Trockenlaufende Flügelzellen-Gaspumpe

Die Erfindung betrifft eine trockenlaufende Flügelzellen-Gaspumpe.

Derartige Flügelzellen-Gaspumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Kraftfahrzeugen als sogenannte Vakuumpumpen üblicherweise in Kombination mit einem Bremskraftverstärker eingesetzt. Die Flügelzellenpumpe liefert dabei den zum Betrieb des Bremskraftverstärkers benötigten Unterdruck, wobei dieser in der Regel absolut 100 mbar oder weniger beträgt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Flügelzellen-Gaspumpen sind üblicherweise trockenlaufende oder ölgeschmierte Flügelzellen- Gaspumpen, wobei bei trockenlaufenden Gaspumpen kein Schmiermittel in die Pumpkammer geleitet wird. Bei ölgeschmierten Flügelzellenpumpen ist die aus der Pumpkammer austretende Luft mit Schmiermittel vermischt, wobei vor der Entsorgung dieses Luft- Schmiermittel-Gemisches das Luft-Schmiermittel-Gemisch aufwendig in seine Bestandteile getrennt werden muss. Durch Weglassen des Schmiermittels kann die Kontamination der die Pumpkammer verlassenden Luft vermieden werden. Das Weglassen des Schmiermittels führt aber zu einem erhöhten Verschleiß der sich relativ zueinander bewegenden Bauteile, insbesondere der Schieberelemente. Der Verschleiß wird üblicherweise durch gezielte Wahl geeigneter Werkstoffpaarungen der aneinander anliegenden und sich zueinander relativ bewegenden Bauteile auf ein Minimum reduziert.

Eine derartige trockenlaufende Flügelzellen-Gaspumpe ist in der EP 2 568 180 AI offenbart. Die Flügelzellenpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, welches eine Pumpkammer bildet. In der Pumpkammer ist ein Pumpenrotor angeordnet, der fünf radial verschiebbare Schieberelemente aufweist. Der Pumpenrotor ist mit einem Elektromotor drehfest verbunden und wird durch diesen angetrieben. Bei einem rotierenden Pumpenrotor verschieben sich die Schieberelemente aufgrund der auf die Schieberelemente wirkenden Fliehkraft derart, dass diese mit ihrem Kopf jeweils an einer Umfangswand der Pumpkammer anliegen, wobei jeweils zwei benachbarte Schieberelemente gemeinsam mit dem Pumpenrotor und dem Pumpengehäuse jeweils ein Pumpfach begrenzen. In dem Pumpengehäuse sind eine Fluideinlassöffnung und zwei Fluidauslassöffnungen ausgebildet, wobei die Fluideinlassöffnung und die Fluidauslassöffnungen der Pumpkammer zugeordnet sind. Beide Fluidauslassöffnungen weisen jeweils ein Rückschlagventil auf, so dass die Fluidauslassöffnungen erst ab einem in dem Pumpfach herrschenden vordefinierten Überdrucks freigegeben werden.

Nachteilig an der in der EP 2 568 180 AI offenbarten Ausführung ist, dass beim Ausstoßen der Luft über die beiden Fluidauslassöffnungen sowohl das der ersten Fluidauslassöffnung zugeordnete Rückschlagventil als auch das der zweiten Fluidauslassöffnung zugeordnete Rückschlagventil die drucklose Luft am Herausströmen hindern, so dass in dem Pumpfach im Auslasssektor stets ein gewisser Überdruck herrscht. Hierdurch werden die Schieberelemente mechanisch belastet, wodurch der mechanische Verschleiß der Schieberelemente, die Leistungsaufnahme des Elektromotors sowie der erreichbare Enddruck ansteigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den oben genannten Nachteil zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine trockenlaufende Gaspumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die trockenlaufende Gaspumpe weist ein Pumpengehäuse auf, welches eine Pumpkammer begrenzt. In der Pumpkammer ist ein Pumpenrotor angeordnet, der entweder elektrisch durch einen Elektromotor oder mechanisch durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Der Pumpenrotor ist exzentrisch in der Pumpkammer angeordnet und liegt in einem Dichtsektor an der Umfangswand der Pumpkammer an, wodurch ein sichelförmiger Arbeitsraum geschaffen wird.

In dem Pumpenrotor ist mindestens ein verschiebbares Schieberelement gelagert. Zur Lagerung des mindestens einen Schieberelements weist der Pumpenrotor einen Schieberschlitz auf, in dem das mindestens eine Schieberelement verschiebbar angeordnet ist. Bei einem rotierenden Pumpenrotor verschiebt sich das mindestens eine Schieberelement aufgrund der auf das Schieberelement wirkenden Fliehkraft derart, dass das Schieberelement mit seinem Kopf stets an der Umfangswand der Pumpkammer anliegt. Zusätzlich kann das mindestens eine Schieberelement federbelastet sein, so dass der Kopf des mindestens einen Schieberelements durch die Federkraft an der Umfangswand der Pumpkammer auch bei geringen Drehzahlen anliegt.

Die Pumpkammer ist bezüglich der Funktion in einen Einlass-, einen Auslass- und einen Dichtsektor eingeteilt. In dem Einlasssektor ist eine Fluideinlassöffnung angeordnet, die beispielsweise mit einer Unterdruckkammer eines Bremskraftverstärkers fluidisch verbunden ist. In dem Auslasssektor sind eine erste Fluidauslassöffnung und eine zweite Fluidauslassöffnung angeordnet, wobei über die Fluidauslassöffnungen die Pumpkammer mit der Umgebung verbindbar ist. Zwischen den Fluidauslassöffnungen und der Fluideinlassöffnung ist, gesehen in Drehrichtung, der Dichtsektor angeordnet, der einen Gasstrom zwischen der Fluideinlassöffnung und den Fluidauslassöffnungen verhindert. Die erste Fluidauslassöffnung ist in Drehrichtung des Pumpenrotors vor der zweiten Fluidauslassöffnung angeordnet, wobei der ersten Fluidauslassöffnung ein Rückschlagventil zugeordnet ist. Das Rückschlagventil verschließt die erste Fluidauslassöffnung und gibt diese ab einem vordefinierten im Pumpfach herrschenden Überdruck frei . Die zweite Fluidauslassöffnung weist kein Rückschlagventil auf, so dass die zweite Fluidauslassöffnung dauerhaft offen ist.

Im Betrieb wird über die Fluideinlassöffnung Luft in das passierende Pumpfach angesaugt und über die erste und die zweite Fluidauslassöffnung aus dem Pumpfach ausgestoßen. Die Luft wird durch die erste Fluidauslassöffnung ausgestoßen, solange ein in dem Pumpfach herrschender Druck den zum Betätigen des Rückschlagventils benötigten Öffnungsdruck übersteigt. Zusätzlich wird die Luft durch die zweite Fluidauslassöffnung ausgestoßen, wobei der zweiten Fluidauslassöffnung kein Rückschlagventil zugeordnet ist, so dass die Luft widerstandslos aus dem Pumpfach strömen kann. Dadurch, dass der zweiten Fluidauslassöffnung kein Rückschlagventil zugeordnet ist und die Luft widerstandlos aus dem Pumpfach ausgestoßen werden kann, wird in diesem Bereich ein Überdruck vermieden. Dadurch wird die mechanische Belastung auf das mindestens eine Schieberelement reduziert und ist der Verschleiß des mindestens einen Schieberelements reduziert.

Vorzugsweise sind in dem Pumpenrotor mindestens zwei Schieberelemente gelagert, wodurch der hydraulische Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe erhöht wird, indem mit steigender Anzahl der Schieberelemente die Leckage zwischen der Druckseite und der Saugseite erheblich reduziert wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Winkelabstand zwischen der ersten Fluidauslassöffnung und der zweiten Fluidauslassöffnung kleiner als der Pumpfachwinkel. Der Winkelabstand ist definiert als der Winkelabstand zwischen der nachlaufenden Kante der ersten Fluidauslassöffnung und der vorlaufenden Kante der zweiten Fluidauslassöffnung. Der Pumpfachwinkel wird durch zwei benachbarte Schieberelemente definiert. Dadurch, dass der Winkelabstand zwischen der ersten und der zweiten Fluidauslassöffnung kleiner als der Pumpfachwinkel ist, ist das Pumpfach im Auslasssektor zu jedem Zeitpunkt mit mindestens einer Fluidauslassöffnung fluidisch verbunden. Auf diese Weise wird ein Druckaufbau in dem Pumpfach vermieden, der entstehen würde, wenn das Pumpfach im Auslasssektor kurzzeitig mit keiner der beiden Fluidauslassöffnungen fluidisch verbunden wäre, und die auszustoßende Luft nicht abströmen könnte. Dadurch ist die mechanische tangentiale Belastung auf das Schieberelement reduziert.

Vorzugsweise entspricht die tangentiale Breite Bl des mindestens einen Schieberelements mindestens der tangentialen Breite B2 der ersten Fluidauslassöffnung, wodurch die zweite Fluidauslassöffnung beim Überfahren durch das mindestens eine Schieberelement vollständig abgedeckt und kurzzeitig verschlossen wird. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen den durch das mindestens eine Schieberelement begrenzenden Pumpfächern verhindert, und wird der pneumatische Wirkungsgrad der Gaspumpe erhöht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht zumindest der Kopf des mindestens einen Schieberelements aus Graphit. Auf diese Weise erfolgt eine Trockenschmierung, wobei der aus Graphit ausgeführte Kopf des Schieberelements mit fortschreitender Lebensdauer kontrolliert verschleißt. Graphit ist relativ weich. Insbesondere bei einem aus Graphit hergestellten Schieberelement-Kopf wird der mechanische Verschleiß des Kopfes durch die Erfindung erheblich reduziert. Vorzugsweise weist das Pumpengehäuse einen Ventildeckel, einen Hubring und einen Bodendeckel auf. Der Hubring bildet die Umfangsfläche der Pumpkammer und liegt mit seiner Stirnseite an dem Ventildeckel und mit seiner anderen Stirnseite an dem Bodendeckel dichtend an. Der Ventildeckel schließt die Pumpkammer einseitig ab und weist die mindestens zwei Fluidauslassöffnungen auf. Vorzugsweise weist das Bodenelement die Fluideinlassöffnung auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Rückschlagventil ein Zungenventil mit einem Wegbegrenzer. Ein derartig ausgeführtes Rückschlagventil ist kostengünstig herstellbar, zuverlässig und einfach montierbar.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen :

Die Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer trockenlaufenden Flügelzellen-Gaspumpe, und

Die Figur 2 zeigt eine schematische Frontalansicht einer Anlaufscheibe einer trockenlaufenden Flügelzellen-Gaspumpe aus Figur 1.

Die Figur 1 zeigt eine als sogenannte Vakuumpumpe ausgebildete Flügelzellen-Gaspumpe 10, die beispielsweise für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug bestimmt ist und einen Absolutdruck von beispielsweise 100 mbar oder weniger erzeugen kann. Die Flügelzellenpumpe 10 weist ein Metall-Pumpengehäuse 20 auf, welches eine Pumpkammer 22 bildet. Das Pumpengehäuse 20 setzt sich im Wesentlichen aus einem Hubring 74, einer Bodenplatte 76 und einem Ventildeckel 72 zusammen.

In der Pumpkammer 22 ist exzentrisch zum Schwerpunkt der Pumpkammer 22 ein Pumpenrotor 30 drehbar angeordnet. Der Pumpenrotor 30 weist fünf Schieberschlitze 321, 341, 361, 381, 401 auf, in welchen jeweils ein Schieberelement 32, 34, 36, 38, 40 verschiebbar gelagert ist. Die fünf Schieberelemente 32, 34, 36, 38, 40 teilen die Pumpkammer 22 in fünf rotierende Pumpfächer auf, die jeweils den gleichen Pumpfachwinkel a aufweisen. Der Pumpenrotor 30 wird vorliegend von einem Elektromotor 90 angetrieben.

Die Pumpkammer 22 lässt sich in mehrere Sektoren einteilen, nämlich einen Einlasssektor 42 mit einer Fluideinlassöffnung 60, einen Auslasssektor 44 mit einer ersten Fluidauslassöffnung 52 sowie einer zweiten Fluidauslassöffnung 54 und einen Dichtsektor 46, der in Drehrichtung gesehen zwischen dem Auslasssektor 44 und dem Einlasssektor 42 angeordnet ist und der einen Gasstrom von den Fluidauslassöffnungen 52, 54 zu der Fluideinlassöffnung 60 verhindert.

Die Fluideinlassöffnung 60 ist in der Bodenplatte 76 ausgebildet. Die beiden Fluidauslassöffnungen 52, 54 sind in dem Ventildeckel 72 ausgebildet. Die erste Fluidauslassöffnung 52 ist in Drehrichtung des Pumpenrotors 30 vor der zweiten Fluidauslassöffnung 54 angeordnet. Der ersten Fluidauslassöffnung 52 ist fluidisch ein Rückschlagventil 70 zugeordnet, wobei das Rückschlagventil 70 ein Zungenventil ist und eine Ventilzunge 80 und einen Wegbegrenzer 82 aufweist, welche beide an dem Ventildeckel 72 fest angeordnet sind. Der zweiten Fluidauslassöffnung 54 ist kein Ventil zugeordnet, so dass die zweite Fluidauslassöffnung 54 dauerhaft offen ist und einen widerstandslosen Fluidfluss zulässt.

Die zweite Fluidauslassöffnung 54 ist in einem Winkelabstand b zur ersten Fluidauslassöffnung 52 beabstandet, wobei der Winkelabstand b zwischen einer vorlaufenden Kante der zweiten Fluidauslassöffnung 54 und der nachlaufenden Kante der ersten Fluidauslassöffnung 52 gemessen wird. Der Winkelabstand b ist kleiner als ein durch zwei benachbarte Schieberelemente 32, 34, 36, 38, 40 eingeschlossener Pumpfachwinkel a, so dass ein den Auslasssektor 44 durchfahrendes Pumpfach immer mit mindestens einer Fluidauslassöffnung 52, 54 fluidisch verbunden ist.

Im Betrieb der Gaspumpe 10 wird die Luft durch die Rotation des Pumpenrotors 30 durch die Fluideinlassöffnung 60 angesaugt und durch die beiden Fluidauslassöffnungen 52, 54 aus dem Pumpfach ausgestoßen. Solange in dem Pumpfach ein vordefinierter Überdruck herrscht, ist die erste Fluidauslassöffnung 52 freigegeben und die Luft wird durch die erste Fluidauslassöffnung 52 ausgestoßen. Zusätzlich wird die Luft durch die zweite Fluidauslassöffnung 54 ausgestoßen. Dadurch, dass der zweiten Fluidauslassöffnung 54 kein Ventil zugeordnet ist, wird die Luft widerstandslos ausgestoßen, wobei kein durch das Rückschlagventil erzeugter Druckaufbau erzeugt wird. Auf diese Weise sinkt die tangentiale Belastung auf die Schieberelemente 32, 34, 36, 38, 40 und der Verschleiß der Schieberelemente 32, 34, 36, 38, 40 wird reduziert. Außerdem wird die Leistungsaufnahme des Elektromotors 90 gesenkt und der erreichbare Enddruck gesenkt.

Es sollte deutlich sein, dass auch andere konstruktive Ausführungsformen der trockenlaufenden Gaspumpe im Vergleich zur beschriebenen Ausführungsform möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Es kann beispielsweise die Anzahl der Schieberelemente variieren oder die Fluideinlassöffnung und/oder die Fluidauslassöffnungen an anderen Gehäusebauteilen ausgebildet sein.