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Pneumatischer Bremskraftverstärker für eine hydraulische Kraftfahrzeug - Bremsanlage, mit einem Steuergehäuse, einem in dem Steuergehäuse entlang einer Hubrichtung verschiebbaren Ventilkolben und einem Tellerventil, welches an seiner hubrichtungsseitigen Stirnseite über Dichtflächen zur Auflage eines Dichtsitzes des Steuergehäuses und eines Dichtkranzes des Ventilkolbens verfügt.
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Derartige Bremskraftverstärker sind grundsätzlich bekannt und weit verbreitet, beispielsweise aus
WO 2007/ 010 031 A1 .
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Die Kombination aus dem Tellerventil und den an dem Tellerventil dichtend anlegbaren Dichtsitz des Steuergehäuses und eines Dichtkranzes des Ventilkolbens bilden den Kernpunkt eines ebenfalls bekannten und verbreiteten Steuerventils zur Steuerung des Differenzdrucks in den Unterdruck- und Arbeitskammern der gattungsgemäßen Bremskraftverstärker.
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Zur Initiierung insbesondere einer leichten oder einer Normalbremsung wird der Ventilkolben gegen eine Federkraft in Hubrichtung verschoben, so dass sein Dichtkranz um wenige Zehntel Millimeter von der zugeordneten Dichtfläche am Tellerventil abgehoben wird.
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Durch den dabei entstehenden Spalt strömt aufgrund der anstehenden Druckdifferenz (in der Regel > 0,6 Bar) die Atmosphärenluft in eine Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers . Die Strömungsgeschwindigkeiten können dabei durchaus im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegen.
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Die Luftströmung trifft dabei auf die konstruktiv notwendigerweise vorhandene Ringfläche in unmittelbarer Nähe des Dichtsitzes des Steuergehäuses, wird an dieser reflektiert und stark verwirbelt.
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Der dabei entstehende Reflektionsschall kann eine störende Lautstärke erreichen und wird bemängelt.
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Aus
US 2014 /0 102 843 A1 ist ein Bremskraftverstärker bekannt, bei welchem am Tellerventil eine in Hubrichtung leicht vorspringende Dichtkante zur abdichtenden Anlage am Ventilkolben ausgebildet ist. Mit dieser Lösung wird die Luftströmung zwar geringfügig umgelenkt, das vorgenannte Problem wird jedoch dadurch nicht zufriedenstellen gelöst, zudem kann die Luftströmung an einer derartigen vorspringende Dichtkante turbulent abreißen und dadurch zusätzliche Geräusche verursachen.
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Es ist ferner bekannt, gesonderte Filter zur Absenkung der Strömungsgeschwindigkeiten vorzusehen, welche jedoch zu einer nicht gewünschten Reduktion der Dynamik führen können.
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Aufgabe
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Es stellt sich daher die Aufgabe, einen verbesserten Bremskraftverstärker anzubieten, dessen Geräuschemission bei Einhaltung oder Verbesserung der üblichen Anforderungen an Dynamik und Kosten verringert ist.
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Lösung und Vorteile
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Bremskraftverstärker mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Unteransprüche und Figurenbeschreibungen geben weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen an.
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Dadurch dass die Dichtflächen am Tellerventil axial zueinander beabstandet beziehungsweise stufig angeordnet sind - insbesondere kann innere Dichtfläche zu der äußeren Dichtfläche axial in Hubrichtung versetzt angeordnet sein, kann die nach dem Abheben des Ventilkolbens einströmende Luft an der Ringfläche des Steuergehäuses vorbei direkt in den Belüftungskanal gelenkt werden. Luftverwirbelungen und die damit verbundene Geräuschemissionen werden deutlich reduziert.
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Zudem ergeben sich überraschend weitere Vorteile wie eine einfachere Montage des Tellerventils im Steuergehäuse aufgrund der selbstzentrierenden Eigenschaften eines erfindungsgemäß abgestuften Tellerventils. Des Weiteren werden die störenden Helmholtz-Resonanzen durch die zwei getrennten Dichtebenen sicher verhindert.
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Weil zudem auf zusätzliche schalldämpfende Filter verzichtet werden kann, werden Kosten gespart und die Montage des Bremskraftverstärkers weiter vereinfacht.
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Die Erfindung sieht vor, dass der axiale Versatz der radial inneren Dichtfläche so gewählt wird, dass diese Dichtfläche im unbelasteten Ausgangszustand des Bremskraftverstärkers weitgehend in derselben Ebene wie der hubrichtungsseitige Flächenrand der Ringfläche am Steuergehäuse positioniert ist. Dadurch befinden sich keine störenden Kanten im Luftstrom, Dynamik wird verbessert und Geräuschemissionen noch weiter reduziert.
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Für eine einfache Herstellbarkeit und sichere Abdichtung kann die innere Dichtfläche des Tellerventils in einer ersten Ausführungsform parallel zu der äußeren Dichtfläche ausgebildet sein.
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Jedoch kann in einer anderen Ausführungsform die innere Dichtfläche konisch gestaltet werden, um beispielsweise eine bessere Selbstzentrierung am Dichtkranz des Steuerventils oder eine verbesserte Luftstrom-Umlenkung zu ermöglichen.
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Für eine weitere Verbesserung des Strömungsverlaufs kann die innere Dichtfläche in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung auch gekrümmt ausgebildet sein.
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Eine Verbesserung des Strömungsverlaufs kann in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung auch dadurch erreicht werden, dass die innere Dichtfläche an ihrem äußeren radialen Rand eine umlaufende Rampe zur Umlenkung einer Luftströmung aufweist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in dem Tellerventil zwischen den beiden Dichtflächen vorzugsweise mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchbrüche für einen effektiven Druckausgleich vorgesehen.
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Eine Anordnung beziehungsweise Einmündung der Durchbrüche in der der Ebene der äußeren, hubrichtungsseitig zurückgesetzten Dichtfläche und vorzugsweise im Bereich der Stufe zwischen den Dichtflächen, erlaubt eine vorteilhaft kürzere Länge der einzelnen Durchbrüche und reduziert den Einfluss auf die Luftströmung.
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Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass der Steuerkolben zur Betätigung mittels einer Kolbenstange eingerichtet ist, wodurch die Erfindung an die meisten pneumatischen Bremskraftverstärker adaptiert werden kann.
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Besonders vorteilhaft kann der Belüftungskanal oder Kanäle, in welche der vorstehend beschriebene Luftstrom eingeleitet wird, zur Verbindung einer pneumatischen Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers mit Atmosphäre eingerichtet sein, so dass die erfindungsgemäß stattfindende Schallreduktion vor allem in der geräuschmäßig besonderes kritischen Phase zu Beginn eines Bremsvorgangs zu Tragen kommt.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung und anhand der Zeichnungen hervor. Übereinstimmende Komponenten und Konstruktionselemente werden nach Möglichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Weil der Grundaufbau und Funktion eines gattungsgemäßen Bremskraftverstärkers ausreichend bekannt sind, werden unterstehend lediglich die erfindungsrelevanten Einzelheiten gezeigt und erläutert.
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Nachstehend zeigt:
- 1 einen Teilschnitt durch ein Steuergehäuse eines bekannten gattungsgemäßen Bremskraftverstärkers.
- 2 einen Detailschnitt durch das Steuergehäuse einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
- 3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Tellerventils.
- 4 eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Tellerventils.
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Fig. 1
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In der 1 ist Teilschnitt durch ein Steuergehäuse 2 im Bereich des einen Differenzdruck steuernden Steuerventils eines bekannten gattungsgemäßen Bremskraftverstärkers 1 abgebildet, der Rest des Bremskraftverstärkers ist dagegen nicht gezeigt.
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Das Steuergehäuse 2 weist in seinem Inneren einen kreisrund umlaufenden Dichtsitz 3, welcher als eine Art entgegen der Hubrichtung R weisende Lippe gestaltet ist.
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Auf der Mittelachse des Steuergehäuses 2 ist ein Ventilkolben 4 entlang der Hubrichtung R verschiebbar gelagert. Der Ventilkolben 4 wird mittels einer Kolbenstange 15 in Hubrichtung R betätigt.
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Entgegen der Hubrichtung R wirkt auf den Ventilkolben eine Kraft F, die in unterschiedlichen Phasen einer Bremsung aus unterschiedlichen Quellen stammen kann, die für einen gattungsgemäßen pneumatischen Bremskraftverstärker wohl bekannt und daher hier nicht explizit gezeigt sind - beispielsweise einer elastischen Reaktionsscheibe, einer Rückholfeder oder auch einem Hauptbremszylinder.
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Ein Tellerventil 6 ist aus einem elastischen Werkstoff mit einer innen angeordneten Versteifung hergestellt. Auf seiner hubrichtungsseitigen Stirnseite weist das Tellerventil 6 eine radial äußere kreisrunde Dichtfläche 7 und eine radial innere konzentrische Dichtfläche 8 auf, die in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der Hubrichtung R angeordnet sind.
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Durch eine Reihe von Federelementen wird das Tellerventil 6 in den meisten Phasen einer Bremsung sowie im ungebremsten Ausgangszustand - der Lösestellung - mit der Dichtfläche 7 gegen den Dichtsitz 3 gepresst. Im Rücklauf nach einer Bremsung wird das Tellerventil 6 vom Dichtsitz 3 abgehoben, um eine Evakuierung der nicht gezeigten Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers 1 zu ermöglichen.
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Um eine ausreichende Steifigkeit des Dichtsitzes 3 zu gewährleisten, muss das Steuergehäuse 2 hinter dem Dichtsitz 3 in Hubrichtung R ausreichend Materialstärke ausbilden, wodurch sich eine Ringfläche 9 bildet, die an ihrem tellerventilseitigen axialen Flächenrand am Dichtsitz 3 angrenzt und an ihrem hubrichtungsseitigen Flächenrand 11 von einem zu einer nicht gezeigten Arbeitskammer führenden Belüftungskanal 10 durchbrochen wird. Die Ringfläche 9 kann in ihrem Umfang jedoch auch durchaus unterbrochen werden, beispielsweise durch axial verlaufende Rippen.
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An der inneren Dichtfläche 8 des Tellerventils 6 ist vor einer Bremsung der Ventilkolben mit einem Dichtkranz 5 dichtend angelegt.
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Zur Initiierung einer Bremsung wird der Ventilkolben 4 durch die Kolbenstange 15 in Hubrichtung R verschoben, so dass sein Dichtkranz 5 um wenige Zehntel Millimeter von der Dichtfläche 8 am Tellerventil 6 abgehoben wird.
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Durch den dabei entstehenden Spalt strömt aufgrund der anstehenden Druckdifferenz (in der Regel > 0,6 Bar) die Atmosphärenluft von Außerhalb des Steuergehäuses 2, entlang der Kolbenstange 15 und in Form einer konzentrierten Luftströmung 13 durch den Belüftungskanal 10 in eine Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers 1.
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Nach dem Passieren des Dichtkranzes 5 prallt die Luftströmung 13 dabei auf die Ringfläche 9, wird an dieser reflektiert und stark verwirbelt. Dabei kann es zu zum Teil erheblichen Geräuschemissionen kommen.
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Fig. 2
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Die 2 zeigt einen Detailschnitt durch das Steuergehäuse 2 einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Bremskraftverstärkers 1.
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Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen bekannten Ausführung liegen die beiden Dichtflächen 7 und 8 an der Stirnseite des Tellerventils 6 nicht mehr in einer Ebene, sondern stufig angeordnet. Dabei ist die innere Dichtfläche 8 zu der äußeren Dichtfläche (7) axial in Hubrichtung R versetzt positioniert.
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Die Höhe der Stufe zwischen den beiden Dichtflächen 7 und 8 beziehungsweise der axialer Abstand ist so gewählt, dass die innere Dichtfläche 8 weitgehend in der Nähe des Flächenrandes 11 der Ringfläche 9 und idealerweise in der gleichen Ebene positioniert ist, wenn der Dichtsitz 3 an der Dichtfläche 7 angelegt ist.
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Dadurch gelangt die Luftströmung 13 bei Einleitung eines Bremsvorganges direkt in den Belüftungskanal 10, wird an der Ringfläche 9 vorbeigeleitet und prallt an dieser nicht mehr ab.
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Luftverwirbelungen an der Ringfläche 9 und die damit einhergehende Geräuschemission werden effektiv reduziert.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die vorgeschobene, innere Dichtfläche 8 parallel zu der äußeren Dichtfläche 7 ausgebildet. Innerhalb der Erfindung sind jedoch auch weitere Gestaltungsmöglichkeiten zulässig, um besonderen Anforderungen Rechnung zu tragen.
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So könnte die innere Dichtfläche 8 beispielsweise konisch beziehungsweise trichterförmig ausgebildet sein, um die Umleitung der Luftströmung 13 um den radial inneren Dichtflächenrand zu verbessern und/oder eine sicherere Abdichtung des Dichtkranzes 5 durch den Selbstzentrierungseffekt zu ermöglichen.
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Ebenfalls könnte die innere Dichtfläche 8 gekrümmt, beispielsweise parabolisch ausgebildet sein um eine besonders strömungsgünstige Umleitung der Luftströmung 10 zu unterstützen.
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Fig.3
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3 zeigt in einer Schnittansicht eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Tellerventils 6 nach der 2 abgebildet.
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Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Eigenschaften weist das Tellerventil 6 zwischen der inneren Dichtfläche 8 und der äußeren Dichtfläche 7 mehrere radial verteilte Durchbrüche 14 auf, die zum Druckausgleich rechts- und Linksseitig des Tellerventils 6 dienen und so ein feinfühliges Ansprechverhalten des Bremskraftverstärkers 1 sicherstellen.
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Vorzugsweise werden die Durchbrüche 14 so positioniert, dass sie in der Ebene der äußeren Dichtfläche 7, möglichst nahe an ihren inneren Flächenrand münden. Dadurch wird der Einfluss der Öffnungen der Durchbrüche auf die Luftströmung 13 reduziert und die äußere radiale Ausdehnung der Dichtfläche 7 nicht vergrößert.
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Des Weiteren stellt die axial vorversetzte Anordnung der Dichtfläche 8 sicher, dass weder an der Ringfläche 9, noch in den Durchbrüchen 14 akustisch negativ auffälligen Helmholtz-Resonanzen erst gar nicht entstehen können.
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Fig.4
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4 zeigt in einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tellerventils 6. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungen ist am äußeren radialen Rand der inneren Dichtfläche 8 eine umlaufende Rampe 12 angeordnet.
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Diese Rampe 12 kann beispielsweise bei Ausführungen eingesetzt werden, wenn eine größerer axialer Abstand zwischen den Dichtflächen 7 und 8 nicht möglich oder nicht wünschenswert ist und dient einer strömungstechnisch günstigen Umlenkung der Luftströmung 13 um den Flächenrand 11 der Ringfläche 9 herum. Dabei wird lediglich der radiale Außenrand der Rampe 12 axial bis in die Ebene des Flächenrandes 11 ausgedehnt und nicht die gesamte Dichtfläche 8, wie in der 2 beschrieben. Der positive strömungstechnische und geräuschmindernde Effekt einer derartigen Ausführung bleibt jedoch vergleichbar mit anderen erfindungsgemäßen Ausführungen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Bremskraftverstärker
- 2
- Steuergehäuse
- 3
- Dichtsitz
- 4
- Ventilkolben
- 5
- Dichtkranz
- 6
- Tellerventil
- 7
- äußere Dichtfläche
- 8
- innere Dichtfläche
- 9
- Ringfläche
- 10
- Belüftungskanal
- 11
- Flächenrand
- 12
- Rampe
- 13
- Luftströmung
- 14
- Durchbruch
- 15
- Kolbenstange
- F
- Federkraft
- R
- Hubrichtung
