DE102019130610B3

DE102019130610B3 - Soundproofing device for vacuum pumps

Info

Publication number: DE102019130610B3
Application number: DE102019130610.8A
Authority: DE
Inventors: Conrad Nickel; Jakob Schnitzer; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: WO2021094068A1

Abstract

Es wird eine Schalldämpfungsvorrichtung (1) zur akustischen Dämpfung des Betriebsgeräuschs einer Vakuumpumpe (10) vorgeschlagen. Die Schalldämpfungsvorrichtung (1) umfasst ein Mantelelement (2), ein Durchströmungselement (3) mit einer offenporigen Struktur und eine Sperrfläche (4), die eine Durchströmung eines zentralen Teils des Strömungsquerschnitts in Strömungsrichtung sperrt.A sound-damping device (1) is proposed for acoustic damping of the operating noise of a vacuum pump (10). The sound-damping device (1) comprises a casing element (2), a through-flow element (3) with an open-pored structure and a blocking surface (4) which blocks a central part of the flow cross-section from flowing through in the direction of flow.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalldämpfungsvorrichtung zur akustischen Optimierung einer Vakuumpumpe sowie eine Vakuumpumpe, die mit der Schalldämpfungsvorrichtung ausgestattet ist.The present invention relates to a sound damping device for acoustic optimization of a vacuum pump and a vacuum pump which is equipped with the sound damping device.

Die Auslegung eines Schalldämpfers einer Vakuumpumpe unterscheidet sich von derjenigen eines Kompressors. Maßgeblich für die Pumpenleistung einer Vakuumpumpe ist die Saugleistung. Ein Volumenstrom der Vakuumpumpe nimmt bei zunehmendem Vakuum in dem zu evakuierenden Volumen stetig ab. Aufgrund der geringen Volumenströme stellen Strömungswiderstände von Elementen einer Schalldämpfung bei einer Vakuumpumpe, im Gegensatz zu einem Kompressor, keine relevante Beeinträchtigung der Pumpenleistung dar. Darüber hinaus sind Elemente einer Schalldämpfung auf der Druckseite einer Vakuumpumpe, im Gegensatz zu einem Kompressor, keinen höheren Drücken bzw. Druckdifferenzen zur Umgebung ausgesetzt.The design of a silencer of a vacuum pump differs from that of a compressor. The suction power is decisive for the pump performance of a vacuum pump. A volume flow of the vacuum pump decreases steadily with increasing vacuum in the volume to be evacuated. Due to the low volume flows, flow resistances of elements of a sound attenuation in a vacuum pump, in contrast to a compressor, do not represent a relevant impairment of the pump performance. In addition, elements of a sound attenuation on the pressure side of a vacuum pump, in contrast to a compressor, do not require higher pressures or Exposed to pressure differences to the environment.

Bei einer Vakuumpumpe ist der Pumpeneinlass mit einem zunehmend evakuierten Volumen verbunden. Das einlassseitige Vakuum weist aufgrund einer mangelnden Mediendichte, in der entsprechenden Schwankungen entstehen oder übertragen werden könnten, selbst eine schalldämpfende Wirkung auf. Betriebsgeräusche, die aus den Verdrängungsvorgängen des Pumpenmechanismus innerhalb einer Vakuumpumpe entstehen, gelangen über den Pumpenauslass in die Umgebung. Vakuumpumpen geben ebenso wie Kompressoren charakteristischer Weise erheblich wahrnehmbare Betriebsgeräusche an die Umgebung ab.In a vacuum pump, the pump inlet is connected to an increasingly evacuated volume. The inlet-side vacuum itself has a sound-absorbing effect due to a lack of media density, in which corresponding fluctuations arise or could be transmitted. Operating noises that arise from the displacement processes of the pump mechanism within a vacuum pump reach the environment via the pump outlet. Like compressors, vacuum pumps typically emit considerably perceptible operating noises to the environment.

Vakuumpumpen sind in der Regel Verdrängerpumpen, deren Pumpenmechanismus auf die Förderung von gasförmigen Medien optimiert ist. Im Gegensatz zu flüssigen Medien weisen gasförmige Medien eine große Kompressibilität auf. Die Kompressibilität führt während den Verdrängungsvorgängen zu großen Schwankungen der Dichte des Mediums im Förderstrom. Die Schwankungen der Dichte des Mediums breiten sich als akustische Druckwellen bzw. Schallwellen mit einer Frequenz der Verdrängungsvorgänge des Pumpenmechanismus über den Förderstrom in der umgebenden Atmosphäre aus. Neben einem Ansaugen und Verdichten können je nach Pumpenaufbau auch ein Öffnen und Schließen von Ventilen zur Geräuschbildung beitragen.Vacuum pumps are usually positive displacement pumps, the pump mechanism of which is optimized for pumping gaseous media. In contrast to liquid media, gaseous media are highly compressible. The compressibility leads to large fluctuations in the density of the medium in the flow during the displacement processes. The fluctuations in the density of the medium spread as acoustic pressure waves or sound waves with a frequency of the displacement processes of the pump mechanism via the delivery flow in the surrounding atmosphere. In addition to suction and compression, opening and closing of valves can also contribute to noise, depending on the pump design.

Auf dem Gebiet ölfreier Vakuumpumpen kommt erschwerend hinzu, das eine Dämpfungseigenschaft flüssiger Schmiermittel entfällt. Gegebenenfalls muss zur Erzielung derselben Saugleistung im Vergleich zu einer flüssiggeschmierten Vakuumpumpe die Drehzahl erhöht werden. Beide Umstände führen zu einer verstärkten Geräuschbildung, wodurch die akustischen Anforderungen bei der Entwicklung einer Vakuumpumpe zunehmen. Es besteht das Bestreben für akustisch sensible Anwendungen die Betriebsgeräusche aus Verdrängungsvorgängen vor einem Austritt aus dem Pumpenmechanismus abzudämpfen. Insbesondere im komfortorientierten Fahrzeugbau besteht Bedarf an einer Vakuumpumpe für Bremskraftverstärker mit einer geringen Geräuschentwicklung.In the field of oil-free vacuum pumps, an additional complication is that liquid lubricants do not have a damping property. If necessary, the speed must be increased to achieve the same suction power compared to a liquid-lubricated vacuum pump. Both circumstances lead to increased noise generation, which increases the acoustic requirements when developing a vacuum pump. For acoustically sensitive applications, there is an effort to dampen the operating noises from displacement processes before they exit the pump mechanism. In the comfort-oriented vehicle construction in particular, there is a need for a vacuum pump for brake boosters with a low noise level.

So offenbart die Patentanmeldung DE 10 2010 029 551 A1 eine geräuschreduzierte Gaspumpe, die zum Einsatz als Vakuumpumpe für Bremskraftverstärker an Fahrzeugen konstruiert ist. Ein Abschlusselement und ein Begrenzungselement bilden gemeinsam einen Schacht bzw. Kanal im Gehäuse der Pumpe, der als Schalldämpfer dient. Der Schalldämpfer wird durch eine Ausgestaltung mehrerer Teil-Hohlräume zwischen dem Abschlusselement und dem Begrenzungselement gebildet. In einer optionalen Ausgestaltung kann ferner ein poröses Element in den Teil-Hohlräumen angeordnet sein.So the patent application discloses DE 10 2010 029 551 A1 a noise-reduced gas pump that is designed for use as a vacuum pump for brake boosters on vehicles. A closure element and a delimitation element together form a duct or channel in the pump housing that serves as a silencer. The silencer is formed by a configuration of several partial cavities between the closing element and the delimiting element. In an optional configuration, a porous element can also be arranged in the partial cavities.

Das deutsche Gebrauchsmuster DE 202 05 068 U1 offenbart einen Druckluft-Schalldämpfer, mit einem rückseitigen Befestigungsabschnitt, einem sich in Längsrichtung daran anschließenden Schalldämpferabschnitt mit einem Schalldämpfkörper aus porösem Schalldämpfmaterial und einem in Längsrichtung bis zu einer vorderseitigen Ausströmöffnung durchgehenden Ausströmkanal, der innerhalb des Schalldämpferabschnittes eine sich zur Ausströmöffnung hin verjüngende Gestalt hat. Der Druckluft-Schalldämpfer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfkörper am Außenumfang abdeckungslos ausgebildet ist, wobei seine Außenumfangsfläche eine Ausströmfläche für die seine Wandung quer zur Längsrichtung durchströmende Druckluft bildet, und dass der im Befestigungsabschnitt verlaufende Kanalabschnitt des Ausströmkanals stufenlos in den im Schalldämpferabschnitt verlaufenden Kanalabschnitt übergeht.The German utility model DE 202 05 068 U1 discloses a compressed air silencer, with a rear fastening section, a silencer section adjoining it in the longitudinal direction with a silencer body made of porous silencer material and an outflow channel extending in the longitudinal direction up to a front-side outflow opening, which within the silencer section has a shape that tapers towards the outflow opening. The compressed air silencer is characterized in that the silencer body is designed without a cover on the outer circumference, its outer circumferential surface forming an outflow surface for the compressed air flowing through its wall transversely to the longitudinal direction, and in that the channel section of the outflow channel running in the fastening section merges continuously into the channel section running in the silencer section .

Die deutsche Patentoffenlegungsschrift DE 29 10 209 A1 offenbart einen Geräuschdämpfer für Ventileinrichtungen in Druckluftanlagen, der insbesondere das Geräusch, das in Fahrzeugbremsanlagen beim Abblasen der überschüssigen, über den Regeldruck geförderten Druckluft in die Atmosphäre entsteht, dämpfen soll, bestehend aus einem Gehäuse mit wenigstens einem Einlaß an der ersten Gehäusestirnwand und einem im Innenraum des Gehäuses angeordneten Dämpfungsmaterial. Der Geräuschdämpfer ist dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Einlass ein im Gehäuse liegender, vom Dämpfungsmaterial begrenzter Expansionsraum anschließt, dass wengistens ein, im Wesentlichen in Längsrichtung des Gehäuses des Dämpfungsmaterial durchdringender Durchlass den Expansionsraum mit wenigstens einem Auslass der zweiten Gehäusestirnwand verbindet, und dass Durchlässe in dem Dämpfungsmaterial derart angeordnet sind, dass die den Einlass an der ersten Gehäusestirnwand zugewandten Durchlassenden in Längsrichtung des Gehäuses gegenüber dem Einlass versetzt sind
US 4 549 854 A offenbart eine vakuumerzeugende Vorrichtung mit Steuerung, die zum Ansaugen und Bewegen von Partikeln verwendet wird. Dabei kann die Steuerung der Vorrichtung das Ansaugen über ein Vakuum ein- und ausschalten. Dies geschieht dadurch, dass ein Kolben mit einer Dichtung an einer Spitze zwischen einer ersten Position, in der die Spitze von einer Düse beabstandet ist, so dass ein Luftstrom zur Düse strömen kann, um ein Vakuum zu erzeugen, und einer zweiten Position, in der die Dichtung den Luftstrom blockiert, sodass kein Vakuum entsteht, durch eine Einrichtung, die ein Zuführen von Druckluft in eine vordere und eine hintere Kammer ermöglicht, hin- und herbewegt wird.
Der genannte Stand der Technik zeigt eine integrierte Ausgestaltung eines innenliegenden Abschnitts des Pumpengehäuses, der eine schalldämpfende Funktion einnimmt. Die Integration eines derartigen Schalldämpfers geht mit einer höheren Komplexität des Aufbaus einher und erfordert eine Modifikation mehrere Gehäuseteile, die in einer Konstruktionsphase eines individuellen Pumpenmodells erfolgen muss. Ferner ist der als Schalldämpfer dienende Abschnitt nicht für eine Instandhaltung zugänglich, beispielsweise für den Fall, dass das poröse Element, ähnlich wie ein Filter, einer begrenzten Lebensdauer aufgrund einer zunehmenden Verunreinigung oder einer Versprödung und Erosion im Förderstrom unterliegen sollte.The German patent publication DE 29 10 209 A1 discloses a noise damper for valve devices in compressed air systems, which is intended to dampen the noise that occurs in vehicle brake systems when the excess compressed air is blown into the atmosphere via the control pressure, consisting of a housing with at least one inlet on the first housing end wall and one in the interior of the housing arranged damping material. The noise damper is characterized in that the inlet is adjoined by an expansion space, which is located in the housing and is delimited by the damping material, that at least one passage, essentially in the longitudinal direction of the housing of the damping material, penetrates the expansion space with at least one outlet of the second Housing end wall connects, and that passages are arranged in the damping material such that the passage ends facing the inlet on the first housing end wall are offset in the longitudinal direction of the housing with respect to the inlet
U.S. 4,549,854 A discloses a vacuum generating device with control used for drawing in and moving particles. The control of the device can switch the suction on and off via a vacuum. This is done by having a piston with a seal on a tip between a first position in which the tip is spaced from a nozzle so that a stream of air can flow to the nozzle to create a vacuum, and a second position in which the seal blocks the flow of air so that a vacuum is not created, is moved back and forth by a device that allows compressed air to be fed into a front and a rear chamber.
The mentioned prior art shows an integrated design of an inner section of the pump housing which has a sound-absorbing function. The integration of such a silencer is associated with a higher complexity of the structure and requires a modification of several housing parts, which must be done in a construction phase of an individual pump model. Furthermore, the section serving as a silencer is not accessible for maintenance, for example in the event that the porous element, similar to a filter, should be subject to a limited service life due to increasing contamination or embrittlement and erosion in the conveying flow.

Es besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Schalldämpfungsvorrichtung zu schaffen, die mit verschiedenen Vakuumpumpen verwendbar ist und leicht austauschbar ist.It is an object of the invention to provide a sound attenuation device which can be used with different vacuum pumps and which is easily interchangeable.

Die Aufgabe wird durch eine Schalldämpfungsvorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Schalldämpfungsvorrichtung zur akustischen Optimierung einer Vakuumpumpe zeichnet sich insbesondere aus durch: ein Mantelelement, das in einer Strömungsrichtung eines Gasstroms wenigstens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei ein Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts größer als ein Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts ist; ein Durchströmungselement mit einer offenporigen Struktur, das in dem Mantelelement angeordnet ist, wobei ein Querschnitt des Durchströmungselements in dem ersten Abschnitt den gesamten Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts einnimmt, und ein Querschnitt des Durchströmungselements in dem zweiten Abschnitt einen zentralen Teil des Strömungsquerschnitts des zweiten Abschnitts einnimmt; und eine Sperrfläche, die in dem zweiten Abschnitt angeordnet ist und eine Durchströmung des zentralen Teil des Strömungsquerschnitts des zweiten Abschnitts in Strömungsrichtung sperrt.The object is achieved by a sound dampening device according to the features of claim 1. The soundproofing device according to the invention for the acoustic optimization of a vacuum pump is characterized in particular by: a jacket element which has at least a first section and a second section in a flow direction of a gas flow, a flow cross section of the second section being greater than a flow cross section of the first section; a through-flow element with an open-pored structure which is arranged in the jacket element, a cross-section of the through-flow element in the first section occupying the entire flow cross-section of the first section, and a cross-section of the through-flow element in the second section occupying a central part of the flow cross-section of the second section; and a blocking surface which is arranged in the second section and blocks a flow through the central part of the flow cross section of the second section in the flow direction.

Die Erfindung sieht somit erstmals eine separate Schalldämpfungsvorrichtung vor, die für die Verwendung an Vakuumpumpen ausgelegt ist.The invention thus provides for the first time a separate soundproofing device which is designed for use on vacuum pumps.

Ferner sieht die Erfindung erstmals eine Schalldämpfungsvorrichtung für Vakuumpumpen vor, die in Kombination mit verschiedenen Modellen von Vakuumpumpen universal verwendet werden kann.Furthermore, the invention provides for the first time a soundproofing device for vacuum pumps that can be used universally in combination with various models of vacuum pumps.

Die Verwendung von gleichen Bauteilen an verschiedenen Serienprodukten senkt die Stückkosten. Der Aufbau einer individuellen Vakuumpumpe kann einfach gehalten werden und eine axiale Abmessung des Pumpengehäuses kann unverändert bleiben. Alternativ kann die erfindungsgemäße Schalldämpfungsvorrichtung an bereits bestehenden Modellen von Vakuumpumpen nachgerüstet werden.The use of the same components on different series products reduces unit costs. The structure of an individual vacuum pump can be kept simple and an axial dimension of the pump housing can remain unchanged. Alternatively, the soundproofing device according to the invention can be retrofitted to existing models of vacuum pumps.

Ein akustisches Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Schalldämpfungsvorrichtung basiert auf einer Komponente der Resonanzdämpfung und einer Komponente der Absorptionsdämpfung der Schallwellen. Wie nachstehend erläutert, erfolgt in der erfindungsgemäßen Schalldämpfungsvorrichtung eine Umlenkung des Gasstroms bzw. Luftstroms in Kombination mit dem Einsatz von luft- und körperschalldämpfenden Materialien der luftleitenden Elemente, wodurch die Betriebsgeräusche stark reduziert werden.An acoustic operating principle of the soundproofing device according to the invention is based on a component of the resonance damping and a component of the absorption damping of the sound waves. As explained below, in the sound-absorbing device according to the invention, the gas flow or air flow is deflected in combination with the use of air-borne and structure-borne sound-absorbing materials of the air-conducting elements, which greatly reduces the operating noise.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the present invention are the subject matter of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Mantelelement einen stufenförmigen Übergangsabschnitt aufweisen, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ausgebildet ist, wobei ein Strömungsquerschnitt des Übergangsabschnitts größer als der Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts und kleiner als der Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts ist.According to one aspect of the invention, the jacket element can have a step-shaped transition section which is formed between the first section and the second section, a flow cross section of the transition section being greater than the flow cross section of the first section and smaller than the flow cross section of the second section.

Durch einen derartigen stufenförmigen Übergangsabschnitt werden eine axiale und eine radiale Reflexionsfläche geschaffen, die eine akustische Resonanzdämpfung der Schallwellen in dem Gasstrom bzw. Luftstrom bewirken.Such a step-shaped transition section creates an axial and a radial reflection surface which cause acoustic resonance damping of the sound waves in the gas flow or air flow.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Querschnitt des Durchströmungselements in dem Übergangsabschnitt nicht den gesamten Strömungsquerschnitt des Übergangsabschnitts einnehmen.According to one aspect of the invention, a cross section of the throughflow element in the transition section cannot occupy the entire flow cross section of the transition section.

Ein derartiger Ringspalt zwischen dem Durchströmungselement und der Innenfläche des Übergangsabschnitts stellt in einer radialen Ausbreitungsrichtung eine permeable Grenzfläche zwischen zwei Volumina her, in denen sich die Schallwellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten. Dadurch werden Schallwellen, die an der Innenfläche des Übergangsabschnitts reflektiert werden, bei einem Ein- und Austritt an einer Grenzfläche zwischen der offenporigen Struktur des Durchströmungselements und dem Ringspalt zusätzlich gebrochen bzw. gestreut.Such an annular gap between the flow element and the inner surface of the Transition section creates a permeable interface between two volumes in a radial direction of propagation, in which the sound waves propagate at different speeds. As a result, sound waves that are reflected on the inner surface of the transition section are additionally refracted or scattered when entering and exiting at an interface between the open-pored structure of the throughflow element and the annular gap.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Querschnitt des Durchströmungselements in dem zweiten Abschnitt von dem Übergangsabschnitt bis zu der Sperrfläche in Strömungsrichtung abnehmen.According to one aspect of the invention, a cross section of the throughflow element in the second section can decrease from the transition section to the blocking surface in the flow direction.

Durch eine Gestalt in Form eines Kegelstumpfs wird ein Strömungswiderstand verringert, da eine in Strömungsrichtung projizierte Austrittsfläche des Gasstroms bzw. Luftstroms aus dem Durchströmungselement entsteht.A flow resistance is reduced by a shape in the form of a truncated cone, since an exit surface of the gas flow or air flow projected in the flow direction is created from the flow element.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Sperrfläche an dem Durchströmungselement angeordnet sein und eine Durchströmung der offenporigen Struktur am Ende des Durchströmungselements in Strömungsrichtung sperren.According to one aspect of the invention, the blocking surface can be arranged on the flow element and block a flow through the open-pore structure at the end of the flow element in the flow direction.

Durch eine derartige Anordnung wird die Herstellung der Sperrfläche erleichtert, da sie z.B. einfach als eine Beschichtung oder ähnliches an einem axialen Ende des Durchströmungselements auf der Oberfläche der offenporigen Struktur aufgebracht werden kann.Such an arrangement facilitates the production of the blocking surface, since it can, for example, simply be applied as a coating or the like to an axial end of the flow element on the surface of the open-pored structure.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können das Mantelelement und das Durchströmungselement zu einer in Strömungsrichtung verlaufenden Achse koaxial angeordnet und rotationssymmetrisch ausgebildet sein.According to one aspect of the invention, the jacket element and the throughflow element can be arranged coaxially to an axis running in the direction of flow and be designed to be rotationally symmetrical.

Durch eine koaxiale Anordnung werden die Fertigung und die Montage der Schalldämpfungsvorrichtung vereinfacht.A coaxial arrangement simplifies the manufacture and assembly of the soundproofing device.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Schalldämpfungsvorrichtung als Anschluss für einen Schlauch eingerichtet sein, und das Mantelelement kann an dem zweiten Abschnitt eine Außenkontur mit einem Bund aufweisen.According to one aspect of the invention, the sound-damping device can be set up as a connection for a hose, and the jacket element can have an outer contour with a collar on the second section.

Insbesondere in der Anwendung einer Vakuumpumpe für Bremskraftverstärker ist eine auslassseitige Führung des Luftstroms mittels eines Schlauchs vorgesehen, der eine Innenseite der Vakuumpumpe gegenüber Einflüssen wie Spritzwasser oder dergleichen schützt. Durch eine Ausgestaltung in Form einer Schlauchtülle lässt sich die Schalldämpfungsvorrichtung auf einfache Weise zwischen einem Pumpenauslass und einem entsprechenden Schlauch in dem Fahrzeugaufbau installieren.In particular when using a vacuum pump for brake booster, the air flow is guided on the outlet side by means of a hose which protects an inside of the vacuum pump against influences such as splash water or the like. With a configuration in the form of a hose nozzle, the sound-damping device can be installed in a simple manner between a pump outlet and a corresponding hose in the vehicle body.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Durchströmungselement aus einem Metallschaum oder einem Sinterteil mit einer offenporigen Struktur hergestellt sein.According to one aspect of the invention, the flow element can be produced from a metal foam or a sintered part with an open-pored structure.

Die Verwendung eines metallischen Werkstoffs erhöht die Lebensdauer der Schalldämpfungsvorrichtung im Vergleich zu einer Variante eines Durchströmungselements aus einem flexiblen oder schwammartigen Material.The use of a metallic material increases the service life of the sound-damping device in comparison to a variant of a flow element made of a flexible or sponge-like material.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Vakuumpumpe zum Fördern eines evakuierten Gasstroms die Schalldämpfungsvorrichtung aufweisen, welche an einem Pumpenauslass der Vakuumpumpe angeordnet ist.According to one aspect of the invention, a vacuum pump for conveying an evacuated gas flow can have the soundproofing device, which is arranged at a pump outlet of the vacuum pump.

Insbesondere in der Anwendung einer Vakuumpumpe für Bremskraftverstärker wird somit eine kombinierte Baugruppe aus Vakuumpumpe und Schalldämpfer zur Montage am Fahrzeug bereitgestellt.In particular when using a vacuum pump for brake booster, a combined assembly of vacuum pump and silencer is provided for mounting on the vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Schnittansicht durch eine Schalldämpfungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine perspektivische Ansicht einer Vakuumpumpe, die mit einer Schalldämpfungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist.

The invention is described below on the basis of an embodiment with reference to the accompanying drawing. In the drawing show:

1 a sectional view through a sound damping device according to an embodiment of the invention; and
2 a perspective view of a vacuum pump equipped with a soundproofing device according to an embodiment of the invention.

Wie aus der Schnittansicht in 1 zu entnehmen ist, setzt sich die Schalldämpfungsvorrichtung 1 im Wesentlichen aus einem Mantelelement 2 und einem porösen Durchströmungselement 3 zusammen. Das Mantelelement 2 weist zur Außenseite abgestufte zylindrische Abschnitte mit zunehmenden Durchmessern auf. Ferner ist das Mantelelement 2 in Form einer Schlauchtülle funktional ausgebildet und weist zu der Außenseite im Bereich eines ausgangsseitigen Endes des Mantelelements 2 einen Bund 24 mit einer Außenkante auf. Die Außenkante des Bunds 24 ist zu einem mittleren Bereich des Mantelelements 2 gerichtet und bildet eine Hinterschneidung. Die Hinterschneidung dient zur Fixierung eines Schlauchs (nicht dargestellt), der an einer Vakuumpumpe 10 angeschlossen werden kann. Ein Reibschluss zwischen dem Bund 24 und einer Innenseite des Schlauchs wirkt einem Abrutschen des Schlauchs entgegen.As seen from the sectional view in 1 can be seen, the soundproofing device sits down 1 essentially from a shell element 2 and a porous flow element 3 together. The shell element 2 has on the outside stepped cylindrical sections with increasing diameters. Furthermore, the jacket element 2 designed functionally in the form of a hose nozzle and points to the outside in the area of an output-side end of the jacket element 2 a covenant 24 with an outer edge. The outside edge of the waistband 24 is to a central area of the shell element 2 directed and forms an undercut. The undercut is used to fix a hose (not shown) that is attached to a vacuum pump 10 can be connected. A friction fit between the collar 24 and an inside of the hose prevents the hose from slipping off.

In 2 ist eine Vakuumpumpe 10 dargestellt, die zur Anwendung in einem Fahrzeug ausgelegt ist, um eine Kammer in einem Bremskraftverstärker zu evakuieren. Die Vakuumpumpe 10 ist mit der Schalldämpfungsvorrichtung 1 ausgestattet. Die Schalldämpfungsvorrichtung 1 ist mittels einer Sechskant-Kontur und einer Schraubverbindung in ein Pumpengehäuse der Vakuumpumpe 10 eingeschraubt. Das Mantelelement 2 bildet einen Druckstutzen eines Pumpenauslasses der Vakuumpumpe 10, an dem ein anwendungsbezogener Schlauch seitens des Fahrzeugs angeschlossen wird. Ein eingangsseitiger Bereich des Mantelelements 2 ist an der Außenseite mit einem Gewindeabschnitt versehen, der zur Fixierung der Schalldämpfungsvorrichtung 1 an dem Gehäuse der Vakuumpumpe 10 dient.In 2 is a vacuum pump 10 shown for use in a vehicle is designed to evacuate a chamber in a brake booster. The vacuum pump 10 is with the soundproofing device 1 fitted. The soundproofing device 1 is by means of a hexagon contour and a screw connection in a pump housing of the vacuum pump 10 screwed in. The shell element 2 forms a pressure port of a pump outlet of the vacuum pump 10 , to which an application-specific hose on the part of the vehicle is connected. An input-side area of the jacket element 2 is provided on the outside with a threaded section, which is used to fix the soundproofing device 1 on the housing of the vacuum pump 10 serves.

Zu einer Innenseite des Mantelelements 2 sind in axialer Richtung bzw. in Strömungsrichtung eines durch die Vakuumpumpe 10 geförderten Luftstroms, drei hintereinander folgende Abschnitte mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten ausgebildet. Die Strömungsquerschnitte weisen eine kreisrunde Querschnittsfläche auf. Zu einer Eingangsseite des Mantelelements 2 ist ein erster Abschnitt 21 angeordnet. Ein Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts 21 ist kleiner als ein Strömungsquerschnitt der anderen Abschnitte des Mantelelements 2. In Strömungsrichtung hinter dem ersten Abschnitt 21 ist ein Übergangsabschnitt 23 angeordnet. Ein Strömungsquerschnitt des Übergangsabschnitts 23 ist größer als der Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts 21. Zu einer Ausgangsseite des Mantelelements 2 ist ein zweiter Abschnitt 22 angeordnet, der in Strömungsrichtung hinter dem Übergangsabschnitt 23 liegt. Ein Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts 22 ist größer als der Strömungsquerschnitt des Übergangsabschnitts 23. An den Grenzen des Übergangsabschnitts 23 weist das Mantelelement 2 stufenförmige, konzentrische Übergänge zwischen den zunehmenden Strömungsquerschnitten auf. Der größte Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts 22 dient als ein Expansionsraum.To an inside of the jacket element 2 are in the axial direction or in the flow direction one through the vacuum pump 10 conveyed air flow, three successive sections formed with different flow cross-sections. The flow cross-sections have a circular cross-sectional area. To an input side of the shell element 2 is a first section 21st arranged. A flow cross section of the first section 21st is smaller than a flow cross section of the other sections of the jacket element 2 . Behind the first section in the direction of flow 21st is a transition section 23 arranged. A flow cross section of the transition section 23 is larger than the flow cross section of the first section 21st . To an output side of the jacket element 2 is a second section 22nd arranged in the flow direction behind the transition section 23 lies. A flow cross section of the second section 22nd is larger than the flow cross-section of the transition section 23 . At the borders of the transition section 23 has the jacket element 2 step-shaped, concentric transitions between the increasing flow cross-sections. The largest flow cross-section of the second section 22nd serves as an expansion space.

Das Durchströmungselement 3 ist ein gasdurchlässiger Körper, der aus einer Struktur mit offenen Poren gebildet wird. Im Gegensatz zu ähnlichen Strukturen, die z.B. an einem Schwamm, einem Filter oder Dämmungsmaterialen Verwendung finden und eine Polymerverbindung mit hoher Elastizität enthalten, besteht die Struktur des Durchströmungselement 3 aus einem metallischen Material wie einem Metallschaum oder einem Sinterkörper mit einer definierten Porosität. Das metallische Material ermöglicht eine vergleichsweise längere Lebensdauer unter den Einflüssen des Luftstroms und betriebsbedingter Vibrationen.The flow element 3 is a gas-permeable body formed from a structure with open pores. In contrast to similar structures, which are used, for example, on a sponge, filter or insulation material and contain a polymer compound with high elasticity, the structure of the flow element exists 3 made of a metallic material such as a metal foam or a sintered body with a defined porosity. The metallic material enables a comparatively longer service life under the influences of the air flow and operational vibrations.

Das Durchströmungselement 3 ist in das Mantelelement 2 eingesetzt und erstreckt sich in alle drei Abschnitte des Mantelelements 2. Zur Außenseite weist das Durchströmungselement 3 in Strömungsrichtung zwei abgestufte zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnitten und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt mit abnehmendem Querschnitt auf. Die unterschiedlichen Querschnitte weisen eine kreisrunde Querschnittsfläche auf. Ein zylindrischer Abschnitt des Durchströmungselements 3, der sich in einen axialen Bereich des ersten Abschnitts 21 des Mantelelements 2 hinein erstreckt, füllt den Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts 21 vollständig aus. Ein weiterer zylindrischer Abschnitt des Durchströmungselements 3, der sich durch einen axialen Bereich des Übergangsabschnitts 23 des Mantelelements 2 erstreckt, füllt den Strömungsquerschnitt des Übergangsabschnitts 23 annähernd, jedoch nicht vollständig nach außen aus. Der kegelstumpfförmige Abschnitt des Durchströmungselements 3, der den in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt aufweist, erstreckt sich in einen axialen Bereich des zweiten Abschnitts 22 des Mantelelements 2 hinein. Der Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts 22 ist erheblich größer als ein Querschnitt des Durchströmungselements 3.The flow element 3 is in the shell element 2 inserted and extends into all three sections of the shell element 2 . The flow element faces the outside 3 in the direction of flow, two stepped cylindrical sections with different cross-sections and a frustoconical section with decreasing cross-section. The different cross-sections have a circular cross-sectional area. A cylindrical section of the flow element 3 which is in an axial area of the first section 21st of the shell element 2 extends into it, fills the flow cross-section of the first section 21st completely off. Another cylindrical section of the flow element 3 which extends through an axial area of the transition section 23 of the shell element 2 extends, fills the flow cross-section of the transition section 23 approximately, but not completely, outward. The frustoconical section of the flow element 3 , which has the cross-section decreasing in the direction of flow, extends into an axial region of the second section 22nd of the shell element 2 inside. The flow cross-section of the second section 22nd is considerably larger than a cross section of the flow element 3 .

In dem zweiten Abschnitt 22 des Mantelelements 2 ist ferner eine Sperrfläche 4 konzentrisch angeordnet, die senkrecht zu der Strömungsrichtung ausgerichtet ist und einen zentralen Bereich des Strömungsquerschnitts in dem zweiten Abschnitt 22 abdeckt. Die Sperrfläche 4 ist zu dem strömungsabwärts liegenden Ende des Durchströmungselements 3 angeordnet und schließt die offenporige Struktur über eine entsprechende Querschnittsfläche ab. Die Sperrfläche 4 ist in Form einer Platte oder einer Oberflächenversiegelung bereitgestellt und an dem Durchströmungselement 3 aufgebracht.In the second section 22nd of the shell element 2 is also a restricted area 4th arranged concentrically, which is oriented perpendicular to the flow direction and a central region of the flow cross-section in the second section 22nd covers. The restricted area 4th is to the downstream end of the flow element 3 arranged and closes the open-pore structure over a corresponding cross-sectional area. The restricted area 4th is provided in the form of a plate or a surface seal and on the throughflow element 3 upset.

Ein Strömungsweg, den der Luftstrom aus der Vakuumpumpe 10 durch die Schalldämpfungsvorrichtung 1 zurücklegt, ist durch Pfeile in den 1 und 2 dargestellt. Wie in 1 gezeigt ist, wird eine Durchströmung des Durchströmungselements 3 in Strömungsrichtung an der Sperrfläche 4 gesperrt. Infolgedessen wird der Luftstrom innerhalb der offenporigen Struktur des Durchströmungselements 3 radial nach außen umgelenkt. Der umgelenkte Luftstrom tritt durch eine Umfangsfläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts des Durchströmungselements 3 in einen ringförmigen Expansionsraum aus, der in dem großen Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts 22 des Mantelelements 2 ausgebildet ist.A flow path that the air flow from the vacuum pump 10 through the soundproofing device 1 is covered by arrows in the 1 and 2 shown. As in 1 is shown, a flow through the flow element 3 in the direction of flow at the blocking surface 4th blocked. As a result, the air flow is within the open-pored structure of the flow element 3 deflected radially outwards. The deflected air flow passes through a circumferential surface of the frustoconical section of the throughflow element 3 into an annular expansion space in the large flow cross-section of the second section 22nd of the shell element 2 is trained.

Schallwellen, die sich über eine auslassseitige Luftführung der Vakuumpumpe 10 ausbreiten, müssen am Pumpenauslass die Schalldämpfungsvorrichtung 1 passieren. Dabei erfahren die Schallwellen eine akustische Absorption in dem Durchströmungselement 3. Die offenporige Struktur weist eine Vielzahl an Kavitäten auf, in denen eine Ausbreitung der Schallwellen in dem Luftstrom vermindert wird. Die Sperrfläche 4, die senkrecht zur Strömungsrichtung steht, bildet eine akustische Reflexionsfläche. Vor und hinter dem stufenförmigen Übergangsabschnitt 32 sind zwei Ringflächen in dem Mantelelement 2 ausgebildet, die jeweils eine gegenüberliegende akustische Reflexionsfläche zu derjenigen der Sperrfläche 4 darstellen. Die Reflexionsflächen bewirken eine Überlagerung und Auslöschung von akustischen Frequenzen aus dem Frequenzspektrum der Schallwellen in dem Luftstrom. Ferner bewirkt eine Kombination des porösen Durchströmungselements 3 und des Expansionsvolumens in dem Strömungsquerschnitt des zweiten Abschnitts 22 des Mantelelements 2 eine weitere Dämpfung der Schallwellen in dem Luftstrom. Durch die Umsetzung verschiedener akustischer Dämpfungsprinzipien erzielt die erfindungsgemäße Schalldämpfungsvorrichtung eine hohe Dämpfungsleistung auf geringem Bauraum.Sound waves that travel through an air duct on the outlet side of the vacuum pump 10 need to use the soundproofing device at the pump outlet 1 happen. The sound waves experience acoustic absorption in the flow element 3 . The open-pored structure has a large number of cavities in which the propagation of sound waves in the air flow is reduced. The restricted area 4th , which is perpendicular to the direction of flow, forms an acoustic reflection surface. In front of and behind the step-shaped transition section 32 are two ring surfaces in the jacket element 2 formed, each having an acoustic reflection surface opposite to that of the blocking surface 4th represent. The reflection surfaces cause a superposition and cancellation of acoustic frequencies from the frequency spectrum of the sound waves in the air flow. Furthermore, a combination of the porous flow element causes 3 and the expansion volume in the flow cross-section of the second section 22nd of the shell element 2 further attenuation of the sound waves in the air flow. By implementing various acoustic damping principles, the sound damping device according to the invention achieves high damping performance in a small installation space.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: SchalldämpfungsvorrichtungSoundproofing device
22: MantelelementShell element
33: DurchströmungselementFlow element
44th: SperrflächeRestricted area
1010: VakuumpumpeVacuum pump
2121st: erster Abschnitt des Mantelelementsfirst section of the jacket element
2222nd: zweiter Abschnitt des Mantelelementssecond section of the jacket element
2323: Übergangsabschnitt des MantelelementsTransition section of the jacket element
2424: Bund mit AußenkanteWaistband with outer edge

Claims

Sound-damping device (1) for acoustic damping of the operating noise of a vacuum pump (10), having: a jacket element (2) which has at least a first section (21) and a second section (22) in a flow direction of a gas flow, a flow cross section of the second section (22) being greater than a flow cross section of the first section (21); a throughflow element (3) with an open-pored structure, which is arranged in the casing element (2), a cross section of the throughflow element (3) in the first section (21) occupying the entire flow cross section of the first section (21), and a cross section of the Throughflow element (3) in the second section (22) occupies a central part of the flow cross section of the second section (22); and a blocking surface (4) which is arranged in the second section (22) and blocks flow through the central part of the flow cross section of the second section (22) in the flow direction.

Soundproofing device (1) according to Claim 1 , wherein the jacket element (2) has a step-shaped transition section (23) which is formed between the first section (21) and the second section (22), a flow cross section of the transition section (23) being greater than the flow cross section of the first section (21 ) and is smaller than the flow cross-section of the second section (22).

Soundproofing device (1) according to Claim 2 wherein a cross section of the throughflow element (3) in the transition section (23) does not occupy the entire flow cross section of the transition section (23).

Soundproofing device (1) according to Claim 2 or 3 , wherein a cross section of the throughflow element (3) in the second section (21) decreases from the transition section (23) to the blocking surface (4) in the direction of flow.

Sound-damping device (1) according to one of the preceding claims, wherein the blocking surface (4) is arranged on the flow element (3) and blocks a flow through the open-pored structure at the end of the flow element (3) in the flow direction.

Sound-damping device (1) according to one of the preceding claims, wherein the casing element (2) and the throughflow element (3) are arranged coaxially to an axis running in the direction of flow and are designed to be rotationally symmetrical.

Sound-damping device (1) according to one of the preceding claims, wherein the sound-damping device (1) is set up as a connection for a hose, and the jacket element (2) has an outer contour with a collar (24) on the second section (22).

Sound-damping device (1) according to one of the preceding claims, wherein the flow element (3) is made from a metal foam or a sintered part with an open-pored structure.

A vacuum pump (10) for conveying an evacuated gas flow, having a sound-absorbing device (1) according to one of the preceding claims, which is arranged at a pump outlet of the vacuum pump (10).