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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Pneumatikpumpe. Pneumatikpumpen werden im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise dazu eingesetzt, in einem Fahrzeugsitz vorhandene Sitzblasen, mit welcher die Kontur des Sitz- oder Lehnenbereichs des Sitzes verändert werden kann, mit Luft zu füllen. Eine z.B. für den genannten Zweck eingesetzte Pumpe weist dazu wenigstens eine Pumpenkammer auf. Durch Vergrößern und Verkleinern des Kammervolumens mit Hilfe einer Antriebseinheit, wird bei der Volumenvergrößerung Luft aus der Umgebung in die Pumpenkammer angesaugt und bei der Volumenverkleinerung Luft aus der Pumpenkammer verdrängt. Zur Steuerung der entsprechenden Luftströme weist die Pumpe ein Einlassventil mit einem eine Einlassöffnung steuernden Ventilelement auf. Das Einlassventil öffnet selbsttätig, wenn die sich die Pumpenkammer vergrößert und dabei Luft aus der Umgebung einströmt. Zur Steuerung des Auslassluftstroms ist ein Auslassventil vorhanden. Dieses weist ebenfalls ein Ventilelement auf, wobei dieses jedoch eine Auslassöffnung steuert, d.h. diese öffnet, wenn Luft aus der Pumpenkammer verdrängt wird.
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Eine Pumpe der in Rede stehenden Art weist außerdem noch ein Überdruckventil auf, was insbesondere bei der Befüllung von Sitzblasen eines Fahrzeugsitzes zweckmäßig ist, weil diese bei einer Belastung mit zu hohem Druck undicht werden können. Das Überdruckventil weist wiederum ein Ventilelement auf, wobei dieses eine Druckentlastungsöffnung verschließt und in Schließrichtung von einem in einem Federraum angeordneten Federelement beaufschlagt ist. Wenn der Druck in der Pumpenkammer einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, öffnet das Überdruckventil bei einem durch das Federelement vorgegebenen Grenzdruck. Der Grenzdruck ist im Hinblick auf den jeweils zulässigen Maximaldruck des Pneumatiksystems bzw. eines Teils davon ausgelegt, kann somit je nach Anwendungsfall unterschiedlich sein. Bisher wird so vorgegangen, dass bei der Montage der Pumpe unterschiedlich starke Federn eingesetzt werden, was aber mit einem entsprechenden Aufwand logistischen und auch montagetechnischen Aufwand verbunden ist. Außerdem besteht die Gefahr, dass bei der Montage falsche Federn in die Pumpe eingebaut werden.
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Aus der
DE 600 16 968 T2 ist beispielsweise eine Pumpe mit einem von einem Federelement beaufschlagten Überdruckventil bekannt.
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Die
DE 198 18 385 A1 beschreibt beispielsweise ein Ventil, welches von einem in einem Federraum angeordneten Federelement beaufschlagt ist, wobei in dem Federraum eine Kugel als Anschlagelement für das Federelement angeordnet ist.
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Aus der
DE 11 2009 000 908 T5 ist beispielsweise eine Membranpumpe mit einem Ansaugventil zum Zuführen von Gas in eine Pumpenkammer und einem Auslassventil zum Abführen des Gases aus der Pumpenkammer bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die hier Abhilfe schafft und bei der die Geräuschentwicklung beim Öffnen des Überdruckventils reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass im Federraum ein von der Gehäuseaußenseite her zugängliches, in Schließrichtung verstellbares Anschlagelement angeordnet ist, an dem sich das Federelement mit seinem gegen die Schließrichtung weisenden Ende abstützt. Auf diese Weise lässt sich der jeweils erforderliche Grenzdruck bei der Montage auf einfache Weise einstellen, indem in den Federraum ein Federelement eingebracht wird, das universell für einen Grenzdruckbereich verwendet werden kann. Anschließend wird das Anschlagelement in den Federraum eingebracht und - während die Pumpe mit einem dem Grenzdruck entsprechenden Druck beaufschlagt wird - hinsichtlich seines Abstandes zum Ventilelement so positioniert, dass der gewünschte Grenzdruck erreicht wird. Dabei können auch Grenzdruckabweichungen, die sich aufgrund von Fertigungstoleranzen ergeben, kompensiert werden können.
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Ferner ist, insbesondere bei Pumpengehäusen aus Kunststoff, vorgesehen, dass die Innenwandung des Federraums einen sich längs der Schließrichtung erstreckenden Verstellstellbereich aufweist, in dem das Anschlagelement mit Übermaß gegenüber dem Verstellbereich klemmend gehalten ist, wobei der Federraum eine Montage- bzw. Betätigungsöffnung aufweist, über die das Anschlagelement zum Vortrieb in Schließrichtung, beispielsweise mit einem Stößel oder dergleichen, zugänglich ist. Die Klemmkraft kann dabei durch entsprechende Abmessungsverhältnisse so gewählt werden, dass das von dem Federelement entgegen der Schließrichtung beaufschlagte Anschlagelement zuverlässig an der vorgesehenen Position im Einstellbereich gehalten wird. Je nach dem gewählten Übermaß des Anschlagelements erfolgt eine mehr oder weniger starke elastische und/oder plastische Verformung des Anschlagelements und/oder einer den Federraum umgrenzenden Gehäusewand.
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Das Anschlagelement weist - in der Draufsicht in Schließrichtung gesehen - eine zur Innenquerschnittsform des Verstellbereichs komplementäre Form auf, wodurch zum Einen eine Abdichtung des Federraums gegenüber der Umgebung und zum Anderen eine erhöhte Klemmwirkung erreicht ist. Ein Eindringen beispielsweise von Feuchtigkeit in den Federraum ist dadurch verhindert.
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Gemäß der Erfindung wird ein als Kugel ausgebildetes Anschlagelement verwendet, wobei der mit dem Anschlagelement zusammenwirkende Verstellbereich kreiszylindrisch ist bzw. sich die Innenwandung des Verstellbereichs auf einer Kreiszylinderfläche erstreckt, also die Mantelfläche eines Kreiszylinders bildendet. Eine Fehlmontage durch aufgrund einer falschen Positionierung des Anschlagelements im Federraum, etwa einer falschen Drehstellung hinsichtlich einer parallel zur Schließrichtung verlaufenden Achse, ist dabei ausgeschlossen.
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Wenn sich Überdruckventile der hier in Rede stehenden Art öffnen geht dies meist mit einer Geräuschentwicklung einher. Zumindest eine Geräuschreduzierung wird dadurch erreicht, dass das Überdruckventil auf seiner Niederdruckseite in den Federraum mündet. Der Federraum kann gegenüber der Umgebung völlig abgeschlossen werden, so dass keine fluidische Verbindung zur Atmosphäre besteht und somit eine Ausbreitung eines innerhalb des Federraums entstehenden Luftschalls in die Umgebung verhindert ist. Erfindungsgemäß ist der Federraum über eine Verbindungsöffnung bzw. eine Bohrung mit der Umgebung verbunden, um im Überdruckfall einen Druckausgleich zwischen Federraum und Umgebung zu ermöglichen, wobei die Verbindungsöffnung in einer den Federraum umgrenzenden Wand in die Umgebung mündet. Diese Bohrung kann einen sehr kleinen Strömungsquerschnitt aufweisen. Anders ist dies beim Einlasskanal, dessen Strömungsquerschnitt im Hinblick auf einen vorgegebenen Ansaugluftstrom nicht beliebig verkleinert werden kann, so dass sich am Überdruckventil entstehender Luftschall praktisch ungehindert in die Umgebung fortpflanzen kann.
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Besonders im Falle von Gehäusen aus weichen Materialien wie Kunststoff ist ein Anschlagelement vorteilhaft, das aus einem Material besteht, das härter ist wie das Material des Pumpengehäuses bzw. das Material einer den Federraum umgrenzenden Gehäusewand. Das Anschlagelement wird dabei in das Material einer den Federraum umgrenzenden Gehäusewand hinein gedrückt. Vorzugsweise wird ein Anschlagelement aus Metall eingesetzt.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Seitenansicht einer Pumpe mit einem ein Gehäuseoberteil, ein Gehäuseunterteil, einem oberen und einen unteren Träger umfassenden Gehäuse, und mit einem Motor,
- 2 eine Explosionsdarstellung der Pumpe von 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseoberteils,
- 4 eine zwischen Gehäuseoberteil und dem oberen Träger angeordnete Ventilmembran in perspektivischer Darstellung,
- 5 den oberen Träger in perspektivischer Darstellung,
- 6 einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse mit einer Schnittführung entsprechend Linie VI - VI in 4 und 5,
- 7 einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse mit einer Schnittführung entsprechend Linie VII - VII in 4 und 5,
- 8 einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse mit einer Schnittführung entsprechend Linie VIII - VIII in 4 und 5,
- 9 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem der Federraum über eine Bohrung mit der Umgebung verbunden ist,
- 10 eine Schnittdarstellung der Pumpe von 9, jedoch in einer anderen Situation zeigt.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird exemplarisch auf eine Pneumatikpumpe Bezug genommen, wobei die beschriebenen Ausgestaltungen auch auf Pumpen für Flüssigkeiten Gültigkeit haben. Die in den Abbildungen gezeigte Pumpe 1 ist zum Einbau in einen Fahrzeugsitz vorgesehen und dient zum Befüllen von Sitzblasen, um eine Kontur des Fahrzeugsitzes etwa im Sitz- oder Lehnenbereich zu verändern. Die Pumpe 1 umfasst ein insbesondere aus Kunststoff bestehendes Gehäuse 2, an das ein Auslassstutzen 3 angeformt ist. Die den Auslassstutzen 3 tragende Seite des Gehäuses 2 wird im Folgenden aus als Oberseite 4 bezeichnet. An die Unterseite 5 des Gehäuses 2 ist ein Motor 6, insbesondere ein Elektromotor, angeflanscht. Das Gehäuse 2 umfasst ein Oberteil 7 und ein Unterteil 8, wobei das Oberteil 7 den Anschlussstutzen 3 trägt und die Oberseite 4 bildet. Sandwichartig zwischen dem Oberteil 7 und dem Unterteil 8 eingespannt sind zwei plattenförmige Träger, nämlich ein oberer Träger 9 und ein unterer Träger 10. Zwischen dem oberen Träger 9 und dem Gehäuseoberteil 7 ist eine plattenförmige Ventilmembran 13 aus einem elastischen Material, beispielsweise einem gummiartigen Polymer, eingespannt. Der untere Träger 10 dient zur Aufnahme einer Pumpenmembran 14 aus elastischem Material, beispielsweise ebenfalls einem gummiartigen Polymer. In die Pumpenmembran sind insgesamt vier topfförmige Vertiefungen eingeformt, welche Pumpenkammern 15 bilden. Die Pumpenmembran 14 weist an ihrem oberen Rand einen umlaufenden Wulst 16 auf, der zwischen dem oberen Träger 9 und dem unteren Träger 10 eingeklemmt ist. Am oberen Gehäuseteil sind randständige, sich längs der Mittellängsachse 17 der Pumpe nach unten erstreckende Arme 18 angeformt. An dem Freiende zweier sich diametral gegenüberliegender Arme 18 ist ein Hintergriffselement 19 fixiert bzw. angeformt, welches ein Gegenelement 20 am Gehäuseunterteil 8 unter Ausbildung eines axial wirksamen Formschluss hintergreift, wodurch die Ventilmembran 13, der obere Träger 9, die Pumpenmembran 14 und der untere Träger 10 zwischen dem Gehäuseoberteil 7 und dem Gehäuseunterteil 8 axial verspannt werden. Im Gehäuseunterteil 9 ist ein bezüglich der Mittellängsachse 17 schräg gestelltes Drehkreuz 23 vorhanden, welches mit einer aus seiner Unterseite vorstehenden Achse 24 in einen Exzenter 25 eingesetzt ist. Der Exzenter 25 wiederum ist mit einer Antriebswelle 26 des Motors 6 drehfixiert verbunden. Die Pumpenmembrane 14 weist unterseitig im Bereich der Pumpenkammern 15 jeweils einen zapfenförmigen Fortsatz 27 mit einem kopfförmigen Ende 28 auf, welches in einer Ausnehmung 29 des Drehkreuzes fixiert ist.
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Jeder Pumpenkammer 15 ist ein Einlassventil 30 und ein Auslassventil 33 zugeordnet. Die Auslassventile 33 sind in einem Auslasskanal 34 angeordnet, der sich von der Pumpenkammer 15 bis in den Einlassstutzen 3 hinein erstreckt und schließlich in die Umgebung ausmündet. Die Einlassventile 30 sind in einem Einlasskanal 35 angeordnet, dessen in Bezug auf die Einströmrichtung 36, in dem angesaugte Luft zur Pumpenkammer strömt, stromaufwärts liegendes Ende 37 in einen Gehäuseraum 38 mündet, in dem eine zum Betätigen der Pumpenkammern 15, also zu deren Vergrößerung und Verkleinerung dienende Antriebseinheit 39, in vorliegenden Fall das Drehkreuz 23 und der Exzenter 25 angeordnet sind. Die Einlassventile 30 und die Auslassventile 33 enthalten jeweils ein Ventilelement 30a, welches aus der eine Gesamtmembran bildenden Ventilmembran 13 als zungenförmige Teile freigeschnitten ist und welches eine jeweils im oberen Träger 9 vorhandene Einlassöffnung 30c bzw. Auslassöffnung 33c steuern. Die Ventilelemente 30a wirken jeweils mit einem aus der Unterseite des Gehäuseoberteils 7 vorstehenden Dichtsitz 30b (3 und 6) zusammen. Die Dichtsitze 30b sind Abschnitte eines ringförmig geschlossenen Dichtsitzes 32, der die Niederdruckseite der Pumpe 1 von deren Druckseite trennt. Den Auslassventilen 33 zugeordnete Ventilsitze 33b stehen aus der Oberseite des oberen Trägers 9 hervor. In der in 7 gezeigten Situation liegt das Ventilelement 33a auf dem die Auslassöffnung 33c umgreifenden Ventilsitz 33b auf.
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Auf der Oberseite der Ventilmembran 13 münden alle Einlasskanäle 35 in einen sich oberhalb der Ventilmembran 13 befindlichen Sammelraum 41, der in Draufsicht auf die Pumpe in Richtung des Pfeiles 40 in 1 zentral angeordnet ist. Der Sammelraum 43 ist nach oben hin von dem Gehäuseoberteil 7 und nach unten hin von einem zentralen Bereich der Ventilmembran 13, welcher die Ventilelemente 30a der Einlassventile 30 umfasst, umgrenzt.
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Neben den Ein- und Auslassventilen 30, 33 weist die Pumpe 1 ein Überdruckventil 43 auf, welches zwischen einem zentralen, ein Ventilelement 43a bildenden Bereich der Ventilmembran 13 und einem Dichtsitz 43b des oberen Trägers 9 ausgebildet ist. Das Ventilelement 43b ist mittig im Sammelraum 41 angeordnet und ist von einer zentralen Verbindungsöffnung 44 durchsetzt. Das Ventilelement 43a ist somit der die Verbindungsöffnung umgrenzende Randbereich der Ventilmembran 13. Das Ventilelement 43a liegt auf einem ringförmigen, eine Druckentlastungsöffnung 43c umgrenzende Dichtsitz 43b des oberen Trägers 9 auf. Zur Erhöhung der Dichtwirkung weist der genannte Randbereich auf seiner Unterseite eine Dichtlippe 45 auf. Zentral in der Pumpenmembran 14 ist eine diese durchsetzende Öffnung 42a vorhanden. Unterhalb der Öffnung 45 wird der zentrale, von dem Pumpenkammern 15 umgebenen Bereich der Pumpenmembran 14 von einem nach sich nach oben vorwölbenden Bereich 42 des unteren Trägers 8 abgestützt, wobei dieser ebenfalls von einer Öffnung 46 durchsetzt ist. Der sich entgegen der Einströmrichtung 36 von dem Ventilelement 30a der Einlassventile 30 wegerstreckende Abschnitt des Einlasskanals 35 wird somit von dem Sammelraum, der Verbindungsöffnung 44 und den sich daran anschließenden Öffnungen 44, 43c, 42a und 46 gebildet, wobei der Einlasskanal 35 mit der Öffnung 46 in den Gehäuseraum 38 mündet, welcher von dem unteren Träger 10 und dem Gehäuseunterteil 8 umgrenzt ist.
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An einer zentralen Position des Gehäuseoberteils 7 steht aus der Gehäuseoberseite 4 ein im Wesentlichen zylinderförmiger, nach oben offener Stutzen 47 vor. Der Innenraum des Stutzens bildet einen ein Federelement 48, nämlich eine Schraubendruckfeder, aufnehmenden Federraum 49. An seiner dem Gehäuseoberteil 7 abgewandten Stirnseite weist der Stutzen 47 eine Montageöffnung 50 auf. Über diese kann bei der Montage das Federelement 48 in den Federraum 49 eingeführt werden. Das Federelement 48 stützt sich mit seinem unteren Ende unter Zwischenlage eines Stützrings 52 an dem Ventilelement 43a des Überdruckventils 43 ab, beaufschlagt dieses somit in Schließrichtung 31. Das andere Ende des Federelements 48 stützt sich dagegen an einem Anschlagelement 51 ab, das innerhalb eines von einem Längsabschnitt der Innenwandung 54 des Federraums 49 gebildeten Verstellbereichs 53 axialfest (in Bezug auf die Mittellängsachse 17) angeordnet ist. Die axialfeste Fixierung des Anschlagelements 51 wird erreicht, indem dessen Abmessung quer zur Mittellängsachse 17 geringfügig größer ist als die lichte Weite des Verstellbereichs 53. Bei den in den Zeichnungen abgebildeten Beispielen ist die Innenwandung 54 des Verstellbereichs zylindrisch bzw. erstreckt sich auf der Mantelfläche eines Zylinders und weist eine lichte Weite bzw. einen Durchmesser 55 auf, der kleiner ist als die Abmessung des Anschlagelements 51 in einer sich quer zur Mittellängsachse 17 erstreckenden Richtung. Das Anschlagelement 51 ist vorzugsweise eine Kugel aus Metall, wobei deren Durchmesser 56 geringfügig größer ist als der Innendurchmesser 55 des Verstellbereiches 53. Aufgrund der genannten Größenverhältnisse und des gegenüber der Metallkugel weicheren Kunststoffmaterials des Stutzens gräbt sich das Anschlagelement 51 im Berührungsbereich 57 unter Bildung einer ringförmigen Mulde 58 in die Innenwandung 54 des Stutzens 47 hinein. Die genannten Abmessungsrelationen sind dabei so gewählt, dass die Klemmkraft, mit der das Anschlagelement 51 im Verstellbereich 53 gehalten wird größer ist, als die durch das Federelement 48 in Axialrichtung ausgeübte Kraft. Zur Einstellung eines bestimmten Grenzdrucks, also eines Pumpenkammerdrucks, bei dem das Überdruckventil 43 ansprechen soll, wird im Zuge der Pumpenmontage das Anschlagelement 51 über die Montageöffnung 50 in den Federraum 49 eingebracht und in Schließrichtung 31 soweit bewegt, bis die von der Schraubendruckfeder 48 ausgeübte Federkraft mit dem gewünschten Grenzdruck korreliert.
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9 und 10 zeigen eine Pumpe gemäß der Erfindung. Demgemäß ist der Federraum 49' nicht mit einem Einlasskanal verbunden. Ein Druckausgleich zwischen dem Federraum und der Umgebung erfolgt hier über eine die Wand des Stutzens 47 durchsetzende Verbindungsöffnung 59. Das Ventilelement 43a liegt, wie bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsvariante, auf einem ringförmigen Dichtsitz 43b' auf. Dieser umgrenzt jedoch keine Öffnung, sondern lediglich eine nach unten geschlossene Ausnehmung 60. Der Einlasskanal (nicht gezeigt) ist somit nicht mit dem Federraum 49 verbunden.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Pumpe geschildert: Beim Ansaugen von Luft aus der Umgebung bzw. aus dem Gehäuseraum 38 werden die Pumpenkammern 15 vergrößert, indem die Fortsätze 27 der Pumpenmembran 14 nach unten bewegt werden. Die die Luft über die Öffnungen 46, 42a, 43c und 44 in den Sammelraum 41 (Pfeile 63) und von dort über die Einlassventile 30 in die Pumpenkammern 15 (6). Das Ventilelement 30a wird dabei unter elastischer Verformung nach unten bewegt (Pfeil 64) und dabei vom Dichtsitz 30b abgehoben. Die Ventilelemente 30a sowie auch die Ventilelemente 33a der Auslassventile 33 weisen eine geringere Dicke als die übrige Ventilmembran 13, so dass jeweils ober- bzw. unterhalb der Ventilelemente ein das Abheben der Ventilelemente vom jeweiligen Ventilsitz erlaubender Freiraum geschaffen ist.
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Wenn sich die Fortsätze 27 nach oben bewegen, werden die Pumpenkammern 15 verkleinert und Luft aus ihnen verdrängt. Die verdrängte Luft gelangt über die Auslassöffnungen 33c entsprechend Pfeil 66 in 7 einen Druckraum 67 (siehe auch 3), der von der Ventilmembran 13, dem Gehäuseoberteil 7 und dem Dichtsitz 32 umgrenzt ist. Der Druckraum steht mit dem Auslasskanal 34 des Auslassstutzens 3 in Verbindung.
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Im Falle eines den Grenzdruck überschreitenden Überdrucks spricht das Überdruckventil 43 an. Dabei wird das Ventilelement 43a vom Ventilsitz 43b, 43b' abgehoben, so dass Luft über die im Ventilelement 43a vorhandene Verbindungsöffnung 44 in den Federraum gelangen kann. Bei der in 9 und 10 gezeigten erfindungsgemäßen Pumpe erfolgt ein Druckausgleich mit der Umgebung über die Verbindungsöffnung 59. Die Beaufschlagung des Ventilelements 43a mit Überdruck erfolgt über einen weiteren Druckraum 68, der unterhalb der Ventilmembran angeordnet ist und von dieser sowie dem oberen Träger 9 umgrenzt ist. Der oben erwähnte, oberhalb der Ventilmembran angeordnete Druckraum 67 steht mit dem unterhalb der Ventilmembran angeordneten Druckraum 68 über Öffnungen 69 in Verbindung.
