DE3150119A1

DE3150119A1 - "wartungsfreies, trockenes elektro-vakuumpumpenaggregat"

Info

Publication number: DE3150119A1
Application number: DE19813150119
Authority: DE
Inventors: Peter Buchholz; Rolf Dipl.-Ing. 3170 Gifhorn Warnecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1981-12-18
Publication date: 1983-06-30

Description

Wartungsfreies, trockenes Elektro-
Vakuumpump enaggr e gat Die Erfindung bezieht sich auf ein wartungsfreies, trockenes Elektro-Vakuumpumpenaggregat der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Zur Erhöhung des Bedienungskomforts und der Sicherheit werden Kraftfahrzeuge in letzter Zeit in zunehmendem Maße mit Hilfskraftsystemen, wie z. B. Bremskraftverstärkungssystemen ausgerüstet, durch welche die vom Fahrzeuglenker zur Bedienung der verschiedenen Elemente erforderlichen Kräfte erheblich herabgesetzt werden. Im allgemeinen handelt es sich dabei um Hilfskraftsysteme, zu deren Betätigung ein ausreichend hoher Unterdruck benötigt wird. Bei Kraftfahrzeugen mit nach dem Otto-Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschinen wird im allgemeinen der in den Saugrohren der Brennkraftmaschinen herrschende Unterdruck zur Versorgung dieser Hilfskraftsysteme eingesetzt.
In vielen Fällen steht ein solcher Unterdruck jedoch entweder überhaupt nicht, z. B. bei Elektrofahrzeugen oder Dieselfahrzeugen, oder nicht ständig zur Verfügung. Das Letztere ist z. B. bei Kraftfahrzeugen der Fall, die zwar mit einer nach dem Otto-Verfahren betriebenen Brennkraftmaschine ausgerüstet sind, die jedoch mit einer sogenannten- Schwungnutz- oder Start-Stopp-Automatik ausgestattet sind, so daß die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern zumindest zeitweise - selbst bei fahrendem Fahrzeug - abgestellt sein kann. In diesen Fällen ist zur Erzeugung des benötigten Unter druckes der Einsatz einer besonderen Vakuumpumpe erforderlich.
Zur Erzeugung eines Unterdruckes für pneumatische Hilfskraftsysteme sind unter anderem als Flügelzellenpumpen ausgebildete Vakuumpumpen bekannt (z. B. GE-PS 912 119, DE-OS 26 31 152), die an sich zwar sehr leistungsfähig sind, zum Betrieb jedoch u. a. für Dichtungs- sowie Schmierzwecke zumindest eine gewisse Menge Öl benötigen, weshalb sie im allgemeinen an den Motorölkreislauf der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges angeschlossen sind. Bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine steht dieser Ölkreislauf jedoch nicht zur Verfügung. Einen entsprechenden Ölkreislauf gibt es auch bei elektrisch betriebenen Eraftfahrzeugen nicht.
Als Vakuumpumpen werden auch Membranpumpen eingesetzt, die in der Regel ebenfalls ölgeschmiert sind. Wenn es auch denkbar erscheint, solche Membranpumpen als trockene, schmiermittelfreie Pumpen auszubilden, so besitzen diese jedoch den generellen Nachteil, daß sie, wenn eine hohe Saugleistung gewünscht wird, mit vergleichsweise hohen Drehzahlen betrieben werden müssen, weil der Membranhub nicht beliebig groß gemacht werden kann. Höhere Drehzahlen gehen jedoch zwangsläufig zu Lasten der Lebensdauer einer Pumpe und führen darüber hinaus dazu, daß diese vergleichsweise geräuschvoll arbeitet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst wartungsfreies Vakuumpumpenaggregat zur Erzeugung eines Unterdruckes zur Versorgung pneumatischer Hilfskraftsysteme, insbesondere Bremskraftverstärkungssysteme, zu schaffen, welches einerseits eine Ölumlaufschmierung o. ä. nicht benötigt und den Unterdruck unabhängig vom Motorbetrieb des Kraftfahrzeuges erzeugen kann, und welches andererseits trotz hoher Saugleistung aus Geräusch- und Lebensdauergründen mit vergleichsweise geringer Drehzahl betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Das Vakuumpumpenaggregat besteht aus einem Elektromotor 1 und der daran stirnseitig angeflanschten eigentlichen Vakuumpumpe 2, die als trockene, d. h. eine Ölumlaufschmierung nicht benötigende Kolbenpumpe ausgeführt ist. Der Einbauort dieses Aggregates kann frei gewählt werden, weil weder bezüglich des Antriebes noch der Schmierung irgendwelche Zwänge bestehen.
Die Vakuumpumpe 2 besteht im wesentlichen aus einem metallischen Pumpengehäuse 3, das vorzugsweise aus Leichtmetallguß besteht, und einem in einer Zylinderbohrung 18 dieses Pumpengehäuses axial verschiebbar gelagerten Pumpenkolben 5. Dieser wird vom Elektromotor 1 über einen Kurbeltrieb, der durch eine Exzenterwelle 8 des Elektromotors sowie eine Pleuelstange 7 gebildet wird, angetrieben. Der Pumpenkolben 5 ist aus einem verschleiß- und fließfesten, hochtemperaturbeständigen Thermoplast-Hartkunststoff des Poly(amid-imid)-Typs gefertigt, wie er z. B. unter der Bezeichnung TORLON vertrieben wird. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um eine Verbindung von aromatischen Diaminen und Imidketten.
Die Amid-Imidpolymere haben bei optimalem Molekulargewicht an sich eine extrem hohe Viskosität. Um den Pumpenkolben 5 trotzdem im Spritzgießverfahren herstellen zu können, wird der Werkstoff zunächst als Granulat mit reduziertem Molekulargewicht bezogen, welches im Anlieferungszustand eine ausreichende Fließfähigkeit besitzt, um selbst komplexe und schwierige Teile im Spritzgießverfahren oder auf Extrudern herstellen zu können. Da diese Granulate auch nach dem Verspritzen noch nicht das optimale Molekulargewicht besitzen, wird die Rlymerisation der Amid-Imid-Polymere nach dem t itzvorgang durch einen zusätzlichen Tempervorgang bei oberhalb von 2460 C liegenden Temperaturen vollendet. Der so gefertigte Pumpenkolben besitzt eine hohe Festigkeit und geringe Kriechneigung sowie sehr günstige Gleit- und Verschleiß eigenschaften.
Die Pleuelstange 7 des Kurbeltriebes greift an einem Kolbenbolzen 6 an, welcher ohne besondere Ausbuchsung direkt in den Pumpenkolben 5 eingetrieben ist.
Der Pumpenkolben besitzt eine nicht näher bezeichnete umlaufende Ringnut, in die ein geschlitzter Kolbenring 11 eingelegt ist, welcher aus dem gleichen Thermoplast-Hartkunststoff besteht wie der Kolben selbst. Er wird mittels eines O-Ringes 12 aus einem Elastomer vorgespannt und ermöglicht bei günstigen Gleit- und Verschleißeigenschaften eine gute Dichtwirkung. Der O-Ring 12 aus einem Elastomer bewirkt nicht nur, daß der Kolbenring 11 fest gegen die Wandung der Zylinderbohrung 18 vorgespannt wird, er verhindert auch - im Gegensatz zu eventuell einsetzbaren metallischen Federelementen - zuverlässig, daß über die beiden Flanken des Kolbenringes 11 sowie den Nutengrund irgendein Druckausgleich stattfinden kann.
Die für einen Pumpenbetrieb benötigten Rückschlagventile sind als eigenfedernde, pilzförmige Elastomer-Dichtungskörper geringer Masse ausgebildet, die mit ihrem Pilzdach ihnen zugeordnete Durchlässe zuverlässig dicht abdecken und diese beim axialen Hin- und Herbewegen des Pumpenkolbens jeweils abwechselnd freigeben. Während der Elastomer-Dichtungskörper 14 eines saugseitigen Rückschlagventiles im Boden der Zylinderbohrung 18 angeordnet ist und Axialbohrungen 15 abdeckt, welche die Zylinderbohrung 18 mit einem Ansaugstutzen 13 o. ä. verbinden, ist der Elastomer-Dichtungskorper 19 eines auslaßseitigen Rückschlagventiles im Boden des Pumpenkolbens 5 angeordnet, wo er mehrere axiale Bodendurchlässe 17 abdeckt, welche eine Verbindung zwischen der Zylinderbohrung 18 und der äußeren Atmosphäre o. ä. herstellen.
Um die Wartungsfreiheit weiter zu verbessern und damit die Standzeit, d. h. die Lebensdauer der Vakuumpumpe 2 zu erhöhen, sind Vorkehrungen getroffen, um die Abhebebewegung des Pilzdaches der Elastomer-Dichtungskörper 14 bzw. 19 beim Öffnen der Rückschlagventile zu begrenzen. Zu diesem Zwecke sind jeweils einerseits am Boden der Zylinderbohrung 18 und andererseits am Boden des Pumpenkolbens 5 ortsfeste siebförmige Vorsatzstücke 16 bzw. 20 angeordnet. Das dem auslaßseitigen Elastomer-Dichtungskörper 19 zugeordnete siebförmige Vorsatzstück 20 liegt dabei lose auf dem Kolbenbolzen 6 auf und wird von diesem in seiner räumlichen Lage fixiert. Bei der BeSstigung der Pleuelstange 7 am Pumpenkolben 5 wird es vor Eintreiben des Kolbenbolzens 6 zusammen mit dem Elastomer-Dichtungskörper 19 in eine zu diesem Zwecke vorgesehene nicht weiter bezifferte Mulde im Kolbenboden eingelegt.
Der Boden der Zylinderbohrung 18 wird durch einen Zylinderkopf 21 mit einem integrierten Ansaugstutzen 13 gebildet, der formfest und gasdicht am Pumpengehäuse 3 befestigt ist. Im Zylinderkopf 21 sind auch das ansaugseitige Rückschlagventil 14/15 sowie das siebförmige Vorsatzstück 16 untergebracht. Im Ausführungsbeispiel ist das siebförmige Vorsatzstück 16 Teil, jedoch nicht integriertes Teil eines kreisscheibenförmigen Zwischenstückes 22, welches - dem Pumpenkolben 5 zugewandt - fest am Zylinderkop-f 21 anliegt und zusammen mit diesem am Pumpengehäuse 3 befestigt ist. Die Befestigung kann beispielsweise durch Einbördeln erfolgen. Der Elastomer-Dichtungskörper 14 des saugseitigen Rückschlagventiles ist dabei in einer im Zylinderkopf 21 angeordneten Bohrung 23 eingelegt und gelagert, welche zur Zylinderbohrung 18 hin durch das Zwischenstück 22 bzw. das siebförmige Vorsatzstück 16 begrenzt ist.
Zylinderkopf 21, Elastomer-Dichtungsstück 14 sowie siebförmiges Vorsatzstück 16 bzw. Zwischenstück 22 werden gemeinsam und in einem Arbeitsgang mit dem Pumpengehäuse 3 verbunden.
Durch die gewählte Ausbildung ergibt sich in der oberen Kolben stellung ein extrem kleines Totraumvolumen der Vakuumpumpe, was für die Effektivität der Pumpe von Vorteil ist.
Im Ausführungsbeispiel ist das aus Leichtmetallguß gefertigte Pumpengehäuse mit einer verschleißfesten und reibungsarmen Buchse 4 ausgekleidet. Ggf. ist es jedoch auch möglich, auf eine derartige Buchse zu verzichten und statt dessen die Wandung der Zylinderbohrung 18 einer geeigneten Oberflächenbehandlung zu unterziehen.
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, an der Exzenterwelle 8 des Elektromotors die Pleuelstangen mehrerer gegeneinander versetzt angeordneter Vakuumpumpen der im Ausführungsbeispiel gezeigten Art anzulenken. Im einfachsten Falle könnte eine gegenüber der in der Zeichnung dargestellten Vakuumpumpe um 1800 versetzte Vakuumpumpe vorgesehen sein, die dann gegenläufig zur dargestellten Pumpe arbeiten würde.
Leerseite

Claims

ANSPRUCHE ¼).i. ? Wartunsfreies, trockenes Elektro-Vakuumpumpenaggregat zur vom Motorbetrieb eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektro-Fahrzeuges, unabhängigen Erzeugung eines Unterdruckes zur Versorgung pneumatischer Hilfskraftsysteme, insbesondere Bremskraftverstärkungssysteme, gekennzeichnet durch folgende, zum Teil bekannte Merkmale: a) ein über einen Kurbeltrieb (Exzenterwelle 8, Pleuelstange 7) von einem Elektromotor (1) angetriebener Pumpenkolben (5) aus einem verschleiß- und fließfesten, hochtemperaturbeständigen Thermoplast-Hartkunststoff des Poly(amid-imid)-Typs ist axial verschiebbar in einer eine verschleißfeste, reibungsarme Oberfläche besitzenden Zylinderbohrung (18) eines metallischen Pumpengehäuses (3) gelagert; b) die Pleuelstange (7) des Kurbeltriebes (7/8) greift am Pumpenkolben (5) über einen ohne Ausbuchsung direkt am Pumpenkolben (5) befestigten Kolbenbolzen (6) an; c) In eine umlaufende Ringnut des Pumpenkolbens (5) ist ein geschlitzter Kolbenring.(ii) eingelegt, der aus dem gleichen Hartkunststoff wie der Pumpenkolben (5) gefertigt ist und mittels eines O-Ringes (12) aus einem Elastomer dichtend gegen die Wandung der Zylinderbohrung (18) vorgespannt ist; d) im Kolbenboden ist ein auslaßseitiges Rückschlagventil mit einem eigenfedernden, pilzförmigen Elastomer-Dichtungskörper (19) geringer Masse angeordnet, der axiale Bodendurchlässe (17) abdeckt; und e) im Boden der Zylinderbohrung (18) ist ein saugseitiges Rückschlagventil mit einem eigenfedernden, pilzförmigen Elastomer-Dichtungskörper (14) geringer Masse angeordnet, welcher Axialbohrungen (15) abdeckt, die von einem Ansaugstutzen (13) o.ä.

in die Zylinderbohrung (18) führen.
2. Elektro-Vakuumpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Exzenterwelle (8) des Elektromotors (1) die Pleuelstangen (7) mehrerer gegeneinander versetzt angeordneter Pumpen (2) angelenkt sind.
3. Elektro-Vakuumpumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein.Pumpengehäuse (3) aus Leichtmetallguß mit einer mit einer verschleißfesten und reibungsarmen 3uchse (4) ausgekleideten Zylinderbohrung(18).
4. Elektro-Vakuumpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hubbegrenzung der pilzförmigen Elastomer-Dichtungskörper (14, 19) jeweils ortsfest am Boden der Zylinderbohrung (18) bzw. am Boden des Pumpenkolbens (5) befestigte siebförmige Vorsatzstücke (16, 20) vorgesehen sind.
5. zu Es ektro Elektro-Vakuumpumpenaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dem auslaßseitigen Rückschlagventil (17/19) zugeordnete siebförmige Vorsatzstück (20) lose auf dem Kolbenbolzen (6) aufliegt und durch diesen in seiner Lage fixiert ist.
6. Elektro-Vakuumpumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Zylinderbohrung (18) durch einen Zylinderkopf (21) mit integriertem Ansaugstutzen (13), ansaugseitigem Rückschlagventil (i 4/15) und siebförmigen Vorsatzstück (16) gebildet ist, der formfest und gasdicht am Pumpengehäuse (3) befestigt ist.
7. zu Es Elektro-Vakuumpumpenaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem saugseitigen Rückschlagventil (14/15) zugewandte siebförmige Vorsatzstück (16) Teil eines kreisscheibenförmigen Zwischenstückes (22) ist, welches - dem Pumpenkolben (5) zugewandt - fest am Zylinderkopf (21) anliegt und zusammen mit diesem am Pumpengehäuse (3), vorzugsweise durch Einbördelung, befestigt ist, und daß der Elastomer-Dichtungskörper (14) des saugseitigen Rückschlagventiles in einer durch das Zwischenstück (22) zur Zylinderbohrung (18) hin begrenzten Bohrung (23) des Zylinderkopfes (21) eingelegt und gelagert ist.