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Die
Erfindung betrifft einen Unterdruck-Bremskraftverstärker gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Ein solcher Bremskraftverstärker ist beispielsweise aus
der
DE 41 27 000 A1 bekannt.
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Bremskraftverstärker der
genannten Art finden sich heutzutage in nahezu jedem PKW mit hydraulischer
Bremsanlage. Sie haben die Aufgabe, die vom Fahrer über das
Bremspedal eingeleiteten Betätigungskräfte zu verstärken und
an den Hauptzylinder der Bremsanlage weiterzugeben. Auf diese Weise
wird die zum Bremsen erforderliche Betätigungskraft, die der Fahrer
aufbringen muß,
auf einem komfortablen Niveau gehalten. Unterdruck-Bremskraftverstärker machen
sich die Druckdifferenz an einer beweglichen Wand zunutze, die in
einem luftdichten Gehäuse
zwischen einer im Betrieb evakuierten Unterdruckkammer und einer
Arbeitskammer angeordnet ist, um die vom Fahrer aufgebrachte Betätigungskraft
zu verstärken.
Zur Betätigung
des Bremskraftverstärkers
wird über
ein sogenanntes Steuerventil, das Teil des Bremskraftverstärkers ist,
eine Verbindung zur Umgebungsatmosphäre geöffnet und es strömt Luft
in die zuvor ebenfalls evakuierte Arbeitskammer ein. Die sich einstellende
Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer
wirkt nun als Verstärkerkraft
auf einen Arbeitskolben. Im Eintrittsbereich der Außenluft
ist üblicherweise
ein Luftfilterelement angeordnet, das vorzugsweise aus einem porösen Schaumstoff
besteht. Dieses Luftfilterelement hat die Aufgabe, zum einen Ansauggeräusche zu
reduzieren und zum anderen Schmutzpartikel von den mechanischen
Komponenten im Inneren des Steuerventilgehäuses fernzuhalten.
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Bei
dem aus der
DE 41 27
000 A1 bekannten Unterdruck-Bremskraftverstärker ist
das Luftfilterelement von zylindrischer Gestalt und weist eine zentrale
Durchgangsöffnung
auf, durch die ein radial auslenkbares Krafteingangsglied axial
in das Gehäuse des
Steuerventils hineinragt. Auf seiner bezüglich des Steuerventilgehäuses inneren
Stirnseite hat das Luftfilterelement eine sich konisch erweiternde
Ausnehmung. Bei diesem Luftfilterelement wird der Luftströmung mit
zunehmendem radialen Abstand von der Mittelachse, bedingt durch
die ansteigende Filtermaterialdicke, ein immer größerer Widerstand
entgegengesetzt. Dadurch wird zwar eine gute Geräuschdämmung erreicht, der Luftdurchsatz
nimmt jedoch stark ab. Ein weiteres Problem dieses Luftfilterelementes
besteht darin, daß es
bei einer radialen Auslenkung des Krafteingangsgliedes im Bereich
seines Durchtritts durch das Luftfilterelement zu einer so starken
Verformung des Filtermaterials kommen kann, daß sich dort ein Bypaß öffnet, durch
den ungefilterte Luft in den Innenraum des Steuerventilgehäuses eindringen
kann. Auch können
sich Probleme beim Einbau und Wechsel des Luftfilterelementes ergeben,
da das Luftfilterelement nur unter erheblicher Materialverformung
eingebaut werden kann. Infolgedessen kann es zu einer Beschädigung des
Filtermaterials kommen, zumindest muß jedoch nach dem Einbau der
korrekte Sitz des Luftfilterelementes überprüft werden.
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Die
DE 197 20 099 A1 beschreibt
einen Unterdruck-Bremskraftverstärker
mit einem in einem Steuerventilgehäuse angeordneten Luftfilterelement. Der
Außendurchmesser
des Luftfilterelements ist deutlich kleiner als der Innendurchmesser
des Steuerventilgehäuses.
Infolge dessen strömt
Umgebungsluft durch einen in einem Balg und einem Teller gebildeten
Lufteinlaß in
einen als Lufteinströmkanal für das Filterelement
fungierenden kreisringförmigen Zwischenraum,
der sich zwischen dem Außenumfang
des Luftfilterelements und dem Innenumfang des Steuerventilgehäuses über die
gesamte Länge des
Luftfilterelements bis zu einem Ventilkörperhalter erstreckt. Um in
das Innere des Steuerventilgehäuses
zu gelangen, durchströmt
die Luft das Luftfilterelement immer in radialer Richtung.
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Die
GB 2 051 270 A beschreibt
einen Unterdruck-Bremskraftverstärker
mit einem Luftfilterelement auf dessen Außenumfang mehrere axial verlaufende
Erhebungen und Vertiefungen angeordnet sind. Dadurch werden zwischen
dem Luftfilterelement und dem Innenumfang eines Steuerventilgehäuses mehrere
axial gerichtete und sich über
die gesamte Länge
des Filterelements erstreckende Zwischenräume gebildet, die als Lufteinströmkanäle für das Filterelement
fungieren. Um in das Innere des Steuerventilgehäuses zu gelangen, muß die Luft
das Luftfilterelement in radialer Richtung durchströmen, denn
die Innere axiale Stirnseite des Luftfilterelements ist verschlossen.
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Aus
der WO 96/17757 A1 ist ein Unterdruck-Bremskraftverstärker mit
einem Luftfilterelement bekannt, dessen Außendurchmesser erheblich geringer
ist als der Innendurchmesser eines Steuerventilgehäuses. Wenn
die Druckdifferenz im Bremskraftverstärker einen vorbestimmten Wert überschreitet,
wird ein Dichtelement geöffnet,
so daß zusätzlich zu
der Luft, die in axialer Richtung das Filterelement durchströmt, durch
einen Zwischenraum, der sich zwischen dem Filterelement und dem
Innenumfang des Steuerventilgehäuses
erstreckt, ungefilterte Luft in das Innere des Steuerventilgehäuses einströmen kann.
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Aus
der
US 5 373 776 A ist
ein Unterdruck-Bremskraftverstärker
mit einem Steuerventilgehäuse
bekannt, das an seinem offenen Ende einen kurzen Abschnitt mit erweitertem
Innendurchmesser aufweist. Ein Luftfilterelement weist zwei separate Abschnitte
auf, einen ersten im Inneren des Steuerventilgehäuses angeordneten Abschnitt
und einen zweiten außerhalb
des Steuerventilgehäuses
angeordneten Abschnitt, wobei der Außendurchmesser des zweiten
Abschnitts des Luftfilterelements größer ist als der Außendurchmesser
des Steuerventilgehäuses.
Um von einer Lufteinlaßöffnung in
einem Balg in das Innere des Steuerventilgehäuses zu gelangen, durchströmt die Außenluft
immer zunächst den
zweiten, äußeren Abschnitt
des Filterelements.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Unterdruck-Bremskraftverstärker mit
einem Luftfilterelement anzugeben, das auch bei einer radialen Auslenkung
des Krafteingangsglieds Schmutzpartikel aus der Außenluft
zuverlässig
vom Innenraum des Steuerventilgehäuses fernhält, eine gute Geräuschdämmung bewirkt
und gleichzeitig einen hohen Luftdurchsatz ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik,
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß zwischen
der Außenseite des
Luftfilterelementes und der Innenseite des Steuerventilgehäuses mindestens
ein axial gerichteter und mit der Außenluft direkt in Verbindung
stehender Lufteinströmkanal
für das
Luftfilterelement angeordnet ist, wobei das Luftfilterelement axial
durchströmbar
ist und der oder jeder Lufteinströmkanal von einem Bereich des
Steuerventilgehäuses
mit erweitertem Innendurchmesser gebildet ist, der sich nur über einen
Teil der Länge
des Luftfilterelements erstreckt. Auf diese Weise wird der in das
Steuerventilgehäuse einströmenden Luft
ein zusätzlicher
Strömungspfad zur
Verfügung
gestellt; der übliche
Strömungspfad, der
an der bezüglich
des Steuerventilgehäuses äußeren Stirnseite
des Luftfilterelementes beginnt und im wesentlichen axial durch
das Luftfilterelement verläuft,
bleibt erhalten. Der zusätzliche
Strömungspfad verläuft zunächst in
axialer Richtung durch den Lufteinströmkanal an der Außenseite
des Luftfilterelementes entlang und anschließend mit einer radialen Strömungskomponente
durch das Luftfilterelement. Auf diesem zusätzlichen Strömungspfad
wirkt der einströmenden
Luft ein nicht zu hoher und über
das Luftfilterelement relativ gleichmäßiger Strömungswiderstand entgegen. Die
erfindungsgemäße Anordnung
ermöglicht
so bei guter Dämpfung
der Ansauggeräusche
einen deutlich verbesserten Luftdurchsatz. Darüber hinaus erfährt das
Luftfilterelement, aufgrund des durch den Lufteinströmkanal gebildeten
Spaltes zwischen der Außenseite
des Luftfilterelementes und der Innenseite des Steuerventilgehäuses bei
einer Auslenkung des Krafteingangsgliedes erst dann eine Verformung,
wenn diese Auslenkung größer ist
als die radiale Erstreckung des Lufteinströmkanals. Zu einer wesentlichen,
die Filterwirkung möglicherweise
beeinträchtigenden
Verformung des Luftfilterelementes kann es erfindungsgemäß also erst
dann kommen, wenn der durch den Lufteinströmkanal gebildete Spalt "aufgebraucht" ist. Die im normalen
Betrieb dann noch auftretenden Verformungen des Luftfilterelementes
sind deshalb so gering, daß es
zu der im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnten Bypaßbildung
nicht mehr kommt. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Anordnung
eine konstruktiv einfache und wirksame Abdichtung des Luftfilterelementes
gegenüber dem
Steuerventilgehäuse
erreicht werden. Darüber hinaus
läßt sich
der Lufteinströmkanal
auf diese Weise produktionstechnisch günstig realisieren.
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Die
Ausbildung eines axial gerichteten Lufteinströmkanals zwischen der Außenseite
des Luftfilterelementes und der Innenseite des Steuerventilgehäuses kann
auf verschiedene Weise erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers hat
der Lufteinströmkanal
einen kreisringförmigen
Querschnitt und umgibt das Luftfilterelement konzentrisch. Aufgrund
der großen Lufteintrittsfläche ist
bei dieser Ausführungsform
ein besonders hoher Luftdurchsatz möglich.
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Einige
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers weisen
mehrere Lufteinströmkanäle auf,
die durch zumindest im wesentlichen axial verlaufende und von der
Außenseite des
Luftfilterelementes bis zur Innenseite des Steuerventilgehäuses reichende
Rippen gebildet sind. Diese Rippen können an der Innenseite des
Steuerventilgehäuses
angeordnet sein, vorzugsweise sind sie jedoch Teil des Luftfilterelementes
und insbesondere einstückig
mit letzterem ausgeführt.
Auch solche Ausführungsformen
zeichnen sich durch verbesserten Luftdurchsatz und eine gute Geräuschdämpfung aus.
Die Rippen sind so schmal gehalten, daß sie einer radialen Verlagerung
des Luftfilterelementes – ausgelöst beispielsweise
durch eine radiale Auslenkung des Krafteingangsgliedes – keinen
nennenswerten Widerstand entgegensetzen, so daß es auch bei diesen Ausführungsformen
im normalen Betrieb nicht zu der genannten Bypaßbildung aufgrund einer Verformung
des Luftfilterelementes kommt.
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Der
Luftdurchsatz durch das Luftfilterelement wird im wesentlichen von
der zu durchströmenden
Dicke des Filtermaterials bestimmt. Zur platzsparenden Aufnahme
einer das Krafteingangsglied rückstellenden
Feder weist das Luftfilterelement bei einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers auf
seiner, bezüglich
des Steuerventilgehäuses
inneren Stirnseite daher eine insbesondere zylindrische Ausnehmung
auf. Diese Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht
einen gleichmäßig hohen
Luftdurchsatz durch das Luftfilterelement und gleichzeitig eine
gute Filterung der einströmenden
Luft über
die radiale Erstreckung des Luftfilterelementes.
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Bei
einer weitergebildeten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers weist das
Luftfilterelement an seinem bezüglich
des Steuerventilgehäuses
inneren Ende einen Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser auf. Der Einbau des
Luftfilterelementes ist dadurch vereinfacht, weil das Luftfilterelement
besonders leicht in das Steuerventilgehäuse eingeführt werden kann und beim Einführen ein
Verkanten verhindert wird.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers wird
das Luftfilterelement von einem axial in das Steuerventilgehäuse ragenden
Krafteingangsglied durchsetzt und ist zwischen zwei vom Krafteingangsglied
getragenen Ringscheiben festgelegt.
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Eine
radiale Erstreckung jedes Lufteinströmkanals von 0,5 mm hat sich
als günstig
herausgestellt. Ein solches Maß erlaubt
einen genügend
hohen Luftdurchsatz und stellt sicher, daß eine radiale Auslenkung des
Krafteingangsgliedes nicht zu einer die Filterwirkung beeinträchtigenden
Verformung des Luftfilterelementes führt.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers wird
im folgenden anhand der beigefügten,
schematischen einzigen Figur näher
erläutert,
die im axialen Schnitt ein Steuerventil des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers zeigt.
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In
der Figur ist das Steuerventil allgemein mit 10 bezeichnet.
Es weist ein Steuerventilgehäuse 12 auf,
in dem ein Ventilkolben 14 und ein von einem Halteelement 16 fixiertes
Ventilschließglied 18 angeordnet
sind. In betriebsbereitem Zustand des Bremskraftverstärkers verbindet
das Steuerventil 10 in Abhängigkeit der Verschiebung eines
Krafteingangsgliedes 20 eine hier nicht dargestellte Arbeitskammer entweder
mit einer hier ebenfalls nicht dargestellten Unterdruckkammer, um
die Arbeitskammer zu evakuieren, oder mit der Außenluft, um eine Bremskraftverstärkung zu
erzielen. Die Arbeitskammer und die Unterdruckkammer sind im Bremskraftverstärkergehäuse (nicht
dargestellt) durch eine bewegliche Wand gasdicht voneinander getrennt.
Der Aufbau eines solchen Unterdruck-Bremskraft verstärkers ist Fachleuten
wohlbekannt und braucht deshalb hier nicht weiter erläutert zu
werden.
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Der
Ventilkolben 14 ist, wie dargestellt, mit dem axial verschiebbaren
und radial auslenkbaren Krafteingangsglied 20 gekoppelt,
dessen freies Ende aus dem Steuerventilgehäuse 12 herausragt.
Dieses freie Ende steht, wenn der Bremskraftverstärker in ein
Kraftfahrzeug eingebaut ist, in Verbindung mit einem hier nicht
dargestellten Betätigungsglied,
das üblicherweise
ein Bremspedal ist.
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Ein
im Steuerventilgehäuse 12 aufgenommenes,
zylindrisches Luftfilterelement 22 aus porösem Schaumstoffmaterial
wird vom Krafteingangsglied 20 mittig durchsetzt und ist
zwischen zwei vom Krafteingangsglied 20 getragenen Ringscheiben 24, 26 festgelegt.
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Die
Funktion des dargestellten Steuerventils 10 ist wie folgt:
Im bremsbereiten Zustand befindet sich das Steuerventil in der dargestellten
Lösestellung.
Es trennt in dieser Stellung die erwähnte, evakuierte Unterdruckkammer
von der dann ebenfalls evakuierten Arbeitskammer. Wird über das
nicht dargestellte Bremspedal und das Krafteingangsglied 20 eine
Betätigungskraft
in das Steuerventil 10 eingeleitet, verschiebt sich das
Krafteingangsglied 20 in Betätigungsrichtung (in der Figur
nach links). Der mit dem Krafteingangsglied 20 gekoppelte
Ventilkolben 14, genauer ein Ventilsitz 14a desselben,
hebt vom Ventilschließglied 18 ab
und stellt so eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer und der
Außenluft
her. Infolge der Druckdifferenz zwischen der unter Atmosphärendruck
stehenden Außenluft
und dem Unterdruck in der Arbeitskammer strömt nun Außenluft durch das Luftfilterelement 22 in
das Steuerventilgehäuse 12 und
von dort in die Arbeitskammer.
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Das
Luftfilterelement 22 hat die Aufgabe, die Außenluft
zu filtern, so daß Schmutzpartikel
von den mechanischen Komponenten im Inneren des Steuerventilgehäuses 12 ferngehalten
werden.
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Darüber hinaus
sorgt es für
eine Dämpfung der
durch die einströmende
Außenluft
entstehenden Ansauggeräusche.
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Die
Außenluft
kann in herkömmlicher
Art durch die bezüglich
des Steuerventilgehäuses 12 äußere Stirnfläche des
Luftfilterelementes 22 in axialer Richtung in das Steuerventilgehäuse 12 hineinströmen. Zur
Verbesserung des Luftdurchsatzes und Herabsetzung der Einströmgeräusche ist
zwischen der Außenseite
des Luftfilterelementes 22 und der Innenseite des Steuerventilgehäuses 12 ein
axial gerichteter Lufteinströmkanal 28 mit
kreisringförmigem
Querschnitt angeordnet. Dieser Lufteinströmkanal 28 umgibt die äußere Mantelfläche des
Luftfilterelementes 22 und wird von einem Bereich 30 des
Steuerventilgehäuses 12 mit
einem erweiterten Innendurchmesser gebildet. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
erstreckt sich dieser Bereich 30 des Steuerventilgehäuses 12 wie
dargestellt nicht über
die gesamte Länge
des Luftfilterelementes 22. Auf diese Weise, d.h. durch
den Kontakt der Mantelfläche
des Luftfilterelementes 22 mit der Innenseite des Steuerventilgehäuses 12 außerhalb
des erweiterten Bereiches 30, ist der Lufteinströmkanal 28 gut
gegenüber
dem Innenraum des Steuerventilgehäuses 12 abgedichtet.
Zur weiteren Verbesserung der Abdichtung des Luftfilterelementes 22 gegen
den Innenraum des Steuerventilgehäuses 12 liegt im gezeigten
Ausführungsbeispiel
die innere Stirnseite des Luftfilterelementes 22 an dem
Halteelement 16 an.
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Für die Außenluft
ergibt sich somit ein zusätzlicher
Strömungspfad,
der zunächst
in axialer Richtung entlang des Lufteinströmkanals 28 und dann
im wesentlichen radial durch das Luftfilterelement 22 verläuft.
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Auf
seiner bezüglich
des Steuerventilgehäuses 12 inneren
Stirnseite weist das Luftfilterelement 22 eine zylindrische
Ausnehmung 32 zur Aufnahme einer Krafteingangsglied-Rückstellfeder 33 auf.
Besonders im Bereich der Ausnehmung 32 entsteht vom Lufteinströmungskanal 28 eine
radial gerichtete Strömung
durch das Luftfilterelement 22 in das Innere des Steuerventilgehäuses 12.
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Kommt
es bei einer Betätigung
des Bremskraftverstärkers
zu einer radialen Auslenkung des Krafteingangsgliedes 20,
muß diese
radiale Auslenkung die radiale Erstreckung des Lufteinströmkanals 28 überschreiten,
ehe es zu einer Verformung des Luftfilterelementes 22 kommen
kann.
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An
seinem bezüglich
des Steuerventilgehäuses 12 inneren
Ende ist das Luftfilterelement 22 zudem mit einem Abschnitt 34 mit
verringertem Außendurchmesser
versehen, der das Einführen
des Luftfilterelementes 22 in das Steuerventilgehäuse 12 erleichtert
und beim Einführen
die Gefahr eines Verkantens des Luftfilterelementes 22 herabsetzt.