專利名稱：離心真空泵以及用于產(chǎn)生負壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分所述的離心真空泵以及用于產(chǎn)生負壓的方法。
背景技術(shù)：
用于對機動車輛中的制動助力器 進行供給的電動真空泵通常是葉片泵或是隔膜活塞泵的形式。然而，這些泵的工作原理具有大量缺點葉片泵由于葉片磨損而具有有限的壽命，由于過熱的危險而具有有限的連續(xù)運行時間，以及特別由于葉片與罩殼之間的大量摩擦而具有較差的效率。隔膜活塞泵的使用壽命比葉片泵的使用壽命長，但同樣有限，特別是由于隔膜的脆化。此外，隔膜活塞泵在低溫下、尤其是在_40°C以下具有高的功率消耗，具有較大的空間要求，以及由于旋轉(zhuǎn)運動向縱向運動的必要轉(zhuǎn)化而經(jīng)受摩擦損耗。所有常用的電動真空泵都具有較差的效率，也就是說，在泵的運行時間期間所完成的真空功與所消耗的電功率之比較低。從DE 197 25 335 Al中已知根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的離心真空泵。在該文獻中提出了使用離心真空泵作為用于制動助力器的負壓源。該文中描述的離心真空泵包含圍繞軸的環(huán)形腔；一方面，抽吸管路通入到該環(huán)形腔中，另一方面，由彎曲的葉片形成的空氣流通道的徑向內(nèi)端與該環(huán)形腔相鄰。在該環(huán)形腔中，待抽吸的空氣軸向地且徑向地流向軸，從而促進湍流的形成。葉片相對較短并且因此空氣流通道相對較短。另外，葉片必須移動經(jīng)過外殼的固定表面，并且由于它們之間的間隙不能夠在不產(chǎn)生摩擦或過多的摩擦的情形下制得無限小，所以泵送的空氣能夠回流到該位置的較低壓區(qū)域中。所有這些限制了效率和可獲得的壓差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進離心真空泵的效率和可獲得的壓差。該目的通過用于產(chǎn)生負壓的一般方法、以及通過獨立權(quán)利要求的特征部分在一般的離心真空泵中得以實現(xiàn)。在本發(fā)明的情況下，軸形成抽吸管路的一部分，在抽吸管路中，待抽吸的空氣與軸基本同軸地流動，然后在多個孔處偏轉(zhuǎn)到空氣流通道。軸向和徑向空氣流因而以促進流動的方式分離，從而抵消湍流。通過使用軸的內(nèi)部用于軸向空氣供給，對于泵輪的相同外周長，空氣流通道能夠比上述現(xiàn)有技術(shù)更長。由于入口空氣的軸向引導(dǎo)，泵送的空氣肯定僅僅偏轉(zhuǎn)兩次以相對于軸的軸線偏轉(zhuǎn)大約90度，而不是像上述現(xiàn)有技術(shù)中那樣偏轉(zhuǎn)三次。相對于彼此可動的部件之間的氣密性能夠簡單地利用外殼與軸之間的密封來提供，這種密封由于軸的相對較小的半徑而能夠容易地且?guī)缀鯖]有摩擦地實現(xiàn)。所有這些都非常顯著地改進了離心真空泵的效率和可獲得的壓差，因此，本發(fā)明特別適于作為用于向制動系統(tǒng)供給負壓的電驅(qū)動真空泵。改進的效率使得能夠減少具有內(nèi)燃發(fā)動機或電動機或者具有內(nèi)燃發(fā)動機和電動機兩者(像混合動力車輛中那樣)的機動車輛的燃料和能量消耗。然而，根據(jù)本發(fā)明的泵的原理還具有大量的其他應(yīng)用，用于向設(shè)備或機器供給負壓或用于空氣抽取，這里的術(shù)語“空氣”不僅包括存在于地球大氣中的氣體混合物，還包括其他氣體或氣體的混合物。在優(yōu)選實施例中，離心泵葉輪是封閉的泵輪；也就是說，除了其徑向內(nèi)端和外端之夕卜，離心泵葉輪的空氣流通道是處處封閉的，使得流出的空氣不能夠沿著空氣流通道的長度從任何位置進入或逸出。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，與上述現(xiàn)有技術(shù)或常規(guī)的離心風扇相反(其中，空氣流通道在泵葉輪遵循大約彎曲的路徑并且其橫截面朝外側(cè)變寬)，離心泵葉輪的空氣流通道基本呈直線地離開軸徑向地延伸，并且沿其長度具有基本相同的橫截面。流過這種直通道的空氣經(jīng)歷最大的加速，并且由于通道的流動橫截面不沿徑向方向增大，所以與通道的橫截面朝外側(cè)增大的情況相比，在其中輸送的空氣的速度減小得較少。這兩個措施都增大了可獲得的壓差。能夠通過電動機使離心真空泵達到高旋轉(zhuǎn)速度，在高旋轉(zhuǎn)速度下，產(chǎn)生足以向制動助力器供給負壓的泵送功率和壓差。當在機動車輛中使用時，離心真空泵可以替代性地由內(nèi)燃發(fā)動機或內(nèi)燃發(fā)動機的任何輔助設(shè)備來機械地驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明，渦輪機葉輪也可以是集成的徑向/軸向渦輪機葉輪的形式。在這種情況下，中空的中心軸向軸連接于集成的徑向/軸向渦輪機葉輪的功能性內(nèi)腔?？諝饨?jīng)由中空的軸向軸通過渦輪機葉輪被抽取。當集成的徑向/軸向渦輪機葉輪在根據(jù)本發(fā)明的真空泵中使用時，渦輪機葉輪已使空氣流偏轉(zhuǎn)。復(fù)雜和高成本的金屬片引導(dǎo)元件因此并不是必需的。用于中空軸的冗余密封的唇密封件也被省卻。兩側(cè)上的軸向空氣出口能夠被一側(cè)上的空氣出口替代。環(huán)形空氣出口能夠省卻，并由圓柱形空氣出口來替代。


下面參照附圖中表示的示例性實施例更詳細地闡釋本發(fā)明，在附圖中圖I示出了穿過具有中空軸和封閉的徑向渦輪機葉輪的離心真空泵的縱截面圖；圖2a_2c示出了沿圖I中的A-A線穿過中空軸、徑向渦輪機葉輪和一些相關(guān)的引導(dǎo)葉片的徑向局部截面圖，以及在兩個實施例中具有相關(guān)的引導(dǎo)葉片的渦輪機葉輪的兩個俯視圖；圖3是具有中空軸、封閉的徑向渦輪機葉輪和附加的軸向渦輪機葉輪的離心真空栗的不意圖；圖4示出了集成的徑向/軸向渦輪機葉輪；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的離心泵的替代性設(shè)計。
具體實施例方式圖I所示的離心真空泵包括基本旋轉(zhuǎn)對稱的外殼1，中空軸2沿外殼I的軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝。中空軸2具有封閉端，該封閉端連接于示意性表示的電動機3的居中布置的轉(zhuǎn)子，其中電動機3軸向緊固在外殼I中或外殼I上，并且中空軸2通過電動機3安裝在軸承中。中空軸2通過與電動機3相距一定軸向距離處的深溝球軸承4安裝在外殼I中。兩個盤形葉片支架5、6 —體地形成在中空軸2上，葉片支架5、6彼此相距一定軸向距離地各自從中空軸2的筒部向外延伸，并且因此在中空軸2由電動機3驅(qū)動時與中空軸2—起旋轉(zhuǎn)。
兩個葉片支架5、6之間支承有24個葉片7，這些葉片以15度的角度間隔繞中空軸2分布，如圖2a所示(在圖2a中僅僅繪制了少量的葉片7)，并且因此形成離心泵葉輪。與常規(guī)的離心泵葉輪不同，葉片7不是薄葉片，而是當垂直于中空軸2的軸向看時在橫截面上呈楔形(如圖2a所示)，使得葉片7之間的間隔形成細長的空氣流通道8，空氣流通道8徑向遠離中空軸2平直地延伸，并且沿其長度具有相同的橫截面，即矩形橫截面，例如，如從圖2a右邊看到的。葉片支架5、6不僅具有支承葉片7的功能，還具有保持形成在葉片7之間的空氣流通道8在徑向方向上沿其長度處處封閉的功能。葉片7可以例如由金屬片折疊并被焊接到葉片支架5、6上?？商娲兀芍锌蛰S
2、葉片支架5、6以及實心葉片7形成的軸/泵葉輪單元可以制成一件式，例如由輕合金鑄造。中空軸2的筒部包括多個孔9，孔9將中空軸2的內(nèi)部10連接于環(huán)形腔11，環(huán)形腔11在葉片7下方在葉片支架5、6之間維持暢通，環(huán)形腔11在徑向方向上較窄，孔9鄰近空氣流通道8的徑向內(nèi)端。中空軸2具有開口端，固定的入口連接件12伸入到該開口端中。入口連接件12從中空軸2的開口端穿過外殼I延伸到外部。中空軸2的內(nèi)部10，通過布置在中空軸2與入口連接件12之間的環(huán)形密封填料13以相對于外殼I的剩余部分氣密的方式被密封。布置在深溝球軸承4旁邊的環(huán)形唇密封件14為中空軸2的內(nèi)部10提供附加密封，唇密封件14的密封唇靠在中空軸2的筒部上，并且唇密封件14的外周牢固地且密封地安置在外殼I中。8個金屬片空氣引導(dǎo)件15繞由葉片支架5、6和葉片7形成的離心泵葉輪的周部等間距地分布。每個金屬片空氣引導(dǎo)件15都在外側(cè)緊固于外殼1，并且沿外殼I的軸線延伸比泵葉輪的軸向長度大的一段距離。在泵葉輪與金屬片空氣引導(dǎo)件15之間存在小的間隙，并且在泵葉輪的軸向端的軸向外側(cè)，金屬片空氣引導(dǎo)件15沿外殼I的軸線方向延伸一段短距離，如能夠從圖I中看到的。在金屬片空氣引導(dǎo)件15的兩個軸向端的區(qū)域中，外殼I向環(huán)境敞開，形成環(huán)形空氣出口 16和17。環(huán)形空氣出口 16也可以由簡單的圓柱形開口來替代。等效地，在泵葉輪的充分軸向通風的情況下，外殼可以僅僅在一側(cè)通風。金屬片空氣引導(dǎo)件15可以相對于縱向軸線以螺旋構(gòu)造布置在外殼I的圓柱形內(nèi)壁上，使得由泵葉輪輸送的空氣能夠更好地排放到側(cè)部。在這種情況下，相應(yīng)的螺旋角的方位取決于離心泵葉輪的旋轉(zhuǎn)方向。圖2b示出了泵葉輪(5、6、7)在兩側(cè)軸向通風的實施例，如在圖I中由環(huán)形空氣出口 16和17所表示的。在這種情況下，金屬片空氣引導(dǎo)件15相對于離心泵葉輪的中央平面對稱地布置。如果外殼僅僅在一側(cè)具有空氣出口，那么泵葉輪在一側(cè)軸向通風。金屬片空氣引導(dǎo)件然后沿其全部長度朝通風側(cè)對齊，如圖2c所示。如果電動機3、軸2、因此還有離心泵葉輪(其由葉片支架5、6和葉片7形成并與中空軸2形成單元)沿圖2a中標出的箭頭方向旋轉(zhuǎn)，則連續(xù)的空氣流沿圖I和2中示意性繪制的流動箭頭逐漸積聚。具體地，空氣(例如，待從真空制動助力器抽取的空氣)經(jīng)由入口連接件12流入軸2的內(nèi)部10，并從該處穿過孔9流入空氣流通道8，在該處被加速并因而被排到外部。在空氣已經(jīng)離開空氣流通道8之后，其沿兩個軸向方向抵靠外殼I的內(nèi)側(cè)被偏轉(zhuǎn)，并沿著金屬片空氣引導(dǎo)件15流動，并且穿過環(huán)形空氣出口 16和17流出外殼I (見圖2b)。
然而，在具有充分的通風的情況下，沿徑向離開離心葉輪的空氣也可以僅僅在一個軸向方向上偏轉(zhuǎn)并通過外殼的一側(cè)上的空氣出口 16、17通風。然后，在僅僅一個軸向方向上的偏轉(zhuǎn)通過僅朝通風側(cè)定向的金屬片引導(dǎo)件15實現(xiàn)(見圖2c)。從離心泵葉輪排出的空氣，通過中空軸2和入口連接件12產(chǎn)生隨后的空氣流動。在空氣流通道8中的位于圖2a的底部的一個的出口處，由于離心力而沿徑向方向離開的空氣的流動速度由箭頭18表示。由于離心作用期間出現(xiàn)的科里奧利力(Coriolisforce)而與泵葉輪的周部相切地離開空氣流通道8的空氣的流動速度由箭頭19表示。兩個流動速度18和19的向量疊加產(chǎn)生由箭頭20表示的傾斜的絕對流出方向。在圖2a中能夠看到，金屬片空氣引導(dǎo)件15大約平行于流出方向20延伸，由此，空氣的流出被均質(zhì)化并改善。流出方向20主要由離心泵葉輪的入口半徑和出口半徑確定，并能夠通過計算來確定。金屬片空氣引導(dǎo)件可以附加地相對于外殼外周傾斜地布置，使得由離心泵葉輪輸送的空氣能夠更好地排到側(cè)部。金屬片空氣引導(dǎo)件的傾斜布置的方位由旋轉(zhuǎn)方向確定。圖2a中的底部的流動箭頭表示絕對空氣流動，亦即，與外殼I相關(guān)的流動，而圖2a的右邊的流動箭頭示出了相對空氣流動，亦即，與沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)的泵葉輪相關(guān)的流動。能夠看到，葉片7的相對于泵葉輪旋轉(zhuǎn)方向的正面在徑向方向上比葉片7的相對于泵葉輪旋轉(zhuǎn)方向的背面短這一事實，有助于空氣從空氣流通道8流出。由于橫截面為楔形的葉片7的背面超出泵葉輪的剩余外周伸出一段短距離，所以每個葉片形成使離開前一個空氣流通道8的空氣偏轉(zhuǎn)離開泵葉輪的擾流器21，從而使得來自下一個空氣流通道8的空氣也能夠無阻地離開。所描述的離心真空泵顯示出比葉片泵或隔膜活塞泵顯著低的摩擦損失。除了深溝球軸承4、密封填料13和唇密封件14處的損失之外，不存在摩擦損失。不會出現(xiàn)在葉片與葉片泵的罩殼之間出現(xiàn)的大的摩擦損失。由于封閉的離心泵葉輪5、6、7，不存在間隙損失。特別的特征在于，經(jīng)由中空軸2的入口流直接到達封閉的離心泵葉輪5、6、7，并且從入口到出口連續(xù)地遠離環(huán)境密封。真空泵是堅固耐用的，并且不由于過熱的危險而具有運行時間限制。真空泵的設(shè)計原理是簡單和節(jié)省成本的。因此，當用于在機動車輛中供給負壓時，與經(jīng)常使用的葉片泵和隔膜活塞泵相比，成本顯著地低，并且例如允許用于無刷電動機3的附加支出，借此，使用壽命也不受限制，正如葉片泵或隔膜活塞泵的情況。已經(jīng)描述的離心真空泵的抽吸功率可以通過附加的軸向渦輪機葉輪來增大，如圖3示意性所示。與圖I和圖2的示例性實施例相似,中空軸32安裝在外殼31中，由電動機33驅(qū)動，并且與離心泵葉輪34形成單元。在離心泵葉輪34的與電動機33相反的一側(cè)上(該離心泵葉輪34為徑向渦輪機葉輪)，中空軸32支承軸向渦輪機葉輪35，渦輪機葉輪35抽吸由離心泵葉輪34泵送的空氣并將其輸送到外殼31外，如流動箭頭所示。圖4示出了集成的徑向/軸向渦輪機葉輪36的另一個實施例。中空的中央軸向軸10連接于集成的徑向/軸向渦輪機葉輪36的功能性內(nèi)腔。空氣經(jīng)由中空軸向軸10被渦輪機葉輪36抽取。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的離心泵的替代性設(shè)計。在這種情況下，空氣通過集成的徑向/軸向渦輪機葉輪36以促進流動的方式 被偏轉(zhuǎn)。這里，復(fù)雜和高成本的金屬片引導(dǎo)件15不是必需的。用于中空軸的冗余密封的唇密封件14也被省卻。兩側(cè)上的軸向空氣出口被一側(cè)上的空氣出口替代。省卻了復(fù)雜和高成本的右手側(cè)空氣出口 17。環(huán)形空氣出口 16由簡單的圓柱形空氣出口 16a來替代。
權(quán)利要求
1.一種離心真空泵，包括外殼(I)和離心泵葉輪(5、6、7)，所述離心泵葉輪(5、6、7)通過軸(2)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼內(nèi)并且具有多個大約徑向設(shè)置的空氣流通道(8)，所述空氣流通道(8)在其徑向內(nèi)端流動地連接于伸入到所述外殼中的抽吸管路(12)，并且在其徑向外端流通地連接于伸出所述外殼的至少一個空氣出口(16、17)， 其中，所述軸是中空軸(2)，多個孔(9)形成在所述中空軸(2)的筒體中，所述中空軸的內(nèi)部(10)經(jīng)由所述多個孔(9)流通地連接于所述空氣流通道(8)，并且其中所述抽吸管路(12)流通地連接于所述中空軸的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的離心真空泵，其中 所述真空泵用作機動車輛中的制動助力器的負壓源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的離心真空泵，其中 與所述中空軸(2)機械連接的電動機(3)或內(nèi)燃發(fā)動機用作所述離心真空泵的驅(qū)動件。
4.根據(jù)權(quán)利要求中任一項所述的離心真空泵，其中 所述離心泵葉輪的所述空氣流通道(8)沿其長度處處封閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求中任一項所述的離心真空泵，其中 所述離心泵葉輪的所述空氣流通道(8)基本呈直線地離開所述中空軸(2)徑向延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求中任一項所述的離心真空泵，其中 所述離心泵葉輪的所述空氣流通道(8)沿其長度具有基本相同的橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離心真空泵，其中 所述離心泵葉輪的所述空氣流通道(8)沿其長度具有基本矩形的橫截面，并且設(shè)置在所述離心泵葉輪的具有楔形橫截面的葉片(7)之間，所述葉片的相對于所述離心泵葉輪的旋轉(zhuǎn)方向的正面比所述葉片的相對于所述離心泵葉輪的旋轉(zhuǎn)方向的背面短。
8.根據(jù)權(quán)利要求中任一項所述的離心真空泵，其中 繞所述離心泵葉輪的周部分布有多個固定的金屬片空氣引導(dǎo)件(15)，所述金屬片空氣引導(dǎo)件(15)大約平行于空氣離開所述空氣流通道(8)的流動方向布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的離心真空泵，其中 所述金屬片空氣引導(dǎo)件(15)附加地傾斜定位在所述外殼的周部上。
10.根據(jù)權(quán)利要求中任一項所述的離心真空泵，其中 所述中空軸(32)附加地支承軸向渦輪機葉輪(35)，所述軸向渦輪機葉輪(35)適于抽吸離開所述離心泵葉輪(34)的空氣并將其輸送到所述外殼(31)夕卜。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的離心真空泵，其中 所述渦輪機葉輪是集成的徑向/軸向渦輪機葉輪(36)的形式。
12.—種通過泵葉輪(5、6、7)產(chǎn)生負壓的方法， 所述泵葉輪(5、6、7)通過軸(2)可旋轉(zhuǎn)地安裝在外殼(I)內(nèi)并且具有多個大約徑向設(shè)置的空氣流通道(8)，所述空氣流通道(8)通過離心力將空氣從其徑向內(nèi)端輸送到其徑向外端， 其中，允許待抽吸的空氣從所述軸(2)中的軸向腔(10)通過所述軸中的多個孔(9)流入所述空氣流通道(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離心真空泵，其包括外殼(1)和離心泵葉輪(5、6、7)，所述離心泵葉輪(5、6、7)通過軸(2)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼內(nèi)并且具有多個大約徑向設(shè)置的空氣流通道，空氣流通道在其徑向內(nèi)端流通地連接于伸入到所述外殼中的抽吸管路(12)，并且在其徑向外端流通地連接于伸出所述外殼的至少一個空氣出口(16、17)。根據(jù)本發(fā)明，所述軸是中空軸(2)，多個孔(9)形成在所述中空軸(2)的筒體中，所述中空軸的內(nèi)部(10)經(jīng)由所述多個孔(9)流通地連接于空氣流通道(8)，抽吸管路(12)流通地連接于所述中空軸的內(nèi)部。本發(fā)明還涉及一種產(chǎn)生負壓的方法。
文檔編號F04D17/10GK102628446SQ201210022549
公開日2012年8月8日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月2日
發(fā)明者賴納·施密德 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司