-
Stand der Technik
-
Zur Förderung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise im Bereich von Kraftfahrzeugen, werden unterschiedliche Pumpen verwendet. Zum Erzeugen eines Unterdrucks, wie es etwa in einem unterdruckgesteuerten Bremskraftverstärker erforderlich ist, wird üblicherweise eine Flügelzellenpumpe verwendet. Wie bei den meisten Pumpen ist das aus der Flügelzellenpumpe austretende Medium einer Pulsation unterworfen, die Geräusche hervorrufen kann, die von einer Person im Bereich des Kraftfahrzeugs als unangenehm empfunden werden.
-
Die
DE 199 36 644 A1 schlägt vor, eine Luftpumpe mit einem integrierten Schalldämpfer auszubilden, wobei der Schalldämpfer ein zylindrischer Hohlraum ist, in den aus einer Pumpenkammer ausströmendes Medium einströmt. Ein kappenförmiges Bauelement nimmt die Pumpenkammer auf und schließt zwischen der Pumpenkammer und der inneren Begrenzung der Kappe den Hohlraum ein.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe mit einem leicht herzustellenden integrierten Schalldämpfer bereitzustellen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung löst das Problem mittels einer Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an.
-
Eine erfindungsgemäße Gaspumpe umfasst einen Pumpenläufer zur Förderung eines gasförmigen Mediums, ein Pumpengehäuse, in dem der Pumpenläufer drehbar aufgenommen ist, ein das Pumpengehäuse in axialer Richtung abschließendes Begrenzungselement und ein Abschlusselement, das mit dem Begrenzungselement einen Hohlraum bildet. Das Begrenzungselement weist eine Öffnung zum Übertritt von Medium zwischen dem Pumpengehäuse und dem Hohlraum sowie einen sich in axialer Richtung erstreckenden Steg auf, der die Öffnung in radialer Richtung umläuft, wobei das Abschlusselement in axialer Richtung an dem Steg anliegt.
-
Durch diesen Aufbau kann das Abschlusselement eine sehr einfache Form haben, so dass sich Kostenvorteile ergeben können. Der Rest des Hohlraums ist durch das Begrenzungselement definiert, welches in einem Prozess hergestellt sein kann, bei dem die Stege nur einen geringen zusätzlichen Herstellungsaufwand erfordern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Kontaktfläche zwischen dem Steg und dem Abschlusselement plan. Das Abschlusselement kann dann im einfachsten Fall ein ebenes Bauelement gleichmäßiger Dicke, beispielsweise ein Blechdeckel, sein.
-
Das Begrenzungselement kann einen weiteren Steg aufweisen, der den Hohlraum in mehrere miteinander verbundene Teil-Hohlräume unterteilt. Dadurch kann ein Pulsieren eines Stroms von aus dem Pumpengehäuse austretendem Medium wirksam gedämpft werden, so dass eine verbesserte Schalldämpfung erzielbar ist. In einer Ausführungsform können zwei der Teil-Hohlräume unterschiedlich groß sein. Dadurch kann die Dämpfung weiter optimiert sein. Es können auch mehr als zwei Teil-Hohlräume durch Stege innerhalb des Schalldämpfers definiert sein, wobei die Dämpfung weiter optimiert sein kann. Ein Fertigungsaufwand für das Begrenzungselement kann auch bei einer komplexen Struktur von Stegen im Wesentlichen gleich gehalten sein, da sich alle Stege in axialer Richtung erstrecken.
-
Durch die Teil-Hohlräume können unterschiedlich lange alternative Wege für das Medium durch den Schalldämpfer definiert sein. Durch Überlagerung von pulsierenden Medienströmen, die unterschiedliche der alternativen Wege durchlaufen haben, kann eine Auslöschung der Pulsierungen erfolgen, die eine weitere Schalldämpfung zur Folge hat. Idealerweise unterscheiden sich die Weglängen um einen Betrag, der einer halben Wellenlänge des pulsierenden Medienstroms entspricht.
-
Einer der Teil-Hohlräume kann nur einen einzigen Durchlass aufweisen, über den das Medium in den Teil-Hohlraum ein- bzw. austreten kann. Bezüglich einer Frequenz, mit der der Medienstrom pulsiert, kann der Teil-Hohlraum als Helmholtz-Resonator wirken. Innerhalb des Teil-Hohlraums können weitere Maßnahmen zum Umwandeln von Energie des pulsierenden Mediums in eine andere Energieform, etwa Wärme, erfolgen.
-
Einer der Teil-Hohlräume kann ein Kanal sein, dessen Länge größer als seine Breite und Höhe ist, und der Kanal kann in einem Querschnittsstrom in einen angrenzenden Teil-Hohlraum münden. Bezüglich einer Strömungsrichtung des Mediums kann der Querschnitt ab- oder zunehmen. Dabei hat der Kanal vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, so dass sich an dem Querschnittsstrom eine möglichst gute Reflexion einstellen kann.
-
Der Hohlraum kann Abschnitte mit unterschiedlich gekrümmten Innenkonturen aufweisen. Diese Innenkonturen werden vorzugsweise durch Abschnitte eines der Stege gebildet. Gerade Abschnitte eignen sich besser als Reflexionsfläche als gekrümmte Abschnitte. Das sich stoßweise ausbreitende Medium kann dadurch in einer Weise gelenkt werden, dass sich insgesamt ein erhöhter Schalldämpfungsgrad einstellt.
-
Im Hohlraum kann ein poröses Element angeordnet sein. Das poröse Element kann beispielsweise ein Schaumgummi sein, der eine große Oberfläche aufweist. Mittels des porösen Elements kann Bewegungsenergie des pulsierenden Mediums in Wärme umgesetzt werden. In einer Ausführungsform ist der oben beschriebene Helmholtz-Resonator teilweise oder vollständig mit einem porösen Element gefüllt.
-
Bevorzugterweise ist das Begrenzungselement ein Sinterzeug. Sinterzeug ist durch seine offenporige Oberfläche besonders gut als Reibpartner gegenüber dem Pumpenläufer geeignet, da sich zwischen den Reibpartnern ein Transferfilm aus Verschleißmaterial bilden kann, der einen weiteren Verschleiß minimiert. Der Herstellungsprozess von Sinterzeug erlaubt es zudem, das Begrenzungselement mit geringem Aufwand in eine nahezu beliebige Form zu bringen. Durch Vorsehen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Begrenzungselements und eines entsprechenden Abschlusselements kann eine bestehende Gaspumpe raumsparend und unter geringen zusätzlichen Kosten mit einem Hohlraum versehen werden, der als Schalldämpfer wirkt.
-
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
-
1 eine Gaspumpe; und
-
2 bis 6 unterschiedliche Ausführungsformen von Schalldämpfern für die Gaspumpe aus 1 darstellen.
-
Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Gaspumpe 100. Die Gaspumpe 100 umfasst ein Pumpengehäuse 105, welches nach unten durch einen Pumpenboden 110 abgeschlossen ist. Im Pumpengehäuse ist ein Pumpenläufer 115 angeordnet, der um eine vertikale Achse drehbar ist. Dazu kann der Pumpenläufer 115 mittels einer nicht dargestellten Welle von einem unterhalb des Pumpenbodens 110 angeordneten Elektromotors angetrieben werden.
-
Der Pumpenläufer umfasst drei Schlitze, die von einem Kreisumfang um die Drehachse des Pumpenläufers in einem Winkel bis zum Außenrand des Pumpenläufers 115 verlaufen. In jedem der Schlitze ist ein Schieber 120 aufgenommen, der durch Fliehkräfte und/oder durch ein Federelement am inneren Umfang des Pumpengehäuses 105 gehalten wird. Die Innenseite des Pumpengehäuses 105 ist eine Zylindermantelfläche um eine Mittenachse, die gegenüber der Drehachse des Pumpenläufers 115 parallel versetzt ist. Pumpenzellen A bis C, die jeweils zwischen dem Schalldämpfer 125, dem Pumpenboden 110, der Innenwand des Pumpengehäuses 105, der Außenwand des Pumpenläufers 115 und zwei benachbarte Schieber 120 gebildet werden, weisen daher unterschiedliche Volumina auf, die von einer Drehposition des Pumpenläufers 115 abhängen.
-
In axialer Richtung nach unten grenzt das Pumpengehäuse 105 an den Pumpenboden 110, in axialer Richtung nach oben an einen Schalldämpfer 125 an, der hier transparent dargestellt ist und in den 2 bis 6 genauer beschrieben ist. Der Schalldämpfer 125 liegt in axialer Richtung nach oben an einem Pumpendeckel 130 an. Am Pumpendeckel 130 erstreckt sich in axialer Richtung nach oben ein Ansaugstutzen 135, der in eine vertikale Durchlassöffnung 140 im Schalldämpfer 125 mündet. Die Durchlassöffnung 140 endet an einer Ansaugöffnung 160, welche in einem Bereich zwischen dem äußeren Umfang des Pumpenläufers 115 und dem inneren Umfang des Pumpengehäuses 105 angeordnet ist. Eine Auslassöffnung 145, die ähnlich zur Ansaugöffnung 140 an einer anderen Steile im Bereich zwischen dem Außenumfang des Pumpenläufers 115 und dem Innenumfang des Pumpengehäuses 105 angeordnet ist, erlaubt den Übertritt von Gas aus dem Innenraum des Pumpengehäuses 105 in den Schalldämpfer 125. Solchermaßen in den Schalldämpfer 125 eingetretenes Gas durchläuft den Schalldämpfer 125 und tritt durch eine Entlüftungsöffnung 150 in eine umgebende Atmosphäre aus.
-
Die Gaspumpe 100 wird vorzugsweise als Evakuierungspumpe für Luft als Medium eingesetzt. Die Gaspumpe 100 kann dazu dienen, einen Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs zu evakuieren. Dazu ist der Bremskraftverstärker mit dem Ansaugstutzen 135 verbunden. Der Pumpenläufer 115 wird im Uhrzeigersinn um seine vertikale Drehachse gedreht. Dadurch wird die Pumpenzelle A, die sich in der Darstellung in 1 in Verbindung mit dem Ansaugstutzen 135 befindet, im Uhrzeigersinn weitergedreht, so dass der untere Schieber 120 nach einer gewissen Verdrehung die Verbindung zwischen der Pumpenzelle A und dem Ansaugstutzen 135 unterbricht. Der Pumpenläufer 115 wird weiter im Uhrzeigersinn bewegt, wobei das Volumen der Pumpenzelle A stetig abnimmt. Schließlich ist die Pumpenzelle A so weit an der Innenfläche des Pumpengehäuses 105 entlang bewegt worden, dass der vordere Schieber 120, der die Pumpenzelle A begrenzt, die Auslassöffnung 145 überstreicht. In der Darstellung von 1 entspricht diese Position der Pumpenzelle B. Daraufhin strömt das unter Druck stehende Gas aus der Pumpenzelle B in den Schalldämpfer 125.
-
Der Pumpenläufer 115 wird weitergedreht, bis einer der Schieber 120 die Verbindung der Pumpenzelle B zur Auslassöffnung 145 unterbricht. Diese Position entspricht der Pumpenzelle C in 1.
-
Beim Weiterdrehen des Pumpenläufers 115 wird kurz darauf durch den anderen Schieber 120 eine Verbindung zur Ansaugöffnung 160 freigegeben, so dass die betrachtete Pumpenzelle wieder der Pumpenzelle A in 1 entspricht. Der Pumpenläufer 115 wird weitergedreht, wobei das Volumen der Pumpenzelle A stetig zunimmt, bis der hintere Schieber 120 die Verbindung der Pumpenzelle zur Ansaugöffnung 160 unterbricht. Danach kann der beschriebene Vorgang erneut ablaufen. Da durch die drei Schieber drei Pumpenzellen A bis C entlang des Umfangs des Pumpenläufers 115 definiert sind, laufen pro Umdrehung des Pumpenläufers 115 drei der beschriebenen Prozesse zueinander phasenverschoben ab.
-
2 bis 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des Schalldämpfers 125 aus 1. In allen Ausführungsformen umfasst der Schalldämpfer 125 eine Grundplatte 210, von der aus sich ein Steg 220 in vertikaler Richtung nach oben erstreckt. Obere Enden des Stegs 220 sind plan. Der Steg 220 umläuft einen Einlass 230, der zur Auslassöffnung 14 in 1 korrespondiert. An einer Stelle weist der Steg die Entlüftungsöffnung 150 auf. Der Steg 220 umläuft den Einlass 230 in radialer Richtung, d. h., dass das Volumen des Schalldämpfers in radialer Richtung durch den Steg begrenzt ist. In vertikaler Richtung ist das Volumen des Schalldämpfers 125 nach unten durch die Grundplatte 210 und nach oben durch den Pumpendeckel 130 aus 1 begrenzt.
-
Ferner umfasst der Schalldämpfer 125 die Durchlassöffnung 160, die nach oben in den runden Ansaugstutzen 135 und nach unten in die Ansaugöffnung 140 in 1 mündet. In anderen Ausführungsformen der Gaspumpe 100 kann der Ausgangsstutzen 135 auch an einer anderen Stelle in das Pumpengehäuse 105 führen, beispielsweise in radialer Richtung. Der Schalldämpfer 125 kann dann den freigewordenen Bauraum zusätzlich auszunützen.
-
Der in 2 dargestellte Schalldämpfer 125 weist ein bezüglich der baulichen Gegebenheiten maximales Volumen auf. Es sind keine Reflexions- oder Führungselemente für Gas vorgesehen, welches durch den Einlass 230 in das Volumen einströmt und den Schalldämpfer 125 über die Entlüftungsöffnung 150 verlässt. Eine radiale Innenkontur des Schalldämpfers 125 ist allgemein rund, es kann jedoch auch ein gerader Abschnitt vorgesehen sein, der als Reflexionsfläche für Gas bzw. Schallwellen dienen kann.
-
In der in 3 gezeigten Ausführungsform des Schalldämpfers 125 sind zwei weitere Stege 250 vorgesehen, die z. B. vertikal von dem Steg 220 aus in einer radialen Ebene aufeinander zulaufen und zwischen sich einen Durchlass 260 bilden. Der Schalldämpfer 125 ist durch die weiteren Stege 250 in unterschiedlich große Teil-Hohlräume unterteilt, die mittels des Durchlasses 260 miteinander in Verbindung stehen. Ein Strömungspfad von Gas vom Einlass 230 zur Entlüftungsöffnung 150 verläuft durch beide Teil-Hohlräume und den Durchlass 260. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist einer der Teil-Hohlräume mittels des Durchlasses 260 nur mit dem anderen Teil-Hohlraum verbunden, wobei der Einlass 230 und die Entlüftungsöffnung 150 im Bereich des anderen Teil-Hohlraums liegen. Der erstgenannte Teil-Hohlraum wird von dem Gas nicht durchströmt, der Teil-Hohlraum kann jedoch als Resonanzvolumen, insbesondere als Helmholtz-Resonator, wirken.
-
In 4 ist eine Ausführungsform des Schalldämpfers 125 dargestellt, in dem die weiteren Stege 250 einen Kanal 270 bilden. Entlang eines Weges des Gases weist der Kanal 270 einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf. Vorzugsweise ist dieser Querschnitt quadratisch. Der Kanal 270 kann eine Länge haben, die auf eine Wellenlänge der Schall- bzw. Gaswellen des aus dem Einlass 230 austretenden Gases abgestimmt ist. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind noch weitere Stege derart im Schalldämpfer 125 angeordnet, dass es wenigstens zwei alternative Wege für das Gas vom Einlass 230 zur Entlüftungsöffnung 150 gibt, wobei die Wege unterschiedlich lang sind, so dass sich Schall- bzw. Gaswellen an einer Stelle, an der die beiden Wege aufeinander treffen, gegenseitig auslöschen. Die unterschiedlich langen Wege können durch entsprechende Kanäle 270 erzielt werden. Dabei kann der Kanal 270 in ein Teilvolumen des Schalldämpfers 125 münden oder von diesem ausgehen, oder unmittelbar mit dem Einlass 230 oder der Entlüftungsöffnung 150 verbunden sein.
-
In der Ausführungsform des Schalldämpfers von 5 ist durch weitere Stege 250 ähnlich wie in 4 ein Kanal 270 gebildet. Zusätzlich ist ein sehr kurzer Kanal bzw. Durchlass 260 zwischen zwei weiteren Stegen 250 gebildet. Entlang des Strömungspfades des Gases vom Einlass 230 zur Entlüftungsöffnung 150 bestehen am Ende des Kanals 270 sowie zu beiden Seiten des Durchlasses 260 Querschnittssprünge. Derartige Querschnittssprünge können zur Teilreflexion von Schall- bzw. Gaswellen verwendet werden und eignen sich, um die Wirkung des Schalldämpfers 125 weiter zu steigern.
-
In der in 6 gezeigten Ausführungsform befindet sich im Volumen des Schalldämpfers 125 ein poröses Element, beispielsweise Moosgummi oder Schaumgummi. In der dargestellten Ausführungsform lässt das poröse Element 280 eine keilförmige Aussparung 240 in direkter Verbindung zwischen dem Einlass 230 und der Entlüftungsöffnung 150 frei. In anderen Ausführungsformen können beliebige Teile, Teil-Hohlräume oder Kanäle 270 mit dem porösen Element 280 ausgekleidet oder ausgefüllt sein. Des Weiteren kann der Schaumgummi mindestens an einer Seite eine Beschichtung, beispielsweise eine Folie, aufweisen.
-
Es ist zu beachten, dass die mit Bezug auf die 2 bis 6 gezeigten Maßnahmen zur Gestaltung des Schalldämpfers 125 in beliebiger Weise miteinander kombinierbar sind. Beispielsweise können die mit Bezug auf 3 gezeigten unterschiedlich großen Teil-Hohlräume problemlos mit einem der Kanäle 270 der Ausführungsformen aus den 4 oder 5 kombiniert werden. In einer weiteren Variante können die Kanäle aus 4 mit den runden Begrenzungskonturen aus 2 kombiniert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
