldicht ist. Es wird gemäß der Erfindung aus einer im Druckgußverfahren verarbeiteten Aluminiumlegierung,wie beispielsweise einer Kolbenlegierung,hergestellt. Diese Legierung, wie z. B. Al Si 17 Cu Ni Mg wird üblicherweise nur für im Sandgußverfahren hergestellte Teile verwendet. Sie ist für das Schmieröl undurchläseig und hat als weiteren Vorteil - infolge der ähnlichen chomischen Zusammensetzung wie der Rotor - einen Wärmeausdehnungskoeffizienten in der gleichen Größenordnung. eo daß beim Betrieb der Vakuumpumpe keine Probleme,insbesondere bezüglich der Axialabdichtung,entstehen. Als weiterer Vorteil ist eine relativ hohe Gewichtsreduzierung gegenüber den bekannten Pumpen aus ferritischen Werkstoffen zu erwähnen. Schließlich kommt noch hinzu, daß sowohl der gesinterte und kalibrierte Rotor 20 der Flügelzellenpumpe als auch das im Druckgußverfahren verarbeitete Pumpengehäuse 23 aufgrund der gewählten Herstellungsverfahren so präzise gefertigt werden können, daß eine mechanische, spanabnehmende Nacharbeit im wesentlichen nur an den ebenen Dichtflächen zwischen Pumpengehäuse und Deckel erforderlich ist.
• L e e r s e i t e

Claims (7)

1. Ansriiche 1. Verbrennungskraftmaschine mit einer Ölpumpe zur Herstellung von Schmierölströmen und einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Vakuumpumpe mit einem Rotor aus Sintermetall insbesondere nach Patentanmeldung P 28 22 209.5. bei der zumindest ein Teilstrom des Schmieröls durch das Vakuum geleitet wird. das von der FlUgelzellempumpe, die gleichzeitig mit der Unterdruckkammer eines Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeuges verbunden ist. erzeugt wird dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) der Vakuumpumpe (16) aus gesintertem Aluminium. insbesondere kupferhaltigem Sinteraluminium,wie Sinter Al Cu Mg mit 4 bis 6 Gewichtsprozent Kupfer und bis zu einem Gewichtsprozent Magnesium und Silizium, besteht.
2. 2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Slnterwerkstoti für den Rotor (20) der Vakuumpumpe (16) vor dem Sintern in einem Formwerkzeug kalibriert wird. wobei er derart verdichtet vorliegt. daß nach dem Sintern eine Raumerfüllung zwischen 82 und 88 X bzw. eine Porosität zwischen 12 und 18 % erreicht wird.
3. 3. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Rotor (2C) umschließende Pumpengehäuse (23) mit seinem Boden (31) und dem Gehäusedeckel aus einer im Druckgußverfahren verarbeiteten Aluminiualegierung, wie beispielsweise der Kolbenlegierung Al Si 17 Cu Ni Mg, besteht.
4. 4. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2C) der Vakuumpuipe (16) von seinen Stirnflächen her zugängliche Hohlräume aufweist, in welche der Teilstrom des Schmierölstroms einbringbar ist.
5. 5. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume im Rotor (2C) der Vakuumpuipe (16) als achsparallele Löcher (29) ausgebildet sind und daß der Boden (31) des Pumpengehäuses (23) eine achsparallele Düsenöffnung (28) besitzt deren Achsabstand von der Pumpenachse im Bereich des Achsabstandes der Löcher (29) liegt.
6. 6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßdüse (28) in der Druckzone der Vakuumpumpe (16).

   vorzugsweise in der Auslaßniere (27) im Boden (31) des Pumpen.

   gehäuses <23) liegt.
7. 7. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 61 dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Gehäusemantel (23) im Bereich der Druckzone, vorzugsweise im Bereich der Auslaßniere (27) Ausnehmungen (30) aufweist, welche sich über einen Teil des Umfangs des Gehäuseinnenmantels (23) erstrecken, um den Rückstrom des Schmieröls auf die Ansaugseite der Vakuumpumpe (16) zu unterstützen.