DE10321560A1

DE10321560A1 - Ventil

Info

Publication number: DE10321560A1
Application number: DE2003121560
Authority: DE
Inventors: Dieter Otto; Ulrich Hiltemann
Original assignee: LuK Automobiltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain Hueckeswagen GmbH
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2003-12-24
Also published as: FR2842155A1

Abstract

Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere für Brennkraftverstärker-Unterdrucksysteme, mit einem Bremskraftverstärker und einer Vakuumpumpe oder mit einem Bremskraftverstärker und einem Saugrohr.

Description

Bremskraftverstärkersysteme in Kraftfahrzeugen arbeiten heutzutage in den meisten Fällen mit Unterdruck, welcher dem Saugrohr des Verbrennungsmotors entnommen wird oder durch eine separate Vakuumpumpe bereitgestellt wird. Dabei evakuieren derartige Vakuumpumpen nach einer gewissen Laufzeit den Unterdruck im Bremskraftverstärkersystem auf 0,95 bar bis 0,98 bar unter Atmosphärendruck. Dieser Unterdruck ist dann niedriger als 0,7 bar und kann damit gegebenenfalls zu niedrig sein. Es ist bisher aber für diese Systeme keine Methode bekannt, um den Unterdruck zu begrenzen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Unterdruck in einem Bremskraftverstärkersystem zu begrenzen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere für Bremskraftverstärker-Unterdrucksysteme mit einem Bremskraftverstärker und einer Vakuumpumpe bzw. mit einem Bremskraftverstärker und einem Saugrohr, wobei das Unterdruckbegrenzungsventil in einer Verbindung zwischen dem Bremskraftverstärker und der Vakuumpumpe oder dem Bremskraftverstärker und dem Saugrohr angeordnet ist.

Erfindungsgemäß unterbricht das Unterdruckbegrenzungsventil die Verbindung zwischen dem Bremskraftverstärker und der Vakuumpumpe oder dem Saugrohr, wenn der Soll-Unterdruck erreicht wird. Bevorzugt wird ein Unterdruckbegrenzungsventil, welches bei Erreichen des Soll-Unterdrucks schließt. Das bedeutet, dass das Unterdruckbegrenzungsventil im unbelasteten Zustand geöffnet ist. Dadurch kann zunächst die Vakuumpumpe oder das Saugrohr den Bremskraftverstärker evakuieren.

Bei einem erfindungsgemäßen Unterdruckbegrenzungsventil wirkt der Soll- Unterdruck auf einen Kolben gegen die Öffnungskraft einer Feder, d. h., bei Unterschreiten des Solldrucks wird der Kolben gegen die Kraft der Feder in einen Sitz gesaugt und sperrt die Verbindung zwischen Bremskraftverstärker und Unterdruckerzeuger ab.

Ein erfindungsgemäßes Unterdruckbegrenzungsventil zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolben an einer Membran angeordnet und durch diese Membran in seiner Position gehalten und geführt wird, wobei der Kolben mittels eines Gegenstücks, welches auf der anderen Seite der Membran angeordnet ist, an der Membran befestigt ist. Erfindungsgemäß kann der Kolben eine konische Form besitzen oder aus einer Kugel mit einem topfförmigen Kugelhalter bestehen, während der damit zusammenwirkende Ventilsitz aus einer ebenen Fläche oder einer konischen Fläche an einem Stutzen besteht. Zum Erreichen einer guten Abdichtfunktion und Ventilfunktion kann die Fläche vorteilhaft so weit reduziert werden, dass eine linienförmige Abdichtung entsteht. Bevorzugt wird der Kolben am Gegenstück mittels einer Klebeverbindung oder einer Schraubverbindung befestigt; es sind aber auch andere Verbindungsmöglichkeiten wie z. B. Verclipsen oder Verpressen denkbar.

Erfindungsgemäß hat das Unterdruckbegrenzungsventil insbesondere im Bereich des Bremskraftverstärker-Anschlusses eine kleine Öffnung zur Umgebung. Durch das gezielte Eindringen von Luft gelingt es auch bei einer geringfügigen Leckage am Ventilsitz, die in der Praxis immer auftreten kann, zu vermeiden, dass der Druck auch nach langer Betriebszeit den maximal vorgegebenen Unterdruck überschreitet.

Bevorzugt wird ein Unterdruckbegrenzungsventil, bei welchem der Kolben aus Kunststoff oder Metall gefertigt ist. Ein Kunststoffkolben zeichnet sich durch geringes Gewicht und guten Dichtsitz aus. Ein Kolben aus Metall weist nur geringen Verschleiß auf. Bei der Kugel als Kolbenform können handelsübliche Stahlkugeln, welche als Massenartikel preiswert zu erhalten sind, verwendet werden.

Weiterhin wird ein Unterdruckbegrenzungsventil bevorzugt, bei welchem das Gegenstück für den Kolben aus Kunststoff gefertigt ist. Ebenso wird ein Unterdruckbegrenzungsventil bevorzugt, bei welchem der Stutzen mit dem integrierten Ventilsitz aus Kunststoff gefertigt ist. Weiterhin wird ein Unterdruckbegrenzungsventil bevorzugt, bei welchem die Membran aus einem Elastomer-Kunststoff gefertigt ist. Bevorzugt wird auch ein Unterdruckbegrenzungsventil, bei welchem das Gehäuse und/oder der Gehäusedeckel aus Kunststoff oder Metall gefertigt sind.

Ein erfindungsgemäßes Unterdruckbegrenzungsventil zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil in der Vakuumpumpe oder am Saugrohr des Verbrennungsmotors integriert ist. Weiterhin wird ein Unterdruckbegrenzungsventil bevorzugt, welches in der Leitung zwischen Bremskraftverstärker und Vakuumpumpe oder Saugrohr integriert ist. Auch wird ein Unterdruckbegrenzungsventil bevorzugt, welches im Bremskraftverstärker integriert ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Unterdruckbegrenzungsventils.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Unterdruckbegrenzungsventils.
In Fig. 1 ist der konstruktive Aufbau eines erfindungsgemäßen Unterdruckbegrenzungsventils dargestellt.
In einem Ventilgehäuse 1, welches durch einen Deckel 2 verschlossen wird, ist ein Stutzen 3 eingelassen, welcher den Anschluss in Richtung Vakuumpumpe VP darstellt. Der Stutzen 3 ist mittels ein Bundes 5 im Gehäuse 1 formschlüssig angeordnet. Die Verbindung zwischen Stutzen 3 und Gehäuse 1 im Bereich des Bundes 5 kann durch Einpressen oder Einkleben oder andere Befestigungsarten erfolgen. Der Stutzen 3 bildet an seinem im Inneren des Gehäuses angeordneten Ende 7 einen ebenen Sitz für den Ventilkolben 9, der eine konische Gegendichtfläche 11 aufweist, welche mit dem Stutzenende 7 als Dichtungsfläche zusammenarbeitet. Der Kolben 9 ist mit einer flachen Seite 13 an einer Membran 15 angeordnet. Auf der anderen Seite der Membran 15 ist ein Gegenstück 17 für den Kolben angeordnet, welches mit einem Zapfen 19 in eine Ausnehmung 21 des Kolbens eingreift. Die Verbindung zwischen dem Gegenstück 17 und dem Kolben 9 mittels des Zapfens 19 und der Ausnehmung 21 kann durch Kleben, Schrauben oder andere Verbindungsarten erfolgen. Man erkennt, dass dadurch die Membran 15 zwischen Kolben 9 und Gegenstück 17 eingespannt ist. Die Membran ist weiterhin an ihren Enden 23 und 25 zwischen dem Gehäuse 1 und dem Gehäusedeckel 2 eingespannt und dichtet die Bereiche 27 innerhalb des Ventilgehäuses und 29 innerhalb des Gehäusedeckels gegeneinander hermetisch ab. Im Gehäusebereich 27 des Unterdruckbegrenzungsventils herrscht der Unterdruck, der auch im Bremskraftverstärker herrscht, während im Bereich 29 innerhalb des Deckels 2 Atmosphärendruck herrscht, welcher durch eine Öffnung 31 in das Innere des Deckels gelangen kann.
Der Deckel ist mittels Schrauben 33 auf dem Ventilgehäuse 1 verschraubt. Der Ventilkolben 9 weist weiterhin auf seiner dem Sitz zugewandten Seite einen Kragen 35 auf, auf dem sich eine Feder 37 abstützt. Daher wird der Kolben 9 durch die Kraft der Feder 37 im drucklosen Zustand im Öffnungszustand gehalten. Die Feder 37 stützt sich mit ihrer anderen Seite auf dem Bund 5 des Stutzens 3, welcher zur Vakuumpumpe führt, ab.
Ein weiterer Anschlussstutzen 39, welcher die Verbindung zum Bremskraftverstärker herstellt, ist mittels eines Gewindes 41 im Gehäuse 1 befestigt. In diesem Bereich ist auch eine kleine Öffnung 43 angeordnet, welche eine gewissen Leckölstrom von der Atmosphäre ins Pumpengehäuse im Bereich 27 ermöglicht. Dabei kann es sich z. B. um eine Bohrung mit einem Durchmesser von 0,2 mm handeln.
Die Funktion des Unterdruckbegrenzungsventils wird nun wie folgt erläutert:
Die Feder 37 bestimmt die Öffnungskraft, mit der der Kolben 9 in der dargestellten Position gehalten wird, wobei auch die Druckdifferenz auf der Membran 15 zwischen dem Atmosphärendruck im Bereich 29 und dem Unterdruck im Bereich 27 als zusätzliche Kraft zu berücksichtigen ist. Die Feder 37 ist so ausgelegt, dass sie die notwendige Öffnungskraft bis zu einem bestimmten Unterdruck, welcher durch die Vakuumpumpe erzeugt wird, aufrecht erhalten kann. Wird zum Beispiel der durch die Vakuumpumpe erzeugte Unterdruck einen bestimmten Wert unterschreiten, z. B. von 0,7 bar unter Atmosphärendruck, so kann die Feder 37 gegenüber den entsprechenden Saugdruckkräften auf den Kolben 9 und die Membran 15 keinen Widerstand mehr leisten, und der niedrigere Unterdruck saugt den Kolben 9 gegen den Sitz 7 auf dem Stutzen 3. Dadurch schließt das Unterdruckbegrenzungsventil, und der Unterdruck im Bremskraftverstärker und im Ventilgehäusebereich 27 kann nicht weiter abnehmen. Die Vakuumpumpe evakuiert weiter bis auf den bauartbedingten typischen Wert von etwa -0,95 bis -0,98 bar. Dies hat zur Folge, dass der Pumpenwirkungsgrad nicht verschlechtert wird, da die Pumpe, die jetzt keine Luft mehr fördern kann, auch keine Luft komprimieren kann, so dass das Auslassventil der Pumpe zur Atmosphäre geschlossen bleibt und somit die Pumpe keine Kompressionsarbeit leistet. Wird nun durch die Betätigung des Bremskraftverstärkers oder durch eventuelle Leckagen von der Atmosphärenseite der Unterdruck im Bremskraftverstärker und damit im Bereich 27 des Ventilgehäuses wieder diesen eingestellten Sollwert überschreiten, so kann die Federkraft wiederum gegen die Druckkräfte auf Kolben und Membran das Ventil öffnen, und die Vakuumpumpe kann wiederum das Bremskraftverstärkersystem evakuieren. Die Unterdruckbegrenzungsventileinheit kann entweder in der Vakuumpumpe, in der Leitung zwischen Vakuumpumpe und Bremskraftverstärker oder im Bremskraftverstärker integriert werden und weist somit eine hohe Flexibilität des Einbauortes auf.
Eine gute Dichtheit des Ventils kann dadurch erreicht werden, dass z. B. der Ventilkolben 9 und/oder der Stutzen 3 aus Kunststoff gefertigt sind, was eine gewisse Elastizität im Sitzbereich und damit ein gutes Zusammenpressen der Dichtflächen gewährleistet. Um einen möglichst geringen Verschleiß zu erreichen, können diese Teile natürlich aber auch aus einem verschleißfesteren härteren Material, z. B. Metall, gefertigt werden. Das Gegenstück 17, welches zur Befestigung des Kolbens 9 an der Membran 15 dient, kann aus Kostengründen aus Kunststoff bestehen. Die Membran selber, die eine gute Abdichtwirkung zwischen Gehäuse 1 und Gehäusedeckel 2 herbeiführen soll, ist vorzugsweise aus einem Elastomer-Kunststoff oder einem dünnen gummibeschichteten Metall hergestellt. Der Anschlussstutzen 39 kann aus preiswerten Materialien wie Kunststoff, z. B. durch Kunststoffspritzverfahren, hergestellt werden, was sich vor allen Dingen bei der Massenproduktion als kostengünstig bewährt.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Unterdruckbegrenzungsventils dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und sollen zur Vermeidung von Wiederholungen hier nicht noch einmal erläutert werden. Es wird nur auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Ventil in Fig. 1 ist dadurch gegeben, dass als Kolben eine Kugel 50 verwendet wird, welche gegenüber einer konischen Sitzfläche 52 am Ende des Stutzens 3 angeordnet ist. Als Kugel kann eine handelsübliche Lagerkugel, welche als Massengut preiswert erhältlich ist, benutzt werden. Zur Führung der Kugel wird ein becherförmiger Kugelhalter 54 verwendet, in welchem die Kugel eingepresst oder eingeklebt ist, um die Bewegung des Halters 54 mitzumachen. Der Halter 54 hat einen Kragen 56, auf dem ein Ende der Feder 37 wirksam wird. Ferner weist hier der Halter 54 einen zapfenförmigen Vorsprung 58 auf, welcher die Membran 15 durchdringt und mit dem Gegenstück 17 zusammenarbeitet. Das Gegenstück 17 besitzt nun eine Ausnehmung 60, in welcher der Zapfen 58 eingreift und in welcher dieser Zapfen durch Kleben oder Schrauben oder durch andere Verbindungsarten befestigt ist.
Das Gehäuse weist nur im Bereich der Verschraubung 62 mit dem Deckel 2 eine größere Breite auf, im Bereich 64 kann das Gehäuse im Außendurchmesser kleiner gehalten werden und benötigt daher weniger Einbauraum als das Gehäuse in Fig. 1. Der Stutzen 3 weist vor seinem Bund 5 einen konische Zunahme 66 des Außendurchmessers innerhalb des Ventilgehäuses auf, was einer kunststoffgerechteren Formgebung dieses Stutzens für die Spritzguss-Fertigung entgegenkommt. Der Stutzen 3 kann aber auch aus anderen Materialien gefertigt sein. Ansonsten entspricht die Funktion dieses Ventils der Funktion des Ventils in Fig. 1.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbstständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbstständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf (das) die Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und den Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere für Bremskraftverstärker- Unterdrucksysteme mit einem Bremskraftverstärker und einer Vakuumpumpe oder mit einem Bremskraftverstärker und einem Saugrohr, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckbegrenzungsventil in einer Verbindung zwischen Bremskraftverstärker und Vakuumpumpe oder zwischen Bremskraftverstärker und Saugrohr angeordnet ist.

2. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckbegrenzungsventil die Verbindung zwischen dem Bremskraftverstärker und der Vakuumpumpe oder dem Saugrohr unterbricht, wenn der Soll-Unterdruck erreicht wird.

3. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckbegrenzungsventil schließt, wenn der Soll-Unterdruck erreicht wird.

4. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll- Unterdruck auf einen Kolben gegen die Öffnungskraft einer Feder wirkt.

5. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben an einer Membran angeordnet ist und durch die Membran gestützt wird.

6. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eine konische Form besitzt bzw. aus einer Kugel und einem Kugelhalter besteht, und dass der Kolbensitz eine ebene bzw. eine konische Fläche an einem Stutzen darstellt, so dass insbesondere eine linienförmige Dichtung zwischen Kolben und Kolbensitz erzeugt wird.

7. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mittels eines Gegenstückes hinter der Membran befestigt ist, insbesondere mit dem Gegenstück verklebt, verclipst, verpresst oder verschraubt ist.

8. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil im Bereich des Bremskraftverstärker-Anschlusses eine geringfügige Öffnung zur Umgebung aufweist.

9. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben aus Kunststoff oder die Kugel aus Metall oder Kunststoff ist.

10. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück zur Befestigung des Kolbens an der Membran aus Kunststoff ist.

11. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen mit dem Ventilsitz aus Kunststoff ist.

12. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus einem Elastomer-Kunststoff ist.

13. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und/oder der Gehäusedeckel aus Kunststoff sind.

14. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in der Vakuumpumpe integriert ist.

15. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in der Leitung zwischen Bremskraftverstärker und Vakuumpumpe oder Saugrohr integriert ist.

16. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil im Bremskraftverstärker integriert ist.

17. Unterdruckbegrenzungsventil, insbesondere für Bremskraftverstärker- Unterdrucksysteme mit einem Bremskraftverstärker und einer Vakuumpumpe oder mit einem Bremskraftverstärker und einem Saugrohr, gekennzeichnet durch mindestens ein in den Anmeldeunterlagen offenbartes erfinderisches Merkmal.