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Dokumentenidentifikation DE102006027317A1 27.12.2007
Titel Vakuumpumpe mit drehzahlgeregelter Fliehkraftkupplung
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Döring, Ralf, 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027317
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse B60T 17/02(2006.01)A, F, I, 20060613, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F04B 49/20(2006.01)A, L, I, 20060613, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe für einen Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs, mit einem über eine Kupplung (1) mit einer rotierenden Antriebswelle (3) verbindbaren Rotor (2). Um die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe auf einfachem Wege zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Kupplung eine durch die Drehzahl des Rotors (2) geregelte Fliehkraftkupplung (1) ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe für einen Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Aus der DE 198 51 859 C1 ist bereits eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Kupplung zwischen der Antriebswelle und dem Rotor bzw. einer drehfest mit dem Rotor verbundenen Eingangswelle der Vakuumpumpe dazu dient, die Antriebswelle von der Eingangswelle zu trennen, wenn der Unterdruck in einer Unterdruckkammer des Bremskraftverstärkers kleiner als ein vorgegebener Sollwert ist, und die Antriebswelle mit der Eingangswelle zu verbinden, wenn der Unterdruck größer als der Sollwert ist. Mit dieser Vorgehensweise soll der Leistungsbedarf der Vakuumpumpe und damit der Kraftstoffbedarf des Kraftfahrzeugs vermindert werden, indem die Vakuumpumpe nur dann angetrieben wird, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer nicht ausreichend ist. Bei der Kupplung der bekannten Vakuumpumpe handelt es sich um eine reibschlüssige Schaltkupplung, die durch die Bewegung einer Membran in Abhängigkeit vom Druck in der Umgebung und in der Unterdruckkammer betätigt wird, was allerdings eine verhältnismäßig aufwändige Konstruktion erforderlich macht.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Leistungsaufnahme der Vakuumpumpe auf einfacherem Wege verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kupplung eine durch die Drehzahl des Rotors geregelte Fliehkraftkupplung ist, die selbsttätig öffnet, wenn die Rotordrehzahl eine vorbestimmte Kupplungsdrehzahl überschreitet, und die selbsttätig wieder schließt, wenn die Rotordrehzahl die vorbestimmte Kupplungsdrehzahl wieder unterschreitet.

Mit der erfindungsgemäßen Fliehkraftregelung wird erreicht, dass sich unabhängig von der Drehzahl der Antriebswelle durch das alternierende Öffnen und Schließen der Kupplung eine nahezu konstante Drehzahl des Rotors der Vakuumpumpe einstellt, da nach jedem Öffnen der Kupplung die von der Vakuumpumpe geleistete Pumparbeit und/oder der Reibungswiderstand des Rotors zu einer relativ schnellen Abbremsung desselben und damit wieder zum Schließen der Kupplung führt, während bei jedem Schließen der Kupplung der Rotor von der Antriebswelle ebenfalls relativ schnell wieder bis zur Kupplungsdrehzahl beschleunigt wird, bei deren Erreichen die Kupplung erneut geöffnet wird.

Um mit einfachen konstruktiven Mitteln eine Fliehkraftkupplung zu realisieren, bei der sich die Kupplungsdrehzahl auf den gewünschten vorbestimmten Wert einstellen lässt, weist die Kupplung vorzugsweise mindestens zwei mit dem Rotor verbundene, in Bezug zum Rotor verschwenkbare Kupplungsbacken auf, die jeweils durch Federkraft gegen die Antriebswelle anpressbar sind, so dass durch die Wahl einer geeigneten Feder in Abstimmung mit der Länge und/oder Massenverteilung der Kupplungsbacken eine einfache Möglichkeit zur Anpassung der Kupplungsdrehzahl an die gewünschte Drehzahl besteht.

Zweckmäßig weist die Kupplung mehr als zwei und vorzugsweise drei Kupplungsbacken auf, die in gleichen Winkelabständen voneinander um eine benachbarte Umfangfläche der Antriebswelle herum angeordnet sind, um einerseits die Unwucht des Rotors infolge der nicht rotationssymmetrischen Kupplungsbacken so weit wie möglich zu verringern, andererseits jedoch den konstruktiven Aufwand möglichst gering zu halten.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die drehfest mit dem Rotor verbundenen Kupplungsbacken reibschlüssig gegen die Antriebswelle und genauer gegen eine zylindrische Umfangsfläche der Antriebswelle anpressbar sind, wodurch ein schnelles und leichtgängiges Öffnen und Schließen der Fliehkraftkupplung gewährleistet werden kann.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kupplung werden die Kupplungsbacken unterhalb der vorbestimmten Kupplungsdrehzahl durch die jeweilige Federkraft fest gegen die Antriebswelle angepresst und dadurch der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während oberhalb der vorbestimmten Kupplungsdrehzahl die auf die Kupplungsbacken einwirkenden Fliehkräfte größer als die Federkräfte sind und zum Abheben der Kupplungsbacken von der Antriebswelle und damit zum Öffnen der Kupplung führen, bis die Rotordrehzahl durch die Pump- und/oder Reibungsarbeit der Vakuumpumpe bedingt erneut unter die vorbestimmte Kupplungsdrehzahl absinkt, woraufhin die Federkräfte die Fliehkräfte überwiegen und die Kupplung wieder schließt.

Um bei geschlossener Kupplung eine gute flächige Anpressung der Kupplungsbacken gegen die Umfangsfläche der Antriebswelle zu ermöglichen, weisen die Kupplungsbacken jeweils eine im Querschnitt kreisbogenförmige Kupplungsfläche auf, deren Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Umfangsfläche der Antriebswelle entspricht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kupplungsbacken jeweils über ein Schwenkgelenk mit einer zur Drehachse des Rotors und der Antriebswelle parallelen Schwenkachse so mit dem Rotor verbunden, dass sie sich zusammen mit diesem drehen. Durch die schwenkbare Anlenkung der Kupplungselemente am Rotor kann mit einfachen Mitteln eine sichere Verbindung zwischen dem Rotor und den Kupplungsbacken gewährleistet werden, die zugleich ein reibungsloses und schnelles Öffnen und Schließen der Kupplung gestattet. Um das Öffnen der Kupplungsbacken zu beschleunigen, weisen diese zweckmäßig verdickte freie Enden auf, um bei gleicher Masse der Kupplungsbacken das von den Fliehkräften auf die Kupplungsbacken ausgeübte Öffnungsmoment möglichst groß zu machen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen einer geöffneten Fliehkraftkupplung, die zwischen einer Vakuumpumpe eines Bremskraftverstärkers und einer Antriebswelle der Vakuumpumpe angeordnet ist;

2: eine perspektivische Ansicht der Fliehkraftkupplung entsprechend 1, jedoch bei geschlossener Kupplung und aus einer etwas anderen Richtung.

Die in der Zeichnung dargestellte Fliehkraftkupplung 1 dient dazu, einen Rotor 2 einer Vakuumpumpe eines Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeugs selbsttätig abwechselnd mit einer die Vakuumpumpe treibenden rotierenden Antriebswelle 3 zu verbinden bzw. von der Antriebswelle 3 zu trennen, wodurch sich der Rotor 2 unabhängig von der Drehzahl der Antriebswelle 3 im Wesentlichen mit konstanter Drehzahl antreiben lässt, wie nachfolgend beschrieben wird.

Der Rotor 2 der Vakuumpumpe und die Antriebswelle 3 sind um eine gemeinsame Drehachse 4 drehbar gelagert, wobei in der Zeichnung zur Vereinfachung nur ein ringförmiger antriebsseitiger Teil 5 des Rotors 2 und ein in die Vakuumpumpe (nicht dargestellt) ragender Abschnitt 6 der Antriebswelle 3 dargestellt sind. Die Antriebswelle 3 erstreckt sich mit ihrem in die Vakuumpumpe ragenden Abschnitt 6 durch eine kreisförmige Durchtrittsöffnung 7 im antriebsseitigen Teil 5 des Rotors 2, wobei die Antriebswelle 3 und der Rotor 2 bei geschlossener Fliehkraftkupplung 1 (1) drehfest miteinander verbunden sind und sich bei geöffneter Fliehkraftkupplung 1 (2) in Bezug zueinander um die gemeinsame Drehachse 4 drehen können.

Die Fliehkraftkupplung 1 besteht im Wesentlichen aus drei langgestreckten Kupplungsbacken 8, 9, 10, die um die Antriebswelle 3 herum an einer vom Inneren der Vakuumpumpe abgewandten ebenen Stirnfläche 11 des ringförmigen Teils 5 des Rotors 2 angebracht sind.

Die drei Kupplungsbacken 8, 9, 10 sind jeweils an ihrem einen verdickten Stirnende durch ein Schwenklager 12 über die Stirnfläche 11 überstehend mit dem ringförmigen Teil 5 des Rotors 2 verbunden, wobei die Schwenkachsen 13 der drei Schwenklager 12 in gleichen Winkelabständen von 60° um die Drehachse 4 herum angeordnet sind, um die durch die Kupplungsbacken 8, 9, 10 verursachte Unwucht des Rotors 2 gering zu halten, und wobei die Schwenkachsen 13 parallel zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3 und des Rotors 2 ausgerichtet sind.

Zwischen dem Schwenklager 12 und ihrem entgegengesetzten freien Ende 14 weisen die Kupplungsbacken 8, 9, 10 auf ihrer der zylindrischen Umfangsfläche der Antriebswelle 3 zugewandten Innenseite eine gekrümmte Kupplungsfläche 15 auf, deren Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Umfangsfläche der Antriebswelle 3 entspricht.

Zwischen jeder Kupplungsbacke 8, 9, 10 und dem ringförmigen Teil 5 des Rotors 2 ist im Bereich des Schwenklagers 12 eine Torsionsfeder (nicht dargestellt) angeordnet. Jede Torsionsfeder übt eine Federkraft auf die Kupplungsbacke 8, 9, 10 aus, die entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Kupplungsbacke 8, 9, 10 einwirkt, so dass diese letztere von der Federkraft mit ihre Kupplungsfläche 15 gegen die Umfangsfläche der Antriebswelle 3 angepresst wird, um die Kupplung 1 zu schließen (1) und bei geschlossener Kupplung 1 den Rotor 2 durch die reibschlüssige Verbindung zwischen den drei Kupplungsflächen 15 und der Umfangsfläche der Antriebswelle 3 drehfest mit dieser zu verbinden. Zur Verbesserung der Reibwirkung können die Kupplungsflächen 15 der Kupplungsbacken 8, 9, 10 und/oder die gegenüberliegende Umfangsfläche der Antriebswelle 3 mit einer verschleißfesten Beschichtung mit einem hohen Reibungskoeffizienten versehen sein.

Wie bereits angegeben, erfolgt das Öffnen und Schließen der Kupplung 1 selbsttätig, wobei die Kupplung 1 im Stillstand bzw. bis zum Erreichen einer vorbestimmten Kupplungsdrehzahl des Rotors 2 geschlossen bleibt und sich dann öffnet, wenn die infolge der Rotation des Rotors 2 auf die Kupplungsbacken 8, 9, 10 einwirkenden Fliehkräfte die von den Torsionsfedern auf die Kupplungsbacken 8, 9, 10 ausgeübten Federkräfte übersteigen. Dies hat zur Folge, dass die Kupplungsbacken 8, 9, 10 über die Umfangsfläche der Antriebswelle 3 gleiten bzw. von dieser abheben, wodurch der Rotor 2 der Vakuumpumpe nicht mehr von der Antriebswelle 3 angetrieben wird. Infolge der Reibung des Rotors 2 und/oder der von der Vakuumpumpe geleisteten Pumparbeit sinkt jedoch die Drehzahl des Rotors 2 schnell wieder unter die Kupplungsdrehzahl ab, bei der sich die Federkräfte und die Fliehkräfte auf die Kupplungsbacken 8, 9, 10 in etwa aufheben, so dass die Kupplungsbacken 8, 9, 10 beim weiteren Absinken der Drehzahl des Rotors 2 erneut gegen die Umfangsfläche der Antriebswelle 3 angepresst werden. Dies wiederum führt dann zu einer erneuten Beschleunigung des Rotors 2 über die Kupplungsdrehzahl hinaus und damit erneut zum Öffnen der Kupplung 1.

Infolge dieser abwechselnden Beschleunigung des Rotors 2 durch die Antriebswelle 3 bei geschlossener Kupplung 1 bzw. Abbremsung des Rotors 2 durch die Reibung und/oder Pumparbeit der Vakuumpumpe bei geöffneter Kupplung 1 wird erreicht, dass sich die Vakuumpumpe mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl dreht. Solange die Kupplung 1 geöffnet ist, nimmt dabei die Vakuumpumpe keine Leistung von der Antriebswelle 3 auf, so dass der Leistungsbedarf der Vakuumpumpe durch die erfindungsgemäße Maßnahme verringert wird.

Das freie Ende 14 der Kupplungsbacken 8, 9, 10 ist ebenfalls verdickt, so dass die Kupplungsbacken 8, 9, 10 in einem maximalen Abstand von ihrer Schwenkachse 13 eine größere Masse aufweisen, um das Verschwenken der Kupplungsbacken 8, 9, 10 entgegen dem von der Torsionsfeder ausgeübten Drehmoment zu erleichtern.

1
Fliehkraftkupplung
2
Rotor Vakuumpumpe
3
Antriebswelle
4
Drehachse
5
Rotorteil
6
Abschnitt Antriebswelle
7
Durchtrittsöffnung
8
Kupplungsbacke
9
Kupplungsbacke
10
Kupplungsbacke
11
Stirnfläche
12
Schwenklager
13
Schwenkachse
14
freies Ende Kupplungsbacke
15
Kupplungsfläche


Anspruch[de]
Vakuumpumpe für einen Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs, mit einem über eine Kupplung mit einer rotierenden Antriebswelle verbindbaren Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine durch die Drehzahl des Rotors (2) geregelte Fliehkraftkupplung (1) ist. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftkupplung (1) mindestens zwei schwenkbar mit dem Rotor (2) verbundene Kupplungsbacken (8, 9, 10) aufweist, die jeweils durch Federkraft gegen die Antriebswelle (39 anpressbar sind. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) jeweils über ein Schwenkgelenk (12) mit einer zu einer Drehachse (4) des Rotors (2) und der Antriebswelle (3) parallelen Schwenkachse (13) am Rotor (2) angelenkt sind. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkgelenke (12) in gleichen Winkelabständen um die Drehachse (4) des Rotors (2) und der Antriebswelle (3) herum angeordnet sind. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) reibschlüssig gegen die Antriebswelle (3) anpressbar sind. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) gegen eine zylindrische Umfangsfläche der Antriebswelle (3) anpressbar sind. Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) jeweils eine im Querschnitt kreisbogenförmige Kupplungsfläche (15) aufweisen, die gegen die Umfangsfläche der Antriebswelle (3) anpressbar ist. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) hintereinander im Abstand in Umfangsrichtung der Antriebswelle um diese herum angeordnet sind. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) verdickte freie Enden aufweisen. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (8, 9, 10) den Rotor (2) unterhalb von einer vorbestimmten Kupplungsdrehzahl drehfest mit der Antriebswelle (3) verbinden und oberhalb der vorbestimmten Kupplungsdrehzahl von der Antriebswelle (3) abheben, wenn die auf die Kupplungsbacken (8, 9, 10) einwirkenden Fliehkräfte die auf die Kupplungsbacken (8, 9, 10) einwirkenden Federkräfte übersteigen. Vakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkräfte die Kupplungsbacken (8, 9, 10) wieder gegen die Antriebswelle (3) anpressen, wenn die Rotordrehzahl arbeits- und/oder reibungsbedingt unter die Kupplungsdrehzahl absinkt. Kraftfahrzeug mit einem Bremskraftverstärker und einer mit dem Bremskraftverstärker verbundenen Vakuumpumpe, die einen über eine Kupplung mit einer Antriebswelle verbunden Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine durch die Drehzahl des Rotors (2) geregelte Fliehkraftkupplung (1) ist.






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