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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, insbesondere eine Flügelzellen-Vakuumpumpe, welche mit ihren Einlassstutzen über eine Verbindungsleitung mit einem Aggregat verbunden ist, in welchem ein Unterdruck erzeugt werden soll, wobei zwischen der Vakuumpumpe und dem Aggregat ein Rückschlagventil angeordnet ist, wobei die Vakuumpumpe von einer Steuer- und Überwachungseinheit steuerbar ist.
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Die
DE 10 2007 043 350 B3 offenbart eine Vakuumpumpe, bei der es sich besonders um eine Drehschieberpumpe oder eine Schraubenpumpe handelt. Sie weist eine Kompressionskammer auf. Die Kompressionskammer ist mit einem Kammereinlass und mit einem Kammerauslaß versehen. Ferner ist die Kompressionskammer mit einem Gasballasteinlass verbunden. Um zu gewährleisten, dass bei unterschiedlichen Drücken innerhalb der Kompressionskammer stets Gas durch den Gasballasteinlass strömt, ist der Gasballasteinlass mit einem Gasballastraum verbunden. In dem Gasballastraum ist Gas mit einem Druck bevorratet, der höher ist als der Atmosphärendruck und/oder höher ist als der Druck in der Kompressionskammer. So soll sichergestellt werden können, dass eine Übermäßige Erwärmung der Vakuumpumpe vermieden ist.
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Aus der
GB 2 087 484 A ist eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei welcher eine übermäßige Erhitzung des Gehäuses vermieden werden soll, wobei ein Ventilsystem vorgesehen ist, welches ein Verschlusselement aufweist, das mit einem Thermostat in Verbindung steht. Das Thermostat bewirkt ein Öffnen des Verschlußelementes oberhalb einer vorbestimmten Temperatur, so dass Luft mit atmosphärischem Druck auf der Saugseite des Rotors in die Pumpenkammer gelangt.
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In der
US 4,265,603 ist ein Kühlkompressor zur Verwendung in einer Klimaanlage eines Fahrzeuges thematisiert, in dessen Gehäuse eine Flügelzellenpumpe angeordnet ist. Ein Sensor ist vorgesehen, welcher die Temperatur der äußeren Gehäusewand aufnimmt bzw. überwacht.
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Vakuumpumpen, insbesondere Flügelzellen-Vakuumpumpen sind in der Kraftfahrzeugtechnik bekannt, und können Unterdruck in einem Bremskraftverstärker (Aggregat) erzeugen. Auf den grundsätzlichen Aufbau von Flügelzellen-Vakuumpumpen wird daher nicht näher eingegangen.
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Bekannt ist, dass diese Vakuumpumpen elektrisch angetrieben werden können, wobei deren Betrieb von einer Steuer- und Überwachungseinheit gesteuert wird. So kann die Vakuumpumpe ein- und ausgeschaltet werden, je nach dem welches Signal die Steuer- und Überwachungseinheit generiert. Beispielsweise generiert die Steuer- und Überwachungseinheit ein Betriebssignal für die Vakuumpumpe, wenn der Motor, bzw. der Verbrennungsmotor läuft, bzw. wenn das Kraftfahrzeug fährt, und ein Stoppsignal für die Vakuumpumpe, wenn der Motor, bzw. der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, bzw. wenn das Kraftfahrzeug stillsteht.
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Für den Fall, dass die Steuer- und Überwachungseinheit einen Defekt aufweist, kann es passieren, dass die Vakuumpumpe stetig betrieben wird, auch wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, bzw. wenn das Kraftfahrzeug stillsteht. Bei stillstehendem Kraftfahrzeug, bzw. bei abgeschaltetem Motor, wird die laufende Vakuumpumpe aber gar nicht oder nur unzureichend gekühlt, so dass die Vakuumpumpe überhitzen kann, was zu einem Ausfall der kompletten Vakuumpumpe führen kann. Ein solcher Ausfall ist nur von Fachpersonal behebbar, wobei der Defekt grundsätzlich nur durch eine neue Vakuumpumpe behoben werden kann. Dies bedingt nicht nur einen langfristigen Werkstattaufenthalt, sondern generiert auch erhebliche Kosten und zwar nicht nur hohe Lohnkosten, sondern insbesondere auch nicht unerhebliche Materialkosten der kompletten Vakuumpumpe.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Vakuumpumpe, insbesondere Flügelzellen-Vakuumpumpe bereitzustellen, welche auch bei einem stetigen Betrieb trotz abgeschaltetem Motor bzw. trotz stillstehenden Kraftfahrzeug nicht thermisch bedingt zerstört, also hinreichend gekühlt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei stromab des Rückschlagventils eine mit einem bei einer vorgebbaren Schmelztemperatur schmelzenden Material verschlossene Öffnung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe aber auch durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst, wobei stromab des Rückschlagventils eine mit einem bei einer vorgebbaren Sublimationstemperatur sublimierenden Sublimationsmaterial verschlossene Öffnung vorgesehen ist. Die Vakuumpumpe ist insbesondere als Flügelzellen-Vakuumpumpe ausgeführt, wobei das Aggregat bevorzugt als Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeuges ausgeführt ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Vakuumpumpe, bzw. die Flügelzellen-Vakuumpumpe im Betrieb einen Unterdruck in dem Aggregat, bzw. in dem Bremskraftverstärker erzeugt, wobei Medium aus dem Bremskraftverstärker herausgesaugt wird. Das herausgesaugte Medium strömt also in Hauptströmungsrichtung aus dem Bremskraftverstärker, entlang der Verbindungsleitung das Rückschlagventil passierend in den Einlassstutzen und gelangt in den Saugraum der Vakuumpumpe. Insofern ist die Vakuumpumpe in Hauptströmungsrichtung gesehen stromab des Bremskraftverstärkers angeordnet, wobei auch das Rückschlagventil stromab des Bremskraftverstärkers, aber stromauf der Vakuumpumpe angeordnet ist. Die mit dem bei einer bestimmten Temperatur schmelzenden oder sublimierenden Material verschlossenen Öffnung ist somit in Hauptströmungsrichtung gesehen stromab des Rückschlagventils, aber stromauf des Saugraumes angeordnet.
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Die Öffnung ist zunächst mittels des Schmelz- oder Sublimationsmaterials verschlossen. Dieser Zustand ändert sich auch solange nicht, wie die vorgegebene Schmelz- oder Sublimationstemperatur im Bereich der Öffnung noch nicht erreicht ist. Erst wenn die vorgegebene Schmelz- oder Sublimationstemperatur erreicht ist, schmilzt oder sublimiert das Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial, so dass die Öffnung freigegeben wird.
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Insofern ist die Öffnung also immer verschlossen, solange die Schmelz- bzw. Sublimationstemperatur des Schmelz- bzw. Sublimationsmaterials nicht erreicht ist.
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Für den Fall, dass die Vakuumpumpe droht zu überhitzen, weil eine ungenügende oder gar keine Kühlung aufgrund stetigem Betrieb der Vakuumpumpe bei abgeschaltetem Motor und/oder stillstehendem Kraftfahrzeug vorliegt, setzt die Erfindung an. Günstig ist dabei, dass die mit dem Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial verschlossene Öffnung stromab des Rückschlagventils und stromauf des Saugraumes der Vakuumpumpe in dem Einlassstutzen angeordnet ist. So ist vorteilhaft sichergestellt, dass die Öffnung einzig aufgrund der hohen Temperatur im Bereich der Öffnung, und unabhängig von anderen Einflussfaktoren geöffnet wird.
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Ist die Öffnung geöffnet, indem das Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial diese durch aufschmelzen oder sublimieren freigegeben hat, kann frische, bezogen auf die systeminhärente Temperatur relativ kalte Umgebungsluft, also quasi ein „Falschluftstrom” von der Vakuumpumpe angesaugt werden, wodurch die Vakuumpumpe, trotz des stetigen Betriebes bei abgeschaltetem Motor und/oder stillstehenden Kraftfahrzeug abgekühlt werden kann.
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Dabei liegt der Erfindung die Forderung der Betriebsicherheit des Kraftfahrzeuges, insbesondere des Bremskraftverstärkers mit zugeordneter Bremsanlage zugrunde, welche trotz der Öffnung in dem eigentlich geschlossenen System aufrechterhalten bleiben muss. Die Vakuumpumpe hat eine vorgegebene Leistungscharakteristik, an welche der Einlassstutzen und die Verbindungsleitung jeweils mit ihrem lichten Querschnitt bzw. Durchmesser angepasst ist, was nicht weiter erläutert wird. Zweckmäßig ist aber, wenn die Öffnung mit einem Öffnungsbetrag in der Wandung bevorzugt des Einlassstutzens oder der Verbindungsleitung eingebracht ist, welche einen erhebliche geringeren Öffnungsbetrag als den lichten Durchmesser aufweist. Beispielsweise könnte die Öffnung einen Öffnungsbetrag aufweisen, welcher nur beispielhaft sechs Mal kleiner ist als der lichte Durchmesser des Einlassstutzens. Lediglich Beispielhaft kann der lichte Durchmesser 9 mm betragen, so dass die Öffnung einen Betrag von bis zu 1,5 mm aufweisen kann. Bei diesen Dimensionen ist ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeuges sichergestellt, wobei genügend Frischluft bzw. Falschluft zum Kühlen angesaugt wird, gleichwohl aber zudem der erforderliche Unterdruck im Aggregat erzeugt wird. Der Unterdruck im Aggregat bleibt zudem durch Wirkung des Rückschlagventils weitgehend erhalten. Die genannten, beispielhaften Beträge sollen nicht beschränkend sein. Natürlich sind auch andere Durchmesserverhältnisse möglich.
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Die Öffnung wird aber durch Abschmelzen des Schmelz- bzw. Sublimationsmaterials nur geöffnet, wenn die Vakuumpumpe droht zu überhitzen, was bei einer defekten Steuer- und Überwachungseinheit der Fall sein kann, so dass diese den stetigen Dauerbetrieb der Vakuumpumpe trotz abgeschaltetem Motor und/oder stillstehenden Kraftfahrzeug bewirkt. Natürlich kann ein Dauerbetrieb auch durch einen anderen Defekt bewirkt werden. Selbstverständlich soll das Kraftfahrzeug nach dem Abschmelzen oder Sublimieren des Schmelz- bzw. Sublimationsmaterials nicht dauerhaft mit der Öffnung im System betrieben werden. Sinnvoll ist vielmehr, umgehend eine Servicewerkstatt aufzusuchen, welche den Defekt, welcher zum Abschmelzen oder Sublimieren des Schmelz- bzw. Sublimationsmaterials geführt hat, behebt, und die Öffnung sodann erneut mit Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial verschließt. Beispielsweise könnte der Fahrer des Kraftfahrzeuges durch entsprechende Warnhinweise akustischer, optischer und/oder haptischer Art auf den unmittelbar stattzufindenden Werkstattbesuch hingewiesen werden, wobei die Signalaufnahme und -weiterleitung mittels der Überwachungseinheit und/oder geeigneter Sensoren und Hinweiselementen sichergestellt werden kann.
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Erkennbar ist aber, dass durch das abschmelzende oder sublimierende Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial die Öffnung temporär freigegeben wird, so dass die Vakuumpumpe, bzw. die Flügelzellen-Vakuumpumpe durch Ansaugen von Frischluft aus der Umgebung gekühlt wird. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass die Vakuumpumpe trotz des Dauerbetriebes bei abgeschaltetem Motor und/oder stillstehendem Kraftfahrzeug überhitzt, so dass auch eine vollständige Zerstörung der Vakuumpumpe bzw. der Flügelzellen-Vakuumpumpe vermieden ist. Insofern wird der erforderliche Werkstattaufenthalt im Vergleich zu einer vollständig zu ersetzenden Vakuumpumpe nicht nur zeitlich verkürzt, sondern auch mit verringertem Materialeinsatz durchgeführt. Dies schont auch die globalen Werkstoffresourcen, da mit der Erfindung weniger Vakuumpumpen aufgrund thermischen Versagens erneuert werden müssten.
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Zielführend im Sinne der Erfindung ist, wenn das Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial eine solche Schmelz- bzw. Sublimationstemperatur aufweist, welche unterhalb einer kritischen Temperatur liegt, bei welcher die Vakuumpumpe thermisch bedingte Schäden erleiden kann. Da das Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial im Bereich der Öffnung angeordnet ist, welche bevorzugt im thermisch leitfähigen Einlassstutzen angeordnet ist, ist zweckmäßiger Weise vorgesehen, dass die Schmelz- bzw. Sublimationstemperatur des Schmelz- bzw. Sublimationsmaterials an die Temperatur des thermisch leitfähigen Einlassstutzens angepasst, bei welcher eine thermische bedingte Störung der Vakuumpumpe bzw. der Flügelzellen-Vakuumpumpe zu erwarten ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die tatsächliche Temperatur des Einlassstutzens geringer sein kann als die kritische Temperatur der Vakuumpumpe, bei welcher thermische Schäden zu erwarten sind. Beispielsweise kann die kritische Temperatur der Vakuumpumpe einen betrag von 200°C aufweisen, so dass die Schmelz- bzw. Sublimationstemperatur des Schmelz- bzw. Sublimationsmaterials einen Betrag von bevorzugt 160°C aufweisen könnte.
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Natürlich können unterschiedliche Vakuumpumpen auch unterschiedliche kritische Temperaturen aufweisen. Insofern ist vorteilhaft, dass das Schmelz- bzw. sublimationsmaterial ein Kunststoff, bzw. ein Kunstharz sein kann, welcher bzw. welches nach Anforderungen des Fahrzeugherstellers an die jeweiligen thermischen Bedingungen angepasst herstellbar ist. Dies ist auch dahin gehend sinnvoll, weil so nicht nur der Fahrzeughersteller, sondern auch seine Servicestellen (Werkstatt) leicht das jeweils erforderliche Schmelz- bzw. Sublimationsmaterial beschaffen können.
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Das Schmelzmaterial ist als Schmelzpfropfen ausführbar, welcher im, die Öffnung verschließenden Zustand eine Außenwand des Einlassstutzens abdeckt, seine Innenwand aber bevorzugt nicht übergreift, um die Strömung innerhalb des Einlassstutzens bei Normalbetrieb nicht zu behindern.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
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1 eine perspektivische Teilansicht einer Vakuumpumpe,
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2 eine Vergrößerung des Einlassstutzens, und
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3 einen Querschnitt durch den Einlassstutzen im bereich der Schnittlinie A-A aus 2.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine Vakuumpumpe 1, insbesondere eine Flügelzellen-Vakuumpumpe 1, welche mit ihren Einlassstutzen 2 über eine nicht dargestellte Verbindungsleitung mit einem nicht dargestellten Aggregat verbunden ist, in welchem ein Unterdruck erzeugt werden soll, wobei zwischen der Vakuumpumpe 1 und dem Aggregat ein nicht dargestelltes Rückschlagventil angeordnet ist, wobei die Vakuumpumpe 1 von einer nicht gezeigten Steuer- und Überwachungseinheit gesteuert wird.
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Die Vakuumpumpe 1 ist beispielhaft elektrisch angetrieben, wozu ein entsprechender elektrischer Anschluss 3 vorgesehen ist. Mit dem elektrischen Anschluss kann die Steuer- und Überwachungseinheit in Verbindung stehen. Die Steuer- und Überwachungseinheit bewirkt ein Ein- und Ausschalten der Vakuumpumpe 1, also deren Inbetriebnahme.
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Das Aggregat, in welchem ein Unterdruck erzeugt werden soll, wenn die Vakuumpumpe 1 in Betrieb ist, ist z. B. ein Bremskraftverstärker.
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Ist die Vakuumpumpe 1 in Betrieb genommen, saugt diese Medium aus dem Aggregat entlang der Verbindungsleitung über den Einlassstutzen 2 in einen Saugraum der Vakuumpumpe 1. So wird, wie bekannt, der Unterdruck im Aggregat erzeugt. Die Hauptströmungsrichtung ist mittels des Pfeils 4 dargestellt. Das Rückschlagventil ist demnach günstiger Weise in Strömungsrichtung 4 gesehen stromab des Aggregats und stromauf der Vakuumpumpe 1, bevorzugt in bzw. an der Verbindungsleitung angeordnet. Die Verbindungsleitung kann als Schlauch ausgeführt sein, und ist hinreichend mit dem Einlassstutzen 2, bzw. dem Aggregat verbunden.
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Beispielsweise mittels der Steuer- und Überwachungseinheit wird die Vakuumpumpe 1 also in Betreib genommen, oder außer Betrieb gesetzt. Bei Abgeschaltetem Motor oder stillstehendem Kraftfahrzeug, wird die Vakuumpumpe 1 üblicher Weise außer Betrieb genommen.
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Möglich ist aber, dass z. B. die Steuer- und Überwachungseinheit defekt ist, so dass die Vakuumpumpe 1 weiter betrieben wird, obwohl eine Unterdruckerzeugung nicht notwendig ist. In einem solchen Fall, beispielsweise wenn der Motor aus ist und/oder das Kraftfahrzeug stillsteht wird die Vakuumpumpe 1 nicht mehr gekühlt, da Fahrtwind und/oder ein Kühlstrom aufgrund des stillstehenden Kühlerventilators entfallen. Da Vakuumpumpe 1 aufgrund interner Reibung und/oder aufgrund des anliegenden Stromes somit fortwährend Wärme erzeugt, droht die Vakuumpumpe 1 zu überhitzen, so dass diese thermisch bedingt bis zu einem Totalausfall Schaden nehmen kann. Die Vakuumpumpe 1 müsste dann zeit- und Materialaufwendig ausgetauscht werden.
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Hier setzt die Erfindung an, indem vorteilhaft vorgesehen ist, bevorzugt im Einlassstutzen 2 einen Öffnung 5 einzubringen, welche mit einem thermisch reagierenden Material 6 verschlossen ist. Erfindungsgemäß ist also. vorgesehen, dass stromab des Rückschlagventils die mit einem bei einer vorgebbaren Schmelztemperatur schmelzenden Schmelzmaterial 6 verschlossene Öffnung 5 angeordnet ist.
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Für den Fall, dass der Vakuumpumpe 1 eine Überhitzung durch den oben beschriebenen Umstand droht, wird das thermisch reagierende Material 6 durch Auf- bzw. Abschmelzen die Öffnung 5 freigeben, so dass die Vakuumpumpe 1 Frischluft aus der Umgebung ansaugt, und so gekühlt werden kann. Selbstverständlich ist die Öffnung 5 so in dem Einlassstutzen 2 eingebracht, dass diese durch die anzuschließende Verbindungsleitung nicht verdeckt wird.
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So ist sichergestellt, dass die Vakuumpumpe 1 nicht überhitzen kann, also keine thermisch bedingten Schäden nehmen kann, wobei ein folgender Werkstattbesuch lediglich das Beheben des verursachenden Defektes und das erneute Verschließen der Öffnung 5 mit dem entsprechenden Schmelzmaterial 6 zu Folge hat, ohne dass die Vakuumpumpe 1, mit dem entsprechenden Lösen aller Anschlussverbindungen und Befestigungspunkte, ausgetauscht werden müsste.
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Bevorzugter Weise aber nicht zwingend ist die mit dem Schmelzmaterial 6 verschlossene Öffnung 5 in der Wandung 7 des Einlassstutzens 2 eingebracht.
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Wie 3 entnommen werden kann, ist die Öffnung 5 als im Querschnitt gesehen zylindrische Bohrung in einem in der Zeichnungsebene oberen Zenitbereich der Wandung 7 eingebracht. Dies ist sinnvoll, da das Schmelzmaterial 6 bei dessen Aufschmelzen schwerkraftbedingt einfach abfließen bzw. abtropfen kann. Natürlich gelangt auch eine geringe Menge Schmelzmaterial 6 in das Innere des Einlassstutzens 2, was aber für die Vakuumpumpe 1 auch für deren weiteren Betrieb nicht schädlich ist.
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Das Schmelzmaterial 6 ist quasi als Schmelzpfropfen 8 (3) die Öffnung 5 verschließend ausgeführt, wobei das Schmelzmaterial 6 so aufgebracht ist, dass dieses die Innenwand 9 des Einlassstutzens 2 nicht übergreift, die Außenwand 10 aber die Öffnung 5 übergreifend abdeckt. Die erkennbare, geometrische Ausgestaltung des Schmelzpfropfens 8 quasi als Rautenkörper nach 3 soll natürlich nicht beschränkend sein.
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Das Schmelzmaterial 6 weist eine Schmelztemperatur auf, welche unterhalb einer für die Vakuumpumpe 1 kritischen Temperatur liegt. Da der Schmelzpfropfen 8 die Öffnung 5 im Einlassstutzen 2 verschließt, sollte die vorgegebene Schmelztemperatur natürlich an die thermischen Bedingungen des Einlassstutzens 2 angepasst sein, denn nur dessen Temperaturbetrag bewirkt ein Schmelzen des Schmelzpfropfens. Die Temperaturgradienten des natürlich thermisch leitfähigen Einlassstutzens 2 in Bezug auf die kritische Temperatur sind leicht erhältlich, worauf nicht weiter eingegangen wird, da diese Berechungsmethoden einfachen physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterliegen.
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Zielführend ist aber, dass der Schmelzpfropfen 8 bei einer solchen Temperatur ab- bzw. aufschmilzt, dass eine Überhitzung der Vakuumpumpe 1 durch Öffnen der Öffnung 5 vermieden wird, indem Frischluft angesaugt wird, welche eine Kühlung der Vakuumpumpe 1 bewirkt.
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Natürlich kann das Schmelzmaterial 6 mit seinen relevanten Eigenschaftsparametern (z. B. Schmelzpunkt bzw. -bereich) individuell an die jeweilige Vakuumpumpe 1 anpassbar hergestellt werden. Sinnvoller Weise ist das Schmelzmaterial 6 aus einem entsprechend einstellbaren Werkstoff gebildet, welcher entsprechend leicht zu verarbeiten ist. Günstiger Weise bieten sich dafür Kunststoffe an.
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Beispielsweise kann eine Vakuumpumpe 1 eine kritische Temperatur von 200°C aufweisen, so dass das Schmelzmaterial 6 eine Schmelztemperatur von 160°C haben könnte. Andere Vakuumpumpen können andere kritische Temperaturbeträge aufweisen, so dass das Schmelzmaterial 6 entsprechend anpassbar sein sollte.
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Ist die Öffnung 5 geöffnet, also der Schmelzpfropfen 8 abgeschmolzen, sollte natürlich umgehend eine Servicewerkstatt aufgesucht werden, was dem Fahrer mittels geeigneter Warnvorrichtungen bzw. -signale optischer, akustischer und/oder haptischer Art übermittelt wird.
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Der Schmelztropfen 8 kann auch als Sublimationstropfen ausgebildet werden, so dass die Funktion des Tropfens identisch ist aber kein festes oder flüssiges Schmelzmaterial in den Einlassstutzen 2, in die nicht gezeigte innere Pumpenvorkammer bzw. Pumpenkammer gelangt.