DE2102957C3 - Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druck- oder Saugmembranpumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, wie sie an Kraftfahrzeugen verwendet wird, z. B. für den Betrieb eines unterdruckbetätigten Bremskranverstärkers.

Für diesen Zweck werden häufig Pumpen mit oszillierender Membran verwendet. Aus der deutschen Patentschrift 1 100863 ist eine Vakuumpumpe mit oszillierender Membran zur Verwendung an Kraftfahrzeugen bekannt, bei der die zwischen Membrantellern angeordnete Membran mittels eines Stößels bewegt wird, an dessen freiem Ende die Kurbel einer im Pumpengehäuse gelagerten Kurbelwelle angreift. Auf der Kurbelwelle sitzt eine Keilriemenscheibe, über die die Kurbelwelle vom Motor angetrieben wird.

Der Nachteil dieser Pumpe besteht unter anderem darin, daß die Membran der vollen Druckdifferenz zwischen der Saugseite der Pumpe und der Atmosphäre standhalten muß. Dabei wird die Membran bei jedem Saugiiub im Sinne einer Verkleinerung des Arbeitsraums der Pumpe entsprechend der Druckdifferenz durchgebogen, was zu einer Verkleinerung des effektiven Hubvolumens führt. Auch die Leckverluste der Membran steigen mit wachsender Druckdifferenz. Dabei entweicht das Fördergut in die Atmosphäre.

bin weiterer Nachteil ist die hohe wechselnde Belastung der Kurbelwelle und der Kurbelwellenlagerung. Diese Belastung begrenzt die maximale Betriebsdrehzahl der Pumpe. Falls eine derartige Vakuumpumpe durch einen Elektromotor angetrieben wird, ergeben sich weitere Nachteile. Hierbei erfordert die hohe wechselnde Belastung der Kurbelwelle eine elastische Kupplung zwischen Antriebsmotor und Vakuumpunr pe. Der Elektromotor muß kugelgelagert und überdimensioniert sein, da er hohe maximale Drehmomente aufbringen muß. obwohl die tatsächlich zu erbringende effektive Leistung verhältnismäßig klein ist. Dns gilt vor allen Dingen für einen direkten Elektroantrieb. Anderenfalls sind aufwendige Schwungrad- und Keilriemenvorgelege erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den technischen Aufwand zu verringern, insbesondere durch Verringerung der wechselnden Belastung der Antriebskurbelwelle und der Kurbelwellenlagerung, was zu einer Verkleinerung der Antriebsteile führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen einem oder mehreren vom Fördermedium durchströmten Räumen der Pumpe und dem Antriebsraum mindestens eine kalibrierte Drosselstelle angeordnet ist. die so bemessen ist. daß die Höhe des im Antriebsraum vorhandenen mittleren Gas- bzw. Luftdruckes zwischen dem Extremdruck des Arbeitsraums und dem Druck der umgebenden Atmosphäre liegt. Dabei entspricht zweckmäßig der im Antriebsraum vorhandene mittlere Gas- bzw. Luftdruck etwa der halben Summe des Minimaldruckes der Saugseite und des Maximaldruckes der Druckseitc der Pumpe. Unter Extremdruck ist bei einer Druckpumpe der maximale Überdruck und bei einer S.iugpumpe der maximale Unterdruck zu verstehen. Der Antriebsraum wird gegen die Atmosphäre hermetisch abgedichtet.

Der erwünschte Druck kann im Antriebsraum dadurch aufrechterhalten werden, daß die kalibrierte Drosselstelle zwischen dem Arbeitsraum und dem Antriebsraum der Pumpe angeordnet ist.

Dabei kann das Konstruktionselement, das Membran und Membranteller miteinander verbindet, eine Bohrung besitzen, die zur Aufnahme der zwischen dem Ar-

beitsraum und dem Antriebsraum angeordneten kalibrierten Drosselstelle dient. Bei richtiger Bemessung der Kalibrierung stellt sich hierbei im Antriebsraum ein wenig schwankender mittlerer Gas- bzw. Luftdruck ein, der etwa dem Mittelwert des im Arbeitsraum herrsehenden Druckes entspricht und dessen Hohe zwischen dem Druck des Arbeitsraumes und dem Druck der umgebenden Atmosphäre liegt. Der Durchtrittsquerschnitt der Kalibrierungsstelle ist um so kleiner bemessen, je kleiner die Betriebsdrehzahl der Pumpe ist.

Bei einer anderen Variante der Erfindung besteht zwischen dem Antriebsraum und der Saugseite der Pumpe über eine kalibrierte Drosselstelle eine Verbindung und außerdem zwischen dem Antriebsraum und der Druckseite der Pumpe über eine weitere kalibrierte Drosselstelle eine weitere Verbindung. Dabei besteht also über den Antriebsraum der Pumpe ein Bypass von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe. Die hierbei verwendeten Drosselquerschnitte sind so klein, daß ein durch die Rückströmung verursachter Druckverlust nicht bemerkbar ist.

Die Bemessung der kalibrierten Drosselstellen wird problemlos, wenn die Kalibrierung durch Einsätze aus Sintermetall bewirkt wird. Diese Einsätze können als Massenware mn sehr geringer Toleranz in bezug auf den freien Drosselquerschnitt gefertigt werden. Die Menge des die Drosselslellen passierenden Fördermediums ist außerordentlich klein, so daß eine Wiikungsgradcinbuße nicht bemerkbar wird.

Die erfindungsgemäßc Verminderung der Druckdif ferenz /wischen Arbeitsraum und Antriebsraum wird dadurch wirksamer, daß die Pumpenmembran daran gehindert wird, durch walkendes Hin- und Herbiegen den Rauminhalt des Arbeitsraums ständig im Sinne einer Wirkungsgradvcrschlechterung zu verändern und dadurch das effektive Hubvolumen /.u verkleinern. Daher wird zweckmäßig die Pumpenmembran doppelwandig ausgeführt, wobei der Raum zwischen den beiden Membranwänden über eine Drosselstelle mit der Atmosphäre verbunden ist. Da der Atmosphärendruck oft höher liegt als der mittlere Druck im Arbeitsraum und auch höher als der mittlere Druck im Antriebsraum, bleib· der von den Membranwänden eingeschlossene Ringraum aufgebläht, und die Membranwände sind daran gehindert, zu walken. Die Drosselstelle wird hierbei /weckmäßig durch einen Ring aus gummiertem Gewebe gebildet, der zwischen den Membranwänden angeordnet ist. Das gummierte Gewebe besitzt eine gewisse Dochtwirkung, die jedoch nicht so groß ist, daß die zwischen den Membranwänden eingeschlossene 5c Luft beim Druckhub der Pumpe in unzulässig großer Menge entweichen kann.

In bezug auf eine Verminderung der Kurbelwellenbelastung werden die erfindungsgemäßen Maßnahmen dadurch unterstützt, daß zwei oder mehr Pumpenein- 5,'-, heilen eine gemeinsame Antriebseinrichtung haben und daß dabei die Arbeitstakte der einzelnen Pumpeneinheiten zeitlich phasenverschoben sind. Dabei werden die Pumpeneinheiten zweckmäßig paarweise so angeordnet, daß die Membranen von je zwei Pumpeneinheitcn mittels eines gemeinsamen Kipphebels über eine Kurbelwelle angetrieben sind.

Die Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine größtenteils im Längsschnitt aufgcschnitlene Membranpumpe;

F i g. 2 zeigt eine aus zwei Einheiten bestehende Pumpenkombination mit gemeinsamem AntrieK größtenteils im Querschnitt dargestellt;

F i g. 3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Anordnung der stark gedrosselten Bypassleitung zwischen Saugseite und Druckseite der Pumpe.

Zwischen dem Deckel 11 und dem Pumpengehäuse 112 ist die Membran 13 mittels mehrerer an der Deckelperipherie angeordneter Schrauben befestigt Sie liegt zwischen einem unteren Membranteller 14 und einem oberen Membranteller 15. Mittels der Schraube 16 sind die Teile 13 bis 15 mit dem Führungskolben 17 fest verbunden. Der Führungskolben 17 ist in der Hülse 18 geführt, so daß er seitlich nicht ausweichen kann. Die Kolbenbohrungen 19 und 20 dienen zur Aufnahme des Kolbenbolzens 21. Eine Pleuelstange 22 verbindet den Führungsbolzen 17 mit dem Kurbelzapfen 23 der Kurbelwelle 24. Die Pleuelstange 22 ist mit den Lagerbüchsen 25 und 26 versehen. Eine Wellensicherung 27 verhindert ein Abgleiten der Pleuelstange 22 vom Kurbelzapfen 23. Die Kurbelwelle 24 sitzt über Kugellager 28 und 29 in der Lagerbuchse 30, die zusammen mit der Kurbelwelle 24 in den Antriebsraum 31 der Vakuumpumpe eingesetzt ist und an ihrer Mantelfläche eine Dichtung 32 besitzt. Zwischen der Lagerbüchse 30 und dem «erjüngten Ende 33 der Kurbelwelle 24 ist eine Dichtungsmanschette 34 angeordnet. Das verjüngte Ende 33 der Kurbelwelle 24 trägt die Keilriemenscheibe 35. Die Lagerbuchse 30 wird mittels der in einer Bohrung des Pumpengehäuses 12 sitzenden Arretierschi aube 36 festgehalten, deren freies Ende in einer Ausnehmung 37 der Lagerbuchse 30 eingreift. Der Antriebsraum 31 ist unter Verwendung der Dichtung 38 mit dom Deckel 39 verschlossen. Über die Bohrung 40 in der Schraube 16 wird zwischen dem Arbeitsraum 41 und tk-m Antriebsraum 31 eine Verbindung hergestellt. Der Einsatz 42 aus Sintermetall schafft in dieser Verbindung eine kalibrierte Drosselstelle. Der Einsatz 42 liegt an seiner Außenseite mit der Oberfläche der Schraube 16 auf gleicher Ebene, damit kein zusätzlicher schädlicher Raum geschaffen wird. Auf Einzelheiten der Förderung und Ventilanordnung wird nicht eingegangen, weil sie für das Verständnis der Erfindung unerheblich sind.

Beim Betrieb als Vakuumpumpe stellt sich über die Drosselstelle der Bohrung 40 im Antriebsraum 31 ein Gas- bzw. Luftdruck ein, der etwa dem Mittelwert des Druckes im Arbeitsraum 41 entspricht. Da die an Kraftfahrzeugen verwendeten Vakuumpumpen auf der Druckseite einen Gegendruck etwa in Höhe des Atmosphärendruckes aufweisen, liegt der während des Betriebes im Antriebsraum 31 vorhandene mittlere Druck /wischen dem maximalen Unterdruck des Arbeitsraums und dem Atmosphärendruck.

Die Schmierung der beweglichen Pumpenteile erfolgt selbsttätig durch im Antriebsraum 31 befindliches Öl, so daß die Pumpe praktisch wartungsfrei arbeitet.

Eine andere Variante der Erfindung ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Die Fördcrrichuing von der Saugseite 51 über den Arbeitsraum 52 zur Druckseite

53 ist durch Pfeile angedeutet. Eine Umgehungsleitung

54 führt von der Saugscite 51 zinn Antriebsraum 55 der Pumpe. Eine weitere Umgehungsleitung 56 führt vom Antriebsraum 55 zur Druckseite 53. Eine kalibrierte Drosselstelle 57 aus Sintermetall ist an der Verbindungsstelle zwischen der Saugseite 51 und der Umgehungsleitung 54 und eine weitere Drosselstelle 58 an der Verbindungsstelle zwischen der Umgehungsleitung 56 mit der Druckseite 53 angeordnet. Im Betrieb der Pumpe stellt sich im Antriebsraum 55 ein mittlerer

Gas- bzw. Luftdruck ein, dessen Höhe durch Bemessung der Drosselstellen weitgehend variiert werden kann. Zweckmäßig werden beide Drosselstellen auf den gleichen Strömungswiderstand eingestellt. Dann entspricht der im Antriebsraum vorhandene mittlere Gas- bzw. Luftdruck etwa der halben Summe des Minimaldruckes der Saugseile und des Maximaldruckes der Druckseite der Pumpe. Die Rückströmung des Fördermediums wird durch hohe Strömungswiderstände der Drosselstellen in zulässigen Grenzen gehallen.

Eine weitere Variante der Ertindung zeigt F i g. 2. Zwischen dem Deckel 61 und dem Pumpengehäuse 62 sind auf der rechten Seite die Membranwände 63 und 64 und auf der linken Seite die Membranwände 65 und 66 mittels mehrerer an der Dev-kelperipherie angeordneter Schrauben befestigt. Zwischen diesen Membranwänden sind Ringe 67 und 68 aus gummiertem Gewebe angeordnet.

Die Membranwände der rechten Seite sind zwischen die Membranteller 69 und 70, die Membranwände der linken Seite zwischen die Membranteller 71 und 72 eingeklemmt. Ein Kipphebel 73 ist mit seinem Schlitz 74 durch den am Pumpengehäuse 62 befestigten Führungsbolzen 75 geführt. Das untere Ende des Kipphebels 73 ist mit einer Lagerbüchse 76 versehen, in die der Kurbelzapicn 77 der Kurbelwelle 78 hineingesteckt ist. Am Kipphebel 73 sind die Membranträgerbutzen 79 und 80 angegossen. Auf der rechten Seite sind Membranwände und Membranteller mittels der Senkschraube 81 und auf der linken Seite mittels der Senkschraube 82 auf dem Membranträgerbutzen 79 bzw. 80 befestigt. Die Senkschrauben 81 und 82 sind in Längsrichtung mit den Bohrungen 83 und 84 versehen, in die am oberen Ende die Kalibrierungseinsätze 85 und 86 eingefügt sind. Hinter der Befestigungswand 87 befindet sich der nicht gezeichnete Antrieb, z. B. ein elektrischer Getriebemotor, der mittels Schrauben an der Befestigungswand angeflanscht sein kann. Am Fuß der Vakuumpumpe sind zwei Schwingungsdämpfer 88 und 89 angeordnet, mit deren Hilfe die betriebsmäßig auftretenden Schwingungen der Pumpe von der Befestigungsunterlage ferngehalten werden.

Während des Betriebes führt der Kipphebel 73 eine schwingende Pendelbewegung aus. Dabei sind die Arbeitstakte der beiden Pumpeneinheiten bzw. Membraneinheiten zeitlich phasenverschoben. Die Phasenverschiebung hat eine Verminderung der Kurbelwellenbelastung und eine Verkleinerung des Antriebs bzw. Antriebsmotors zur Folge. Die Pumpen- bzw. Membraneinheiten arbeiten in Parallelschaltung. Auf die Einzelheiten dieser Parallelschaltung und auf die Anordnung und Art der Ventile braucht nicht näher eingegangen zu werden.

Die Membranwände teilen das Pumpengehäuse in die Arbeitsräume 90 und 91 und den gemeinsamen Antriebsraum 92 ein. Zwischen den Membranwänden 63 und 64 ist der ringförmige Pufferraum 93 und zwischen den Membranwänden 65 und 66 der ringförmige Pufferraum 94 vorhanden. Während des Betriebes als Vakuumpumpe herrscht in diesen Pufferräumen ein höherer mittlerer Druck als in den Arbeitsräumen 90 und 91 und im gemeinsamen Antriebsraum 92, weil über die Ringe 67 und 68 aus gummiertem Gewebe eine gedrosselte Verbindung zur Atmosphäre besteht. Im Antriebsraum stellt sich im Betrieb dagegen über die Bohrungen 83 und 84 und über die Kalibrierungseinsätze 85 und 86 ein Druck ein. der etwa der halben Summe des Minimaldruckes der Saugseite und des Maximaldruckes der Druckseite der Pumpe entspriphl. Durch das Aufblähen der Pufferräume 93 und 94 wird das schädliche Walken der Membranwände verhindert und damit die aus den Druckschwankungen in den Arbeitsräumen resultierenden Veränderungen ihres Rauminhalts im Sinne einer Verkleinerung des effektiven Hubvolumens auf ein Mindestmaß beschränkt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das effektive Hubvolumen der Vakuumpumpe bei gleichem Materialaufwand und gleichen Abmessungen größer ist als bei einer Vakuumpumpe bekannter Bauart, weil die Druckdifferenz zwischen Arbeitsraum und Antriebsraum geringer ist, weil die Membranen gemäß der Erfindung daran gehindert werden, zu walken. Die mechanische Beanspruchung der Membranen ist ebenfalls geringer als bei bekannten Pumpen. Bei bestimmten Varianten der Erfindung ist ein Entweichen des Fördermediums durch die Poren der Membran in die Atmosphäre verhindert. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine Senkung der wechselnden Belastung der Kurbelwelle und der Kurbelwellenlagerung des Pumpenantriebs und damit zusammenhängend Leistungs- und Gewichtseinsparungen an der Antriebsmaschine infolge der Senkung der maximalen Drehmomente.

Bei der Ausführung als Vakuumpumpe nach F i g. 2 kann man den im Antriebsraum 92 vorhandenen Unterdruck /um Betrieb von weiteren Servogeräten ausnutzen und hat so ein weiteres vom Hauptsystem getrenntes pneumatisches System zur Verfügung. Außerdem kann die linke und rechte Seite der Pumpe getrennte Systeme versorgen, so daß bei Bedarf drei unabhängige pneumatische Systeme vorhanden sind. Das ist z. B. bei Verwendung der Pumpe an Kraftfahrzeugen vorteilhaft, weil die Versorgung des Bremskraftverstärkers unabhängig von der Versorgung anderer Servogeräte durch nur eine Pumpe bewirkt werden kann.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr bei Membranpumpen beliebiger Bauart angewendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche: 2

1. Pumpe mit oszillierender Membran, die das Pumpengehäuse in einen Arbeitsraum und einen Antriebsraum unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem oder mehreren vom Fördermedium durchströmten Räumen der Pumpe und dem Antriebsraum (31, 92) mindestens eine kalibrierte Drosselstelle angeordnet ist, die so bemessen ist, daß die Höhe des im Antriebsraum (31,92) vorhandenen mittleren Gas- bzw. Luftdrukkes zwischen dem Extremdruck des Arbeitsraums (41,90,91) und dem Druck der umgebendem Atmosphäre liegt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- «et, daß der im Antriebsraum (31. 92) vorhandene mittlere Gas- bzw. Luftdruck etwa der halben Summe des Minimaldruckes der Saugseite und des Ma-Kimaldruckes der Druckseite der Pumpe entspricht.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsraum (31, 92) gegen die Atmosphäre hermetisch abgedichtet ist.

4. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kalibrierte Drosselstelle zwischen dem Arbeitsraum (41. 90, 91) und dem Antriebsraum (31, 92) der Pumpe angeordnet ist.

5. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstruktionselement, das die Membran (13, 63, 64. 65, 66) und die Membranteller (14, 15. 69, 70, 71, 72) miteinander verbindet, eine Bohrung (40, 83. 84) zur Aufnahme der zwischen dem Arbeitsraum (41. 90, 91) und dem Antriebsraum (31. 92) angeordneten kalibrierten Drosselstelle besitzt.

b. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Antriebsraum (31, 92) und der Saugseite der Pumpe eine kalibrierte Drosselstelle (57) angeordnet ist und daß außerdem zwischen dem Antriebsraum (31, 92) und der Druckseite der Pumpe eine weitere kalibriene Drosselstelle (58) angeordnet ist.

7. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kalibrierten Drosselstellen aus Sintermetalleinsätzen bestehen.

8. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenmembran in an sich bekannter Weise doppelwandig ausgeführt ist und daß der Raum zwischen den beiden Membranwänden (63, 64 bzw. 65, 66) über eine Drosselstelle mit der Atmosphäre verbunden ist.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle durch einen Ring (67, 68) aus gummiertem Gewebe gebildet ist, der zwischen den beiden Membranwänden angeordnet ist.

10. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Pumpeneinheiten mit einer gemeinsamen Antriebseinrichtung versehen sind und daß die Arbeitstakte der einzelnen Pumpeneinheitcn zeitlich phasenverschoben sind.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen von je zwei Pumpeneinheiten mittels eines gemeinsamen Kipphebels (73) über eine Kurbelwelle (78) angetrieben sind.

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