WO2014135202A1 - Elektrische kfz-vakuumpumpen-anordnung - Google Patents

Elektrische kfz-vakuumpumpen-anordnung Download PDF

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WO2014135202A1
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drive motor
arrangement
damping
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Nabil Salim AL-HASAN
Mathias Zill
Sebastian Cramer
Daniel Müller
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Pierburg Pump Technology Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an electric vehicle vacuum pump arrangement, which has a pump unit and a drive unit driving the pump unit.
  • An electrically driven vehicle vacuum pump generates in a motor vehicle (motor vehicle), independently of the operating state of an internal combustion engine, a negative pressure of, for example, 100 millibars, which is required, for example, for operating a pneumatic brake booster and / or other pneumatically operated ancillaries.
  • a negative pressure for example, 100 millibars
  • the electric power of the drive motor is typically in the range of 100 W for small vacuum pumps and several 100 W for large vacuum pumps.
  • the vacuum pump arrangement fall corresponding amounts of heat loss both in the drive motor and in the pump unit, which must be reliably dissipated in order to reliably rule out overheating, in particular the drive motor can.
  • the noise emissions can be so significant that extensive measures for soundproofing and / or soundproofing must be made.
  • an electric vacuum pump assembly which has a simple cover on the outlet side of the pump unit as a soundproofing measure.
  • the object of the invention is to provide an electric vehicle vacuum pump arrangement with a reliable cooling and low noise emissions.
  • the electric vehicle vacuum pump arrangement has a composite of a preferably rotary pump unit and a preferably coaxial drive motor for this purpose.
  • the pump unit may be, for example and preferably, a vane-cell pump unit, but may also be any other rotary and quasi-continuously conveying vacuum pump which is suitable for generating an absolute pressure of, for example, 100 millibars and less with the required volume capacity.
  • the drive motor has a rotor space in which the motor rotor rotates, and has a stator on which the motor stator is arranged.
  • a separate Schallabnungsgereheat is provided, which einhaust the composite radially and axially spaced and which has its own suction port and a separate pressure port.
  • the suction port of the sound shield case forms the suction port of the vacuum pump assembly
  • the pressure port of the sound shield case forms the outlet of the vacuum pump assembly.
  • the sound-shielding housing is formed separately from a largely, but not necessarily completely gas-tight, separate housing of the composite or of the electric drive motor.
  • the acoustic enclosure provides a significant reduction in the noise emitted by the vacuum pump assembly since the acoustic enclosure encloses and houses the aggregate of the pumping unit and drive motor on all six sides.
  • annular gas-tight structure-borne sound damping arrangement which forms a damping mechanical suspension of the composite in the Schallabnungsgephaseuse.
  • the damping arrangement is designed gas-tight and open, so that in the example annular space between the composite and the Schallabnungsgephaseuse an axial gas flow is prevented by the composite over.
  • the drive motor has an axial ventilation inlet and an axial ventilation outlet, so that when the arrangement is operated by the pumping unit, an axial forced ventilation bypasses the damping arrangement and through the rotor and / or the stator space.
  • the air sucked in by the pump unit thus first flows axially through the interior of the drive motor, so that it is thereby continuously air-cooled during operation.
  • the space in which the motor coils are arranged is vented, i. in an electronically commutated drive motor, the stator space and in a mechanically commutated drive motor, the rotor space.
  • both the stator space and the rotor space can be ventilated.
  • the damping arrangement thus causes two things, namely a structure-borne noise damping suspension of the pump unit drive motor composite on the one hand and an axial forced ventilation of the drive motor on the other.
  • the ventilation inlet of the drive motor is axially facing away from the pump unit and the ventilation outlet of the drive motor faces the pump unit axially.
  • the drive motor ventilation outlet and an air inlet of the pump unit are fluidically coupled directly to one another.
  • the ventilation outlet of the drive motor forms more or less directly the air inlet of the Pumping unit, so the suction port of the pump unit.
  • the drive motor is therefore fluidly arranged in front of the pump unit, so that the air sucked in by the vacuum pump arrangement initially flows axially through the drive motor before it enters the pump unit
  • two gas-tight annular damping arrangements are provided which define an annular space between them axially.
  • the pump unit drive motor composite is thus stored at two axial positions> radially supported on the Schallabnungsgephaseuse damped or supported.
  • the two damping arrangements may, for example, be arranged axially approximately in the transverse plane of the roller bearings in order to provide a corresponding radial bearing and radial damping approximately in the transverse plane of the imbalance introduction of the imbalance generated by the two rotors.
  • the mechanical damping of the composite movements is improved, while at the same time substantially increasing the transmission of structure-borne noise from the composite to the sound-shielding housing.
  • the annular space between the two gas-tight damping arrangements is ventilated via a ventilation opening in the drive motor housing.
  • the ventilation opening can be very small, since it only serves to equalize the pressure between the annulus and the drive motor interior. Through the ventilation opening prevails in the annulus approximately the same air pressure as in the drive motor interior, for example, an air pressure of 100 millibar absolute. As a result, the sound transmission within the annulus significantly deteriorates, so that the noise emissions of the vacuum pump assembly are reduced accordingly.
  • the annulus may optionally be filled with a sonic absorption material, but which does not produce any appreciable mechanical or force transmitting connection between the composite and the sonic shield housing.
  • a damping arrangement is designed as a thrust bearing, which supports the pump unit drive motor composite axially.
  • a separate axial support of the composite with respect to the Schallabnungsgephaseuse is therefore not required.
  • the formation of the damping arrangement as a thrust bearing can be realized, for example, that the damping body is bordered both on its outer circumference Schallabnungsgekoruse-side and from its inner circumference composite side axially by corresponding recesses or annular lands so that a stable Axialfix réelle the composite in the Schallabnungsgepassuse is realized. Due to the negative pressure in the Schallabnungsgephaseuse at the suction-side longitudinal end of the pump unit drive motor composite is pressed with high force axially to the suction side. For the axial support is therefore a stable thrust bearing is required.
  • the damping arrangement has an annular damping body, which may consist of plastic, but particularly preferably consists of a gas-tight and open-loop elastomer.
  • Elastomers can have good mechanical damping properties, wherein the degree of damping can be adjusted for example over the axial length of the damping body.
  • the damping arrangement on a rotation which prevents twisting of the Schallabnungsgephaseuses against the composite.
  • load changes occur between the composite on the one hand and the Schallabnungsgephaseuse other rotatory Torques on which the composite would be twisted in the Schallabnungsgephaseuse, if a corresponding rotation would not prevent this.
  • the rotation can be realized, for example, by appropriate 5 twist-locking form-fitting between the damping body on the one hand and the composite or the Schallabtungsgephaseuse other hand.
  • the Schallabnungsgephaseuse on the outside rigid mounting elements, which allows a rigid and undamped attachment o the entire vacuum pump assembly on a motor vehicle Teif.
  • the vacuum pump assembly can for example be rigidly attached to the vehicle body or to the internal combustion engine.
  • the drive motor has a mechanical commutation arrangement, by which the motor coils, which are preferably provided on the rotor side, are driven.
  • a mechanical commutation arrangement is simple and inexpensive to produce, but generates frictional heat due to commutator friction.
  • the forced ventilation which preferably also includes forced ventilation of the commutation arrangement, the heat generated in the mechanical commutation arrangement is dissipated constantly and reliably. The forced ventilation allows in this way the use of an inexpensive mechanical commutation.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an electric vehicle vacuum pump arrangement
  • FIG. 2 shows a cross section II - II of the motor vehicle vacuum pump arrangement of FIG. 1,
  • Figure 3 is a cross section III - III of the motor vehicle vacuum pump assembly of Figure 1, and
  • FIG. 4 shows a cross section IV-IV of the motor vehicle vacuum pump arrangement of FIG. 1.
  • an automotive vacuum vehicle electric vehicle 10 which, in a motor vehicle, provides vacuum at an absolute pressure of, for example, 100 millibars and lower.
  • the vacuum is mainly used as potential energy for actuators, such as a pneumatic brake booster or other pneumatic automotive actuators.
  • An electric drive for automotive vacuum pumps is increasingly required because the automotive internal combustion engine is not constantly running during vehicle operation.
  • the assembly 10 consists essentially of three assemblies, namely an electric drive motor 20, a coaxially arranged for this pump unit 40 and a composite 18 of the pump unit 40 and drive motor 20 enclosing all sides Schallabnungsgephase 12th
  • the electric drive motor 20 has a motor rotor 22 with a plurality of rotor coils 25 and a motor stator 24 with a plurality of stator laminations 78.
  • the motor rotor 22 is fixedly mounted on a rotor shaft 16, which also forms the rotor shaft for a pump rotor 42.
  • the drive motor 20 is mechanically commutated by a mechanical commutator 26.
  • the commutator 26 is formed by a slip ring 27 and brushes 28 which run on the slip ring 27.
  • the rotor shaft 16 is rotatably supported by two roller bearings 30,31 in the composite 18, wherein between the two bearings 30,31 of the commutator 26 and the motor rotor 22 are arranged, whereas the pump rotor 42 is rotationally fixed fixed to a rotor shaft end ,
  • a cylindrical air-permeable cylindrical rotor space 36 is defined, which is surrounded by an annular stator space 37 which is defined by the likewise permeable in the axial direction motor stator 24.
  • the air permeability of the motor stator 24 is established by axial ventilation channels 29 and the air permeability of the motor rotor 22 is produced by axial ventilation channels 93, as can be seen in Figure 3.
  • the drive motor 20 has, in the region of the motor stator 24 and the motor rotor 22, a substantially cylindrical metallic drive motor housing wall 21 which substantially shields the rotor cavity 36 and the stator space 37 acoustically and fluidically radially outward.
  • the drive motor 20 has on its pump-facing end face 32 a plurality of air-permeable ventilation inlets 33 through which air can flow axially into the rotor chamber 36 and the stator space 37. This air can flow out again through a drive motor ventilation outlet 47 in an end wall 44 on the pump-side end side of the drive motor 20, so that the rotor space 36 and the stator space 37 are ventilated.
  • the motor rotor 22, the motor stator 24 and the commutator 26 are continuously air-cooled during operation of the pump arrangement 10.
  • the pump unit 40 which is essentially formed by the pump rotor 42 and a pump housing 35 surrounding the pump rotor 42, adjoins the drive motor 20 directly axially.
  • the pump housing 35 is composed of the inlet side
  • the inlet side end wall 44 forms both an end wall for the drive motor 20 and for the pump unit 40.
  • the pump unit 40 is presently designed as a vane pump unit, so that the pump rotor 42 a plurality of sliding wings has, by which the pump space is divided in the circumferential direction into a plurality of rotating pumping cells.
  • a crescent-shaped pumping chamber air inlet 46 is provided, through which the air coming from the drive motor 20 flows into the rotating pumping cells.
  • a likewise crescent-shaped outlet opening 88 is provided, through which the compressed air is expelled from the passing pumping cells.
  • a cup-shaped soundproof cover 62 which encloses a front-side sound-damping chamber 62 and has an angled air outlet channel 64.
  • the compressed air expelled through the outlet port 88 first enters the silencing space 62, from which it flows out through the air outlet channel 64.
  • the consisting of the drive motor 20 and the pump unit 40 composite 18 is surrounded by a separate Schallabnungsgereheatuse 12, which consists of two Ku n material H a I bscha len 13,14 is composed.
  • the sound shielding case 12 is formed to be substantially barrel-shaped and closed, and has only two openings, namely, a suction port 11 in the inlet-side end wall and a pressure port 76 in the outlet-side end wall of the sound shielding case 12.
  • the substantially cylindrical sound shield housing 12 is spaced apart from the composite 18 on all six sides such that the sound shield housing 12 does not directly contact the composite 18 at any point.
  • the composite 18 is formed by two damping arrangements 50, 50 'in the sound shielding housing 12 muted but basically stored stationary.
  • the two damping arrangements 50,50 ' are each arranged approximately in the transverse plane of the two rolling bearings 30,31.
  • Each damper assembly 50, 50 ' is substantially each formed by an annular and gas-tight elastomeric damping body 52 having its outer periphery 53 in a sound shielding housing side damper seat 56, 56' and its inner periphery 55 in a composite damper body seat 58, 58 'is fixed.
  • damping arrangement 50 ' is formed as a thrust bearing, so that the composite 18 is axially supported in both longitudinal directions on the Schallabnungsgephase 12.
  • the other damping arrangement 50 is formed as a one-sided thrust bearing.
  • the composite 18 is additionally supported on one side axially against the axially acting on the composite 18 in the direction of the suction port 11 compressive forces.
  • the damping body 52 have both on its inner circumference 55 and on its outer circumference 53 in each case a plurality of narrow and circumferential annular lips.
  • an inlet damping chamber 90 is formed, in which flows through the suction port 11 of the Schallabnungsgephinuses 12 air, from where the air flows through the drive motor ventilation inlets 33 into the engine interior.
  • an annular space 86 is defined, which is bounded radially on the outside by the Schallabnungsgephaseuse 12 and on the inside by the drive motor housing wall 21.
  • the annular space 86 is vented through a ventilation opening 34 in the drive motor housing wall 21, so that in the annular space 86, the same air pressure prevails, as in the rotor 36 and in the space Kunststoff 37.
  • a sound-damping chamber 92 is enclosed by the sound-shielding housing 12, into which the air compressed by the pump unit 40 flows from the angled air outlet channel 64. From the muffling space 92, the compressed air flows out of the muffling space 92 through a right-angled bent outlet channel 70.
  • the Schallabnungsgefelduse 12 has a plurality of rigid fasteners 13, via which the assembly 10 can be rigidly fixed to the vehicle body or directly to the motor vehicle engine without any further damping.
  • FIG. 4 shows a damping arrangement 50 'in cross-section.
  • the damping body 52 is not circular over its entire circumference, but has to form an anti-rotation 84 inside and outside flats 83,81, with corresponding flats 83,80 on the outer circumference of the drive motor housing 21 and on the inner circumference of the Sound shielding housing 12 correspond.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) mit einem Verbund (18) aus einem rotatorischen Pumpaggregat (40) und einem koaxialen Antriebsmotor (20), der einen Rotorraum (36) mit einem Motorrotor (22) und einen Statorraum (37) mit einem Motorstator (24) aufweist. Die Anordnung 10 weist ferner ein separates Schallabschirmungsgehäuse (12) auf, das den Verbund (18) radial und axial beabstandet einhaust und das einen Sauganschluss (11) und einen Druckanschluss (76) aufweist. Ferner ist eine ringförmige gasdichte Dämpfungsanordnung (50) radial zwischen dem Schallabschirmungsgehäuse (12) einerseits und dem Verbund (18) andererseits vorgesehen, wobei der Antriebsmotor (20) einen Lüftungseinlass (33) und einen Lüftungsauslass (47) aufweist, so dass eine axiale Zwangslüftung an der Dämpfungsanordnung (50) vorbei und durch den Rotorraum (36) und/oder den Statorraum (37) hindurch erfolgt.

Description

Elektrische Kfz- Vakuumpumpen-Anordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kfz-Vakuumpumpen- Anordnung, die ein Pumpaggregat und einen das Pumpenaggregat antreibenden Antriebsmotor aufweist.
Eine elektrisch angetriebene Kfz-Vakuumpumpe generiert in einem Kraftfahrzeug (Kfz) unabhängig von dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors einen Unterdruck von beispielsweise absolut 100 Millibar, der beispielsweise zum Betrieb eines pneumatischen Bremskraftverstärkers und/oder anderer pneumatisch betriebener Nebenaggregate benötigt wird. Bei einer elektrischen Kfz-Vakuumpumpen- Anordnung liegt die elektrische Leistung des Antriebsmotors typischerweise im Bereich von 100 W bei kleinen Vakuumpumpen und bei mehreren 100 W bei großen Vakuumpumpen. In der Vakuumpumpen- Anordnung fallen entsprechende Mengen an Verlust wärme sowohl in dem Antriebsmotor als auch in dem Pumpaggregat an, die zuverlässig abgeführt werden müssen, um eine Überhitzung insbesondere des Antriebsmotors zuverlässig ausschließen zu können. Je nach Pumpleistung und Drehzahl des Pumpaggregats können die Schallemissionen so erheblich sein, dass umfangreiche Maßnahmen zur Schalldämpfung und/oder zur Schallabschirmung vorgenommen werden müssen.
Aus DE 199 36 644 AI ist eine elektrische Vakuumpumpen-Anordnung bekannt, die als Schallschutzmaßnahme einen einfachen Deckel auf der Auslassseite des Pumpaggregats aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Kfz-Vakuumpumpen- Anordnung mit einer zuverlässigen Kühlung und geringem Schallemissionen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer elektrischen Kfz- Vakuumpumpen-Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Die erfindungsgemäße elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung weist einen Verbund aus einem bevorzugt rotatorischen Pumpaggregat und einem hierzu bevorzugt koaxialen Antriebsmotor auf. Das Pumpaggregat kann beispielsweise und bevorzugt ein Flügelzellen-Pumpaggregat sein, kann jedoch auch jede andere rotatorische und quasi-kontinuierlich fördernde Vakuumpumpe sein, die geeignet ist, einen absoluten Druck von beispielsweise 100 Millibar und weniger mit der erforderlichen Volumenleistung zu generieren.
Der Antriebsmotor weist einen Rotorraum auf, in dem der Motorrotor rotiert, und weist einen Stator räum auf, in dem der Motorstator angeordnet ist.
Ferner ist ein separates Schallabschirmungsgehäuse vorgesehen, das den Verbund radial und axial beabstandet einhaust und das einen eigenen Sauganschluss und einen eigenen Druckanschluss aufweist. Der Sauganschluss des Schallabschirmungsgehäuses bildet den Sauganschluss der Vakuumpumpen-Anordnung und der Druckanschluss des Schallabschirmungsgehäuses bildet den Auslass der Vakuumpumpen- Anordnung. Das Schallabschirmungsgehäuse ist separat ausgebildet von einem weitgehend, jedoch nicht notwendigerweise vollständig gasdichten separaten Gehäuse des Verbundes bzw. des elektrischen Antriebsmotors. Das Schallabschirmungsgehäuse sorgt für eine erhebliche Reduzierung der von der Vakuumpumpen-Anordnung ausgehenden Schallemissionen, da das Schallabschirmungsgehäuse den Verbund aus Pumpaggregat und Antriebsmotor an allen sechs Seiten umfasst und einhaust. Radial zwischen dem Schallabschirmungsgehäuse einerseits und dem Verbund andererseits ist eine ringförmige gasdichte Körperschall- Dämpfungsanordnung vorgesehen, die eine dämpfende mechanische Aufhängung des Verbundes in dem Schallabschirmungsgehäuse bildet. Die Dämpfungsanordnung ist gasdicht und öffnungsfrei ausgebildet, so dass in dem beispielsweise ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Verbund und dem Schallabschirmungsgehäuse eine axiale Gasströmung an dem Verbund vorbei unterbunden ist.
Der Antriebsmotor weist einen axialen Lüftungseinlass und einen axialen Lüftungsauslass auf, so dass bei Betrieb der Anordnung durch das Pumpaggregat eine axiale Zwangslüftung an der Dämpfungsanordnung vorbei und durch den Rotor räum und/oder den Statorraum hindurch erfolgt. Die von dem Pumpaggregat angesaugte Luft durchströmt also zunächst axial den Innenraum des Antriebsmotors, so dass dieser hierdurch im Betrieb kontinuierlich luftgekühlt wird. Bevorzugt wird der Raum belüftet, in dem die Motorspulen angeordnet sind, d.h. bei einem elektronisch kommutierten Antriebsmotor der Statorraum und bei einem mechanisch kommutierten Antriebsmotor der Rotorraum. Es können jedoch auch sowohl der Statorraum als auch der Rotorraum belüftet werden.
Die Dämpfungsanordnung bewirkt also zweierlei, nämlich eine Körperschall-dämpfende Aufhängung des Pumpaggregat-Antriebsmotor- Verbundes einerseits und eine axiale Zwangslüftung des Antriebsmotors andererseits.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Lüftungseinlass des Antriebsmotors dem Pumpaggregat axial abgewandt und ist der Lüftungsauslass des Antriebsmotors dem Pumpaggregat axial zugewandt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind der Antriebsmotor-Lüftungsauslass und ein Lufteinlass des Pumpaggregats fluidisch unmittelbar miteinander gekoppelt. Der Lüftungsauslass des Antriebsmotors bildet mehr oder weniger unmittelbar den Lufteinlass des Pumpaggregats, also den Sauganschluss des Pumpaggregats. Der Antriebsmotor ist fluidisch also vor dem Pumpaggregat angeordnet, so dass die von der Vakuumpumpen-Anordnung angesaugte Luft zunächst den Antriebsmotor axial durchströmt, bevor sie in das Pumpaggregat
5 einströmt. Diese Anordnung hat zwar den Nachteil, dass, wegen des auf der Ansaugseite des Pumpaggregats herrschenden Vakuums von beispielsweise absolut 100 Millibar, nur relativ geringe Luftmassen den Antriebsmotor axial durchströmen, jedoch den Vorteil, dass die Temperatur der den Antriebsmotor durchströmenden Ansaugiuft relativ
3 niedrig ist. Hierdurch kann eine ausreichende Luftkühlung des Antriebsmotors sichergestellt werden.
Vorzugsweise sind zwei gasdichte ringförmige Dämpfungsanordnungen vorgesehen, die axial zwischen sich einen Ringraum begrenzen. Der Pumpaggregat-Antriebsmotor-Verbund wird also an zwei Axialpositionen > radial an dem Schallabschirmungsgehäuse gedämpft gelagert bzw. abgestützt. Die beiden Dämpfungsanordnungen können beispielsweise axial ungefähr in der Querebene der Wälzlager angeordnet sein, um ungefähr in der Querebene der Unwucht-Einleitung der von den beiden Rotoren generierten Unwucht eine entsprechende Radiallagerung und Radialdämpfung vorzusehen. Hierdurch wird die mechanische Dämpfung der Verbund-Bewegungen verbessert, ohne gleichzeitig die Übertragung von Körperschall von dem Verbund auf das Schallabschirmungsgehäuse wesentlich zu erhöhen.
Vorzugsweise wird der Ringraum zwischen den beiden gasdichten Dämpfungsanordnungen über eine Belüftungsöffnung in dem Antriebsmotor-Gehäuse belüftet. Die Belüftungsöffnung kann sehr klein ausfallen, da sie nur dem Druckausgleich zwischen dem Ringraum und dem Antriebsmotor-Innenraum dient. Durch die Belüftungsöffnung herrscht in dem Ringraum annähernd der gleiche Luftdruck wie in dem Antriebsmotor-Innenraum, beispielsweise ein Luftdruck von absolut 100 Millibar. Hierdurch wird die Schallübertragung innerhalb des Ringraums erheblich verschlechtert, so dass die Schallemissionen der Vakuumpumpen-Anordnung entsprechend verringert sind.
Der Ringraum kann optional mit einem Schall-Absorptionsmaterial gefüllt sein, das jedoch keine nennenswerte mechanische bzw. kraftübertragende Verbindung zwischen dem Verbund und dem Schallabschirmungsgehäuse herstellt.
Vorzugsweise ist eine Dämpfungsanordnung als Axiallager ausgebildet, das den Pumpaggregat-Antriebsmotor-Verbund axial abstützt. Eine separate axiale Abstützung des Verbundes gegenüber dem Schallabschirmungsgehäuse ist daher nicht erforderlich. Die Ausbildung der Dämpfungsanordnung als Axiallager kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Dämpfungskörper sowohl an seinem Außenumfang Schallabschirmungsgehäuse-seitig als auch von seinem Innenumfang Verbund-seitig axial durch entsprechende Ausnehmungen bzw. Ringstege so eingefasst ist, dass eine stabile Axialfixierung des Verbundes in dem Schallabschirmungsgehäuse realisiert ist. Durch den Unterdruck in dem Schallabschirmungsgehäuse an dem saugseitigen Längsende wird der Pumpaggregat-Antriebsmotor-Verbund mit hoher Kraft axial zur Saugseite gedrückt. Für die axiale Abstützung ist daher ist ein stabiles Axiallager erforderlich.
Vorzugsweise weist die Dämpfungsanordnung einen ringförmigen Dämpfungskörper auf, der aus Kunststoff bestehen kann, besonders bevorzugt aber aus einem gasdichten und öffnungsfreien Elastomer besteht. Elastomere können gute mechanische Dämpfungseigenschaften aufweisen, wobei sich der Dämpfungsgrad beispielsweise über die axiale Länge des Dämpfungskörpers einstellen lässt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Dämpfungsanordnung eine Verdrehsicherung auf, die ein Verdrehen des Schallabschirmungsgehäuses gegenüber dem Verbund verhindert. Insbesondere bei Laständerungen treten zwischen dem Verbund einerseits und dem Schallabschirmungsgehäuse andererseits rotatorische Drehmomente auf, durch die der Verbund in dem Schallabschirmungsgehäuse verdreht werden würde, wenn eine entsprechende Verdrehsicherung dies nicht verhindern würde. Die Verdrehsicherung kann beispielsweise durch entsprechende 5 verdrehungsichernde Formschlüsse zwischen dem Dämpfungskörper einerseits und dem Verbund bzw. dem Schallabschirmungsgehäuse andererseits realisiert sein.
Vorzugsweise weist das Schallabschirmungsgehäuse außenseitig starre Befestigungselemente auf, die eine starre und ungedämpfte Befestigung o der gesamten Vakuumpumpen-Anordnung an einem Kfz-Teif ermöglicht. Auf diese Weise kann die Vakuumpumpen-Anordnung beispielsweise starr an der Kfz- Karosserie oder an dem Verbrennungsmotor angebracht werden. Durch die über die Dämpfungsanordnung entkoppelnde Aufhängung des Verbundes in dem Schallabschirmungsgehäuse wird einerseits die Übertragung von Körperschall von dem Verbund zu dem Kraftfahrzeug und andererseits die Übertragung von schädlichen Schwingungen und Vibrationen von dem Kraftfahrzeug auf den Verbund andererseits weitgehend unterbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Antriebsmotor eine mechanische Kommutierungsanordnung auf, durch die die Motorspulen, die bevorzugt rotorseitig vorgesehen sind, angesteuert werden. Eine mechanische Kommutierungsanordnung ist einfach und preiswert herstellbar, erzeugt jedoch aufgrund Kommutator-Reibung Reibungswärme. In Verbindung mit der Zwangslüftung, die bevorzugt auch eine Zwangslüftung der Kommutierungsanordnung einschließt, wird die in der mechanischen Kommutierungsanordnung erzeugte Wärme ständig und zuverlässig abgeführt. Die Zwangslüftung erlaubt auf diese Weise den Einsatz einer preiswerten mechanischen Kommutierungsanordnung.
Grundsätzlich sind alle Typen rotatorischer Pumpaggregate geeignet. Besonders bevorzugt ist als Pumpaggregat ein trockenlaufendes Flügelzellen-Pumpaggregat. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 einen Längsschnitt einer elektrischen Kfz-Vakuumpumpen- Anordnung,
Figur 2 einen Querschnitt II - II der Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung der Figur 1,
Figur 3 einen Querschnitt III - III der Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung der Figur 1, und
Figur 4 einen Querschnitt IV - IV der Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung der Figur 1.
In den Figuren 1-4 ist eine elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung 10 dargestellt, die in einem Kraftfahrzeug der Bereitstellung von Vakuum mit einem absoluten Druck von beispielsweise 100 Millibar und niedriger dient. Das Vakuum wird hauptsächlich als potentielle Energie für Aktuatorik genutzt, beispielsweise für einen pneumatischen Bremskraftverstärker oder andere pneumatische Kfz-Aktuatoren. Ein elektrischer Antrieb für Kfz-Vakuumpumpen wird in zunehmendem Maße erforderlich, weil der Kfz- Verbrennungsmotor während des Fahrzeug-Betriebes nicht ständig läuft.
Die Anordnung 10 setzt sich im Wesentlichen aus drei Baugruppen zusammen, nämlich einem elektrischen Antriebsmotor 20, einem hierzu koaxial angeordneten Pumpenaggregat 40 und einem den Verbund 18 aus Pumpenaggregat 40 und Antriebsmotor 20 allseitig umschließenden Schallabschirmungsgehäuse 12.
Der elektrische Antriebsmotor 20 weist einen Motorrotor 22 mit mehreren Rotorspulen 25 und einen Motorstator 24 mit mehreren Statorblechen 78 auf. Der Motorrotor 22 sitzt dreh fest auf einer Rotorwelle 16, die auch die Rotorwelle für einen Pumpenrotor 42 bildet. Der Antriebsmotor 20 wird mechanisch durch einen mechanischen Kommutator 26 kommutiert. Der Kommutator 26 wird von einem Schleifring 27 und Bürsten 28 gebildet, die auf dem Schleifring 27 laufen.
Die Rotor welle 16 ist durch zwei Wälzlager 30,31 in dem Verbund 18 drehbar gelagert, wobei zwischen den beiden Wälzlagern 30,31 der Kommutator 26 und der Motorrotor 22 angeordnet sind, wohingegen der Pumpenrotor 42 fliegend an einem Rotorwellen-Ende dreh fest fixiert ist. Durch den Motorrotor 22 wird ein in axialer Richtung luftdurchlässiger zylindrischer Rotorraum 36 definiert, der durch einen ringförmigen Statorraum 37 umgeben ist, der durch den ebenfalls in axialer Richtung luftdurchlässigen Motorstator 24 definiert ist. Die Luftdurchlässigkeit des Motorstators 24 wird durch axiale Lüftungskanäle 29 hergestellt und die Luftdurchlässigkeit des Motorrotors 22 wird durch axiale Lüftungskanäle 93 hergestellt, wie in Figur 3 erkennbar ist.
Der Antriebsmotor 20 weist im Bereich des Motorstators 24 und des Motorrotors 22 eine im Wesentlichen zylindrische metallische Antriebsmotor-Gehäusewand 21 auf, die den Rotor räum 36 und den Statorraum 37 nach radial außen akustisch und fluidisch weitgehend abschirmt. Der Antriebsmotor 20 weist an seiner pumpenabgewandten Stirnseite 32 mehrere luftdurchlässige Lüftungseinlässe 33 auf, durch die Luft in den Rotorraum 36 und den Statorraum 37 axial einströmen kann. Diese Luft kann durch einen Antriebsmotor-Lüftungsauslass 47 in einer Stirnwand 44 an der pumpenseitigen Stirnseite des Antriebsmotors 20 wieder ausströmen, so dass der Rotorraum 36 und der Statorraum 37 belüftet werden. Durch diese Zwangslüftung werden der Motorrotor 22, der Motorstator 24 sowie der Kommutator 26 bei Betrieb der Pumpanordnung 10 kontinuierlich luftgekühlt.
An den Antriebsmotor 20 schließt sich axial unmittelbar das Pumpaggregat 40 an, das im Wesentlichen von dem Pumpenrotor 42 und einem dem Pumpenrotor 42 umgebenden Pumpengehäuse 35 gebildet wird. Das Pumpengehäuse 35 setzt sich zusammen aus der einlassseitigen Stirnwand 44, einer auslassseitigen Stirnwand 48 und einer Umfangswand 43. Die einlassseitge Stirnwand 44 bildet sowohl eine Stirnwand für den Antriebsmotor 20 als auch für das Pumpaggregat 40. Das Pumpaggregat 40 ist vorliegend als Flügelzellen- Pumpaggregat ausgebildet, so dass der Pumpenrotor 42 mehrere verschiebbare Flügel aufweist, durch die der Pumpraum in Umfangsrichtung in mehrere rotierende Pumpzellen unterteilt ist. In der einlassseitigen Pumpaggregat-Stirnwand 44 ist ein sichelförmiger Pumpkammer-Lufteinlass 46 vorgesehen, durch den die aus dem Antriebsmotor 20 kommende Luft in die rotierenden Pumpzellen einströmt. In der auslassseitigen Pumpaggregat- Stirnwand 48 ist eine ebenfalls sichelförmige Auslassöffnung 88 vorgesehen, durch die die komprimierte Luft aus den vorbeilaufenden Pumpzellen ausgestoßen wird.
Auf der auslassseitigen Stirnwand 48 sitzt ein topfförmiger Schallschutzdeckel 62, der einen stirnseitigen Schalldämpfungsraum 62 umschließt und einen abgewinkelten Luftauslasskanal 64 aufweist. Die durch die Auslassöffnung 88 ausgestoßene komprimierte Luft gelangt zunächst in den Schalldämpfungsraum 62, aus dem sie durch den Luftauslasskanal 64 ausströmt.
Der aus dem Antriebsmotor 20 und dem Pumpaggregat 40 bestehende Verbund 18 ist von einem separaten Schallabschirmungsgehäuse 12 umgeben, das aus zwei Ku n ststoff- H a I bscha len 13,14 zusammengesetzt ist. Das Schallabschirmungsgehäuse 12 ist im Wesentlichen tonnenförmig und geschlossen ausgebildet, und weist nur zwei Öffnungen auf, nämlich einen Sauganschluss 11 in der einlassseitigen Stirnwand und einen Druckanschluss 76 in der auslassseitigen Stirnwand des Schallabschirmungsgehäuses 12.
Das im wesentlichen zylindrische Schallabschirmungsgehäuse 12 ist an allen sechs Seiten derart beabstandet zu dem Verbund 18 angeordnet, dass das Schallabschirmungsgehäuse 12 den Verbund 18 an keiner Stelle unmittelbar berührt. Der Verbund 18 ist durch zwei Dämpfungsanordnungen 50,50' in dem Schallabschirmungsgehäuse 12 gedämpft jedoch grundsätzlich ortsfest gelagert. Die beiden Dämpfungsanordnungen 50,50' sind jeweils ungefähr in der Querebene der beiden Wälzlager 30,31 angeordnet. Jede Dämpfungsanordnung 50,50' wird im Wesentlichen jeweils durch einen ringförmigen und gasdichten Elastomer-Dämpfungskörper 52 gebildet der mit seinem Außenumfang 53 in einem Schallabschirmungsgehäuse-seitigen Dämpfungskörper-Sitz 56,56' und mit seinem Innenumfang 55 in einem Verbund-seitigen Dämpfungskörpersitz 58,58' fixiert ist. Die in der Querebene des zwischen dem Antriebsmotor 20 und dem Pumpaggregat 40 angeordneten Wälzlagers 31 liegende Dämpfungsanordnung 50' ist als Axiallager ausgebildet, so dass der Verbund 18 in beiden Längsrichtungen axial an dem Schallabschirmungsgehäuse 12 abgestützt ist. Auch die andere Dämpfungsanordnung 50 ist als einseitiges Axiallager ausgebildet. Hierdurch ist der Verbund 18 zusätzlich einseitig axial abgestützt gegen die axial auf den Verbund 18 in Richtung Sauganschluss 11 wirkenden Druckkräfte. Die Dämpfungskörper 52 weisen sowohl an ihrem Innenumfang 55 als auch an ihrem Außenumfang 53 jeweils mehrere schmale und umlaufende Ringlippen auf.
Zwischen dem Schallabschirmungsgehäuse 12 und dem Verbund 18 werden mehreren Räume 90,86,92 definiert, die durch die beiden Dämpfungsanordnungen 50 voneinander getrennt sind. Sauganschluss- seitig ist ein Einlass-Dämpfungsraum 90 gebildet, in den durch den Sauganschluss 11 des Schallabschirmungsgehäuses 12 Luft einströmt, von wo aus die Luft durch die Antriebsmotor-Lüftungseinlässe 33 in das Motorinnere strömt. Axial zwischen den beiden Dämpfungsanordnungen 50,50' ist ein Ringraum 86 definiert, der radial außenseitig durch das Schallabschirmungsgehäuse 12 und innenseitig durch die Antriebsmotor- Gehäusewand 21 begrenzt ist. Der Ringraum 86 wird durch eine Belüftungsöffnung 34 in der Antriebsmotor-Gehäusewand 21 belüftet, so dass in dem Ringraum 86 derselbe Luftdruck herrscht, wie in dem Rotor räum 36 und in dem Statorraum 37. Druckanschluss-seitig wird durch das Schallabschirmungsgehäuse 12 ein Schalldämpfungsraum 92 umfasst, in den die durch das Pumpaggregat 40 komprimierte Luft aus dem abgewinkelten Luftauslasskanal 64 einströmt. Aus dem Schalldämpfungsraum 92 strömt die komprimierte Luft durch einen rechtwinklig abknickenden Auslasskanal 70 aus dem Schalldämpfungsraum 92 nach außen.
Wie in den Figuren 2 und 3 erkennbar ist, weist das Schallabschirmungsgehäuse 12 mehrere starre Befestigungselemente 13 auf, über die die Anordnung 10 starr an der Kfz-Karosserie oder unmittelbar an dem Kfz- Verbrennungsmotor ohne jede weitere Dämpfung fixiert werden kann.
In der Figur 4 ist eine Dämpfungsanordnung 50' im Querschnitt dargestellt. Der Dämpfungskörper 52 ist nicht über den seinen gesamten Umfang kreisförmig ausgebildet, sondern weist zum Bilden einer Verdrehsicherung 84 innenseitig und außenseitig Abflachungen 83,81 auf, die mit entsprechenden Abflachungen 83,80 an dem Außenumfang des Antriebsmotor-Gehäuses 21 bzw. an dem Innenumfangs des Schallabschirmungsgehäuses 12 korrespondieren.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen- Anordnung (10) mit
einem Verbund (18) aus einem Pumpaggregat (40) und einem Antriebsmotor (20), der einen Rotorraum (36) mit einem Motorrotor (22) und einen Statorraum (37) mit einem Motorstator (24) aufweist,
einem separaten Schallabschirmungsgehäuse (12), das den Verbund (18) radial und axial beabstandet einhaust und das einen Sauganschluss (11) und einen Druckanschluss (76) aufweist, und einer ringförmigen gasdichten Dämpfungsanordnung (50) radial zwischen dem Schallabschirmungsgehäuse (12) einerseits und dem Verbund (18) andererseits,
wobei der Antriebsmotor (20) einen Lüftungseinlass (33) und einen Lüftungsauslass (47) aufweist, so dass eine Zwangslüftung an der Dämpfungsanordnung (50) vorbei und durch den Rotorraum (36) und/oder den Statorraum (37) hindurch erfolgt.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Pumpaggregat (40) ein rotatorisches Pumpaggregat (40) ist, das koaxial zu dem Antriebsmotor (20) angeordnet ist.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Antriebsmotor-
Lüftungsauslass (47) und ein Pumpaggregat- Lufteinlass (46) fluidisch miteinander gekoppelt sind. Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zwei gasdichte Dämpfungsanordnungen (50,50') vorgesehen sind, die zwischen sich einen Ringraum (86) begrenzen.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Ringraum (86) durch eine Belüftungsöffnung (34) in dem Antriebsmotor-Gehäuse (21) belüftet wird.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mindestens eine Dämpfungsanordnung (50') als Axiallager ausgebildet ist, das den Verbund (18) axial abstützt.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lüftungseinlass (33) dem Pumpaggregat (40) axial abgewandt und der Lüftungsauslass (47) dem Pumpaggregat (40) axial zugewandt ist.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Dämpfungsanordnung (50,50') einen ringförmigen Dämpfungskörper (52) aufweist, der bevorzugt aus einem gasdichten Elastomer besteht.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Dämpfungsanordnung (50,50') eine Verdrehsicherung (84) aufweist, die ein Verdrehen des Schallabschirmungsgehäuses (12) gegenüber dem Verbund (18) verhindert.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das
Schallabschirmungsgehäuse (12) starre Befestigungselemente (13) aufweist, die eine starre Befestigung der Anordnung (10) an einem Kfz-Teil ermöglicht.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Antriebsmotor (20) eine mechanische Kommutierungsanordnung (26) aufweist.
Elektrische Kfz-Vakuumpumpen-Anordnung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Pumpaggregat (40) ein Flügelzellen-Pumpaggregat ist.
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