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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe und ein Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe.
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Aus der
DE 10 2009 054 499 A1 ist eine Vakuumpumpe für einen Bremskraftverstärker bekannt. Die Vakuumpumpe ist zum Absaugen von Luft aus einer als Arbeitsraum ausgebildeten Unterdruckkammer in dem Bremskraftverstärker ausgebildet und umfasst eine Arbeitskammer mit einer beweglichen, die Arbeitskammer in ihrem Volumen verändernden Wand in Form einer Membran, ein mit der Unterdruckkammer verbindbares Einlassventil zum Ansaugen der Luft in die Arbeitskammer, wenn diese durch die Wand expandiert wird, ein Auslassventil zum Ausblasen der Luft aus der Arbeitskammer, wenn die angesaugte Luft durch die Wand komprimiert wird, und eine an die Wand auf einer der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite einen Aufschlagsdruck anlegende Aufschlagkammer in Form einer Antriebskammer, in der ein Kolbenantrieb zum Bewegen der Wand angeordnet ist. Dabei ist das Auslassventil mit der Aufschlagskammer verbunden.
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Moderne Kraftfahrzeuge setzen hohe Anforderungen in Bezug an eine angenehme Geräuschkulisse für die Insassen. Bekannte gattungsgemäße trockenlaufende Vakuumpumpen verursachen im Betrieb Geräusche, deren Schallwellen nicht nur in die Umgebung der Vakuumpumpe abstrahlen, sondern durch die pneumatischen Leitungen in das Innere des Bremskraftverstärkers gelangen können, dessen Bestandteile anregen und so in die Fahrzeugkarosserie übertragen werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vakuumpumpe insbesondere schalltechnisch zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vakuumpumpe zum Absaugen von Luft aus einer Unterdruckkammer eine Arbeitskammer mit einer beweglichen, die Arbeitskammer in ihrem Volumen verändernden Wand, ein mit der Unterdruckkammer verbindbares Einlassventil zum Ansaugen der Luft in die Arbeitskammer, wenn diese durch die Wand expandiert wird, ein Auslassventil zum Ausblasen der Luft aus der Arbeitskammer, wenn die angesaugte Luft durch die Wand komprimiert wird, und eine an die Wand auf einer der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite einen Aufschlagsdruck anlegende Aufschlagkammer, wobei der Aufschlagsdruck von einem Auslassdruck an einer auf der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite des Auslassventils unabhängig ist.
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Der angegebenen Vakuumpumpe liegt die Überlegung zugrunde, dass in der eingangs genannten Vakuumpumpe eine Druckdifferenz zwischen der Aufschlagskammer und der Arbeitskammer auf die Wand der Arbeitskammer wirkt. Ist diese Druckdifferenz gesehen von der Arbeitskammer aus größer als Null, so wirkt die Aufschlagskammer gegen die Arbeitskammer und komprimiert diese unabhängig vom Antrieb in der Aufschlagskammer. Ist die Druckdifferenz dagegen gesehen von der Arbeitskammer aus kleiner als Null, so wirkt die Arbeitskammer gegen die Aufschlagskammer und expandiert. Die Arbeitskammer kann dann noch durch den Antrieb komprimiert werden.
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Da das Auslassventil in der eingangs genannten Vakuumpumpe mit der Aufschlagskammer verbunden ist, ist der Aufschlagsdruck in der Aufschlagskammer vom Auslassdruck an einer auf der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite des Auslassventils abhängig. Wird in dieser Vakuumpumpe die expandierte Arbeitskammer, die mit Luft aus der Unterdruckkammer gefüllt ist, durch den Antrieb komprimiert, so steigt der Arbeitskammerdruck in der Arbeitskammer, bis er den Auslassdruck von der Arbeitskammer aus gesehen hinter dem Auslassventil übersteigt. Dann öffnet sich das Auslassventil und die Luft in der Arbeitskammer wird über die Aufschlagskammer in die Umgebung entlassen. Um diese Luft in die Umgebung entlassen zu können muss die Aufschlagskammer jedoch zur Umgebung hin geöffnet sein, so dass der Aufschlagkammerdruck in der Aufschlagskammer und damit der Auslassdruck um den Umgebungsdruck schwanken. Es lässt sich zeigen, dass unter dieser Voraussetzung das Auslassventil öffnet, wenn die Arbeitskammer fast vollständig komprimiert ist. Öffnet das Auslassventil, entweicht die komprimierte Luft in der Arbeitskammer über das Auslassventil und es entsteht eine Sogwirkung auf die bewegliche Wand der Arbeitskammer. Da die Sogwirkung im fast vollständig komprimierten Zustand der Arbeitskammer auftritt, wird die Wand hierbei gegen eine andere, feststehende Wand der Arbeitskammer geschlagen. Dies kann deutlich durch ein Geräusch wahrgenommen werden, was aufgrund der hohen Betriebsfrequenz der Vakuumpumpe störend wirken kann.
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Um dieses Geräusch zu vermeiden wird im Rahmen der angegebenen Vakuumpumpe vorgeschlagen, die zuvor genannte Sogwirkung entweder vollständig zu vermeiden, oder an einen Punkt beim Komprimieren der Arbeitskammer zu legen, an dem die Komprimierung der Arbeitskammer weniger weit fortgeschritten ist, als in der eingangs genannten Vakuumpumpe. Dazu wird im Rahmen der angegebenen Vakuumpumpe vorgeschlagen, an die Aufschlagkammer einen von der Arbeitskammer unabhängigen Aufschlagdruck anzulegen. Ein derartiger Aufschlagdruck könnte dabei jeder beliebige Druck sein, denn es zeigt sich, dass die geräuschmindernden Effekte bereits eintreten, sobald der Aufschlagdruck in der Aufschlagkammer nicht mehr mit dem Arbeitskammerdruck in der Arbeitskammer schwankt.
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Der Aufschlagdruck kann dabei kleiner oder größer als der Auslassdruck am Auslassventil sein. Solange der Aufschlagdruck größer ist, als der Auslassdruck kann die oben genannte Sogwirkung überhaupt nicht auftreten, so dass das genannte Geräusch nicht mehr auftreten kann. Im Gegenzug dazu wird die Sogwirkung desto weiter vor die absolute Kompression der Arbeitskammer verschoben, je kleiner der Aufschlagdruck gegenüber dem Auslassdruck ist.
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In einer Weiterbildung umfasst die angegebene Vakuumpumpe die Antriebskammerdruckquelle, wobei der Antriebskammerdruck derart gewählt ist, dass ein maximaler Druck der Antriebskammer gegen die Arbeitskammer einen vorbestimmten Wert aufweist. Dieser maximale Druck, mit dem die Antriebskammer gegen die Arbeitskammer drückt ist ein Maximum der oben genannten Druckdifferenz.
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Dabei sollte der Aufschlagsdruck ferner größer als ein Einlassdruck an einer auf der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite des Einlassventils sein, um die oben genannten Geräusche auch beim Einlassen von Luft aus dem Unterdruckraum in die Arbeitskammer zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt weist der Aufschlagsdruck einen ersten vorbestimmten Mindestabstand vom Einlassdruck und einen zweiten vorbestimmten Mindestabstand vom Auslassdruck auf. Auf diese Weise wird die Sogwirkung in die Mitte zwischen einem absoluten Kompressionspunkt und einem absoluten Expansionspunkt der Arbeitskammer verlegt. Auf diese Weise kann zudem eine zeitliche Lastverteilung in der angegebenen Vakuumpumpe harmonisiert werden. Dieser Ausführung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Sogwirkung die Kompression und analog auch die Expansion der Arbeitskammer beim Öffnen des Einlassventils unterstützen kann. Diese unterstützende Wirkung senkt die mechanischen Wechsellasten auf ein Antriebselement zum Bewegen der Wand sowie die Wand der Vakuumpumpe selbst und steigert so die Lebensdauer dieser Teile.
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Das zuvor genannte Antriebselement kann dabei in der Aufschlagskammer zum Bewegen der Wand beim Komprimieren und Expandieren der Arbeitskammer angeordnet sein.
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Ferner kann die Aufschlagskammer einen Anschluss aufweisen, über den eine Druckquelle zum Beaufschlagen der Aufschlagskammer mit dem Aufschlagsdruck in einfacher Weise an die Aufschlagskammer angeschlossen werden kann. Diese Druckquelle kann wie bereits erwähnt einen Aufschlagsdruck an die Aufschlagskammer anlegen, der kleiner oder größer als der Auslassdruck am Auslassventil ist.
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In einer besonderen Weiterbildung der angegebenen Vakuumpumpe ist die Druckquelle die Unterdruckkammer. Auf diese Weise braucht als Druckquelle keine eigenes Element bereitgestellt zu werden, wodurch nicht nur Kosten eingespart werden können, die angegebene Vakuumpumpe lässt sich auch mit weniger Bauraum aufbauen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die angegebene Vakuumpumpe ein Ventil, das zwischen die Unterdruckkammer und den Anschluss für die Druckquelle schaltbar ist. Dieses Ventil verhindert einen allzu schnellen Druckausgleich zwischen der Unterdruckkammer und der Aufschlagskammer und verringert so Schwankungen im Druck der Unterdruckkammer.
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In einer noch anderen Weiterbildung der angegebenen Vakuumpumpe ist die Wand der angegebenen Vakuumpumpe eine die Expansion und Kompression durchführende Membran.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Bremskraftverstärker einen Behälter, wenigstens eine den Behälter in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum trennende, bewegliche Wand, die durch ein Bremspedal steuerbar ist, und eine der angegebenen Vakuumpumpen zum Erzeugen eines Unterdruckes im zweiten Arbeitsraum.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer zum Absaugen von Luft aus einer Unterdruckkammer eingerichteten Vakuumpumpe, insbesondere einer der zuvor angegebenen Vakuumpumpen, die eine Arbeitskammer mit einer beweglichen, die Arbeitskammer in ihrem Volumen verändernden Wand, ein mit der Unterdruckkammer verbindbares Einlassventil zum Ansaugen der Luft in die Arbeitskammer, wenn diese durch die Wand expandiert wird und ein Auslassventil zum Ausblasen der Luft aus der Arbeitskammer, wenn die angesaugte Luft durch die Wand komprimiert wird, die Schritte
- – Anlegen eines Aufschlagsdrucks an die Wand auf einer der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite, der von einem Auslassdruck an einer auf der Arbeitskammer gegenüberliegenden Seite des Auslassventils unabhängig ist, und
- – Bewegen der Wand zum Komprimieren und Expandieren der Arbeitskammer, wenn der Aufschlagsdruck an die Wand angelegt ist.
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Das angegebene Verfahren kann um Merkmale erweitert werden, die den Merkmalen der Unteransprüche der angegebenen Vakuumpumpe sinngemäß entsprechen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist eines der angegebenen Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des hinterlegten Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Ansteuern einer Betriebsbremse,
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2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zum Ansteuern der Betriebsbremse in dem Fahrzeug der 1 mit einer Vakuumpumpe,
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3 Schnittansicht der Vakuumpumpe der 2,
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4 eine schematische Ansicht der Vakuumpumpe aus 3,
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5 eine schematische Ansicht einer alternativen Vakuumpumpe zur Vakuumpumpe aus 3, und
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6 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Vakuumpumpe zur Vakuumpumpe aus 3 zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug 2 mit einer Vorrichtung 4 zum Ansteuern einer nicht weiter referenzierten Betriebsbremse des Fahrzeuges 2 zeigt.
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Das Fahrzeug 2 weist ein Chassis 8 auf, das auf einer nicht weiter dargestellten Straße auf vier Rädern 10 über einen nicht weiter dargestellten Fahrzeugmotor angetrieben rollen kann. An den einzelnen Rädern 10 sind in der vorliegenden Ausführung Bremsscheiben 12 drehfest befestigt, an denen drehfest zum Chassis 8 befestigte Bremseffektoren 14 angreifen können, um die Räder 10 in einer an sich bekannten Weise zu blockieren und das Fahrzeug 2 aus der Fahrt heraus abzubremsen. Diese Bremseffektoren 14 werden von einem Tandemhauptzylinder 16 über hydraulische Leitungen 18 basierend auf einer mit einem Bremspedal 20 vorgebbaren Bremsanforderung 22 angesteuert.
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Dabei weist die Vorrichtung 4 zum Ansteuern der Betriebsbremse einen Bremskraftverstärker 24 auf, der die Bremsanforderung 22 des Bremspedals 20 verstärkt, so dass an dem Tandemhauptzylinder 16 eine verstärkte Bremsanforderung 26 anliegt. Dabei wird aus dem Bremskraftverstärker 24 über eine Vakuumpumpe 28 Luft 30 abgesaugt, so dass in dem Bremskraftverstärker 24 ein Vakuum aufgebaut wird.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht der Vorrichtung 4 zum Ansteuern der Betriebsbremse in dem Fahrzeug 2 der 1 mit der Vakuumpumpe 28 in einem ersten Zustand a), im Rahmen dessen das Bremspedal 20 unbetätigt ist, und einem zweiten Zustand b), im Rahmen dessen das Bremspedal 20 beispielsweise durch einen Fahrer des Fahrzeuges 2 betätigt ist, zeigt.
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In der in 2 gezeigten Vorrichtung 4 werden die Bremsanforderung 22 und die verstärkte Bremsanforderung 26 mittels einer Kolbenstange 32 übertragen. Dabei ist die Kolbenstange 32 durch den Bremskraftverstärker 24 geführt.
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Der Bremskraftverstärker 24 weist einen Behälter 34 auf, der mittels einer ortsfest an der Kolbenstange 32 befestigten Trennwand 36 in einen ersten Arbeitsraum 38 und einen zweiten Arbeitsraum 40 unterteilt ist. Im ersten Arbeitsraum 38 weist der Bremskraftverstärker 24 eine Lufteinlassöffnung 42 auf, die mit einem ortsfest an der Kolbenstange 32 befestigten Verschluss 44 verschließbar ist. In der Trennwand selbst ist eine Durchlassöffnung 46 ausgebildet, durch die Luft vom zwischen den Arbeitsräumen 38, 40 strömen kann. Ferner ist die Trennwand 36 über ein Rückstellelement 48, wie beispielsweise eine Feder im Behälter 34 abgestützt.
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Im unbetätigten Zustand a) des Bremspedals 20, auch Ruhestellung des Bremspedals 20 genannt, verschließt der Verschluss 44 die Lufteinlassöffnung 42, wobei die Durchlassöffnung 46 zwischen den beiden Arbeitsräumen 38, 40 geöffnet ist und so zwischen den beiden Arbeitsräumen 38, 40 ein Druckausgleich stattfindet. Dieser Druckausgleich wird durch die Vakuumpumpe 28 beeinflusst, die die Luft 30 aus dem zweiten Arbeitsraum 40 absaugt.
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Wird das Bremspedal 20 im Rahmen des Zustandes b) betätigt, wird die Lufteinlassöffnung 42 geöffnet, so dass Luft von außen in den ersten Arbeitsraum 38 einströmen kann. Gleichzeitig wird die Durchlassöffnung 46 durch den Verschluss 44 verschlossen, wodurch kein weiterer Druckausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen 38, 40 mehr möglich ist. Auf diese Weise entsteht zwischen den beiden Arbeitsräumen 38, 40 eine Druckdifferenz, aufgrund derer die Trennwand 36 und damit die ortsfest daran befestigte Kolbenstange 32 in Richtung des zweiten Arbeitsraumes 40 gezogen wird. Auf diese Weise wird die Bremsanforderung 22 verstärkt und an den Tandemhauptzylinder 16 die verstärkte Bremsanforderung 26 angelegt.
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In 3 ist eine schematische Schnittansicht der Vakuumpumpe 28 der 2 gezeigt.
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Die Vakuumpumpe 28 weist eine erste Arbeitskammer 50 und eine zweite Arbeitskammer 52 auf, die entsprechend über eine erste, als eine elastische Membran ausgeführte Wand 54 und eine zweite, ebenfalls als eine elastische Membran ausgeführte Wand 56 komprimierbar sind. Dabei werden die beiden Arbeitskammern 50, 52 entsprechend von den beiden Membranen 54, 56 und je einem Unterdeckel 58, 60 abgegrenzt. Auf den Unterdeckeln 58, 60 sind jeweils ein Oberdeckel 62, 64 angeordnet, wobei zwischen den Unterdeckeln 58, 60 und den Oberdeckeln 62, 64 jeweils ein Einlasskanal 66 und ein Auslasskanal 68 ausgebildet ist. In 3 ist dabei auf dem Oberdeckel 62 auf der Oberseite der Vakuumpumpe 28 der Einlasskanal 66 und auf dem Oberdeckel 64 der Unterseite der Vakuumpumpe 28 der Auslasskanal 68 zu sehen. Der Einlasskanal 66 und der Auslasskanal 68 sind jeweils über nicht weiter gezeigte Öffnungen in den Unterdeckeln 62, 64 mit den entsprechenden Arbeitskammern 50, 52 verbunden, oder in diese hinein geöffnet. Dabei sind ferner die Einlasskanäle 66 mit dem zweiten Arbeitsraum 40 des Bremskraftverstärkers 24 verbunden. Die Auslasskanäle 68 führen in nicht weiter dargestellter Weise in eine Antriebskammer 70 der Vakuumpumpe 28, in der zusätzlich als Antrieb ein durch einen Motor 72 angetriebenes Getriebe 74 angeordnet ist, mittels dem die Membranen 54, 56 bewegt werden können. Da es zum Verständnis der vorliegenden Erfindung weder auf den Motor 72 noch auf das Getriebe 74 ankommt, soll auf diese beiden Elemente der Kürze halber nicht weiter eingegangen werden.
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An den Zwischenraum 70 ist eine Ausblaseinheit 76 über wenigstens eine in 3 nicht weiter dargestellte Lufteinlassöffnung an der Ausblaseinheit 76 angeschlossen. Da es zum Verständnis der vorliegenden Erfindung auch auf die Ausblaseinheit 76 nicht ankommt, soll auch auf dieses Element der Kürze halber nicht weiter eingegangen werden.
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Im Betrieb der Vakuumpumpe 28 komprimiert und expandiert der Motor 72 die Arbeitskammern 50, 52 periodisch über die Membranen 54, 56. Bei jeder Expansion der Arbeitskammern 50, 52 wird über die Einlasskanäle 66 die Luft 30 aus der zweiten Arbeitskammer 40 des Bremskraftverstärkers 24 angesaugt. Bei jeder Kompression der Arbeitskammern 50, 52 wird über die Auslasskanäle 68 die aus dem zweiten Arbeitsraum 40 des Bremskraftverstärkers 24 angesaugte Luft 30 in die Antriebskammer 70 ausgestoßen. Diese ausgestoßene Luft 30 tritt dann über die zuvor genannte Lufteinlassöffnung in die Ausblaseinheit 76 ein, passiert diese und tritt über wenigstens eine nicht weiter dargestellte Luftauslassöffnung nach außen aus.
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Die Ausblaseinheit 76 kann über durch Befestigungsbohrungen 78 durchgeführte Schrauben 80 an einer den Zwischenraum 74 umgebenden Wand 82 befestigt sein.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht der Vakuumpumpe 28 aus 3 zeigt. In 3 ist der Übersichtlichkeit halber nur die obere Arbeitskammer 50 dargestellt.
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Wie bereits im Rahmen der 3 erwähnt wird die aus dem zweiten Arbeitsraum 40 des Bremskraftverstärkers 24 im Betrieb der Vakuumpumpe 28 abgesaugte Luft 30 über die Antriebskammer 70 und die Ausblaseinheit 76 ausgestoßen.
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Dabei erfolgt die Komprimierung und die Expansion der Arbeitskammer 50 durch das Getriebe 74, wobei der Einlasskanal 66 zur Arbeitskammer 50 hin über ein in die Arbeitskammer 50 hinein gerichtetes Einlassflatterventil 84 und der Auslasskanal 66 zur Arbeitskammer 50 hin über ein aus der Arbeitskammer 50 heraus gerichtetes Auslassflatterventil 86 verschlossen ist.
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Eine aus einem vollständig komprimierten Zustand der Arbeitskammer 50 heraus über den Motor 72 und das Getriebe 74 durchgeführte Expansion der Arbeitskammer 50 führt aufgrund der Volumenzunahme der Arbeitskammer 50 thermodynamisch bedingt zu einem Abfall eines Arbeitskammerdruckes 88 in der Arbeitskammer 50. Sobald der Arbeitskammerdruck 88 in der Arbeitskammer 50 unter einen Arbeitsraumdruck 90 im zweiten Arbeitsraum 40 fällt, in dem der Unterdruck beziehungsweise das Vakuum hergestellt werden soll, öffnet sich das Einlassflatterventil 84 und lässt die Luft 30 aus dem Arbeitsraum 40 in die Arbeitskammer 50 passieren. In diesem Zustand wird die Arbeitskammer 50 durch den Motor 72 und das Getriebe 74 bis zu einem maximalen Arbeitskammervolumen immer weiter expandiert.
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Ab diesem maximalen Arbeitskammervolumen beginnen der Motor 72 und das Getriebe 74 die Arbeitskammer 50 zu komprimieren, was thermodynamisch bedingt zu einem Anstieg des Arbeitskammerdruckes 88 in der Arbeitskammer 50 führt. Steigt der Arbeitskammerdruck 88 über den Arbeitsraumdruck 90 schließt das Einlassflatterventil 84 während die Arbeitskammer 50 weiter komprimiert wird. Sobald der Arbeitskammerdruck 88 über einen Antriebsraumdruck 92 im Antriebsraum 70 steigt, öffnet das Auslassflatterventil 86, und die Luft 30 in der Arbeitskammer 50 kann über den Auslasskanal 68, die Antriebskammer 70 und die Ausblaseinheit 76 in die Umgebung entweichen. In diesem Zustand wird die Kompression der Arbeitskammer 50 solange durchgeführt, bis die Arbeitskammer 50 vollständig komprimiert und die Luft 30 aus der Arbeitskammer 50 vollständig aus der Arbeitskammer 50 entwichen ist. Dann wird die Arbeitskammer 50 erneut expandiert. Dabei fällt der Arbeitskammerdruck 88 wieder unter den Antriebskammerdruck 70 und das Auslassflatterventil 86 schließt. Die Arbeitskammer 50 wird dann wieder solange expandiert, bis der Arbeitskammerdruck 88 unter den Arbeitsraumdruck 90 fällt und der Kreislauf von vorn beginnt.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführung schaltet beispielsweise das Auslassflatterventil 84, 86 nahe der vollständigen Kompression der Arbeitskammer 50, das heißt, wenn sich beispielsweise die obere Membran 54 nahe dem Unterdeckel 58 befindet. An dieser Stelle sei jedoch noch einmal erwähnt, dass sich das Auslassflatterventil 86 nur dann öffnet, wenn der Arbeitskammerdruck 88 über dem Antriebskammerdruck 92 liegt, also in der Arbeitskammer 50 gegenüber der Antriebskammer 70 ein Überdruck herrscht. Sobald sich jedoch das Auslassflatterventil 86 öffnet, wird dieser Überdruck schlagartig abgebaut. Dieser schlagartige Überdruckabbau beaufschlagt die obere Membran 54 mit einem Kraftimpuls, der diese aufgrund ihrer Flexibilität zum Schwingen anregt. Im Rahmen dieser Schwingung schlägt die obere Membran 54 dabei gegen den Unterdeckel 58 und verursacht ein Geräusch.
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Ferner sorgt die Schwingung dafür, dass der Arbeitskammerdruck 88 in der Arbeitskammer 50 schwankt und das Auslassflatterventil 86 periodisch schließt und öffnet. Dadurch wiederholt sich der schlagartige Überdruckabbau, wenn auch mit einer verminderten Intensität. Jedoch schlägt die obere Membran 54 erneut gegen den Unterdeckel 58 und verursacht erneut ein Geräusch. Diese Geräusche werden in jedem Arbeitszyklus der Vakuumpumpe 28 erzeugt.
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Zur Vermeidung der Geräusche wird im Rahmen der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe 28 vorgeschlagen, den Antriebskammerdruck 92 unabhängig vom Arbeitskammerdruck 88 und gegebenenfalls oberhalb oder unterhalb einem atmosphärischen Druck um die Vakuumpumpe 28 herum auszuwählen. Nachstehend sollen dazu zwei Beispiele verdeutlicht werden, die in den 5 und 6 illustriert sind.
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Im Rahmen der in 5 gezeigten Vakuumpumpe 28 wird der Antriebskammerdruck 92 der Antriebskammer 70 mittels einer externen Druckquelle 94, wie beispielsweise einem Kompressor eingestellt. Diese Druckquelle 94 ist an einen Druckquellenanschluss 96 angeschlossen. Im Rahmen der 5 soll dabei das Beispiel diskutiert werden, dass die Druckquelle 94 einen Antriebskammerdruck 92 einstellt, der deutlich oberhalb einem Auslassdruck 95 liegt, der am Ausgangsflatterventil 86 auf einer der Arbeitskammer 50 gegenüberliegenden Seite anliegt. Der Einfachheit halber soll angenommen werden, dass die Ausblaseinheit 76 direkt in die Umgebung hinein geöffnet ist, so dass am Ausgangsflatterventil 86 ein atmosphärischer Druck von 1 bar anliegt. Dann könnte die Druckquelle 94 an die Antriebskammer 92 einen Antriebskammerdruck 92 von beispielsweise bei 1,3 bar anlegen.
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In diesem Fall ist der Antriebskammerdruck 92 stets größer als der Arbeitskammerdruck 88, weil der Arbeitskammerdruck 88 maximal geringfügig über den atmosphärischen Druck 95 am Ausgangsflatterventil 86 steigt, um dieses zu schalten. Die Antriebskammer 70 drückt die Membranen 54, 56 daher stets in die Arbeitskammer 50 und lässt ein Schwingen der Membranen 54, 56 überhaupt erst gar nicht zu. Somit können die oben genannten Geräusche nicht auftreten.
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Alternativ könnte an die Antriebskammer 70 aber auch ein Antriebskammerdruck 92 angelegt werden, der deutlich unterhalb dem Auslassdruck 95 liegt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Antriebskammer 70 über ein Ventil 98 an den zweiten Arbeitsraum 40 des Bremskraftverstärkers 28 angeschlossen wird. Positiver Nebeneffekt dabei ist, dass keine eigene Druckquelle 94 notwendig ist und die Erfindung kosten- und bauraumneutral umsetzbar ist.
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Der deutlich unterhalb dem Arbeitskammerdruck 88 liegende Antriebskammerdruck 92 „saugt“ die Membranen 54, 56 an und sorgt beispielsweise dafür, dass sich die Arbeitskammer 50 weniger vollständig komprimieren lässt. Es verbleibt bei der maximalen Kompression ein sogenanntes Schadvolumen, so dass in der Arbeitskammer 50 als Arbeitskammerdruck 88 stets ein Restdruck verbleibt. Aufgrund dieses Restdruckes steigt der Arbeitskammerdruck 88 bereits deutlich vor der absoluten Kompression der Arbeitskammer 50 über den atmosphärischen Druck am Auslassflatterventil 68 und bringt es zum Öffnen. Auch wenn die Membranen 54, 56 bei diesem Szenario weiterhin bei diesem Schaltvorgang des Auslassflatterventils 68 zum Schwingen angeregt werden, erfolgt die Schwingung deutlich vor den Unterdeckeln 58, 60, so dass die Kraft mit der die Membranen 54, 56 gegen die Unterdeckel 58, 60 schlagen reduziert, wenn nicht sogar das Aufschlagen ganz verhindert wird.
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Der zuvor genannte, in der Arbeitskammer 50 verbleibende Restdruck hat darüber hinaus auch den positiven Effekt, dass die Expansion und die Kompression der Membranen 54, 56 abgeschwächt wird. Dadurch werden die schwellenden Belastungen auf die Membranen 54, 56 harmonisiert, wodurch die Lebensdauer der Membranen 54, 56 und damit der Vakuumpumpe deutlich gesteigert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054499 A1 [0002]
