DE2835273C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe mit einer in einem Gehäuse hin- und herbeweglichen Kolbeneinheit, durch die das Volumen einer Pumpenkammer abwechselnd vergrößert und verkleinert wird, deren kleinstes Volumen minimiert ist, einem ersten, den Zustrom eines Fördermediums zur Pumpenkammer zulassenden Rückschlagventil, und einem zweiten, den Abstrom des Fördermediums aus der Pumpenkammer zulassenden Rückschlagventil, wobei die Kolbeneinheit gleichzeitig das Volumen einer weiteren Kammer gegensinnig ändert, die durch die Kolbeneinheit von der Pumpenkammer getrennt ist.

Bei einer aus der DE-OS 22 12 322 bekannten Pumpe dieser Art sind die beiden den Zustrom des Fördermediums zur Pumpenkammer bzw. den Abstrom des Fördermediums aus der Pumpenkammer zulassenden Rückschlagventile in einer Ventilplatte auf der der weiteren Kammer abgewandten Seite der Pumpenkammer vorgesehen. Der das zweite Rückschlagventil aufweisende Auslaß der Pumpenkammer ist über einen Umschaltschieber mit der ein Kurbelgehäuse bildenden weiteren Kammer verbunden, an deren Auslaß ein besonderer Schalldämpfer vorgesehen ist. Das Volumen des Kurbelgehäuses ist derart bemessen, daß eine gewisse Vergleichmäßigung des in das Kurbelgehäuse eintretenden pulsierenden Mediumstroms erfolgt.

Aus der US-PS 23 67 184 ist eine Flüssigkeits-Förderpumpe für Benzin, Öl und dergleichen mit zwei hintereinanderliegenden, im wesentlichen gleich großen Pumpenkammern bekannt. Auch bei größter Kompression ist das verbleibende Volumen der ersten Pumpenkammer verhältnismäßig groß, so daß diese Pumpe nicht als Vakuumpumpe einsetzbar ist.

Eine aus der FR-PS 7 78 512 bekannte Pumpe zum Entlüften von schädliche Gase enthaltenden Räumen weist einen in einem Gehäuse hin- und herbewegbaren Kolben auf, der eine Pumpenkammer vor einer im wesentlichen gleich großen weiteren Kammer trennt. In der Ansaugphase strömt das Fördermedium durch ein mit einem Filter gekoppeltes Ventil in die Pumpenkammer. Durch im Kolben vorgesehene Ventile strömt das zuvor angesaugte Fördermedium anschließend in die weitere Kammer, worauf das in dieser weiteren Kammer vorhandene Fördermedium durch eine mit dieser weiteren Kammer gekoppelte Ableitung ausgestoßen wird. Der beim Volumenaustausch zwischen der Pumpenkammer und der weiteren Kammer auftretende Schall kann ungehindert durch die mit der weiteren Kammer gekoppelte Ableitung nach außen treten.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz geringem Arbeitsgeräusch einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß auch die weitere Kammer als Pumpenkammer ausgebildet ist, daß das zweite Rückschlagventil zwischen den beiden Pumpenkammern angeordnet ist, daß ein drittes, den Abstrom des Fördermediums aus der weiteren Pumpenkammer zulassendes Rückschlagventil vorgesehen ist, und daß das kleinste Volumen der weiteren Pumpenkammer wesentlich größer als das kleinste Volumen der ersten Pumpenkammer ist.

Während das Fördermedium aus der ersten Pumpenkammer in die zweite Pumpenkammer strömt, ist das dritte Rückschlagventil geschlossen, wodurch gewährleistet wird, daß der auftretende Luftschall nicht nach außen gelangt. Der Luftschall, der schließlich beim Austreten aus der zweiten Kammer entsteht, ist geringer als der beim Luftaustausch zwischen den beiden Kammern entstehende Luftschall, da das minimale Volumen der zweiten Kammer größer ist als das minimale Volumen der ersten Kammer. Hierdurch wird ein gleichmäßigeres und somit leiseres Ausströmen des Fördermediums bewirkt. Gleichzeitig wird der Arbeitsaufwand für den Luftaustausch zwischen der ersten und der zweiten Kammer verringert, da während dieses Vorgangs das dritte Rückschlagventil geschlossen bleibt. Dies hat zur Folge, daß in der zweiten Kammer ein Unterdruck entsteht, der das Zuströmen des Fördermediums aus der ersten Kammer unterstützt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe entscheidend verbessert. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung wird somit der äußerst geräuscharme Betrieb einer Vakuumpumpe bei gleichzeitig optimiertem Wirkungsgrad ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Diesel- Brennkraftmaschine mit einer Vakuumpumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2, und

Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Diesel- Brennkraftmaschine 10 ein Maschinengehäuse 11, in dem drehbar eine Kurbelwelle 12 gelagert ist, die eine in Lagern 15 abgestützte Nockenwelle 14 antreibt. In dem Maschinengehäuse 11 und der Nockenwelle 14 sind Ölkanäle 16 bzw. 18 vorgesehen, die einen Teil der Schmieranlage der Diesel-Brennkraftmaschine 10 bilden.

Nahe dem einen Ende des Maschinengehäuses 11 ist eine Vakuumpumpeneinheit 20 angeordnet, die eine Saugdruckquelle zur Betätigung verschiedener Saugdruckmotoren und Hilfsgeräte des Fahrzeugs bildet und aus zwei voneinander getrennten Teilen besteht, nämlich der eigentlichen Vakuumpumpe 21 und deren Antrieb 22, der zugleich die Halterung der Vakuumpumpe bewirkt.

Wie Fig. 3 zeigt, weist die Vakuumpumpe 21 eine Grundplatte 24 aus Aluminiumspritzguß auf, die einen Hohlraum 25 und einen nabenförmigen Ansatz 26 aufweist. Der nabenförmige Ansatz 26 enthält eine eingepreßte hohle Büchse 27, durch die eine Dichtung 28 gehalten ist. Zur Grundplatte 24 ist hin- und herbeweglich eine Pumpeneinheit vorgesehen, zu der ein Kolben 29 aus Aluminiumguß gehört. Dieser trägt einen Rollbalg 30, der durch einen Federsitz 32 festgehalten ist. Die gesamte Pumpeneinheit wird durch einen Pumpenstößel 33 zusammengehalten, der sich durch den als Dichtung wirkenden Rollbalg 30 und die Büchse 27 nach außen erstreckt.

Über den Rand der Grundplatte 24 ist ein Deckel 34 gebördelt, der den Rollbalg 30 an seinem Umfang abdichtend einspannt und die Pumpenkolbeneinheit umschließt, wobei eine Rückstellschraubenfeder 36 am Deckel 34 abgestützt gegen den Federsitz 32 anliegt, um die Kolbeneinheit in Richtung auf den Hohlraum 25 der Grundplatte 34 zu belasten.

Die Grundplatte 24 und der Deckel 34 bilden zusammen ein Pumpengehäuse 24, 26, in dem durch den Kolben 29 und den als Dichtung wirkenden Rollbalg 30 eine erste Pumpenkammer 37 und eine zweite Pumpenkammer 38 gebildet sind. Bei der Hin- und Herbewegung der Kolbeneinheit innerhalb dieses Gehäuses verändern sich die Volumina der Pumpenkammern 37 und 38 in entgegengesetztem Sinn. Das kleinste Hubvolumen der ersten Pumpenkammer 37 ist so klein wie möglich gemacht, indem ein sehr kleines Spiel zwischen dem Kolben 29 und dem Rollbalg 30 einerseits und der Grundplatte 24 andererseits vorgesehen ist, wenn sich der Kolben 29 in seiner linken Endlage in Fig. 3 befindet. Das kleinste Hubvolumen der zweiten Pumpenkammer 38 ist nicht so klein gewählt, da in dieser Kammer die Rückstellschraubenfeder 36 untergebracht ist.

Der Durchtritt von Luft durch die Pumpe erfolgt von einem Einlaßrohr 40, das an der Grundplatte 24 befestigt ist, über Eintrittslöcher 41 in der Grundplatte 24 zur ersten Pumpenkammer 37 und von dieser über Löcher 42 im Kolben 29 zu einer ringförmigen Aussparung 44 unterhalb des eine Dichtung bildenden Rollbalgs 30, der im zentralen Teil Öffnungen 45 enthält. Ferner weist auch der tellerartige Federsitz 32 in diesem Bereich Öffnungen 46 auf, so daß eine Verbindung zur zweiten Pumpenkammer 38 besteht. Aus der zweiten Pumpenkammer 38 kann die Luft über Austrittslöcher 47 in einem zentralen Ansatz 48 des Deckels 34 über Wellen 49 zwischen dem Ansatz und einem eingesetzten Schutzeinsatz 50 ins Freie gelangen.

Der Luftstrom durch die Vakuumpumpe bei bewegtem Pumpenkolben wird durch drei Rückschlagventile 52, 53 und 54 bestimmt, die in der Grundplatte 24 bzw. dem Kolben 29 bzw. dem Deckel 34 angeordnet sind, und den Luftstrom durch die Eintrittslöcher 41 bzw. die Löcher 42 im Kolben 29 bzw. die Aus­ trittslöcher 47 steuern. Die Rückschlagventile verhindern einen Rückstrom von Luft, so daß sich die nachstehend beschriebene Arbeitsweise der Vakuumpumpe ergibt.

Bei einer Rechtsbewegung des Kolbens 29 in Fig. 3 erhöht sich das Volumen der ersten Pumpenkammer 37, so daß über das Einlaßrohr 40 Luft in die erste Pumpenkammer 37 angesaugt wird, wobei durch eine Absenkung des Druckes in der ersten Pumpenkammer 37 ein Saugdruck entsteht, der auch in anderen, nicht dargestellten angeschlossenen Kammern herrscht. Gleichzeitig wird das Volumen der zweiten Pumpenkammer 38 verringert, wodurch Luft durch die Austrittslöcher 47 entfernt wird. Das zweite Rückschlagventil 53 bleibt während dieser Bewegung geschlossen, so daß ein Rückstrom von der zweiten Pumpenkammer 38 zur ersten Pumpenkammer 37 unterbunden ist.

Beim Gegenhub des Kolbens 29 nach links in die in Fig. 3 dargestellte Lage erhöht sich das Volumen der zweiten Pumpenkammer 38, während sich das Volumen der ersten Pumpenkammer 37 auf den Kleinstwert verringert. Diese Bewegung verringert somit den Druck der in der zweiten Pumpenkammer 38 verbliebenen Luft, da sich das dritte Rückschlagventil 54 selbsttätig schließt und einen Rückstrom von Außenluft in die zweite Pumpenkammer 38 verhindert. Gleichzeitig erhöht sich der Druck in der ersten Pumpenkammer 37 und schließt das erste Rückschlagventil 52. Der ansteigende Druck in der ersten Pumpenkammer 37 und der verringerte Druck in der zweiten Pumpenkammer 38 öffnen das zweite Rückschlagventil 53, so daß der größte Teil der Luft aus der ersten Pumpenkammer 37 über die Löcher 42 zur zweiten Pumpenkammer 38 überströmt, wenn sich das Volumen der ersten Pumpenkammer 37 dem Kleinstwert nähert. Bei dem nächsten Pumpenspiel wird erneut Außenluft in die erste Pumpenkammer 37 angesaugt, während die in der zweiten Pumpenkammer 38 verbliebene Luft wie beschrieben nach außen abgeleitet wird.

Die beschriebene Vakuumpumpe würde Saugdruck erzeugen, auch wenn das dritte Rückschlagventil 54 im Deckel 34 nicht vorgesehen wäre, da hierzu ein Ansaugen von Luft in die erste Pumpenkammer 37 und eine Ableitung über die Löcher 42 genügt.

Das geringe Kleinstvolumen der ersten Pumpenkammer 37 führt zu einem hohen Wirkungsgrad der Pumpenwirkung in der ersten Pumpenkammer 37. Dies bedingt, daß bei der Ableitung der Luft aus der ersten Pumpenkammer 37 durch die Löcher 42 und über das zweite Rückschlagventil 53 durch den als Dichtung wirkenden Rollbalg 30 und den tellerartigen Federsitz 32 ein erhebliches Geräusch entsteht, das nach Möglichkeit zu unterdrücken ist.

Erreicht wird dies durch das dritte Rückschlagventil 54, das im Deckel 34 angeordnet ist und den Luftstrom durch die Austrittslöcher 47 steuert. Dieses Rückschlagventil verringert wesentlich den Pegel der hörbaren Geräusche der Pumpe, offensichtlich, weil dieses Ventil die Austrittsöffnungen 47 in der Zeit schließt, in der der Abstrom der Luft aus der ersten Pumpenkammer 37 über die Löcher 42 erfolgt, welcher Strom die wesentliche Geräuschquelle ist. Die Geräuschdämpfung ist wirksam, da die zweite Pumpenkammer 38 solange zur Außenluft nicht geöffnet wird, bis der Luftstrom von der ersten Pumpenkammer 37 zur zweiten Pumpenkammer 38 beendet ist und die Bewegung des Kolbens 29 nach rechts beginnt, durch die die Luft aus der zweiten Pumpenkammer 38 nach außen abgeleitet wird. Dieser Abstrom der Luft weist einen bedeutend niedrigeren Geräuschpegel auf, so daß insgesamt durch die Anordnung des dritten Rückschlagventils 54 der Geräuschpegel verringert wird. Ein weiterer Grund für den verringerten Geräuschpegel kann darin liegen, daß das kleinste Hubvolumen der zweiten Pumpenkammer 38 wesentlich größer als das der ersten Pumpenkammer 37 ist, so daß sich kein plötzlicher und schneller Abstrom der Luft über die Austrittslöcher 47 ergibt, während das Überströmen durch die Löcher 42 schneller erfolgt.

Aber außer der wesentlichen Verringerung des Geräuschpegels hat das dritte Rückschlagventil 54 noch eine weitere vorteilhafte Wirkung, da der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe erhöht wird, insbesondere bezüglich der zweiten Stufe der Pumpwirkung. Obwohl die zweite Pumpenkammer 38 kein sehr kleines Kleinstvolumen aufweist, um einen hohen Wirkungsgrad wie die erste Pumpenkammer 37 zu erreichen, wird der Wirkungsgrad des Luftstroms durch die Löcher 42 aus der ersten Pumpenkammer 37 verbessert, da der Druck in der zweiten Pumpenkammer 38 zur gleichen Zeit verringert wird, da das dritte Rückschlagventil 54 den Eintritt von Außenluft beim Rückhub des Kolbens 29 verhindert.

Es wird somit der Gesamtwirkungsgrad der Vakuumpumpe erhöht, während gleichzeitig der Geräuschpegel vermindert wird.

Der Antrieb 22 der Vakuumpumpe 21 dient gleichzeitig deren Halterung. Der Antrieb bewirkt eine hin- und hergehende Bewegung des Pumpenstößels 33, wobei zugleich eine ausreichende Schmierung gewährleistet ist. Der Antrieb 22 umfaßt ein Antriebsgehäuse 56 aus Aluminium mit einer lotrechten Bohrung 57 und zwei in Abstand voneinander angeordneten Nadellagern 58 zur Aufnahme einer Antriebswelle 60. Am oberen Ende der Antriebswelle 60 ist ein Exzenter 61 befestigt, während am unteren Ende ein Ritzel 62 befestigt ist.

Das untere Ende des Antriebsgehäuses 56 wird von einer rohrförmigen Öffnung 64 in der oberen Wand des Maschinengehäuses 11 aufgenommen. An einem vorspringenden Teil des Maschinengehäuses ist eine Abflachung 65 vorgesehen (Fig. 2), wodurch eine Schulter 66 gebildet wird, an der sich eine Schelle 68 abstützt, die durch eine Schraube 69 festgespannt werden kann. Diese Befestigung ähnelt der des Verteilers bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit der Ausnahme, daß die dort notwendige Drehfreiheit in Umfangsrichtung nicht erforderlich ist.

Am oberen Ende des Antriebsgehäuses 56 wird diese mit der Grundplatte 24 der Vakuumpumpe durch Schrauben 70 (Fig. 1) zusammengehalten, wobei der nabenförmige Ansatz 26 der Grundplatte 24 in einer Aussparung 72 des erweiterten Kopfes 73 des Antriebsgehäuses liegt (Fig. 3). Ölverluste werden durch einen O-Ring 74 verhindert. Der Pumpenstößel 33 erstreckt sich durch eine Öffnung innerhalb der Aussparung 72 in das obere Ende des Antriebsgehäuses und wird durch die Rückstellschraubenfeder 36 der Vakuumpumpe zur Anlage gegen die Umfangsfläche eines Exzenterlagers 76 gehalten, das den Exzenter 61 umgibt. Das obere Ende des Antriebsgehäuses wird durch einen Deckel 77 verschlossen und einen O-Ring 78 abgedichtet.

Das am unteren Ende der Antriebswelle sitzende Ritzel 62 liegt innerhalb des Maschinengehäuses 11 und steht im Eingriff mit einer Verzahnung 80 an der Nockenwelle 14 der Diesel-Brennkraftmaschine 10. Die untere Stirnfläche des Ritzels 62 stützt sich an einer Druckplatte 81 des Maschinengehäuses 11 ab, wodurch der nach unten gerichtete Schub des Antriebs aufgenommen wird. In der unteren Stirnfläche befindet sich eine Sechskantöffnung 82 zur Aufnahme einer Sechskantwelle 84, die sich nach unten in das Maschinengehäuse 11 erstreckt und eine Ölpumpe der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) antreibt. Dieser Antrieb entspricht dem bei üblichen fremdgezündeten Brennkraftmaschinen.

Innerhalb des Maschinengehäuses 11 verschließt ein Rohrstopfen 85 das eine Ende einer nicht dargestellten Ölgalerie. Durch eine zentrale Öffnung 86 wird ein Druckölstrahl gegen eine konische sich nach oben verjüngende Fläche 88 des Ritzels 62 gerichtet. Am unteren Ende des Antriebsgehäuses 56 erstreckt sich ein nach unten gerichteter Ansatz 89 bis dicht neben die konische Fläche 88. Über den Ansatz 89 wird Öl abgegriffen und nach oben zur Außenfläche der Antriebswelle 60 geleitet. Die Außenfläche der Antriebswelle 60 ist mit zweigängigen Schraubennuten 93 versehen, die infolge des geringen Spiels der Antriebswelle 60 in der Bohrung 57 und den Nadellagern 58 wie eine Schraubenpumpe wirken und das abgeschöpfte Öl nach oben in den Bereich des Exzenters 61 fördern. Dort wird das Öl nach außen geschleudert und schmiert das Exzenterlager 76 sowie den Pumpenstößel 33. Im Inneren der Antriebswelle 60 sind Rücklaufkanäle 94 (Fig. 4) für überschüssiges Schmieröl vorgesehen, das zum Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine abgeleitet wird, da im Bereich der Sechskantwelle 84 Spiel besteht.

Während des Betriebes bewirkt die entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn in Fig. 2 umlaufende Nockenwelle 14 ein Drehen der Antriebswelle 60, wobei über den Exzenter 61 die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 29 über den Pumpenstößel 33 erzielt wird.

Claims (3)

1. Vakuumpumpe mit einer in einem Gehäuse hin- und herbeweglichen Kolbeneinheit, durch die das Volumen einer Pumpenkammer abwechselnd vergrößert und verkleinert wird, deren kleinstes Volumen minimiert ist, einem ersten, den Zustrom eines Fördermediums zur Pumpenkammer zulassenden Rückschlagventil, und einem zweiten, den Abstrom des Fördermediums aus der Pumpenkammer zulassenden Rückschlagventil, wobei die Kolbeneinheit gleichzeitig das Volumen einer weiteren Kammer gegensinnig ändert, die durch die Kolbeneinheit von der Pumpenkammer getrennt ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß auch die weitere Kammer als Pumpenkammer (38) ausgebildet ist,
• - daß das zweite Rückschlagventil (53) zwischen den beiden Pumpenkammern (37, 38) angeordnet ist,
• - daß ein drittes, den Abstrom des Fördermediums aus der weiteren Pumpenkammer (38) zulassendes Rückschlagventil (54) vorgesehen ist, und
• - daß das kleinste Volumen der weiteren Pumpenkammer (38) wesentlich größer als das kleinste Volumen der ersten Pumpenkammer (37) ist.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (24, 34) aus einer Grundplatte (24) und einem das dritte Rückschlagventil (54) enthaltenden Deckel (34) besteht.

3. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinheit (29, 30) einen Kolben (29) sowie einen diesem zugeordneten Rollbalg (30) umfaßt.