WO2017080599A1

WO2017080599A1 - Elektrische-kfz-vakuumpumpe

Info

Publication number: WO2017080599A1
Application number: PCT/EP2015/076406
Authority: WO
Inventors: Nabil Salim AL-HASAN; Tobias GRÜNE; Sebastian Cramer; Stanislaus Russ
Original assignee: Pierburg Pump Technology Gmbh
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-05-18
Also published as: EP3374640B1; EP3374640A1

Abstract

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) mit einem bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor (13), wobei die elektrische Kfz- Vakuumpumpe (10) ein Pumpengehäuse (12), das einen Pumpraum (16) ausbildet und einen in dem Pumpraum (16) verdichtend rotierenden Pumpenrotor (18) aufweist. Der Pumpenrotor (18) Ist in einer Vorwärts- und einer Rückwärtsdrehrichtung rotierbar. Die elektrische Kfz- Vakuumpumpe (10) weist weiter eine Vorwärts -Auslassöffnung (47) und eine separate Rückwärts-Auslassöffnung (46) auf, welche den Pumpraum (16) mit einem Pumpenauslass (49) verbinden, wobei zwischen Auslassöffnung (46, 47) und Pumpenauslass (49) ein in Auslassrichtung öffnendes Rückschlagventil (28₁, 28₂) vorgesehen ist. Die elektrische Kfz- Vakuumpumpe (10) weist zudem eine Vorwärts-Einlassöffnung (46) und eine separate Rückwärts-Einlassöffnung (47) auf, welche den Pumpraum (16) mit einem Pumpeneinlass (48) verbinden, wobei zwischen der Einlassöffnung (46) und dem Pumpeneinlass (48) ein in Einlassrichtung öffnendes Rückschlagventil (30₁, 30₂) vorgesehen ist.

Description

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kfz-Vakuumpumpe mit einem bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor.

Die elektrische Kfz-Vakuumpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, welches einen Pumpraum ausbildet, in welchem ein Pumpenrotor verdichtend rotiert. Der Pumpenrotor ist sowohl in einer Vorwärts- als auch In einer Rückwä rtsd rehrichtu n g rotier bar. Die elektrische Kfz-Vakuumpumpe weist weiter Auslass- und Einlassöffnungen für eine Vorwärts- und eine Rückwärtsdrehrichtung des Rotors auf. Eine elektrische 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-Vakuumpumpe liegt die elektrische Leistung des Antriebsmotors typischerweise im Bereich von 100 W bei kleinen Vakuumpumpen und bei mehreren 100 W bei großen Vakuumpumpen.

Als Antriebsmotor werden aufgrund der im Vergleich zu elektronisch kommutierten Motoren geringen Herstellungskosten, bevorzugt Bürstenmotoren verwendet. Durch den ständig schleifenden Kontakt der Bürsten an dem Schleifring ergeben sich Verschleiß und eine große Hitzeentwicklung. Ein Bürstenmotor hat daher eine begrenzte maximale Laufzeit. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine elektrische Kfz-Vakuumpumpe zu schaffen, welche eine höhere Laufzeit aufweist und trotz alledem preiswert herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Kfz-Vakuumpumpe nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

Bei dieser elektrischen Kfz-Vakuumpumpe ist der Antriebsmotor durch einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor gebildet. Ais Sensoren im Sinne der Erfindung werden hier Sensoren verstanden, weiche in der Regel für bürstenlose, elektronisch kommutierte Antriebsmotoren verwendet werde, um die Lage des Rotors insbesondere bei einem Start des Antriebsmotors zu detektieren. Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Sensoren jedoch nicht verwendet, so dass in dieser Hinsicht Kosten dafür eingespart werden können. Die Vakuumpumpe bzw. der Antriebsmotor ist bezüglich der Kommutierung sensorlos, also ohne Rotorpositionssensoren ausgestattet. Als Folge davon besteht grundsätzlich die Gefahr, dass der Rotor in beide Drehrichtungen angefahren werden kann.

Gelöst wird dieses Problem dadurch, dass sowohl für eine Vorwärts- als auch Rückwärtsdrehrichtung Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen sind. Da die elektrische Vakuumpumpe vorzugsweise symmetrisch aufgebaut ist, ist der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe In der Vorwärts- und der Rückwärtsdrehrichtung gleich. Da ein elektronisch kommutierter Antriebsmotor ohne Kontakt zu dem Rotor arbeitet, sind kein mechanischer Verschleiß und keine Kommutator-Wärmeentwicklung vorhanden. Die Lebensdauer der elektrischen Vakuumpumpe wird damit, trotz geringer Kosten, erheblich gesteigert. Vorzugsweise ist die Auslassöffnung in Rotationsrichtung des Rotors unmittelbar vor einem Trennabschnitt vorgesehen, in welchem der Pumpenrotor fluidisch abdichtend an einer Pumpraum-Wand anliegt. Hierdurch kann eine maximale Fluidmenge ausgefördert werden kann. Der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe ist in beiden Drehrichtungen hoch. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Einlassöffnung in Rotationsrichtung unmittelbar nach einem Trennabschnitt vorgesehen, in weichem der Pumpenrotor fiuidisch abdichtend an einer Pumpraum-Wand anliegt. Hierdurch kann eine maximale Fluidmenge angesaugt werden. Der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe wird damit gesteigert.

Vorzugsweise ist der Trennabschnitt als Schmiegespalt ausgebildet. Als Schmiegespalt im Sinne der Erfindung wird ein Umfangs-Abschnltt in der Pumpraum-Wand verstanden, welcher in Kontakt mit einer Rotoraußenfläche ist und den gleichen Radius wie der Rotor aufweist. Dies hat den Vorteil, dass eine fluidische Abdichtung zwischen Rotor und Pumpraum-Wand nicht nur linienförmig, sondern über eine Fläche hergestellt ist, so dass eine verbesserte fluidische Abdichtung bewirkt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Vakuumpumpe eine ölgeschmierte Pumpe. Eine solche Pumpe hat den Vorteil, dass diese Pumpe aufgrund der relativ einfachen Ausgestaltung preiswert herstellbar ist. Die Ölschmierung verbessert die pneumatische Abdichtung bzw. den pneumatischen Wirkungsgrad und verringert den Verschleiß.

Die Vakuumpumpe ist In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel als eine trockenlaufende Pumpe ausgeführt. Unter trockeniaufend im Sinne der Erfindung wird verstanden, dass der Rotor nicht mit Öl geschmiert ist. Dies hat den Vorteil, dass für den Betrieb keine zusätzliche Ölversorgung bereitgestellt werden muss, und dass von dem verdichteten Fluid kein Öl abgetrennt werden muss.

Die Pumpe weist nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mindestens einen Schieber auf, der zwei Flügel ausbildet. Alternativ weist die Pumpe nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung fünf Flügel auf, die durch fünf Schieber gebildet sind.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiei sind die Vorwärts- Ausiassöffnung und die Rückwärts-Einlassöffnung durch eine einzige Öffnung gebildet. Eine Aufteilung der Strömungswege in Einlassströmung und Auslassströmung ist, gesehen in Auslassrichtung, hinter der Öffnung vorgesehen. Hierdurch muss für die Vorwärts-Auslassöffnung und die Rückwärts-Einlassöffnung lediglich eine einzige Öffnung in einer Stirnwand des Pumpengehäuses vorgesehen werden.

Bevorzugt sind die Vorwärts-Einlassöffnung und die Rückwärts- Auslassöffnung durch eine einzige Öffnung gebildet. Eine Aufteilung der Strömungswege in Einlassströmung und Auslassströmung ist, gesehen in Auslassrichtung, erst hinter der Öffnung vorgesehen. Hierdurch muss für die Vorwärts-Einlassöffnung und die Rückwärts-Auslassöffnung lediglich eine einzige Öffnung in einer Stirnwand des Pumpengehäuses vorgesehen werden.

Vorzugsweise ist der Schieber der Pumpe aus Kunststoff hergestellt. Kunststoff hat den Vorteil, dass es einfach und preiswert herstellbar Ist. In einer alternativen Ausführungsform ist der Schieber aus einem graphitbasierten Werkstoff hergestellt. Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen zeigen:

Figur 1 : Schematische Darstellung einer elektrischen Kfz- Vakuumpumpe nach der vorliegenden Erfindung, und

Figur 2: einen Schnitt durch das Pumpengehäuse der elektrischen Kfz- Vakuumpumpe nach Fig, 1.

In Figur 1 ist eine elektrische Kfz-Vaku um pumpe 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 elektrischen Kfz-Vakuumpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 und einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor 13 auf. Dieser Antriebsmotor 13 treibt über eine Welle 14 einen in einem durch das Pumpengehäuse 12 ausgebildeten Pumpraum 16 vorgesehenen Pumpenrotor 18 an. In dem Pumpengehäuse 12 sind zwei Fluideinlassleitungen 20i, 2O₂ und zwei Fluidauslassleitungen 22_t, 22₂ ausgebildet. Die beiden Fluidauslassleitungen 22i, 22₂ sind in Auslassrichtung in dem Pumpengehäuse 12 zu einer gemeinsamen Gesamtfluidauslassleltung 24 zusammengeführt. Die beiden Fluideinlassleitungen 20i, 20₂ werden in Einlassrichtung in dem Pumpengehäuse 12 aus einer Gesamtfluideinlassleitung 26 verzweigt. In den beiden Fluidauslassleitungen 22i, 22₂ sind in Ausiassrtchtung vor der Zusammenführung der Leitungen Auslass-Rückschlagventile 28i, 28₂ vorgesehen, welche in einer Einlassrichtung sperren und in einer Auslassrichtung eine Fluidströmung freigeben, Ebenso ist im Vorlauf jeder der beiden Fluideinlassleitungen 20ι, 2O2 In Einlassrichtung nach der Verzweigung der Gesamtfluideinlassleitung 26 jeweils ein Einlass-

Rückschlagventile 30i, 3O2 vorgesehen, welche in einer Auslassrichtung sperren und in einer Einlassrichtung eine Fluidströmung freigeben.

Figur 2 zeigt das Pumpengehäuse 12 mit dem darin ausgebildeten Pumpraum 16. In dem Pumpraum 16 ist exzentrisch zum Pumpraum 16 der Pumpenrotor 18 vorgesehen, welcher sowohl in einer Vorwärts- als auch in einer Rückwärtsrichtung rotierbar ist. Ais Vorwärtsrichtung wird eine Drehrichtung des in Figur 2 gezeigten Pumpenrotors 18 verstanden, welche entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Dementsprechend ist eine Drehrichtung des in Figur 2 gezeigten Pumpenrotors 18 im Uhrzeigersinn eine Rückwärtsrichtung. Dieser Pumpenrotor 18 ist als Drehschieber ausgebildet. Der Drehschieber ist gebildet aus einem Rotorkörper 32 und einem Schieber 34, welcher orthogonal zu einer Drehachse 33 des Pumpenrotors 18 durch eine Mitte des Rotorkörpers 32 bewegbar ist und zwei Flügel bildet. Der Schieber 34 weist Enden 36 auf, welche die Flügelenden bilden und während der Rotation des Pumpenrotors 18 in einem ständigen Kontakt mit einer Pumpraum-Wand 38 sind.

Der Rotorkörper 32 ist derart exzentrisch in dem Pumpraum 16 angeordnet, dass eine Rotoraußenfläche 40 des Pumpenrotors 18 fluidisch abdichtend an der Pumpraum-Wand 38 anliegt, und damit einen Trennabschnitt 42 ausbildet.

In einer Stirnwand 44 des Pumpengehäuses 12 ist unmittelbar vor und nach dem Trennabschnitt 42 jeweils eine einzige nierenförmige Öffnung 46, 47 vorgesehen, welche in Abhängigkeit von der Laufrichtung des Pumpenrotors 18 entweder als Einlass- oder als Auslassöffnung 46, 47 dient. Jede Öffnung 46, 47 ist über jeweils eine der Fluideinlassleitungen 20i, 20₂ mit einem Pumpeneinlass 48 fluidisch verbunden. Jede Öffnung 46, 47 ist zudem über jeweils eine der Fluidauslassleitungen 22_if 22₂ mit einem Pumpenauslass 49 fluidisch verbunden. Bei einer Rotation des Pumpenrotors 18 dient die Öffnung 46, 47, welche in Rotationsrichtung unmittelbar vor dem Trennabschnitt 42 liegt, als Auslassöffnung und die Öffnung 46, 47, die in Rotationsrichtung unmittelbar nach dem Trennabschnitt liegt, als Eintrittsöffnung. Durch Vorsehen der Rückschlagventile 28, 30 werden Rückströme unterbunden.

Pierburg Pump Technology GmbH Bezugszeichenliste

5 10 elektrischen Kfz-Vakuumpumpe

12 Pumpengehäuse

13 Antriebsmotor

14 Welle

16 Pumpraum

10 18 Pumpen rotor

20i, 20₂ Fluideinlassleitungen

22_t, 22₂ Fluidauslassleitungen

24 Gesamtfluidauslassleitung

26 Gesamtfluideinlassleitung 15 28i, 28₂ Ausiass-Rückschlagventile

30i, 30₂ Einlass-Rückschlagventile

32 Rotorkörper

33 Drehachse

34 Schieber

20 36 Enden

38 Pumpraum-Wand

40 Rotoraußenfläche

42 Trennabschnitt

44 Stirnwand

25 46 Öffnung

47 Öffnung

48 Pumpeneinlass

49 Pumpenauslass

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) mit einem bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor (13), umfassend:

- ein Pumpengehäuse (12), das einen Pumpraum (16) ausbildet,

- einen Pumpenrotor (18), welcher in dem Pumpraum (16) verdichtend rotiert, wobei der Pumpenrotor (18) in einer Vorwärts- und einer Rückwärtsdrehrichtung rotierbar ist,

- eine Vorwärts-Ausiassöffnung (47) und eine separate Rückwärts-Auslassöffnung (46), weiche den Pumpraum (16) mit einem Pumpenauslass (49) verbinden, wobei zwischen der Auslassöffnung (46, 47) und dem Pumpenauslass (49) ein in Auslassrichtung öffnendes Rückschlagventil (28i, 28₂) vorgesehen ist, und

- eine Vorwärts-Einlassöffnung (46) und eine separate Rückwärts-Einlassöffnung (47), welche den Pumpraum (16) mit einem Pumpeneinlass (48) verbinden, wobei zwischen der Einlassöffnung (46, 47) und dem Pumpeneinlass (48) ein in Einlassrichtung öffnendes Rückschlagventil (30i, 3C ) vorgesehen ist.

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (46, 47) in Rotationsrichtung unmittelbar vor einem Trennabschnitt (42) vorgesehen ist, in welchem der Pumpenrotor (18) fluidisch abdichtend an einer Pumpraum-Wand (38) anliegt.

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (46, 47) in Rotationsrichtung unmittelbar nach einem Trennabschnitt (42) vorgesehen ist in welchem der Pumpenrotor (18) fluidisch abdichtend an einer Pumpraum-Wand (38) anliegt,.

Eiektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorherigen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) eine öigeschmierte Pumpe ist.

Elektrische-Kfz- Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das die Vakuumpumpe (10) eine trocken laufende Pumpe ist.

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das die Pumpe eine Drehschieberpumpe mit mindestens einem Schieber (34) ist.

Eiektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das die Pumpe eine Flügelzellenpumpe ist, bei welcher die Schieber (34) die Flügel bilden.

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärts- Auslassöffnung und die Rückwärts-Einlassöffnung durch eine einzige Öffnung (47) gebildet sind.

Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärts- Einlassöffnung und die Rückwärts-Auslassöffnung durch eine einzige Öffnung (46) gebildet sind.

10. Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (34) aus Kunststoff hergestellt Ist,

11. Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (34) aus einem graphitbasierten Werkstoff hergestellt ist.