ELEKTRISCHE-KFZ-VAKUUMPUMPE

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kfz-Vakuumpumpe mit einem bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor.

[0002] 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 Rückwärtsdrehrichtung rotierbar. Die elektrische Kfz-Vakuumpumpe weist weiter Auslass- und Einlassöffnungen für eine Vorwärts- und eine Rückwärtsdrehrichtung des Rotors auf.

[0003] Aus US 2005/260082 A1 ist eine Vakuumpumpe bekannt, die mit einem elektronisch kommutierten bürstenlosen Motor mit Positionssensoren angetrieben wird.

[0004] Aus US 7 491 037 B2 ist ein stationärer elektrischer Kompressor als Teil einer Wärmepumpe bekannt, wobei der Kompressor in beide Richtungen betrieben werden kann, um die Wärmepumpe sowohl zur Kühlung als auch zur Heizung nutzen zu können.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Kfz-Vakuumpumpe nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

[0009] Bei dieser elektrischen Kfz-Vakuumpumpe ist der Antriebsmotor durch einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor gebildet. Als Sensoren im Sinne der Erfindung werden hier Sensoren verstanden, welche 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.

[0010] 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.

[0011] Die Auslassöffnung ist 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. Der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe ist in beiden Drehrichtungen hoch.

[0012] Die Einlassöffnung ist in Rotationsrichtung unmittelbar nach einem Trennabschnitt vorgesehen, in welchem der Pumpenrotor fluidisch abdichtend an einer Pumpraum-Wand anliegt. Hierdurch kann eine maximale Fluidmenge angesaugt werden. Der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe wird damit gesteigert.

[0013] Die Vorwärts-Auslassöffnung und die Rückwärts-Einlassöffnung sind durch eine einzige Öffnung gebildet. Eine Aufteilung der Strömungswege in Einlassströmung und Auslassströmung ist, gesehen in Auslassrichtung, hinter der Öffnung vorgesehen. Hierdurch ist für die Vorwärts-Auslassöffnung und die Rückwärts-Einlassöffnung lediglich eine einzige Öffnung in einer Stirnwand des Pumpengehäuses vorgesehen.

[0014] Die Vorwärts-Einlassöffnung und die Rückwärts-Auslassöffnung sind durch eine einzige Öffnung gebildet. Eine Aufteilung der Strömungswege in Einlassströmung und Auslassströmung ist, gesehen in Auslassrichtung, erst hinter der Öffnung vorgesehen. Hierdurch ist für die Vorwärts-Einlassöffnung und die Rückwärts-Auslassöffnung lediglich eine einzige Öffnung in einer Stirnwand des Pumpengehäuses vorgesehen.

[0015] Vorzugsweise ist der Trennabschnitt als Schmiegespalt ausgebildet. Als Schmiegespalt im Sinne der Erfindung wird ein Umfangs-Abschnitt 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.

[0016] 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.

[0017] Die Vakuumpumpe ist in einem alternativen Ausführungsbeispiel als eine trockenlaufende Pumpe ausgeführt. Unter trockenlaufend 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] In Figur 1 ist eine elektrische Kfz-Vakuumpumpe 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.

[0022] 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 20₁, 20₂ und zwei Fluidauslassleitungen 22₁, 22₂ ausgebildet. Die beiden Fluidauslassleitungen 22₁, 22₂ sind in Auslassrichtung in dem Pumpengehäuse 12 zu einer gemeinsamen Gesamtfluidauslassleitung 24 zusammengeführt. Die beiden Fluideinlassleitungen 20₁, 20₂ werden in Einlassrichtung in dem Pumpengehäuse 12 aus einer Gesamtfluideinlassleitung 26 verzweigt.

[0023] In den beiden Fluidauslassleitungen 22₁, 22₂ sind in Auslassrichtung vor der Zusammenführung der Leitungen Auslass-Rückschlagventile 28₁, 28₂ vorgesehen, welche in einer Einlassrichtung sperren und in einer Auslassrichtung eine Fluidströmung freigeben. Ebenso ist im Vorlauf jeder der beiden Fluideinlassleitungen 20₁, 20₂ in Einlassrichtung nach der Verzweigung der Gesamtfluideinlassleitung 26 jeweils ein Einlass-Rückschlagventil 30₁, 30₂ vorgesehen, welche in einer Auslassrichtung sperren und in einer Einlassrichtung eine Fluidströmung freigeben.

[0024] 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. Als 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.

[0025] 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.

[0026] 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 20₁, 20₂ mit einem Pumpeneinlass 48 fluidisch verbunden. Jede Öffnung 46, 47 ist zudem über jeweils eine der Fluidauslassleitungen 22₁, 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.

Bezugszeichenliste

[0027] 

10

elektrischen Kfz-Vakuumpumpe

12

Pumpengehäuse

13

Antriebsmotor

14

Welle

16

Pumpraum

18

Pumpenrotor

20₁, 20₂

Fluideinlassleitungen

22₁, 22₂

Fluidauslassleitungen

24

Gesamtfluidauslassleitung

26

Gesamtfluideinlassleitung

28₁, 28₂

Auslass-Rückschlagventile

30₁, 30₂

Einlass-Rückschlagventile

32

Rotorkörper

33

Drehachse

34

Schieber

36

Enden

38

Pumpraum-Wand

40

Rotoraußenfläche

42

Trennabschnitt

44

Stirnwand

46

Öffnung

47

Öffnung

48

Pumpeneinlass

49

Pumpenauslass

Ansprüche

1. , Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) umfassend:

- einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten, sensorlosen Antriebsmotor (13), weiter 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 einzige Vorwärts-Auslassöffnung (47) und eine einzige separate Rückwärts-Auslassöffnung (46), welche den Pumpraum (16) mit einem Pumpenauslass (49) verbinden, wobei zwischen der Auslassöffnung (46, 47) und dem Pumpenauslass (49) jeweils ein in Auslassrichtung öffnendes Rückschlagventil (28₁, 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) jeweils ein In Einlassrichtung öffnendes Rückschlagventil (30₁, 30₂) vorgesehen ist, wobei

die Vorwärts-Auslassöffnung und die Rückwärts-Einlassöffnung durch eine einzige Öffnung (47) gebildet sind, die Vorwärts-Einlassöffnung und die Rückwärts-Auslassöffnung durch eine einzige Öffnung (46) gebildet sind,

die Pumpe eine Drehschieberpumpe oder eine Flügelzellenpumpe ist,

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, und 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.

2. . Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) eine ölgeschmierte Pumpe ist.

3. . Elektrische-Kfz-Vakuumpumpe (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) eine trockenlaufende Pumpe ist.

Claims

1. Electric automotive vacuum pump (10) comprising:
a brushless, electronically commutated, sensorless drive motor (13.), further comprising:

a pump housing (12) configuring a pump chamber (16),

a pump rotor (18) which rotates in the pump chamber (16) in a compressing manner, wherein the pump rotor (18) is rotatable in a forward and a reverse direction of rotation,

a single forward outlet opening (47) and a single separate reverse outlet opening (46), which connect the pump chamber (16.) to a pump outlet (49), wherein a non-return valve (281, 282) opening in the outlet direction is provided respectively between the outlet opening (46, 47) and the pump outlet (49), and

a forward inlet opening (46) and a separate reverse inlet opening (47), which connect the pump chamber (16.) to a pump inlet (48), wherein a non-return valve (301, 302) opening in the inlet direction is provided respectively between the inlet opening (46, 47) and the pump inlet (48), and

the forward outlet opening and the reverse inlet opening are defined by a single opening (47), the forward inlet opening and the reverse outlet opening are defined by a single opening (46),

the pump is a rotary vane pump or a vane pump,

the outlet opening (46, 47) is provided in the direction of rotation directly upstream of a separating section (42), in which the pump rotor (18) abuts against a pump chamber wall (38) in a fluidically sealing manner, and the inlet opening (46, 47) is provided in the direction of rotation directly downstream of a separating section (42), in which the pump rotor (18) abuts against a pump chamber wall (38) in a fluidically sealing manner.

2. Electric automotive vacuum pump (10) according to claim 1, characterised in that the vacuum pump (10) is an oil-lubricated pump.

3. Electric automotive vacuum pump (10) according to claim 1, characterised in that the vacuum pump (10) is a dry-running pump.

Revendications

1. Pompe à vide électrique pour véhicules automobiles (10) comprenant :
un moteur d'entraînement (13) sans balai, à commutation électronique et sans capteur, comprenant en outre :

un boîtier de pompe (12) qui forme une chambre de pompage (16),

un seul ouverture de sortie vers l'avant (47) et un seul ouverture de sortie vers l'arrière (46) séparé, qui relient la chambre de pompage (16) à une sortie de pompe (49), un clapet anti-retour (281, 282) s'ouvrant dans le sens de la sortie étant prévu entre l'ouverture de sortie (46, 47) et la sortie de pompe (49), respectivement, et

une ouverture d'entrée vers l'avant (46) et une ouverture d'entrée vers l'arrière séparée (47), qui relient la chambre de pompage (16) à une entrée de pompe (48), un clapet anti-retour (301, 302) s'ouvrant dans le sens de l'entrée étant respectivement prévu entre l'ouverture d'entrée (46, 47) et l'entrée de pompe (48), dans lequel

la pompe est une pompe à palette ou une pompe à palettes,

l'ouverture de sortie (46, 47) est prévue dans le sens de rotation directement en avant d'une section de séparation (42) dans laquelle le rotor de pompe (18) s'applique de manière étanche aux fluides contre une paroi de chambre de pompe (38), et l'ouverture d'entrée (46, 47) est prévue dans le sens de rotation directement après une section de séparation (42) dans laquelle le rotor de pompe (18) s'applique de manière étanche aux fluides contre une paroi de chambre de pompe (38).

2. Pompe à vide électrique pour véhicules automobiles (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à vide (10) est une pompe lubrifiée à l'huile.

3. Pompe à vide électrique pour véhicules automobiles (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe à vide (10) est une pompe marchant à sec.

Zeichnung