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Diese Anmeldung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und insbesondere eine Vakuumpumpe für eine Kraftfahrzeug-Motoranlage.
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Eine Kraftfahrzeug-Motoranlage kann eine Vakuumpumpe einschließen, um Luft aus einem oder mehreren Kraftfahrzeug-Bauteilen herauszupumpen. Solche Bauteile können zum Beispiel einen Vakuumservoantrieb für Hydraulikbremsen, einen Drosseltreiber oder einen betätigten Dämpfer in der Lüftungsanlage des Fahrzeugs einschließen.
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Die Vakuumpumpe einer Kraftfahrzeug-Motoranlage ist typischerweise eine Drehschieber-Verdrängerpumpe. Die Internationale Patentanmeldung Nummer
WO 2007/003215 A1 zeigt ein Beispiel dieser Art von Pumpe. Die Pumpe schließt einen Einzelschieber-Rotor ein, der sich innerhalb eines Stators dreht und das innere Volumen des Stators in nicht in Verbindung stehende Kammern teilt. Solche Kammern schließen eine Einlasskammer und eine Auslasskammer ein. Der Stator hat einen Einlassdurchgang, der mit der Einlasskammer verbunden ist, und einen Auslassdurchgang, der mit der Auslasskammer verbunden ist. Der Rotor und der Stator sind mit einem Film aus Schmieröl überzogen und so konfiguriert, dass jede Drehung des Rotors das Volumen der Einlasskammer steigert und das Volumen der Auslasskammer vermindert. Dementsprechend wird Luft durch den Einlassdurchgang eingelassen und durch den Auslassdurchgang ausgestoßen, was die Grundfunktion der Vakuumpumpe gewährleistet. Bei dieser Pumpe und anderen wie sie kann ein gesondertes Rückschlagventil an den Auslassdurchgang gekoppelt sein, um die Menge an Luft, die am Beginn jedes Pumpzyklus erneut in die Pumpe eintritt, zu minimieren. Das Rückschlagventil kann einen flexiblen, federgespannten Verschluss oder ein zungenartiges Element einschließen.
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Während des Betriebs der Vakuumpumpe beginnt der federgespannte Verschluss zu öffnen, wenn der Druck in der Auslasskammer die Rückstell-(Schließ-)Kraft des Verschlusses überwindet. Die Erfinder des Vorliegenden haben herausgefunden, dass das begrenzte Öffnungsausmaß des Verschlusses, zusammen mit dessen etwas großer wiederherstellender Kraft, am Ende jedes Pumpzyklus zu einem übermäßigen Schmieröldruck in der Auslasskammer führt. Unter einigen Bedingungen verursacht der hohe Druck der Auslasskammer im Verhältnis zu der Einlasskammer eine Fehlausrichtung oder ein Schaukeln des Rotors. Dies wiederum kann bewirken, dass der Rotor an den Stator anstößt, was zu einem störenden Geräusch von der Vakuumpumpe führt.
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Dementsprechend stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Drehschieber-Vakuumpumpe bereit, die einen Stator und einen mit Schieber versehenen Rotor umfasst. Der Stator definiert teilweise eine Auslasskammer und schließt einen Auslassdurchgang ein, der sich zu der Auslasskammer öffnet. Der Rotor ist drehbar gegenüber dem Stator abgedichtet. Der Rotor hat einen Abdichtungsbereich, um den Auslassdurchgang zu sperren, und einen Öffnungsbereich, der durch Drehung des Rotors mit dem Auslassdurchgang ausgerichtet werden kann, um periodisch den Auslassdurchgang freizugeben. Die offenbarte Pumpe bietet einen verringerten Widerstand gegen eine Schmierölabgabe aus dem Auslassdurchgang, was zu einem niedrigeren Differenzdruck zwischen der Einlass- und der Auslasskammer am Ende des Pumpzyklus führt. Daher ist der Rotor keinen Fehlausrichtungs- oder Schaukelkräften ausgesetzt, die zu einem störenden Geräusch von der Pumpe führen könnten.
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Die Kurzdarstellung oben wird bereitgestellt, um einen ausgewählten Teil dieser Offenbarung in vereinfachter Form einzuführen, nicht, um Schlüssel- oder Wesensmerkmale zu identifizieren. Der beanspruchte Gegenstand, der durch die Ansprüche definiert wird, ist weder auf den Inhalt dieser Kurzdarstellung noch auf Umsetzungen, welche die hierin angegebenen Probleme oder Nachteile behandeln, begrenzt.
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1 zeigt schematisch Aspekte einer beispielhaften Kraftfahrzeuganlage nach einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
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2, 3 und 4 zeigen Aspekte einer beispielhaften Drehschieber-Vakuumpumpe nach einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
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5, 6 und 7 zeigen schematisch Aspekte von anderen beispielhaften Drehschieber-Vakuumpumpen nach Ausführungsformen dieser Offenbarung.
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Es werden nun durch Beispiel und unter Bezugnahme auf die oben aufgelisteten illustrierten Ausführungsformen Aspekte dieser Offenbarung beschrieben werden. Bauteile, Verfahrensschritte und andere Elemente, die in einer oder mehreren Ausführungsformen im Wesentlichen die gleichen sein können, sind abgestimmt gekennzeichnet und werden mit minimaler Wiederholung beschrieben. Es wird jedoch zu erkennen sein, dass sich Elemente, die abgestimmt gekennzeichnet sind, ebenfalls in ein gewissen Grad unterscheiden können. Die in dieser Offenbarung eingeschlossenen Zeichnungsfiguren sind schematisch und im Allgemeinen nicht im Maßstab gezeichnet. Stattdessen können die verschiedenen Zeichnungsmaßstäbe, Abbildungsverhältnisse und Anzahlen von Bauteilen, die in den Figuren gezeigt werden, absichtlich verzerrt sein, um bestimmte Merkmale oder Beziehungen leichter erkennbar zu machen.
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1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug schließt einen Motor 12 ein, der eine Bewegungskraft bereitstellt, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Motor schließt mehrere Ventile 14 – Einlass- und/oder Auslassventile zum Beispiel – ein, die mechanisch über eine Nockenwelle 16 betätigt werden. Die Nockenwelle kann über einen Riemen, eine Kette oder andere geeignete Baugruppen durch die Kurbelwelle des Fahrzeugs (in 1 nicht gezeigt) angetrieben werden. Bei der Ausführungsform von 1 treibt die Nockenwelle ebenfalls eine Vakuumpumpe 18 an. Die Vakuumpumpe wird dazu verwendet, während des Betriebs des Motors Luft aus einem oder mehreren auspumpbaren Motorbauteilen Luft herauszupumpen. Solche Bauteile können zum Beispiel einen Vakuumservoantrieb für Hydraulikbremsen, einen Drosseltreiber oder einen betätigten Dämpfer in der Lüftungsanlage des Fahrzeugs einschließen. Bei der Ausführungsform von 1 ist ein Vakuumservoantrieb 20 an einen Einlass 22 der Vakuumpumpe gekoppelt. Hydraulikleitungen 24 leiten Hydraulikfluid zu Hydraulikbremsen 26 des Kraftfahrzeugs.
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2 zeigt Aspekte einer beispielhaften Drehschieber-Vakuumpumpe 18 in einer Ausführungsform. Die Vakuumpumpe schließt ein Gehäuse oder einen Stator 28 ein.
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Bei der illustrierten Ausführungsform ist der Stator aus einem vorderen und einem gegenüberliegenden hinteren Abschnitt (30 beziehungsweise 32) zusammengebaut, die zusammen einen Hohlraum 34 umschließen.
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Der Stator 28 weist eine gekrümmte Innenwand 36 auf, die einen mit Schieber versehenen Rotor 38 umschließt. In den Zeichnungen hierin nimmt die gekrümmte Innenwand die Form eines Zylinders an, es können aber bei anderen Ausführungsformen abweichend geformte gekrümmte Innenwände verwendet werden. Wie in 2 gezeigt, drehen sich eine vordere und eine hintere Seite des Rotors jeweils gegenüber dem vorderen beziehungsweise dem hinteren Abschnitt des Stators. Der Rotor ist an eine Welle 40, die sich durch ein ölgeschmiertes, abgedichtetes Lager 42 in dem vorderen Abschnitt 30 des Stators erstreckt, gekoppelt und wird durch dieselbe angetrieben. Bei einigen Beispielen kann diese Welle eine Kraftfahrzeug-Nockenwelle oder an dieselbe gekoppelt sein, in anderen Beispielen kann die Welle diejenige eines Elektromotors sein, der durch eine Batterie/Lichtmaschine in dem Kraftfahrzeug angetrieben wird.
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Unter Fortsetzung bei 2 schließt der Rotor 38 eine scheibenförmige Rotornabe 44 ein. Wie in der Zeichnung gezeigt, kann sich die Rotornabe in einem Lagerbereich 46 des hinteren Abschnitts 32 des Stators 28 drehen. Der Rotor wiederum weist einen komplementären Abdichtungsbereich 48 auf, um mit dem Lagerbereich zusammenzupassen. Mit anderen Worten, der Abdichtungsbereich des Rotors ist zusammenhängend und in einer Flächenteilungsberührung mit dem Lagerbereich des Stators angeordnet. Bei anderen Beispielen kann der Lagerbereich im vorderen Bereich 30 des Rotors anstatt oder zusätzlich zu dem hinteren Bereich 32 geformt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Lagerbereich, in dem sich der Rotor dreht, ein ausgesparter Bereich sein. Er kann zum Beispiel die Form einer scheibenförmigen Rastung in dem vorderen und/oder dem hinteren Abschnitt des Stators annehmen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Rotornabe einen ausgesparten Abdichtungsabschnitt einschließen, und der Stator kann einen erhöhten (z.B. scheiben- oder ringförmigen) Lagerbereich aufweisen, um den ausgesparten Abdichtungsbereich des Rotors aufzunehmen. Allgemeiner kann der Stator einen beliebigen Lagerbereich einschließen, der geeignet geformt ist, um den Rotor aufzunehmen, und der Rotor kann einen komplementären Abdichtungsbereich 48 aufweisen, um mit dem Lagerbereich zusammenzupassen. Bei dieser und anderen Ausführungsformen wird eine verschiebbare, aber im Wesentlichen luftdichte, Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator durch einen dünnen Film von Schmieröl an jeder Rotor-Stator-Grenzfläche bereitgestellt. Das reibungsmindernde Öl ermöglicht, dass sich der Rotor im Verhältnis zu dem Stator bewegt, während die Abdichtung aufrechterhalten wird. 3 zeigt Aspekte der Vakuumpumpe 18 aus einer anderen Perspektive. Der vordere Abschnitt 30 des Stators 28 ist in 3 weggelassen, um die innere Struktur der Vakuumpumpe zu enthüllen. Wie in der Zeichnung gezeigt, berührt die Rotornabe 44 die gekrümmte Innenwand 36, dreht sich und dichtet derselben gegenüber ab. Zusätzlich zu der Rotornabe schließt der Rotor 38 einen segmentierten Schieber 50 ein, der sich frei entlang des Durchmessers der Rotornabe verschiebt. Der Schieber hat zwei Endsegmente, 52A und 52B, die durch eine Feder 54 getrennt werden. Die Feder spannt jedes Endsegment gegen die gekrümmte Innenwand vor, was bewirkt, dass die Endsegmente entlang der Innenwand gleiten, wenn sich der Rotor dreht. Bei der Ausführungsform von 3 trägt die Rotornabe nur einen Schieber, bei anderen Ausführungsformen kann die Rotornabe zwei oder mehr Schieber tragen.
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Der Stator 28 schließt einen Einlassdurchgang 56 und einen Auslassdurchgang 58 ein. Der Einlassdurchgang öffnet sich zu dem Vakuumpumpeneinlass 22, und der Auslassdurchgang öffnet sich zu dem Luftraum außerhalb der Vakuumpumpe. Bei der in 3 illustrierten Ausführungsform teilen die Rotornabe 44, der Scheiber 50 und die gekrümmte Innenwand 36 den inneren Hohlraum 34 des Stators in drei Kammern mit veränderlichem Volumen: eine Einlasskammer 60, die mit dem Einlassdurchgang in Verbindung steht, eine Auslasskammer 62, die mit dem Auslassdurchgang in Verbindung steht, und eine geschlossene Kammer 64, die weder mit dem Einlassdurchgang noch mit dem Auslassdurchgang in Verbindung steht. Dementsprechend werden die Einlasskammer und die Auslasskammer jede teilweise durch den Stator definiert insofern, als die gekrümmte Innenwand des Stators, zusammen mit der Rotornabe und dem Schieber des Rotors, die sich entwickelnden Grenzen sowohl der Einlasskammer als auch der Auslasskammer definiert. Weil die Drehachse R des Rotors 38 gegenüber der Mittelachse C des inneren Hohlraums versetzt ist, nimmt das Volumen der Einlasskammer zu, wenn sich der Rotor in der in 3 gezeigten Richtung dreht, während das Volumen der Auslasskammer abnimmt. Dieses Merkmal gewährleistet die Grundfunktion der Vakuumpumpe 18, das Pumpen von Luft von dem Vakuumpumpeneinlass 22 zu dem Luftraum außerhalb der Vakuumpumpe.
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Bei einigen Vakuumpumpen kann der minimale Einlassdruck durch den Eintritt von Luft durch den Auslassdurchgang und in den Hohlraum der Pumpe begrenzt werden. Ein Weg, um dieses Problem zu behandeln, ist es, ein Rückschlagventil an den Auslassdurchgang zu koppeln, um die Menge an Luft, die wieder in die Vakuumpumpe eintritt, zu minimieren. Eine Art von Rückschlagventil kann einen flexiblen, federgespannten Verschluss oder ein zungenartiges Element einschließen, mit einem hinteren Anschlag mit niedrigem Abstand, um den Verschluss vor einer irreversiblen Verformung zu schützen. Während des Betriebs der Vakuumpumpe beginnt der federgespannte Verschluss zu öffnen, wenn der Druck in der Auslasskammer die Rückstell-(Schließ-)Kraft des Verschlusses überwindet. Die Erfinder des Vorliegenden haben herausgefunden, dass das begrenzte Öffnungsausmaß des Verschlusses, zusammen mit dessen etwas großer wiederherstellender Kraft, am Ende jedes Pumpzyklus zu einem übermäßigen Schmieröldruck in der Auslasskammer führt. Unter einigen Bedingungen kann der hohe Druck der Auslasskammer im Verhältnis zu der Einlasskammer eine Fehlausrichtung oder ein Schaukeln des Rotors verursachen. Dies wiederum kann bewirken, dass der Rotor an den Stator anstößt, was zu einem störenden Geräusch von der Vakuumpumpe führt.
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Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung eine Rücklaufsperrfunktion am Auslassdurchgang 58 der Vakuumpumpe 18 bereit, aber ohne die Verwendung eines zungenartigen Rückschlagventils. Stattdessen ist, wie in 3 und 4 gezeigt, der Auslassdurchgang innerhalb des Lagerbereichs 46 des Stators angeordnet, wo er über den Großteil des Drehumfangs des Rotors durch den Abdichtungsbereich 48 der Rotornabe abgedeckt bleibt. Jedoch schließt die Rotornabe 44 ebenfalls, zusätzlich zu dem Abdichtungsbereich 48, zwei Öffnungsbereiche 66A und 66B ein. Bei der illustrierten Ausführungsform sind die Öffnungsbereiche symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des Rotorschiebers 50 angeordnet. Jeder Öffnungsbereich kann durch Drehung des Rotors mit dem Auslassdurchgang ausgerichtet werden, um den Auslassdurchgang während der Drehung des Rotors periodisch zu öffnen. Wie in 3 ist ein Öffnungsbereich mit dem Auslassdurchgang ausgerichtet, wenn die Auslasskammer 62 ihr niedrigstes Volumen hat. Ansonsten ist der Auslassdurchgang durch den Abdichtungsbereich des Rotors gesperrt – d.h., über den Großteil des Drehumfangs des Rotors. Über den kleinen Bereich von Winkeln, wo sich ein Öffnungsbereich mit dem Auslassdurchgang ausrichtet, wird der Auslassdurchgang geöffnet. Wenn der Auslassdurchgang geöffnet ist, werden Luft und Schmieröl mit einem verhältnismäßig kleinen Gegendruck aus der Auslasskammer ausgestoßen. Obwohl die illustrierte Ausführungsform zwei Öffnungsbereiche bereitstellt, ist diese Offenbarung gleichermaßen vereinbar mit Ausführungsformen, die nur einen Öffnungsbereich haben.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, können die Öffnungsbereiche 66A und 66B als Kerben in dem Abdichtungsbereich 48 geformt sein. In diesen Zeichnungen gehen die Kerben die ganze Strecke durch die Rotornabe 44 hindurch. Bei einigen Beispielen kann jede der Kerben parallel zu der Drehachse R des Rotors geformt sein. Die Kerben können, wie gezeigt, eine abgerundete trapezförmige Gestalt oder eine mehr halbrunde Gestalt der Kompaktheit wegen oder eine länglichere, rechteckige Gestalt für weniger Strömungswiderstand haben. Bei dieser und anderen Ausführungsformen kann der Auslassdurchgang 58 die Form eines länglichen Lochs mit im Wesentlichen der gleichen Länge und Breite wie jede der Kerben annehmen. Jedoch kann die besondere Geometrie der Öffnungsbereiche und Auslassdurchgänge bei den verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarung unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann ein Öffnungsbereich an Stelle einer Kerbe ein in der Rotornabe geformtes Durchgangsloch einschließen. Ein solches Beispiel wird in 5 gezeigt, wobei Durchgangslöcher 66C und 66D periodisch einen ähnlich geformten Auslassdurchgang (in 5 nicht gezeigt) öffnen. Bei noch anderen Ausführungsformen kann der Öffnungsbereich eine Rastung einschließen, die sich nur teilweise durch den Rotor erstreckt. Hier kann eine Rastung 66E unmittelbar dem Lagerbereich 46 gegenüberliegen, wobei sie, wie als Beispiel in 6 gezeigt, eine Höhlung zu demselben aufweist. Obwohl die illustrierte Rastung eine abgerundete trapezförmige Gestalt hat, wird zu erkennen sein, dass eine alternativ geformte Rastung verwendet werden kann, ohne von Rahmen dieser Offenbarung abzuweichen. In 7 zum Beispiel hat eine Rastung 66F eine Keilform. Bei noch anderen Beispielen kann die Rastung die Form eines Kugelquadranten annehmen.
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Es wird zu versehen sein, dass die hierin vorstehend beschriebenen Artikel, Systeme und Verfahren Ausführungsformen dieser Offenbarung sind – nicht begrenzende Beispiele, für die ebenfalls zahlreiche Variationen und Erweiterungen erwogen werden. Diese Offenbarung schließt ebenfalls alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der obigen Artikel, Systeme und Verfahren und jegliche Äquivalente derselben ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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