DE102007005019A1

DE102007005019A1 - Membranpumpe

Info

Publication number: DE102007005019A1
Application number: DE102007005019A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schonlau; Manfred Rüffer; Wolfgang Ritter; Michael Dr. Jürging
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2007-12-06
Also published as: WO2007134928A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe 2 mit einer Membran 4, insbesondere eine Membranpumpe 2 eines Motor-Pumpenaggregats 1 zur Bereitstellung von Druck für eine Bremsbetätigungseinrichtung einer Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker, wobei ein Membranwulst 51 der Membran 4 in einem Pumpengehäuse 5 eingespannt ist. Um eine Membranpumpe bereitzustellen, die einen einfachen Zusammenbau der Membranpumpe ohne Einstellmaßnahmen und Positionierung der Membran ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass Mittel zur radialen Abstützung der Membran 4 vorgesehen sind, welche vor der Membraneinspannung in radialer Richtung in Bezug auf eine Mittelachse M der Membran 4 relativ zum Pumpengehäuse 5 verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranpumpe mit einer Membran, insbesondere eine Membranpumpe eines Motor-Pumpenaggregats zur Bereitstellung von Druck für eine Bremsbetätigungseinrichtung einer Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker, wobei ein Membranwulst der Membran in einem Pumpengehäuse eingespannt ist.
Bei Membranpumpen ist grundsätzlich eine Axialtoleranz zwischen einer Antriebswelle, beispielsweise einer Motorwelle, und der Membran und dem Membransitz im Gehäuse bzw. einer mit der Membran verbundenen Pleuelstange zu berücksichtigen, die sich aus den einzelnen Bauteiltoleranzen ergibt. Zudem ist es für eine einwandfreie Pumpenfunktion notwendig, dass die Membran bzw. deren Membranwulst im Pumpengehäuse radial nach innen abgestützt ist.
Wie beispielsweise aus der DE 2 33 302 A1 bekannt ist, wird die radiale Abstützung von der Membran von bekannten Membranpumpen durch eine Anlage des Membranwulstes an einer Pumpengehäuseanlage realisiert. Zugkräfte, welche im Betrieb der Membranpumpe durch eine Membranverformung auf die Membran wirken, werden von der Pumpengehäuseanlage aufgenommen. Daher ist es, wie bereits erwähnt, für die einwandfreie Pumpenfunktion zwingend erforderlich, dass sich die Membran bzw. deren Membranwulst an der Pumpengehäuseanlage radial abstützt. Bei einer fehlenden Abstützung ist mit einer verschlechterten Pumpenleistung zu rechnen. Es wird daher als nachteilig angesehen, dass bei bekannten Membranpumpen die Anlage des Membranwulstes an der Pumpengehäuseanlage eine genaue Positionierung der Membran bei der Montage der Membranpumpe erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Membranpumpe bereitzustellen, die einen einfachen Zusammenbau der Membranpumpe ohne Einstellmaßnahmen und Positionierung der Membran ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittel zur radialen Abstützung der Membran vorgesehen sind, welche vor der Membraneinspannung in radialer Richtung in Bezug auf eine Mittelachse der Membran relativ zum Pumpengehäuse verschiebbar sind. Dadurch erfolgt die für eine einwandfreie Pumpenfunktion notwendige radiale Abstützung der Membran nicht durch Abstützung von Zugkräften an der Pumpengehäuseanlage, was eine genaue Positionierung der Membran bei der Montage unnötig macht. Die Pumpengehäuseanlage der bekannten Membranpumpe kann ganz oder teilweise entfallen.
Vorzugsweise sind die Mittel einstückig mit der Membran vorgesehen, wodurch ein zusätzlicher Montageschritt nicht erforderlich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel im Membranwulst vorgesehen. Die Funktion der Membran wird somit nicht beeinflusst.
Eine einfache Herstellung der Membran wird dadurch erreicht, dass als Mittel zur radialen Abstützung der Membran vorzugsweise ein Stützring vorgesehen ist, welcher in den Membranwulst einvulkanisiert ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Stützring axiale Vorsprünge auf einer Oberseite und einer Unterseite auf. Diese dienen der axialen Positionierung des Stützringes während des Einvulkanisierens.
Vorzugsweise weist der Stützring am Umfang verteilte radial ausgerichtete Vorsprünge aufweist, welche der radialen der axialen Positionierung des Stützringes während des Einvulkanisierens dienen.
Gemäß einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform sind die Mittel als separates Bauteil ausgebildet, welches vor oder bei der Montage der Membran in das Pumpengehäuse eingelegt wird. Dadurch können Membran als auch das Bauteil kostengünstig hergestellt werden.
Eine einfache Herstellung des separaten Bauteiles wird dadurch erreicht, dass das separate Bauteil vorzugsweise als Ringelement mit einem radial innen ausgebildeten, umlaufenden Rand vorgesehen, wobei die radiale Abstützung der Membran und den auftretenden Zugkräften an dem umlaufenden Rand erfolgt. Dabei kann das Ringelement gemäß vorteilhaften Ausführungsformen aus Kunststoff oder aus Blech vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Membranwulst zum Ausgleich von Bauteil- und Montagetoleranzen mit einem einstellbaren Abstand zwischen Pumpengehäusebauteilen eingespannbar. Die Einstellung des Abstandes erfolgt vorzugsweise mittels eines Montageverfahrens zur Montage eines Pumpengehäusebauteiles. Zusätzlich kann dadurch der Totraum der Membranpumpe optimiert werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung hervor.
Es zeigt:
1 eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe als Bauteil eines Motor-Pumpenaggregates;
2 das Motor-Pumpenaggregat gemäß 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Membranpumpe teilweise geschnitten;
3 ein Arbeitsraumdeckel der erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß 2 geschnitten;
4a und 4b jeweils einen Ausschnitt einer bekannten Membranpumpe im Längsschnitt;
5 eine Membran-Pleuelstangen-Einheit der erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß 2 im Längsschnitt in einer vergrößerten Darstellung;
6 einen Stützring der erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß 2 in einer Draufsicht;
7a und 7b jeweils einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Membranpumpe gemäß 2 im Längsschnitt und
8 einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Membranpumpe im Längsschnitt.
1 zeigt eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe als Bauteil eines Motor-Pumpenaggregates 1, welches eine Membranpumpe 2 mit einem Pumpen 5 und einen die Membranpumpe 2 antreibenden elektrischen Motor 3 umfasst, wobei der Motor 3 beispielsweise als Gleichstrommotor ausgebildet sein kann.
Die Membranpumpe 2 ist, wie insbesondere aus 2 hervorgeht, welche das Motor-Pumpenaggregat 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Membranpumpe 2 teilweise geschnitten zeigt, als Doppelmembranpumpe mit zwei gegenüberliegenden Membranen 4 vorgesehen, welche jeweils zwischen dem Pumpengehäuse 5 und einem Arbeitsraumdeckel 6 eingespannt ist und dadurch einen Arbeitsraum 7 begrenzt. Die Membrane 4 sind mittels eines Kurbelantriebs 8 gegensinnig bewegbar, welcher je Membran 4 einen Exzenter 9 und eine Pleuelstange 10 umfasst. Die Membran 4 ist in 5 als Bauteil einer Membran-Pleuelstangen-Einheit in einer vergrößerten Darstellung gezeigt und nachstehend wird noch näher beschrieben.
In 3 ist der Arbeitsraumdeckel 6 des Motor-Pumpenaggregates 1 geschnitten dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Arbeitsraumdeckel 6 einen Oberdeckel 15 sowie einen Unterdeckel 16 aufweist, die je nach Werkstoff – Kunststoff oder Aluminium – luftdicht miteinander verschweißt bzw. verschraubt sind. Die Zentrierung des Oberdeckels 15 auf dem Unterdeckel 16 erfolgt beispielsweise durch eine am Oberdeckel 15 angeformte Schweißzugabe 19, welche bei der Montage des Oberdeckels 15 in eine entsprechende Kontur 20 hineingreift.
Am Pumpegehäuse 5 ist ein in 1 gezeigter Anschluss 25 mit einem darin abdichtend befestigen Adapter 26 vorgesehen, über den der angeschlossene Bremskraftverstärker evakuiert wird. Der Adapter 26 kann beispielsweise wie dargestellt abgewinkelt ausgeführt sein. Ebenso ist jedoch auch, den Kundenwünschen entsprechend, ein gerader Adapter 26 möglich. Weiter ist die Ausgestaltung eines Adapterabganges 27, an welchen ein nicht gezeigter Vakuumschlauch befestigt wird, je nach Anschlussart unterschiedlich ausgestaltet. So ist neben dem dargstellten Tannenbaumprofil auch ein Schnell- bzw. Rastverschluss denkbar.
Der Adapter 26 kann entweder mittels einer Rastverbindung in den Anschluss 25 positioniert werden oder die Anschluss-Adapter-Verbindung ist drehbar vorgesehen. Die drehbare Ausgestaltung der Verbindung kann beispielsweise mittels stiftförmigen Elementen 21, welche in Bohrungen des Anschlusses 25 hineinragen und in eine nicht sichtbare Außennut des Adapters 26 eingreifen, realisiert werden.
Der Anschluss 25 mündet in eine nicht dargestellte Gehäusebohrung, die in zwei im Pumpengehäuse 5 ausgebildete Kanäle verzweigt, die zu den beiden Arbeitraumdeckeln 6 führen. Dadurch ist es möglich, die Arbeitsraumdeckel 6 für beide Seiten der Membranpumpe 2 gleich auszugestalten, wodurch die Montage wesentlich vereinfacht wird. Vorteilhafterweise kann ein zweiter Anschluss 25 auf der gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses 5 vorgesehen sein. Damit ist es möglich, je nach Kundenwunsch und Einbauverhältnisse des Motor-Pumpenaggregates 1 den Adapter 26 entweder auf der einen oder der gegenüberliegenden Seite anzuschließen. Hierzu kann einer der Anschlüsse 25 mittels eines Stopfens dicht verschlossen werden. Ebenso ist es denkbar, einen der Anschlüsse 25 bei der Herstellung verschlossen zu lassen und erst bei Bedarf beispielsweise durch Aufbohren zu öffnen.
In jedem der Arbeitsraumdeckel 6 ist ein im Oberdeckel 15 ausgebildete Einlasskanal 11 vorgesehen, der mit dem erwähnten Pumpengehäusekanal mittels einem Dichtelement luftdicht verbunden ist und die angesaugte Luft zu einem Einlassventil 12 weiterleitet. Das Einlassventil 12 ist vorzugsweise als Plattenventil mit einer Ventilscheibe 11 aus elastischem Werkstoff ausgebildet. Die von der elastomeren Ventilscheibe 17 zu bedeckende Gesamtdurchtrittsfläche wird dabei zweckmäßigerweise in mehrere kleine Durchtrittsflächen mit jeweils kreisförmigem Querschnitt aufgeteilt. Hierfür verzweigt der Einlasskanal 11 im Oberdeckel 15 in eine entsprechende Anzahl von Einzelkanälen 22, welche kreisringförmig um eine Mittelachse des Einlassventils 11 angeordnet sind.
Nach dem Durchströmen des Einlassventils 11 gelangt die angesaugte Luft über Arbeitsraumdeckelöffnungen 23 im Unterdeckel 16 in den Arbeitsraum 7 zwischen Membrane 4 und Arbeitsraumdeckel 6, wird dort komprimiert und über weitere Arbeitsraumdeckelöffnungen 24 zum Auslassventil 14 geführt, welches ebenfalls als Plattenventil mit einer Ventilscheibe 18 aus elastomeren Werkstoff ausgebildet ist.
Wie ersichtlich ist, ist ein Auslasskanal 13 zwischen Oberdeckel 15 und Unterdeckel 16 ausgebildet.
Um den Arbeitsraum 7 mit einem sehr geringen Restvolumen zu erhalten, weist der Arbeitsraumdeckel 6 auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine dreidimensionale Formgebung auf, die an die Enveloppe einer arbeitsraumseitigen Membranoberfläche 52 angepasst ist, welche durch die Kippbewegung eines vom Kurbelantrieb 8 bewegten Stößels 45 induziert wird. Vorzugsweise erfolgt die Anpassung der dreidimensionalen Arbeitsraumdeckelinnenkontur 54 an die Enveloppe durch das Einhalten eines vorbestimmten kleinen Abstands zwischen den Bereichen eines schwer deformierbaren Abschnitts 50 der Membran 4 und dem Arbeitsraumdeckel 6, während der Abstand in den Bereichen eines leicht deformierbaren Abschnitts 44 der Membran 4 und eines Membranwulstes 51 zu Null gewählt wird. Der kleine Abstand der Arbeitsraumdeckelinnenkontur 54 von der Enveloppe der arbeitsraumseitigen Membranoberfläche 52 im zentralen Bereich der Membran 4 verhindert dessen Anschlagen am Arbeitsraumdeckel 6 beim Betrieb der Membranpumpe 2 und ermöglicht auch im oberen Totpunkt des Kurbelantriebs 8 eine Luftströmung zwischen dem Arbeitsraum 7 und den Arbeitsraumdeckeöffnungen 23, 24.
Die Arbeitsraumdeckelöffnungen 23, 24 zählen zum so genannten Schadvolumen, d.h. dem beim Ausstoßen zurückbleibenden Restvolumen. Die darin verbleibende Luft unter Atmosphärendruck dehnt sich beim Ansaugvorgang aus, wodurch weniger Volumen angesaugt werden kann. Es ist daher sinnvoll, die Arbeitsraumdeckelöffnungen 23, 24 mit möglichst geringem Volumen auszugestalten.
Ein- und Auslassventil 12, 14 sind daher tangential zur Arbeitsraumdeckelinnenkontur 54, d.h. schräg zu den Symmetrieebenen der Membranpumpe 2, angeordnet und die Arbeitsraumdeckelöffnungen 23, 24 sind als kurze Bohrungen ausgebildet. Diese Ausgestaltung der Arbeitsraumdeckel 6 nimmt als weiteren Vorteil einen geringen Bauraum in Anspruch.
Vom Auslassventil 14 wird die ausgestoßene Luft über den Auslasskanal 13 im Arbeitsraumdeckel 6 zu einem nicht dargestellten Auslasskanal im Pumpengehäuse 5 geleitet. Die Auslasskanäle 13 in Arbeitsraumdeckel 6 und Pumpengehäuse 5 sind luftdicht mittels eines Dichtelements verbunden. Die beiden Auslasskanäle im Pumpengehäuse 5 münden in einen Innenraum 28 des Pumpengehäuses 5, dem so genannten Kurbelraum.
Zur erleichtern Montage der Ventilscheiben 17, 18 weist der Unterdeckel 16 im Bereich der Ventile 12, 14 jeweils ein Positionierungszapfen 55, 56 auf, welcher der Führung der Ventilscheiben 17, 18 dient.
Das Einlassventil 12 weist weiter zwei am Oberdeckel 15 vorgesehene koaxiale kreisförmige Dichtflächen 57, 58 auf, welche als umlaufender Vorsprünge ausgestaltet sind, wobei eine Dichtfläche 57 außerhalb der Einzelkanäle 22 und eine Dichtfläche 58 innerhalb der Einzelkanäle 22 angeordnet ist. Durch diese Verkleinerung der Dichtfläche wird eine größere Dichtwirkung erzielt und ein Ankleben der Ventilscheibe 17 am Oberdeckel 15, insbesondere bei tiefen Temperaturen, ist ausgeschlossen.
Eine in dem Pumpengehäuse 5 vorgesehene Luftauslasseinheit 29 ermöglicht ein geräuscharmes Ausblasen der Luft aus dem Innenraum 28. Der Innenraum 28, auch Kurbelraum genannt, dient so als Schalldämpfungsraum. Die Luftauslasseinheit 29 umfasst ein Rückschlagventil 49 umfassend einen ein- oder mehrteiligen Ventilkörper 34, das ein Zurückströmen von bereits ausgestoßener Luft sowie das Eindringen flüssiger oder gasförmiger Substanzen in den Kurbelraum 28 verhindert.
Zusätzlich wird der Luftschall beim Austreten der Luft aus dem Innenraum 28 dadurch vermindert, dass die Luftauslasseinheit 29 einen, in einem Filtergehäuse 30 angeordneten Filter 31 aufweist, durch welchen die Luft in die Atmosphäre austritt. Weiter umfasst die Luftauslasseinheit 29 einen Luftauslassdeckel 32, eine Luftauslassverschlusskappe 33 sowie den Ventilkörper 34 und kann als vormontierbare Baugruppe vorgesehen werden. Der Luftauslassdeckel 32, die Luftauslassverschlusskappe 33 und das Filtergehäuse 30 sind jeweils mit Schraubenelementen 35, 37 befestigt. Wie ersichtlich ist, ist das Filtergehäuse 30 mit dem Luftauslassdeckel 32 vernietet. Zur Schalldämpfung können weitere Mittel vorgesehen sein, welche vorteilhafterweise in die Baugruppe Luftauslasseinheit 29 integriert sind.
Wenn der Luftdruck im Innenraum 28 der Membranpumpe größer wird, als der die Membranpumpe umgebende Atmosphärendruck, öffnet sich das Rückschlagventil 49, indem sich der Ventilkörper 34 von Durchgangsbohrungen 38 im Luftauslassdeckel 32 zumindest teilweise abhebt, und die Luft durch nicht dargestellte Öffnungen in der Luftauslassverschlusskappe 33 und durch den Filter 31 aus dem Pumpengehäuse 5 in die Atmosphäre entweichen kann. Somit kann einerseits der Druck im Innenraum 28 der Membranpumpe 2 nur um den geringen, zum Öffnen des Rückschlagventils 49 notwendigen Differenzdruckwert über den Atmosphärendruck anwachsen und andererseits ist der Druck im Innenraum 28 periodischen Schwankungen im Takt der mit der Kurbelbewegung einhergehenden Innenraumvolumenänderung unterworfen. Dadurch ergibt sich ein zeitlich gemittelter Innenraumdruck unterhalb des Atmosphärendrucks.
Aus 2 ist weiter zu entnehmen, dass eine Motorwelle 139 des elektrischen Motors 3 in einem ersten, nicht dargestellten, im Motor 3 angeordneten Lager und in einem zweiten Lager 40 gelagert ist, wobei das zweite Lager 40 zum Teil von einem Motorgehäuse 41 und zum Teil von dem Pumpengehäuse 5 aufgenommen wird. Dadurch wird eine vorteilhafte Zentrierung von Motor 3 und Membranpumpe 2 erreicht. Die Befestigung des Motors 3 am Pumpengehäuse 5 erfolgt mittels nicht gezeigten Schraubelementen, welche in im Pumpengehäuse 5 eingebrachte Gewindeeinsätze eingreifen, wenn das Pumpengehäuse 5 aus Kunststoff ausgebildet ist.
Die Motorwelle 39 dient gleichzeitig als Exzenterwelle, welche den Kurbelantrieb 8 mit den Exzentern 9 und den Pleuelstangen 10 trägt. Es ist jedoch auch eine separate Ausführung von Motorwelle 39 und Exzenterwelle möglich.
Um einen ruhigen Lauf des Motor-Pumpenaggregats 1 zu gewährleisten, sind Mittelpunkte der Exzenter 9 bezogen auf eine Mittelachse der Motorwelle 39 diametral und mit gleichem Abstand angeordnet, d.h. die Exzenter 9 sind um 180° versetzt. Dadurch können die Reaktionskräfte der oszillierenden Massen von Membranen 4, Pleuelstangen 10 und Exzentern 9 nahezu ausgeglichen werden, da in jeder Phase ihrer Bewegung der gemeinsame Schwerpunkt zumindest näherungsweise in Ruhe bleibt. Die verbleiende kleine Abweichung von einem idealen Massenausgleich ist dadurch begründet, dass die beiden Exzenter 9, wie in 2 dargestellt, axial versetzt angeordnet sind, während sich die Membranen 4 auf gleicher axialer Höhe bewegen.
Die Exzenter 9 können beispielsweise auch um 90° gegeneinander versetzt sein, wobei der Versatz um 90° ein geringeres Drehmoment bewirkt und sich damit positiv auf die Geräuschentwicklung sowie den Anlauf der Membranpumpe 2 auswirkt.
2 ist weiter zu entnehmen, dass die Membran 4 den Arbeitsraum 7 vom Kurbelraum 28 trennt und fest mit dem Stößel 45 verbunden ist, wobei der vorzugsweise nicht deformierbare Stößel 45 von dem elastisch deformierbaren Werkstoff der Membran 4 umspritzt sein kann. Dadurch entsteht in der Umgebung des Stößels 45 der bereits erwähnte, schwer deformierbarer Abschnitt 50 im Zentrum der Membran 4, der nach außen in den leicht deformierbaren Abschnitt 44 der Membran 4 übergeht, wobei dieser wiederum nach außen in den Membranwulst 51 übergeht, der mit dem Pumpengehäuse 5 fest und luftdicht verbunden ist. Der Stößel 45 kann entweder mittels einer Schweiß- oder einer Gewindeverbindung fest mit der Pleuelstange 10 verbunden sein. Er kann jedoch ebenso mit der Pleuelstange 10 einteilig vorgesehen sein. Die Pleuelstangen 10 sind mittels Kugellagern 146 auf den Exzentern 9 beweglich gelagert.
Sind die Pleuelstangen 10 aus Kunststoff vorgesehen, können eingespritzte Stützelemente 59 im Bereich eines Pleuelauges 60 den Sitz von Kugellagern 46 im den Pleuelstangen 10 stabilisieren. Alternativ können in den Pleuelstangen 10 im Bereich des Pleuelauges 60 eingeformte Schlitze 61 die Kugellager 46 federnd umschließen, wie beispielsweise aus 5 hervorgeht.
Weiter sind Mittel vorgesehen, um den Membranwulst 51 mit einem in 7b dargestellten, einstellbaren Abstand x zwischen Pumpengehäusebauteilen, d.h. dem Pumpengehäuse 5 und dem Arbeitsraumdeckel 6, einzuspannen. Hierdurch können Fertigungstoleranzen bzw. Montagetoleranzen ausgeglichen werden und es ist möglich, den Totraum der Membranpumpe 2 zu optimieren. Es ist vorgesehen, die Einstellung während der Endmontage des Motor-Pumpenaggregats 1 durchzuführen.
In einer Ausführungsform werden die Abstandseinstellmittel durch eine einstellbare Verbindung zwischen Pleuelstange 10 und Stößel 45 gebildet. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist eine Schweißverbindung. Ein anderes Beispiel ist eine Schraubverbindung mit eingelegten Unterlegscheiben.
Eine weitere Ausführungsform sieht die Abstandseinstellmittel als eine einstellbare Verbindung zwischen Pumpengehäuse 5 und Arbeitsraumdeckel 6 vor. Ein Beispiel für eine solche einstellbare Verbindung ist eine Schweißverbindung, ein anderes Beispiel ist eine Schraubverbindung von Pumpengehäuse 5 und Arbeitsraumdeckel 6, bei der über das Anzugsmoment der Verbindungsschrauben die Einspann-Deformation des zu diesem Zweck als Membranwulst 51 ausgebildeten Membranrands bestimmt wird.
Ein gewichtsoptimiertes Aggregat 1 erhält man dadurch, dass das Pumpengehäuse 5 und die Arbeitsraumdeckel 6 aus Kunststoff beispielsweise mittels Spritzgießen hergestellt sind, wobei einzelne, durch Spritzguss hergestellte Teile vorzugsweise durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden. Ferner können das Pumpengehäuse 5 und der Arbeitsraumdeckel 6 bzw. nur das Pumpengehäuse 5 aus Aluminium hergestellt sein, da Aluminium eine gute Wärmeableitung vom Motor 3 erlaubt. So ist eine Werkstoffkombination aus Kunststoff und Aluminium für die beiden Teile denkbar.
Vorteilhafterweise sind die Einlass- und Auslasskanäle 11, 13 im Pumpengehäuse 5 derart positioniert, dass die beiden Arbeitsraumdeckel 6 identisch ausgestaltet werden können. Dabei weisen die Arbeitsraumdeckel 6 sowie das Pumpengehäuse 5 Mittel zur definierten Positionierung der Arbeitsraumdeckel 6 auf dem Pumpengehäuse 5 auf, um die Montage zu erleichtern und eine fehlerhafte Positionierung auszuschließen.
Zur Konkretisierung der Mittel zur definierten Positionierung können eine unsymmetrische Fügekontur, sowie Vorsprünge in der Verbindungsfläche vorgesehen werden. Bei einer Verbindung von Arbeitsraumdeckel 6 und Pumpengehäuse 5 durch Schrauben bietet sich als Positioniermittel ein unsymmetrisches Lochbild an.
Strömungskanäle, die die Verbindungsfläche zwischen Arbeitsraumdeckel 6 und Pumpengehäuse 5 durchdringen, sind in den Übergängen zwischen Arbeitsraumdeckel 6 und Pumpengehäuse 5 zu ihrer Umgebung hin gasdicht ausgebildet – beispielsweise durch den Einsatz von Dichtelementen 62 mittels einer gasdichten Verschweißung.
Die oben beschriebene Luftauslasseinheit 29, im wesentlichen bestehend aus Filtergehäuse 30, Filter 31, Ventildeckel 32, Ventilverschlusskappe 33 und Ventilkörper 34 ist als vormontierbare Einheit ausgebildet und zum Einbau in einen Durchbruch 48 einer dem Motor 3 abgewandten Wand 53 des Pumpengehäuses 5 vorgesehen. Wie ersichtlich ist, wird die Anlage des beispielsweise scheibenförmigen Ventilkörpers 34 am Ventildeckel 32 mittels der Ventilverschlusskappe 33 erreicht. Dabei erfüllt der Durchbruch 48 vor dem Einsetzen der Luftauslasseinheit 29 die Funktion eines Montagefensters, das einen Zugang zum Innenraum 28 des Pumpengehäuses 5 gestattet.
Die Auslasskanäle 13 münden in den Innenraum 28 des Pumpengehäuses 5, so dass dieses als akustische Dämpfungskammer zur Minderung des Austrittsschalls beim Ausstoßen von Luft aus den Arbeitsräumen 7 dient.
Die Ansteuerung der zu den Ausführungsbeispielen beschriebenen Motor-Pumpenaggregate 1 erfolgt durch eine nicht gezeigte elektronische Steuereinheit (ECU) in Abhängigkeit von einem Signal eines Sensors, welcher einen Druckunterschied zwischen der Vakuumkammer und einer Arbeitskammer oder den absoluten Druck in der Vakuumkammer des Bremskraftverstärkers erfasst. Dabei wird das Motor-Pumpenaggregat 1 eingeschaltet, wenn das Signal einen ersten bestimmten, unteren Wert unterschreitet und ausgeschaltet, wenn das Signal einen zweiten bestimmten, oberen Wert überschreitet. Die Steuereinheit kann in eine elektronische Steuereinheit ECU – beispielsweise die des Bremssystems – integriert oder als separate Steuereinheit vorgesehen sein.
Um auch bei einem Ausfall von Teilen der Ansteuerung wie beispielsweise der elektronischen Steuereinheit das zum Erzielen einer Bremskraftverstärkung notwendige Evakuieren der Vakuumkammer des Vakuumbremskraftverstärkers zu gewährleisten, ist vorgesehen, die Ansteuerung so auszuführen, dass das Motor-Pumpenaggregat 1 bei aktiviertem Fahrzeug („Zündung ein") und inaktiver elektronischer Steuereinheit voll bestromt wird.
Die 4a und 4b zeigen jeweils einen Ausschnitt einer bekannten Membranpumpe 2 im Längsschnitt. Für eine einwandfreie Pumpenfunktion ist es notwendig, dass die Membran 4 bzw. deren Membranwulst 51 in einem Pumpengehäuse 5 der Membranpumpe 2 radial abgestützt ist. Wie ersichtlich ist, ist die radiale Abstützung der bekannten Membran 4 durch eine Anlage des Membranwulstes 51 an einer als umlaufender, axial ausgerichteter Vorsprung 63 Pumpengehäuseanlage des Pumpengehäuses 5 realisiert, an welchem eine axiale Innenseite 64 des Membranwulstes 51 anliegt. Diese Anlage ist mittels eines Pfeils P verdeutlicht. Mit einem Pfeil Z angedeutete Zugkräfte, welche im Betrieb der Membranpumpe 2 durch eine Membranverformung auf die Membran 4 wirken, werden von des Vorsprung 63 im Pumpengehäuse 5 aufgenommen. Diese Anlage macht jedoch bei der Montage der Membranpumpe 2 eine genaue Positionierung der Membran 4 zwingend notwendig, damit die Funktion der Membranpumpe gewährleistet ist.
5 zeigt die Membran-Pleuelstangen-Einheit der Membranpumpe 2 gemäß 2 in einer vergrößerten Darstellung. Wie ersichtlich ist, ist in dem radial außenliegenden Membranwulst 51 der Membran 4 ein Stützring 65 einvulkanisiert, welcher in 6 in einer Draufsicht dargestellt ist. Der Stützring 65 dient zur radialen Abstützung der Membran 4 im Pumpengehäuse 5.
Wie insbesondere 7b zu entnehmen ist, werden die durch den Pfeil Z dargestellten Zugkräfte, welche auf die Membran 4 wirken, von dem Stützring 65 abgestützt. Auf eine Pumpengehäuseanlage für den Membranwulst 51 kann somit verzichtet werden und eine genaue Positionierung der Membran 4 in radialer Richtung ist nicht erforderlich. Mit anderen Worten kann die Membran 4 mit einer Mittelachse M in radialer Richtung bezogen auf die Mittelachse M in einem gewissen Spielraum montiert werden, ohne dass die Funktion der Membranpumpe 2 beeinflusst wird. Dieser Spielraum wird insbesondere durch die Pfeile R in 7a verdeutlicht. Dadurch erfolgt die für eine einwandfreie Pumpenfunktion notwendige radiale Abstützung der Membran nicht durch Abstützung von Zugkräften an der Pumpengehäuseanlage, was eine genaue, aufwendige Positionierung der Membran bei der Montage unnötig macht.
Durch das Einvulkanisieren ist der Stützring 65 einstückig mit der Membran 4 verbunden und eine zusätzliche Montage des Stützringes 65 während der Montage der Membranpumpe 2 ist nicht erforderlich.
Zur vereinfachten Herstellung der Membran, weist der Stützring 65 axiale Vorsprünge 66, 67 auf einer Oberseite 68 und einer Unterseite 69 auf, welche zur axialen Positionierung des Stützringes 65 während des Einvulkanisierens dienen. Eine zusätzliche radiale Positionierung beim Einvulkanisieren wird durch am Umfang verteilte radial ausgerichtete Vorsprünge 70 erreicht.
Wie 7b weiter zu entnehmen ist und bereits zu 2 beschrieben wurde, ist der Abstand x zwischen den schematisch dargestellten Pumpengehäusebauteilen, Pumpengehäuse 5 und Arbeitsraumdeckel 6, einstellbar, wodurch insbesondere der Totraum der Membranpumpe 2 optimiert werden kann und Fertigungs- bzw. Montagetoleranzen ausgeglichen werden können. Ferner ist in 7b eine mögliche Positionstoleranz r dargestellt, welche sich aus unterschiedlichen Abständen r₁ und r₂ des Membranwulstes 51 vom Pumpengehäuse 5 und Arbeitsraumdeckel 6 ergibt.
8 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Membranpumpe 1 im Längsschnitt. Dieses unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 2, 3, 5 bis 7 im Wesentlichen in der Ausgestaltung der Membran 4, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Die restlichen Bauteile sind identisch ausgestaltet.
Das Mittel zur radialen Abstützung der Membran 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als separates Bauteil vorgesehen, welches als Ringelement 72 mit einem radial innen ausgebildeten, umlaufenden Rand 72 ausgebildet ist. Das Ringelement 71 wird vor bzw. bei der Montage der Membran 4 in das Pumpengehäuse 5 eingelegt und kann beispielsweise einfach und gewichtsoptimiert aus Kunststoff oder Blech hergestellt werden. Die radiale Abstützung der Zugkräfte erfolgt hier an dem umlaufenden Rand 72. Der Membranwulst 51 kann an die Form des umlaufenden Randes 72 angepasst werden.
Das vorstehend beschriebene Motor-Pumpenaggregat 1 ist nicht auf den beschriebenen Anwendungsfall der Bereitstellung von Vakuum beschränkt. Derartige Aggregate 1 können überall dort eingesetzt werden, wo Gase mit hohem Wirkungsgrad und mit geringen Geräuschemissionen von einem ersten Druckniveau auf ein höheres zweites Druckniveau gebracht werden sollen. Beispielsweise ist auch eine Anwendung des Aggregates 1 als Kompressor denkbar, wobei in dieser Anwendung vorzugsweise die Einbaurichtung der Ventile umgedreht wird, so dass das Ansaugen der Luft aus dem Innenraum 28 des Pumpengehäuses 5 und das Abgeben von komprimierter Luft über den Anschluss 25 erfolgt.

1: Motor-Pumpenaggregat
2: Mebranpumpe
3: Motor
4: Membran
5: Pumpengehäuse
6: Arbeitsraumdeckel
7: Arbeitsraum
8: Kurbelantrieb
9: Exzenter
10: Pleuelstange
11: Einlasskanal
12: Einlassventil
13: Auslasskanal
14: Auslassventil
15: Oberdeckel
16: Unterdeckel
17: Ventilscheibe
18: Ventilscheibe
19: Schweißzugabe
20: Kontur
21: Element
22: Einzelkanal
23: Arbeitsraumdeckelöffnung
24: Arbeitsraumdeckelöffnung
25: Anschluss
26: Adapter
27: Adapterabgang
28: Innenraum
29: Luftauslasseinheit
30: Filtergehäuse
31: Filter
32: Luftauslassdeckel
33: Luftauslassverschlusskappe
34: Ventilkörper
35: Schraubenelement
36
37: Schraubenelement
38: Durchgangsbohrung
39: Motorwelle
40: Lager
41: Motorgehäuse
42: Motorwellenende
43
44: Abschnitt
45: Stößel
46: Kugellager
47: Dichtelement
48: Durchbruch
49: Rückschlagventil
50: Abschnitt
51: Membranwulst
52: Membranoberfläche
53: Wand
54: Arbeitsraumdeckelinnenkontur
55: Positionierungszapfen
56: Positionierungszapfen
57: Dichtfläche
58: Dichtfläche
59: Stützelement
60: Pleuelauge
61: Schlitz
62: Dichtelement
63: Vorsprung
64: Innenseite
65: Stützring
66: Vorsprung
67: Vorsprung
68: Oberseite
69: Unterseite
70: Vorsprung
71: Ringelement
72: Rand
M: Mittelachse
P: Anlage
R: Spielraum
Z: Zugkraft
r: Positionstoleranz
r₁: Abstand
r₂: Abstand

Claims

Membranpumpe (2) mit einer Membran (4), insbesondere eine Membranpumpe (2) eines Motor-Pumpenaggregats (1) zur Bereitstellung von Druck für eine Bremsbetätigungseinrichtung einer Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem pneumatischen Bremskraftverstärker, wobei ein Membranwulst (51) der Membran (4) in einem Pumpengehäuse (5) eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur radialen Abstützung der Membran (4) vorgesehen sind, welche vor der Membraneinspannung in radialer Richtung in Bezug auf eine Mittelachse (M) der Membran (4) relativ zum Pumpengehäuse (5) verschiebbar sind.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einstückig mit der Membran (4) vorgesehen sind.
Membranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel im Membranwulst (51) vorgesehen sind.
Membranpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur radialen Abstützung der Membran (5) ein Stützring (65) vorgesehen ist, welcher in den Membranwulst (51) einvulkanisiert ist.
Membranpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (65) axiale Vorsprünge (66, 67) auf einer Oberseite (68) und einer Unterseite (69) aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (65) am Umfang verteilte radial ausgerichtete Vorsprünge (70) aufweist.
Membranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als separates Bauteil (71) ausgebildet sind, welches vor oder bei der Montage der Membran (4) in das Pumpengehäuse (5) eingelegt wird.
Membranpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Bauteil als Ringelement (71) mit einem radial innen ausgebildeten, umlaufenden Rand (72) vorgesehen ist, wobei die radiale Abstützung der Membran (4) an dem umlaufenden Rand (72) erfolgt.
Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (71) aus Kunststoff vorgesehen ist.
Membranpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (71) aus Blech vorgesehen ist.
Membranpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranwulst (51) mit einem einstellbaren Abstand (x) zwischen Pumpengehäusebauteilen (5, 6) eingespannbar ist.
Membranpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Abstandes (x) mittels eines Montageverfahrens zur Montage eines Pumpengehäusebauteiles (5, 6) erfolgt.