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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpeinrichtung mit einer Vakuumpumpe, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug dazu dient, ein Vakuum für ein Nebenaggregat, wie einen Bremskraftverstärker, zu erzeugen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vakuumpumpeinrichtung.
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Aus der internationalen Veröffentlichung
WO 2006/042493 A1 ist eine Vakuumpumpe für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei ein Rotor mit zumindest einem Flügel unter Zwischenschaltung einer Kupplungseinrichtung permanent vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs drehangetrieben wird, wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch einer Vakuumpumpeinrichtung mit einer Vakuumpumpe, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug betrieben wird, um ein Vakuum für ein Nebenaggregat, wie einen Bremskraftverstärker, zu erzeugen, zu reduzieren.
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Die Aufgabe ist bei einer Vakuumpumpeinrichtung mit einer Vakuumpumpe, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug dazu dient, ein Vakuum für ein Nebenaggregat, wie einen Bremskraftverstärker, zu erzeugen, dadurch gelöst, dass die Vakuumpumpe antriebsmäßig mit einer hydraulischen Maschine verbunden ist, die schaltbar ist, um die Vakuumpumpe bedarfsabhängig anzutreiben. Die Vakuumpumpe wird in der erfindungsgemäßen Vakuumpumpeinrichtung nicht permanent angetrieben. Die Vakuumpumpe wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung nicht durch den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, sondern durch die hydraulische Maschine angetrieben. Zu diesem Zweck wird die hydraulische Maschine, die antriebsmäßig permanent mit der Vakuumpumpe verbunden ist, bedarfsabhängig eingeschaltet. Wenn ausreichend Unterdruck vorhanden ist, wird die hydraulische Maschine abgeschaltet, so dass die Vakuumpumpe nicht mehr angetrieben wird und demzufolge auch keine Energie verbraucht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine als Flügelzellenmaschine ausgeführt ist. Die hydraulische Maschine kann aber auch als Schaufelradmaschine, zum Beispiel mit einem Turbinenrad wie bei einem Turbolader, oder Zahnradmaschine ausgeführt sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die hydraulische Maschine in Verdrängerbauweise mit einem hydraulisch angetriebenen Rotor und/oder einer hydraulisch angetriebenen Welle ausgestattet. Zur Kopplung zwischen der hydraulischen Maschine und der Vakuumpumpe kann eine Kupplung, zum Beispiel eine Oldham-Kupplung, vorgesehen sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine an der Vakuumpumpe angebracht ist. Dadurch wird eine kompakte Einheit geschaffen, vorzugsweise mit einem gemeinsamen Gehäuse für die elektrische Maschine und die Vakuumpumpe. Die hydraulische Maschine kann aber auch an anderer Stelle, zum Beispiel an einem Motorgehäuse, angebracht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine durch Hydraulikmedium angetrieben ist, das mit einem Systemdruck beaufschlagt ist. Bei dem Hydraulikmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Schmiermedium, wie Motoröl. Das Schmiermedium ist in einem Schmiersystem des Kraftfahrzeugs mit dem Systemdruck beaufschlagt, der auch als Motoröldruck bezeichnet wird. Der Systemdruck wird zum Beispiel mit Hilfe einer Schmiermediumpumpe bereitgestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulischen Maschine ein Schaltventil mit einer ersten Schaltstellung, in welcher ein Eingang der hydraulischen Maschine mit dem Systemdruck beaufschlagt ist, und einer zweiten Schaltstellung vorgeschaltet ist, in welcher der Eingang der hydraulischen Maschine nicht mit dem Systemdruck beaufschlagt ist. Bei dem Schaltventil handelt es sich vorzugsweise um ein hydraulisches Schaltventil, das besonders vorteilhaft als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vakuumpumpeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil elektromagnetisch über eine Motorsteuerung betätigbar ist, die einen von der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck erfasst. Über die Motorsteuerung wird das Schaltventil in Abhängigkeit von dem erzeugten Unterdruck umgeschaltet, um die hydraulische Maschine ein- oder auszuschalten beziehungsweise anzutreiben oder nicht anzutreiben.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpeinrichtung mit einer Vakuumpumpe, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug betrieben wird, um ein Vakuum für ein Nebenaggregat, wie einen Bremskraftverstärker, zu erzeugen, insbesondere einer vorab beschriebenen Vakuumpumpeinrichtung, ist die vorab angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Vakuumpumpe antriebsmäßig mit einer hydraulischen Maschine verbunden ist beziehungsweise wird, die ein- und ausgeschaltet wird, um die Vakuumpumpe bedarfsabhängig anzutreiben. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe wird nicht permanent angetrieben. Die hydraulische Maschine dient nur dazu, die Vakuumpumpe bei Bedarf anzutreiben. Zu diesem Zweck wird die hydraulische Maschine bedarfsabhängig eingeschaltet. Wenn ausreichend Unterdruck vorhanden ist, wird die hydraulische Maschine abgeschaltet, so dass die Vakuumpumpe nicht mehr angetrieben wird und demzufolge auch keine Energie verbraucht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine durch Hydraulikmedium angetrieben wird, das mit einem Systemdruck beaufschlagt wird. Bei dem Hydraulikmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Schmiermedium, wie Motoröl. Das Schmiermedium wird in einem Schmiersystem des Kraftfahrzeugs mit dem Systemdruck beaufschlagt, der auch als Motoröldruck bezeichnet wird. Der Systemdruck wird zum Beispiel durch eine Schmierölpumpe bereitgestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine durch ein Schaltventil geschaltet wird, über das die hydraulische Maschine bedarfsabhängig mit dem Systemdruck beaufschlagt wird. Bei dem Schaltventil handelt es sich vorzugsweise um ein hydraulisches Schaltventil, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil elektromagnetisch über eine Motorsteuerung betätigt wird, die einen von der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck erfasst. Es ist auch möglich, das Schaltventil direkt mit dem von der Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck anzusteuern.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil aus einer ersten Schaltstellung, in welcher ein Eingang der hydraulischen Maschine mit dem Systemdruck beaufschlagt ist, in eine zweite Schaltstellung umgeschaltet wird, in welcher der Eingang der hydraulischen Maschine nicht mit dem Systemdruck beaufschlagt ist, wenn ein maximaler Unterdruck vorliegt. Wenn sich das Schaltventil in seiner ersten Schaltstellung befindet, ist die hydraulische Maschine eingeschaltet beziehungsweise wird durch den Systemdruck angetrieben. Wenn sich das Schaltventil in seiner zweiten Schaltstellung befindet, ist die hydraulische Maschine ausgeschaltet beziehungsweise wird nicht angetrieben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil aus seiner zweiten Schaltstellung in seine erste Schaltstellung umgeschaltet wird, wenn ein minimaler Unterdruck vorliegt. Die hydraulische Maschine bleibt dann so lange eingeschaltet, bis wieder maximaler Unterdruck vorliegt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine teilweise stark vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Form eines Hydraulikschaltplans;
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2 eine erfindungsgemäße Vakuumpumpeinrichtung im Querschnitt durch eine als Flügelzellenmaschine ausgeführte hydraulische Maschine und
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3 die Vakuumpumpeinrichtung aus 2 im Längsschnitt.
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In 1 ist eine Vakuumpumpeinrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Die Vakuumpumpeinrichtung 1 umfasst eine Pumpeinrichtung 4 und einen Bremskraftverstärker 5, die beide stark vereinfacht dargestellt sind.
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Die Pumpeinrichtung 4 umfasst eine vorzugsweise als Flügelzellenpumpe ausgeführte Vakuumpumpe, die durch eine hydraulische Maschine 6 angetrieben ist, die vorzugsweise als Flügelzellenmaschine ausgeführt ist.
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Die hydraulische Maschine 6 kann alternativ als Schaufelradmaschine, Turbinenradmaschine oder Zahnradmaschine ausgeführt sein. Die hydraulische Maschine 6 dient dazu, die Vakuumpumpe der Pumpeinrichtung 4 bedarfsabhängig anzutreiben, um ausreichend Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 5 zu erzeugen.
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Die hydraulische Maschine 6 der Pumpeinrichtung 4 wird mit Schmiermedium aus einem Schmiermittelversorgungssystem 10 angetrieben. Das zum Antrieb der hydraulischen Maschine 6 verwendete Schmiermedium wird mit Hilfe einer Schmiermittelpumpe 12 aus einem Schmiermittelreservoir 14 angesaugt und mit dem Systemdruck beaufschlagt.
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Bei dem Schmiermittelreservoir 14 kann es sich zum Beispiel um einen Motorölsumpf eines Kraftfahrzeugs handeln. Durch einen Pfeil 15 ist angedeutet, dass das mit Systemdruck beaufschlagte Schmiermedium in dem Schmiermittelversorgungssystem 10 zur Schmierung an verschiedenen Stellen im Kraftfahrzeug verwendet wird.
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Ein Schaltventil 18 ist zwischen das Schmiermittelversorgungssystem 10 und die hydraulische Maschine 6 der Pumpeinrichtung 4 geschaltet. Das Schaltventil 18 ist als hydraulisches 2/2-Wegeventil mit einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung ausgeführt. In der dargestellten ersten Schaltstellung des Schaltventils 18 ist das Schmiermittelversorgungssystem 10 mit einem Eingang der hydraulischen Maschine 6 der Pumpeinrichtung 4 verbunden, so dass die hydraulische Maschine 6 durch das mit Systemdruck beaufschlagte Schmiermedium angetrieben wird.
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Wenn das Schaltventil 18 in seine zweite (in 1 nicht dargestellte) Schaltstellung umgeschaltet wird, dann wird die Verbindung zwischen dem Schmiermittelversorgungssystem 10 und der hydraulischen Maschine 6 der Pumpeinrichtung 4 unterbrochen, so dass die hydraulische Maschine 6 und demzufolge auch die antriebsmäßig mit der hydraulischen Maschine 6 verbundene Vakuumpumpe der Pumpeinrichtung 4 nicht mehr angetrieben wird.
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Das Schaltventil 18 ist, wie durch ein Symbol angedeutet ist, elektromagnetisch betätigbar und über eine Steuerleitung 20 durch ein Motorsteuergerät 24, das auch als Motorsteuerung bezeichnet wird, angesteuert. Das Motorsteuergerät 24 erfasst über eine gestrichelt angedeutete Leitung 26 den von der Vakuumpumpe der Pumpeinrichtung 4 erzeugten Unterdruck. Zu diesem Zweck wird über die Leitung 26 der Druck zwischen einem Ausgang der Vakuumpumpe der Pumpeinrichtung 4 und dem Bremskraftverstärker 5 erfasst.
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Das Schaltventil 18 kann zum Beispiel an einem Gehäuse der Pumpeinrichtung 4 oder außerhalb der Pumpeinrichtung 4 angebracht werden. Die hydraulische Maschine 6 der Pumpeinrichtung 4 kann zum Beispiel an einem Motorgehäuse des Kraftfahrzeugs angebracht werden.
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In den
2 und
3 ist eine Vakuumpumpeinrichtung
41 in einem Querschnitt und einem Längsschnitt dargestellt. Die Vakuumpumpeinrichtung
41 umfasst eine hydraulische Maschine
51, die antriebsmäßig mit einer Vakuumpumpe
52 verbunden ist. Die hydraulische Maschine
51 ist, ebenso wie die Vakuumpumpe
52, in Flügelzellenbauweise ausgeführt. Die Vakuumpumpe
52 kann zum Beispiel als Flügelzellenpumpe ausgeführt sein, wie sie in der internationalen Veröffentlichung
WO 2006/042493 A1 offenbart ist.
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Die Vakuumpumpeinrichtung 41 umfasst ein gemeinsames Gehäuse 53 für die hydraulische Maschine 51 und die Vakuumpumpe 52. In dem Gehäuse 53 ist ein Rotor 54 der Vakuumpumpe 52 drehbar gelagert. In dem Rotor 54 sind (nicht dargestellte) Flügel in radialer Richtung verschiebbar angeordnet, die Flügelzellen der als Flügelzellenpumpe ausgeführten Vakuumpumpe 52 begrenzen.
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Durch einen Pfeil 55 ist angedeutet, dass die als Flügelzellenmaschine ausgeführte hydraulische Maschine 51 über das mit Systemdruck beaufschlagte Schmiermedium aus dem Schmiermittelversorgungssystem 10 angetrieben wird. Das mit Systemdruck beaufschlagte Schmiermedium wird in der hydraulischen Maschine 51 verwendet, um einen Rotor 60 anzutreiben, in welchem Flügel 61 in radialer Richtung verschiebbar geführt sind. Der Rotor 60 ist über eine (nicht dargestellte) Kopplungseinrichtung 62 drehfest mit dem Rotor 54 der Vakuumpumpe 52 verbunden.
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Der Rotor 54 der Vakuumpumpe 52 wird über die Kopplungseinrichtung 62 durch den Rotor 60 der hydraulischen Maschine 51 angetrieben. Der Rotor 60 ist mit den Flügeln 61 in dem Gehäuse 53 untergebracht, das durch einen Deckel 63 verschlossen ist.
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Das Schmiermedium aus dem Schmiermittelversorgungssystem 10 gelangt über einen Eingang 64 in die von dem Rotor 60 und den Flügel 61 begrenzten Flügelzellen. Über einen Ausgang 65 tritt das den Rotor 60 der hydraulischen Maschine 51 antreibende Schmiermedium aus dem Gehäuse 53 aus und wird wieder dem Schmiermittelreservoir 14 zugeführt.
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Das An- und Abschalten beziehungsweise Ein- und Ausschalten der hydraulischen Maschine 51 wird durch das Schaltventil 18 gesteuert. Bei minimalem Unterdruck wird das Schaltventil 18 durch ein elektrisches Signal der Motorsteuerung 24 in seine dargestellte Schaltstellung geschaltet, um die hydraulische Maschine 51, die auch als Schaltpumpe bezeichnet wird, anzutreiben.
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Die hydraulische Maschine 51 wird also durch den Systemdruck angetrieben, was dazu führt, dass der antriebsmäßig mit dem Rotor 60 verbundene Rotor 54 der Vakuumpumpe 52 sich dreht und der Bremskraftverstärker 5 leergesaugt wird, bis ein maximaler Unterdruck erreicht ist.
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Bei maximalem Unterdruck bekommt das Schaltventil 18 wieder ein Signal von der Motorsteuerung 24, was dazu führt, dass der Systemdruck abgeschaltet wird, so dass der Rotor 60 der hydraulischen Maschine 51 nicht mehr angetrieben wird. Dann wird auch die Vakuumpumpe 52 nicht mehr angetrieben und der Rotor 54 der Vakuumpumpe 52 bleibt stehen. Diese Schaltvorgänge wiederholen sich immer wieder, wenn minimaler beziehungsweise maximaler Unterdruck erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vakuumpumpeinrichtung
- 4
- Pumpeinrichtung
- 5
- Bremskraftverstärker
- 6
- hydraulische Maschine
- 10
- Schmiermittelversorgungssystem
- 12
- Schmiermittelpumpe
- 14
- Schmiermittelreservoir
- 15
- Pfeil
- 18
- Schaltventil
- 20
- Steuerleitung
- 24
- Motorsteuergerät
- 26
- Leitung
- 41
- Vakuumpumpeinrichtung
- 51
- hydraulische Maschine
- 52
- Vakuumpumpe
- 53
- Gehäuse
- 54
- Rotor
- 55
- Pfeil
- 60
- Rotor
- 61
- Flügel
- 62
- Kopplungseinrichtung
- 63
- Deckel
- 64
- Eingang
- 65
- Ausgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/042493 A1 [0002, 0029]
