DE102010026032A1

DE102010026032A1 - Flatterventil und Drehschieberpumpe

Info

Publication number: DE102010026032A1
Application number: DE201010026032
Authority: DE
Inventors: André Maeder; Eike Stitterich
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-07-03
Filing date: 2010-07-03
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flatterventil (1) für insbesondere eine Vakuumpumpe mit einem einseitig eingespannten Federblatt (2) und einem ebenfalls einseitig eingespannten Niederhalter (3) zur Begrenzung einer Öffnungsstellung des Federblatts (2), wobei eine Form des Niederhalters (3) im Wesentlichen einer Biegelinie (w(x)) eines einseitig eingespannten Biegebalkens, das heißt eines Kragarms, entspricht. Hierdurch kann insbesondere eine erhöhte Lebensdauer der Federblatts (2) und damit des Flatterventils (1) erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flatterventil für insbesondere eine Vakuumpumpe. Die Erfindung betrifft außerdem eine Drehschieberpumpe mit einem derartigen Flatterventil.
Flatterventile sind Rückschlagventile, die ohne sonstigen äußeren Antrieb, das heißt nur aufgrund von Druckunterschieden auf beiden Ventilseiten in Durchlassrichtung öffnen und sich selbsttätig, bspw. mittels Federkraft, wieder schließen. Dazu weisen Flatterventile üblicherweise ein Federblatt aus einem elastischen Werkstoff auf, dessen Eigenschaften gleichzeitig die Schließung des Ventils sicherstellen. Darüber hinaus müssen die eingesetzten Werkstoffe derart steif sein, dass die Ventilfunktion bei einem Druckunterschied gegen die Öffnungsrichtung sichergestellt werden kann. Flatterventile werden deshalb üblicherweise aus Federstahl, in Ausnahmefällen jedoch auch aus Kunststoff hergestellt. Besonders in der modernen Kraftfahrzeugtechnik werden Flatterventile bereits vielerorts, bspw. bei Vakuumpumpen, eingesetzt. Zur Begrenzung einer Öffnungsstellung des Flatterventils wird dabei üblicherweise ein Niederhalter eingesetzt, der die Öffnungsbewegung des Federblattes begrenzt und dadurch einen maximal zulässigen Ausströmquerschnitt definiert.
Nachteilig bei den bekannten Flatterventilen ist jedoch, dass durch den jeweils eingesetzten Niederhalter das zugehörige Federblatt beim Öffnen geometrisch ungünstig gebogen wird, so dass aufgrund der bei Flatterventilen häufigen Öffnungsbewegungen ein frühzeitiges Versagen des Federblattes und damit des Flatterventils eintreten kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Flatterventil eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine längere Lebensdauer auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Form eines Niederhalters zur Begrenzung einer Öffnungsstellung eines Federblattes eines Flatterventils an eine Biegelinie eines einseitig eingespannten Biegebalkens, das heißt eines Kragarmes, anzupassen und dadurch beim Öffnen des Federblatts ein flächiges und gleichmäßiges Anlegen desselben an dem Niederhalter zu erzwingen, wodurch die Spannungen innerhalb des Federblatts beim Öffnen reduziert werden können. Bei bisher eingesetzten Niederhaltern entsprach die Form des Niederhalters einer Knicklinie, wobei der Niederhalter auf der einen Seite des Knicks eingespannt war und auf der anderen Seite des Knicks linear verlief. Der Knick wurde dabei zumindest leicht ausgerundet, so dass im Bereich des Knicks ein kleiner Biegeradius vorhanden war. Bei dem erfindungsgemäßen Flatterventil hingegen entspricht die Form des Niederhalters der Biegelinie eines Kragarms, das heißt einen an allen Stellen gekrümmten Niederhalters, ohne dass ein Knick bzw. ein vergleichsweise geringer Biegeradius vorhanden wäre, der zu vergleichsweise hohen lokalen Spannungen führen könnte. Vielmehr kann sich das Federblatt beim Öffnen aufgrund eines entsprechenden Druckunterschieds je nach Öffnungsstellung abrollend an den Niederhalter anlegen und erfährt dadurch eine deutlich geringere Spannungsbelastung als bei einem herkömmlichen Niederhalter, der in weiten Teilen einen linearen Verlauf aufwies.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Federblatt des Flatterventils aus einem Federstahl ausgebildet, wogegen der Niederhalter aus Metall, insbesondere aus Blech oder Stahlblech, ausgebildet ist. Federstahl ist ein Stahl, der im Vergleich zu anderen Stählen eine höhere Festigkeit sowie eine höhere Elastizitätsgrenze besitzt. Diese Elastizitätsgrenze als herausragende Eigenschaft eines Federstahls kann durch Herstellen einer bestimmten Legierung mit entsprechenden Eigenschaften beeinflusst werden. Eines der die Elastizität begünstigenden Legierungselemente ist bspw. Silizium, wobei zudem eine möglichst gleichmäßige Verteilung von Kohlenstoff die Elastizität begünstigt. Da der Niederhalter eine derartige federnde Belastung nicht ertragen muss, kann dieser aus vergleichsweise kostengünstigem Stahl bzw. Blech oder Stahlblech hergestellt werden, so dass die Gesamtkosten des erfindungsgemäßen Flatterventils auf einem niedrigen Niveau gehalten werden können.
Zweckmäßig sind das Federblatt und der Niederhalter an derselben Stelle eingespannt und insbesondere an dieser Einspannstelle fest miteinander verbunden, bspw. miteinander verschweißt, verklebt, vernietet oder verschraubt. Durch die gemeinsame Einspannstelle kann ein vordefiniertes Öffnungsverhalten des Federblatts erzwungen werden, wobei sich das Federblatt beim Öffnen langsam an den entsprechend der Biegelinie eines Kragarms geformten Niederhalters anlegt. Bereits die Aufzählung der möglichen Verbindungsverfahren zeigt, welche vielfältigen Verbindungsmöglichkeiten gegeben sind und welche hohe Flexibilität dadurch erzielt werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erfindungsgemäßes Flatterventil,
2 eine Drehschieberpumpe mit einem derartigen erfindungsgemäßen Flatterventil.
Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Flatterventil 1, welches generell ein Rückschlagventil darstellt, ein einseitig eingespanntes Federblatt 2 sowie einen ebenfalls einseitig eingespannten Niederhalter 3 zur Begrenzung einer Öffnungsstellung des Federblatts 2 auf. Erfindungsgemäß ist nun eine Form des Niederhalters 3 an eine Biegelinie w(x) eines einseitig eingespannten Biegebalkens, das heißt an eine Biegelinie eines Kragarms, angepasst. Eine derartige Biegelinie ist abhängig von einer aufgebrachten Kraft f und damit einem aufgebrachten Moment M sowie den Materialeigenschaften des Niederhalters 3.
Ein Beispiel für eine solche Biegelinie w(x) ist für einen rechteckigen Kragarm der Länge l mit rechteckiger Querschnittsfläche a·b: w(x) = {2·F·l/(E·B·a³))·x²·(3 – x/l)
Wobei E das E-Modul des Biegebalkens, bzw. Kragarmes ist und F die auf das freie Ende einwirkende Kraft. Je nach Geometrie des Kragarmes ergibt sich eine andere Biegelinie w(x). Bei der erfindungsgemäßen Anwendung dieser Formel muss das E-Modul des Federblattes 2 berücksichtigt werden. Da das Federblatt 2 aber nicht rechteckig ist und auch nicht zwingend einen rechteckigen Querschnitt aufweist, stellt die obige Formel nur eine Näherung der idealen Form dar.
Durch die Ausbildung der Form des Niederhalters 3 entsprechend der Biegelinie w(x) eines einseitig eingespannten Biegebalkens erfährt das Federblatt 2 beim Öffnen aufgrund eines Druckunterschieds keine unzulässig hohen Spannungen, insbesondere keinen Knick, wodurch die Lebensdauer des Federblatts 2 und damit generell des Flatterventils 1 verlängert werden kann. Das Federblatt 2 kann dabei aus einem anderen Werkstoff ausgebildet sein, als der Niederhalter 3, wobei für das Federblatt 2 bspw. ein Federstahl eingesetzt werden kann, wogegen der Niederhalter 3 aus Metall, insbesondere aus einem kostengünstigen Blech oder Stahlblech, ausgebildet werden kann.
Betrachtet man die 1 näher, so kann man erkennen, dass das Federblatt 2 und der Niederhalter 3 an derselben Stelle eingespannt sind und an dieser Stelle üblicherweise auch fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, verklebt, vernietet oder verschraubt sind. Eingesetzt wird das erfindungsgemäße Flatterventil 1 bspw. im Bereich einer Vakuumpumpe, insbesondere im Bereich einer Drehschieberpumpe 5 (vgl. 2), wobei eine derartige Drehschieberpumpe 5 bspw. Bestandteil eines Brennkraftverstärkers in einem Kraftfahrzeug sein kann.
Die für die Form des Niederhalters 3 vorgegebene Biegelinie wird aus dem Momentenverlauf M(x) sowie der Elastizität und dem Trägheitsmoment des Niederhalters gerechnet.
Herkömmliche Niederhalter waren üblicherweise ebenfalls einseitig eingespannt und benachbart zur Einspannstelle mit einem vergleichsweise kleinen Biegeradius abgeknickt, wobei der sich daran anschließende Kragarm ungekrümmt, das heißt linear weiterlief. Beim Öffnen des Federblatts ergaben sich dabei jedoch vergleichsweise hohe Spannungsbelastungen im Bereich des kleinen Biegeradius' bzw. des Knicks des Niederhalters 3, womit oftmals ein frühzeitiges Versagen des Federblatts 2 einherging. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Niederhalters 3 wird ein spannungsoptimiertes Öffnen des Federblatts 2 bewirkt bzw. erzwungen, wodurch die Lebensdauer des Federblatts 2 und damit des Flatterventils 1 deutlich erhöht werden kann. Dieser Effekt kann gleichzeitig mit vergleichsweise kostengünstigen Mitteln erreicht werden, da der erfindungsgemäß ausgestaltete Niederhalter 3 nicht oder nur marginal teurer ist als ein herkömmlicher Niederhalter.

Claims

Flatterventil (1) für insbesondere eine Vakuumpumpe mit einem einseitig eingespannten Federblatt (2) und einem ebenfalls einseitig eingespannten Niederhalter (3) zur Begrenzung einer Öffnungsstellung des Federblatts (2), wobei eine Form des Niederhalters (3) im Wesentlichen einer Biegelinie (w(x)) eines einseitig eingespannten Biegebalkens, das heißt eines Kragarms, entspricht.
Flatterventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblatt (2) aus einem anderen Werkstoff ausgebildet ist als der Niederhalter (3).
Flatterventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblatt (2) aus einem Federstahl ausgebildet ist, wogegen der Niederhalter (3) aus Metall, insbesondere aus Blech oder aus Stahlblech ausgebildet ist.
Flatterventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblatt (2) und der Niederhalter (3) an derselben Stelle eingespannt sind.
Flatterventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblatt (2) und der Niederhalter (3) fest miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, verklebt, vernietet oder verschraubt sind.
Drehschieberpumpe (5) mit einem Flatterventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Drehschieberpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberpumpe (5) Bestandteil eines Bremskraftverstärkers in einem Kraftfahrzeug ist.