DE19821686A1

DE19821686A1 - Rückschlagventileinheit

Info

Publication number: DE19821686A1
Application number: DE1998121686
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr Emmerich; Thaddaeus Buratowski
Original assignee: Alfmeier Praezision AG Baugruppen und Systemlosungen
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 1999-01-28
Also published as: US6220271B1; US6035881A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückschlagventileinheit, die ganz allgemein dazu dient, ein Unterdruck benötigendes Arbeitssystem, beispielsweise den Bremskraftver stärker einer Fahrzeugbremsanlage oder den Servomotor der Servolenkung eines Fahrzeuges, mit einem Unterdruck erzeugenden Saugsystem, beispielsweise dem Saugrohr bzw. Ansaugkanal eines Brennkraftmotors zu verbinden. Die Rück schlagventileinheit soll gewährleisten, daß ein im Arbeitssystem erzeugter Unter druck erhalten bleibt, selbst wenn der Druck im Saugsystem ansteigt oder die Unterdruckerzeugung im Saugsystem vollständig unterbrochen ist. Letzteres ist beispielsweise bei stillstehendem Fahrzeugmotor der Fall. Eine Rückschlagven tileinheit umfaßt einen Einlaß und einen Auslaß, die über einen Hauptluftkanal miteinander verbunden sind. Im Montagezustand bzw. im Anwendungsfall ist der Einlaß mit dem Arbeitssystem und der Auslaß mit dem Saugsystem verbunden. Im Hauptluftkanal ist ein erstes Rückschlagventil angeordnet. Dies verhindert ein Entweichen des einmal im Arbeitssystem erzeugten Unterdrucks, im Falle eines saugseitigen Druckanstiegs. Weiterhin ist bei einer Rückschlagventileinheit der in Rede stehenden Art ein einziger Außenluftkanal vorhanden, der stromabwärts des ersten Rückschlagventiles von dem Hauptluftkanal abzweigt und in die Atmo sphäre mündet. In diesem Außenluftkanal ist ein Venturi-Rohr bzw. eine Quer schnittsverengung angeordnet. Diese Querschnittsverengung ist über einen Ka nal, im folgenden Venturi-Kanal genannt, an einer stromaufwärts des ersten Rückschlagventils liegenden Stelle mit dem Hauptluftkanal verbunden.

Eine solche Rückschlagventileinheit, im folgenden mit Ventileinheit bezeichnet, ist in US 5,291,916, DE 43 44 624 A1 und DE 43 10 761 C2 beschrieben. Nachteilig bei den bekannten Ventileinheiten ist, daß über den Außenluftkanal stetig Luft angesaugt wird. Insbesondere störend ist dies bei Brennkraftmotoren, bei denen die durch die Drosselklappe des Luftansaugrohres hindurchströmende Luftmenge zur Motorsteuerung bzw. zur Optimierung des Verbrennungsvorganges bestimmt wird. Bei einer in US 3,754,841 beschriebenen Ventileinheit ist der das Venturi-Rohr enthaltende Außenluftkanal durch ein Schieberventil absperrbar, wenn der Systemdruck des Arbeitssystems seinen Sollwert erreicht hat. Das Schieberventil ist differenzdruckgesteuert. Dazu wird eine einen das Schieberventil betätigenden Stößel haltende Membran einerseits mit dem Systemdruck und andererseits mit einem Referenzdruck beaufschlagt. Zur Erzeugung des Referenzdruckes ist in einem mit dem Saugrohr des Motors verbundenen, in die Atmosphäre mündenden zweiten Außenluftkanal ein Venturi-Rohr angeordnet. Von der Engstelle des Ven turi-Rohres zweigt ein Verbindungskanal ab, der die genannte Membran von einer Seite her beaufschlagt. Der zweite Außenluftkanal ist permanent geöffnet, so daß vom Saugrohr ein ständiger Fehl-Luftstrom angesaugt wird. Außerdem ist diese Ventileinheit nur mit hohem Fertigungs- und montagetechnischem Aufwand her stellbar.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Ventileinheit vorzuschla gen, die einfach aufgebaut ist und bei der ein ständiges Ansaugen von Außenluft verhindert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventileinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Danach ist vor oder nach der Querschnittsverengung des Venturi-Rohres im einzigen Außenluftkanal ein Absperrventil angeordnet, das in Abhängigkeit von dem im Arbeitssystem herrschenden Systemdruck derart angesteuert ist, daß die Verbindung zur Atmosphäre bei Überschreiten eines vorgegebenen Solldruckes im Arbeitssystem hergestellt und bei Unterschreiten dieses Druckes unterbrochen wird. Die Verbindung zur Außenluft ist somit nur dann hergestellt, wenn der Sy stemdruck einen vorgegebenen Solldruck überschreitet. Sobald der Systemdruck wieder auf seinen Sollwert abgesunken ist, wird der Außenluftkanal wieder abge sperrt. Eine Verfälschung der über die Drosselklappe strömenden Luftmenge ist dadurch im wesentlichen verhindert. Das Absperrventil ist als Sitzventil mit zwei definierten Schaltstellungen, nämlich einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung ausgebildet. Ein solches Ventil ist einfacher herzustellen und ist auch weniger störanfällig als ein Schieberventil, bei dem der Ventilschieber in eine ent sprechend bemessene Ventilbohrung exakt eingepaßt sein muß.

In den Ansprüchen 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem das Absperrventil ein elektromagnetisch betätigtes 2-Wege-Ventil ist, das von einem den Systemdruck mit Hilfe eines Drucksensors abgreifenden Steuergerät ange steuert ist. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist zunächst, daß aufgrund der elektrischen Steuerung die Dauer des Außenluftzustromes bzw. des geöffneten Zustandes des Außenluftkanales sehr kurz gehalten werden kann. Ganz allge mein ist ein Öffnen des Außenluftkanales bei einer erfindungsgemäßen Ventilein heit nur selten notwendig, z. B. bei wiederholtem Bremsen, nach längerer Be triebsruhe oder bei selten erreichten Drehzahl-Lastbereichen des Motors. Ein weiterer Vorteil des elektrischen Steuerns liegt darin, daß das dem tatsächlichen Unterdruck im Bremskraftverstärker analoge elektrische Signal für anderweitige elektrische oder elektromechanische Steuerungsfunktionen verwertbar ist.

Nach Anspruch 4 ist das Absperrventil ein von der Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem Atmosphärendruck betätigtes pneumatisches Absperrven til. Eine solche Rückschlagventileinheit ist allein schon deshalb einfach aufgebaut, weil die Druckdifferenz nicht aus dem Systemdruck und einem separat erzeugten Referenzdruck gebildet wird, sondern daß als Referenzdruck der Atmosphären druck dient. In den Ansprüchen 5-13 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der in An spruch 4 genannten Ventileinheit angegeben, die sich insbesondere durch eine einfache und kompakte Bauweise auszeichnen.

Die Erfindung wird nun anhand von den in Zeichnungen beigefügten ausgeführten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Funktionsschaubild, das die Verwendung einer Rückschlagven tileinheit mit elektromagnetischem Absperrventil in einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage zeigt,

Fig. 2 die Rückschlagventileinheit gemäß Fig. 1, jedoch ohne das elektroma gnetisch betätigte Absperrventil,

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispieles mit pneumatisch gesteuertem Absperrventil, in einem ersten Betriebszu stand,

Fig. 4 die Rückschlagventileinheit nach Fig. 3 in einem zweiten Betriebszu stand,

Fig. 5 die Hilfskraftbremsanlage eines Fahrzeuges mit einer Rückschlagven tileinheit nach Fig. 3 und 4,

Fig. 6 eine Bremsanlage entsprechend Fig. 5, bei der jedoch die Rückschlag ventileinheit anders angeschlossen ist,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Rückschlagventileinheit,

Fig. 8 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispieles einer Ventileinheit in einem ersten Betriebszustand,

Fig. 9 die Ventileinheit nach Fig. 8 in einem zweiten Betriebszustand,

Fig. 10 ein Diagramm, das das Zusammenspiel von System- und Saugrohr druck zeigt, und

Fig. 11 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der durch den Außenluftkanal strömenden Luftmenge vom Saugrohrdruck zeigt.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, umfaßt eine erfindungsgemäße Rückschlag ventileinheit - im folgenden kurz mit Ventileinheit 1 bezeichnet - einen Einlaß 2, einen Auslaß 3, einen Hauptluftkanal 4, einen Außenluftkanal 5, ein im Au ßenluftkanal angeordnetes Venturi-Rohr 6 mit einer bei einem Venturi-Rohr übli chen Querschnittsverengung 7, einen die Querschnittsverengung 7 mit dem Hauptluftkanal 4 verbindenden Venturi-Kanal 8 sowie einem ersten Rückschlag ventil 9 und einem zweiten Rückschlagventil 10. Das erste Rückschlagventil 9 ist im Hauptluftkanal 4 angeordnet. Stromabwärts des ersten Rückschlagventils 9 zweigt vom Hauptluftkanal der in die Atmosphäre mündende Außenluftkanal 5 ab. Der Venturi-Kanal 8 mündet stromaufwärts des ersten Rückschlagventils 9 im Hauptluftkanal und enthält ein zweites Rückschlagventil 10. Die Rückschlagven tile 9, 10 sind Plättchenventile und umfassen dementsprechend jeweils einen ringförmigen Ventilsitz 12 und ein damit zusammenwirkendes Ventilplättchen 13. In den Außenluftkanal ist ein pneumatisch betätigtes 2-Wege-Ventil eingeschaltet. Der Außenluftkanal ist bei den in Fig. 1 gezeigten Anwendungsfall mit dem Luftfilter 14 des Luftansaugsystems eines Fahrzeuges über eine Leitung 15 ver bunden. Der Einlaß 2 der Ventileinheit 1 ist über eine Leitung 16 mit dem Brems kraftverstärker 17 der Hilfskraftbremsanlage des Fahrzeuges verbunden. An die Leitung 16 ist ein Drucksensor 18 angeschlossen, der über eine Steuerleitung 19 mit einem elektrischen bzw. elektronischen Steuergerät 20 verbunden ist. Das Steuergerät erzeugt ein Stellsignal, das über eine Steuerleitung 22 an den Elek tromagneten 23 des 2-Wege-Ventils 21 weitergeleitet wird. Der Auslaß 3 der Ventileinheit 1 ist über eine Leitung 24 stromabwärts der Drosselklappe 25 mit dem zum Verbrennungsraum eines Motors 26 führenden Ansaugkanal 27 verbun den. Die Drosselklappe 25 ist somit durch die Leitung 15, den Außenluftkanal 5, den Hauptluftkanal 4 und die Leitung 24 nach Art eines Bypasses umströmt. Ein ständiger Luftstrom durch diesen Bypass wird jedoch durch das Absperrventil 21 verhindert.

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ventileinheit ist wie folgt:
Bei der vorgeschlagenen Ventileinheit sind im wesentlichen nur zwei definierte Betriebszustände gegeben. Bei dem einen Betriebszustand ist das 2-Wege-Ven til 21 geschlossen, bei dem anderen Betriebszustand ist es geöffnet. In Fig. 2 ist eine Situation dargestellt, bei der das 2-Wege-Ventil 21 geschlossen ist. Ausge hend von einer druckausgeglichenen Situation, etwa nach einem längeren Still stand des Fahrzeuges, wird bei Einschalten des Motors Luft aus dem Bremskraft verstärker 17 in Strömungsrichtung 28 hauptsächlich über das Rückschlagventil 9 abgesaugt. Das 2-Wege-Ventil ist, wie in Fig. 1 dargestellt, geöffnet. Somit wird Außenluft über das Venturi-Rohr 6 angesaugt. Die im Außenluftkanal strömende Luft wird mit zunehmender Verengung des Venturi-Rohres 6 beschleunigt was mit einer Druckverringerung einhergeht. An der engsten Stelle des Venturi-Roh res, der Querschnittsverengung 7, ist die Strömungsgeschwindigkeit am größten und dementsprechend der Druck der angesaugten Luft am geringsten. Nach der Querschnittsverengung 7 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit wieder ab und dementsprechend der Druck wieder zu. In dem sich stromaufwärts vor dem Rück schlagventil 9 befindlichen Abschnitt 29 ist somit der dem Systemdruck p_s ent sprechende Druck geringer als der Saugrohrdruck p_SR in dem sich vom Venturi-Rohr 6 wegerstreckenden Abschnitt 30 des Hauptluftkanals 4. Aufgrund dieser Druckverhältnisse wird das Ventilplättchen 13 des Rückschlagventils 9 bei nach lassender Luftdurchströmung gegen seinen Ventilsitz 12 gedrückt. Der Hauptluft kanal ist somit abgesperrt, die aus dem Bremskraftverstärker 17 abgesaugte Luft wird damit zumindest gegen Ende des Evakuierungsvorganges über den Venturi- Kanal 8 abgesaugt. Wenn der Systemdruck p_s auf einen Sollwert p_soll abgesunken ist, steuert das Steuergerät 20 den Elektromagneten 23 des 2-Wege-Ventils 21 an und bewegt dieses in seine zweite Ventilstellung, in der es den Außenluftkanal 5 absperrt. Steigt der Systemdruck p_s, etwa aufgrund mehrmaligen Bremsens an, wird die Stromzufuhr zum Elektromagneten 23 des 2-Wege-Ventils unterbrochen und das Ventil 21 durch eine Feder 32 in seine geöffnete Schaltstellung bewegt. Es wird dann wieder Außenluft über das Venturi-Rohr 6 angesaugt, wodurch dessen Unterdruckverstärkung wirksam wird.

Die Druck- und Strömungsverhältnisse sind zur Verdeutlichung in Fig. 10 und Fig. 11 in Form zweier Diagramme dargestellt. In dem Diagramm nach Fig. 10 ist der Systemdruck p_s über den Saugrohrdruck p_SR aufgetragen. Es ist erkennbar, daß bis zum voreingestellten Solldruck p_soll eine kontinuierliche Absenkung von p_s stattfindet. Die Verringerung des Systemdrucks p_s ist jedoch aufgrund der Unterdruckverstärkung durch das Venturi-Rohr größer als die Absenkung des Druckes p_SR. Bei Erreichen von p_soll wird der Außenluftkanal abgesperrt, die beiden Rückschlagventile 9, 10 sind geschlossen, da der Druck im Abschnitt 30 des Hauptluftkanals 4 größer ist als p_s. Nur wenn der Druck p_SR größer wird als p_soll findet eine weitere Evakuierung des Bremskraftverstärkers 17 statt. In Fig. 11 ist dargestellt, wie der Volumenstrom Q durch den Außenluftkanal 5 bei Erreichen von p_soll abrupt abbricht.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ventileinheit erfolgt die Absperrung des Außenluft kanals 5 durch ein von der Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck p_s und dem Atmosphärendruck betätigtes Wegesitzventil 32. Dieses umfaßt einen Ventil raum 51, der durch eine Membran 33 in einen Atmosphärenraum 34 und einen Unterdruckraum 35 unterteilt ist. Der Atmosphärenraum steht einerseits mit einer Eintrittsöffnung 36 mit der Außenluft und andererseits über eine Austrittsöff nung 37 mit dem Außenluftkanal 5 in Verbindung. Der Unterdruckraum 35 weist eine Verbindungsöffnung 41 auf, über die er mit dem Hauptluftkanal an einer stromaufwärts des Rückschlagventils 10 liegenden Stelle verbunden ist. Im Unter druckraum 35 ist eine Schraubenfeder 38 angeordnet, die sich einerseits an der Gehäusewand des Unterdruckraums und andererseits an der Membran 33 ab stützt. Die Membran 33 weist einen zentralen versteiften Bereich 39 auf, der einen im wesentlichen rechtwinklig zur Planebene des versteiften Bereiches abstehen den und die Verbindungsöffnung durchgreifenden Ventilstößel 40 trägt. Das Frei ende des Ventilstößels 40 ist radial verbreitert und nach Art eines Ventilplätt chens 42 ausgebildet. Dieses wirkt mit einem die Verbindungsöffnung 37 außer halb des Atmosphärenraums 34 ringförmig umgebenden Ventilsitz 43 zusammen.

Im Unterdruckraum 35 steht der Systemdruck p_s an, während auf der anderen Seite der Membran, im Atmosphärenraum 34 der Atmosphärendruck ansteht. Die Schraubendruckfeder 38 ist so ausgelegt, daß sie auf die Membran 39 eine Kraft ausübt, die etwas geringer ist als die in Schließrichtung 44 aufgrund der über der Membran anstehenden Druckdifferenz ausgeübten Kraft. Wenn im Bremskraftver stärker der Soll-Systemdruck p_soll erreicht ist, wird der Ventilstößel 40 in Schließ richtung 44 beaufschlagt und dementsprechend das Ventilplättchen 42 gegen den Ventilsitz 43 gedrückt. Die Verbindung zur Außenluft ist dann abgesperrt. Wenn beispielsweise aufgrund kurz aufeinanderfolgender Bremsvorgänge der Druck p_s in Bremskraftverstärker soweit ansteigt, daß die an der Membran 33 anstehende Druckdifferenz gleich oder kleiner ist als die von der Schraubenfeder 38 ausge übte Kraft, bewegt sich die Membrane und dementsprechend der Ventilstößel 40 in Öffnungsrichtung 45. Es wird dann der in Fig. 4 dargestellte Zustand erreicht. Das Ventilplättchen 42 ist vom Ventilsitz 43 abgehoben und es kann über die Ein trittsöffnung 36 und die Austrittsöffnung 37 Atmosphärenluft über das Venturi- Rohr 6 in Strömungsrichtung 28 angesaugt werden. In der Querschnittsveren gung 7 des Venturi-Rohres bzw. in dem sich daran anschließenden Venturi-Ka nal 8 findet eine Druckabsenkung statt. Stromabwärts des Venturi-Rohres 6 herrscht dagegen wieder im wesentlichen der Saugrohrdruck p_SR. Aufgrund die ses Druckunterschiedes schließt das Rückschlagventil 9. Die aus dem Brems kraftverstärker abgesaugte Luft nimmt daher den Weg über den Venturi-Kanal 8. Wenn wieder der vorgesehene Systemdruck p_s erreicht ist, sind die Druckver hältnisse über der Membran 33 wieder derart, daß der Ventilstößel 40 in Schließ richtung 44 bewegt und die Austrittsöffnung 37 geschlossen wird.

In Fig. 5 ist ein Einbaubeispiel für die eben beschriebene Ventileinheit dargestellt. Der Hauptluftkanal 4 der Ventileinheit 1 ist über eine Leitung 46 mit dem Brems kraftverstärker 17 verbunden. Die Eintrittsöffnung 36 ist über eine Leitung 47 mit dem Luftfilter 14 verbunden. An den Auslaß 3 schließlich ist eine Leitung 47a an geschlossen, die stromabwärts der Drosselklappe 25 in den Ansaugkanal 27 mündet. Die Anordnung gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von jener gemäß Fig. 5 dadurch, daß der Außenluftkanal 5 nicht an den Luftfilter sondern an das Kurbel gehäuse 48 des Motors angeschlossen ist.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein Ventil raum 51a vorhanden, der durch eine Membran 33a in einen Atmosphären raum 34a und in einen Unterdruckraum 35a unterteilt ist. Die Membran 33a weist einen zentralen versteiften Bereich 39a auf. Der Außenluftkanal 5 mündet über eine erste Eintrittsöffnung 49 in den Atmosphärenraum und tritt über eine erste Austrittsöffnung 50 wieder aus. Von der dem Unterdruckraum 34a zugewandten Flachseite der Membran 33a bzw. des versteiften Bereiches 39a steht im wesent lichen rechtwinklig ein Ventilstößel 40a ab, der die erste Austrittsöffnung 50 durchgreift und dessen Freiende radial erweitert und zu einem Ventilplättchen 42a ausgebildet ist. Das Ventilplättchen 42a wirkt mit einem Ventilsitz 43a zusammen, der die erste Austrittsöffnung 50 ringförmig umgibt. Im Unterdruckraum 35a ist eine Schraubenfeder 38a angeordnet, die die Membran 33a in Öffnungsrich tung 45 beaufschlagt. In den Unterdruckraum 35a mündet der Hauptluftkanal 4 über eine zweite Eintrittsöffnung 52 und tritt über eine zweite Austrittsöffnung 53 wieder aus. Schließlich mündet der Venturi-Kanal 8 über eine dritte Austrittsöff nung 54 in den Unterdruckraum 35a.

Von der dem Unterdruckraum 35a zugewandten Flachseite des versteiften Berei ches 39a steht im wesentlichen rechtwinklig ein zweiter Ventilstößel 40b ab, des sen Freiende radial verbreitert und zu einem Ventilplättchen 42b ausgebildet ist. Dieses Ventilplättchen wirkt mit einem innerhalb des Unterdruckraums 35a die dritte Austrittsöffnung 54 ringförmig umgebenden Ventilsitz 43b zusammen. Das Ventilplättchen 42b und der Ventilsitz 43b bilden das auch bei den vorher be schriebenen Ausführungsbeispielen vorhandene zweite Rückschlagventil 10a, das zur Absperrung des Venturi-Kanals 8 gegenüber dem Hauptluftkanal 4 dient. Die zweite Austrittsöffnung 53 des Unterdruckraumes 35a ist außenseitig ringförmig von einem Ventilsitz 55 umgeben, der mit einem außerhalb des Unterdruck raums 35a angeordneten Ventilplättchen 55a zusammenwirkt. Das Ventilplätt chen 55a und der Ventilsitz 55 bilden zusammen das auch bei den obigen Aus führungsbeispielen vorhandene in den Hauptluftkanal 4 eingeschaltete erste Rückschlagventil 9a. In Strömungsrichtung 28 gesehen mündet vor diesem Ventil der Außenluftkanal 5 in den Hauptluftkanal 4. In dem sich entgegen der Strö mungsrichtung 28 an die zweite Eintrittsöffnung 52 anschließenden Abschnitt des Hauptluftkanals 4 ist ein weiteres Rückschlagventil 56 angeordnet, das einen Ventilsitz 56a und ein damit zusammenwirkendes Ventilplättchen 56b umfaßt.

Die Ventileinheit 1 nach Fig. 7 arbeitet etwa wie folgt: Bei abgeschaltetem Fahr zeugmotor findet im Verlauf der Stillstandsphase ein weitgehender Druckaus gleich innerhalb der Ventileinheit statt. Lediglich im Bremskraftverstärker selbst kann noch ein durch das Rückschlagventil 56 eingeschlossener Unterdruck vor handen sein. Da die Druckverhältnisse über der Membran 33a ausgeglichen sind, ist die Membran durch die Schraubenfeder 38a in Öffnungsstellung bewegt, d. h. die erste Austrittsöffnung 50 und die dritte Austrittsöffnung 54 sind geöffnet. Wird nun der Motor gestartet, baut sich im Ansaugkanal 27 ein Unterdruck p_SR auf. Aufgrund der Querschnittsverengung 7 im Venturi-Rohr 6 und dem damit verbun denen Strömungswiderstand wird die Hauptluftmenge über den Hauptluftkanal 4 abgesaugt. Die darin angeordneten Rückschlagventile 56 und 9a sind geöffnet. Ein Teilluftstrom wird aber auch über den Außenluftkanal 5 angesaugt. Mit zu nehmender Absenkung des Systemdruckes p_s erhöht sich die aufgrund des Druck unterschiedes zwischen dem Systemdruck und dem Atmosphärendruck auf die Membran 33a ausgeübte Kraft. Die Feder ist, wie bereits oben beschrieben, so ausgelegt, daß bei einem vorgegebenem Soll-Systemdruck p_soll die Membran in Schließrichtung 44 bewegt wird. Wenn der Soll-Systemdruck erreicht ist, ist der Außenluftkanal 5 abgesperrt. Gleiches trifft für den Venturi-Kanal zu. Eine Luft strömung im Hauptluftkanal findet in dieser Situation nur statt, wenn der Saug rohrdruck p_SR unter den Soll-Systemdruck absinkt.

Die in Fig. 8 gezeigte Ventileinheit 1 weist eine besonders kompakte Bauweise auf. Sämtliche Bauteile sind in einem gemeinsamen Gehäuse 60 angeordnet, das einen Ventilraum 51 b umschließt. Der Ventilraum 51 b ist durch zwei Trennwände in einen Atmosphärenraum 34b, eine Unterdruckkammer 35b und eine Saug kammer 57 unterteilt. Der Atmosphärenraum steht über eine Atmosphärenöff nung 58 mit der Außenluft in Verbindung. Die zwischen dem Atmosphären raum 34b und dem Unterdruckraum 35b angeordnete Trennwand ist eine Mem bran 33b mit einem zentralen versteiften Bereich 39b. Die zwischen dem Unter druckraum 35b und der Saugkammer 57 angeordnete Trennwand 62 weist eine Durchtrittsöffnung 63 auf. Von der der Unterdruckkammer 35b zugewandten Seite des versteiften Membranbereiches 39b steht ein als Venturi-Rohr 6 ausgebildeter Ventilstößel 59 im wesentlichen rechtwinklig ab. Der Ventilstößel 59 durchgreift die Durchtrittsöffnung 63. Zwischen der Außenumfangsfläche und dem Öffnungs rand der Durchtrittsöffnung 63 ist eine bewegliche Abdichtungsmembran 64 ange ordnet. Diese Membran dichtet den Unterdruckraum 35b gegenüber der Saug kammer 57 hermetisch ab. Im Unterdruckraum 35b ist eine Schraubenfeder 38b angeordnet, die sich einerseits an der Trennwand 62 und andererseits an dem versteiften Membranbereich 39b abstützt und die den Ventilstößel 59 mit Radial abstand umgibt. Der Venturi-Kanal 8 erstreckt sich im wesentlichen radial zum Ventilstößel 59 und mündet einerseits in die Querschnittsverengung 7 und ande rerseits in den Unterdruckraum 35b. Im Venturi-Kanal ist das zweite Rückschlag ventil 10b angeordnet. Es ist zusammen mit einem Ventilgehäuse 65 an der Um fangsfläche des Ventilstößels 59 fixiert.

Das Freiende des Ventilstößels 59 ist radial erweitert und zu einem Ventilplätt chen 66 ausgebildet. Das Ventilplättchen 66 wirkt mit einem an der der Trenn wand 62 gegenüberliegenden Gehäusewand 67 angeordneten Ventilsitz 69 zu sammen. In der Trennwand 62 ist neben der Durchtrittsöffnung 63 noch eine Ver bindungsöffnung 68 vorhanden, die von einem auf der Saugkammerseite der Trennwand 62 angeordneten Ventilsitz 69 ringförmig umgeben ist. Mit dem Ven tilsitz 69 wirkt ein Ventilplättchen 70 zusammen. Das Ventilplättchen 70 und der Ventilsitz 69 bilden das im Hauptluftkanal 4 angeordnete erste Rückschlagven til 9b. Der Hauptluftkanal 4 wird im vorliegenden Fall durch den Unterdruck raum 35b und die Saugkammer 57 gebildet. Am Anfang des Hauptluftkanales 4 steht der Einlaß 2, sein Ende bildet der Auslaß 3. Der Außenluftkanal 5 wird da gegen von dem Atmosphärenraum 34 und dem Innenraum des Ventilstößels 59, also vom Venturi-Rohr 6 gebildet. Das den Außenluftkanal 5 schließende Ab sperrventil wird durch das Ventilplättchen 66 und den Ventilsitz 69 gebildet.

Die Arbeitsweise der Ventileinheit nach Fig. 8 wird, ausgehend von einem druck ausgeglichenen Zustand, etwa bei länger andauerndem Motorstillstand, im fol genden beschrieben: Zunächst befindet sich der Ventilstößel 59 in der in Fig. 9 gezeigten geöffneten Stellung. Nach dem Starten des Motors baut sich in der Saugkammer 57 der Saugrohrdruck p_SR auf, der zu einem Haupt-Luftstrom über das erste Rückschlagventil 9b im Hauptluftkanal 4 und zu einem Neben-Luftstrom über das Venturi-Rohr 6 führt. In der Folge entsteht aufgrund des Venturi-Prinzips ein Druckgefälle zwischen der Querschnittsverengung 7 des Venturi-Rohres 6 und dem Unterdruckraum 35b, wodurch eine über den vom Ansaugkanal des Motors erzeugten Druck hinausgehende Druckabsenkung erreicht wird. Dementspre chend schließt das erste Rückschlagventil 9b, so daß dann eine Evakuierung ausschließlich über das zweite Rückschlagventil 10b, dem Venturi-Kanal 8 und der Saugkammer 57 erfolgt. Mit zunehmender Evakuierung nimmt die Druckdiffe renz an der Membran 33b zu, bis schließlich ein Zustand erreicht wird, in dem die in Schließrichtung 44 auf die Membran 33b ausgeübte Kraft größer ist als die Fe derkraft der Schraubenfeder 38b. Die Folge ist, daß der Ventilstößel 59 in seine in Fig. 8 gezeigte geschlossene Stellung bewegt wird. Ein Volumenstrom kann dann nur noch stattfinden, wenn der Druck p_SR in der Saugkammer größer wird als der Soll-Systemdruck p_s.

Bezugszeichenliste

1

Ventileinheit

2

Einlaß

3

Auslaß

4

Hauptluftkanal

5

Außenluftkanal

6

Venturi-Rohr

7

Querschnittsverengung

8

Venturi-Kanal

9

,

9

a,

9

b erstes Rückschlagventil

10

,

10

a,

10

b zweites Rückschlagventil

12

Ventilsitz

13

Ventilplättchen

14

Luftfilter

15

Leitung

16

Leitung

17

Bremskraftverstärker

18

Drucksensor

19

Steuerleitung

20

Steuergerät

21

2-Wegeventil

22

Steuerleitung

23

Elektromagnet

24

Leitung

25

Drosselklappe

26

Motor

27

Ansaugkanal

28

Strömungsrichtung

29

Abschnitt

30

Abschnitt

31

Feder

32

Membran-Wegesitzventil

33

,

33

a,

33

b Membran

34

a,

34

b Atmosphärenraum

35

,

35

a,

35

b Unterdruckraum

36

Eintrittsöffnung

37

Austrittsöffnung

38

,

38

a,

38

b Schraubenfeder

39

,

39

a,

39

b versteifter Bereich

40

,

40

a Ventilstößel

41

Verbindungsöffnung

42

Ventilplättchen

43

Ventilsitz

44

Schließrichtung

45

Öffnungsrichtung

46

Leitung

47

,

47

a Leitung

48

Kurbelgehäuse

49

erste Eintrittsöffnung

50

erste Austrittsöffnung

51

,

51

a,

51

b Ventilraum

52

zweite Eintrittsöffnung

53

zweite Austrittsöffnung

54

dritte Austrittsöffnung

55

Ventilsitz

55

a Ventilplättchen

56

Rückschlagventil

56

a Ventilsitz

56

b Ventilplättchen

57

Saugkammer

58

Atmosphärenöffnung

59

Ventilstößel

60

Gehäuse

61

Umfangsabschnitt

62

Trennwand

63

Durchtrittsöffnung

64

Abdichtungsmembran

65

Ventilgehäuse

66

Ventilplättchen

67

Gehäusewand

68

Verbindungsöffnung

69

Ventilsitz

70

Ventilplättchen

Claims

1. Rückschlagventileinheit (1) mit

- einem an ein Unterdruck benötigendes Arbeitssystem, beispielsweise an ei nen Bremskraftverstärker (17) anschließbaren Einlaß (2),
- einem an ein einen Unterdruck erzeugendes Unterdrucksystem anschließba ren Auslaß (3),
- einem Einlaß und Auslaß fluidisch miteinander verbindenden, eine zum Aus laß hin gerichtete Luftströmung ermöglichenden Hauptluftkanal (4),
- einem im Hauptluftkanal (4) angeordneten ersten Rückschlagventil (9),
- einem einzigen Außenluftkanal (5), der stromabwärts des ersten Rückschlag ventils (9) vom Hauptluftkanal (4) abzweigt in die Atmosphäre mündet und eine Querschnittsverengung (7) nach Art eines Venturi-Rohres (6) aufweist,
- einer die Querschnittsverengung (7) stromaufwärts des ersten Rückschlag ventils (9) mit dem Hauptluftkanal (4) verbindenden Venturi-Kanal (8) und
- einem zwischen Einlaß (2) und Querschnittsverengung (7) im Hauptluftka nal (4) oder im Venturi-Kanal (8) angeordneten zweiten Rückschlagven til (10), gekennzeichnet durch ein vor oder nach der Querschnittsverengung (7) im Außenluftkanal (5) ange ordnetes Absperrventil, das in Abhängigkeit von dem im Arbeitssystem herr schenden Systemdruck (p_s) derart angesteuert ist, daß die Verbindung zur Atmosphäre bei Überschreiten eines vorgegebenen Solldruckes (p_soll) im Ar beitssystem hergestellt und bei Unterschreiten dieses Druckes unterbrochen wird.

2. Rückschlagventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil ein elektromagnetisch betätigtes 2-Wegeventil (21) ist, das von einem den Systemdruck mit Hilfe eines Drucksensors (18) abgreifen den Steuergerät (20) angesteuert ist.

3. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das 2-Wegeventil (21) stromaufwärts vor dem Venturi-Rohr (6) bzw. vor der Querschnittsverengung (7) im Außenluftkanal (5) angeordnet ist.

4. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein von der Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck (p_s) und dem Atmo sphärendruck betätigtes pneumatisches Absperrventil.

5. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Membran-Wegesitzventil (32) als Absperrventil mit folgender Ausgestal tung:

- eine Membran (33) trennt einen eine Eintrittsöffnung (36), eine Austrittsöff nung (37) und eine Verbindungsöffnung (4) aufweisenden Ventilraum (51) in einen Atmosphärenraum (34) und einen Unterdruckraum (35),
- der Außenluftkanal (5) tritt über die Eintrittsöffnung (36) in den Atmosphären raum (34) ein und über die Austrittsöffnung (37) wieder aus,
- der Unterdruckraum (35) ist über die Verbindungsöffnung (41) mit dem Hauptluftkanal (4) an einer stromaufwärts des ersten und zweiten Rück schlagventils (9, 10) liegenden Stelle verbunden,
- aus einer Flachseite eines zentralen, versteiften Bereiches (39) der Mem bran (33) steht im wesentlichen rechtwinklig ein Ventilstößel (40) vor, dessen Freiende die Austrittsöffnung (37) durchgreift und zu einem über die Stößel- Umfangsfläche hinausstehenden, vorzugsweise als Ventilplättchen (42) ausgebildeten Schließelement verbreitert ist, das mit einem außerhalb des Atmosphärenraums (34) angeordneten, die Austrittsöffnung (37) umfassenden Ventilsitz (43) zusammenwirkt,
- die Membran (33) ist in Öffnungsrichtung (45) von einer Feder beaufschlagt.

6. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine im Unterdruckraum (34) angeordnete, sich einerseits an dem versteiften Membranbereich (39) und andererseits an der der Membran (33) zugewand ten Wand des Unterdruckraums (35) abstützenden Schraubenfeder (38).

7. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Ausgestaltung:

- eine in Öffnungsrichtung (45) von einer Feder beaufschlagte Membran (33a) trennt einen eine erste und eine zweite Eintrittsöffnung (49,52) und eine er ste, zweite und dritte Austrittsöffnung (50, 53, 54) aufweisenden Ventil raum (51a) in einen Atmosphärenraum (34a) und einen Unterdruck raum (35a),
- der Außenluftkanal (5) tritt über die erste Eintrittsöffnung (49) in den Atmo sphärenraum (34a) ein und über die erste Austrittsöffnung (50) wieder aus,
- in den Unterdruckraum (35a) tritt der Hauptluftkanal (4) über die zweite Ein trittsöffnung (52) ein und über die zweite Austrittsöffnung (53) wieder aus,
- das erste Rückschlagventil (9a) ist in dem zur zweiten Eintrittsöffnung (52) hinführenden Abschnitt des Hauptluftkanals (4) angeordnet,
- das zweite Rückschlagventil (10a) wirkt zur Verhinderung einer zum Arbeits system gerichteten Luftströmung mit seinem Schließelement mit der zweiten Austrittsöffnung (53) zusammen,
- der Venturi-Kanal (8) zweigt vom Unterdruckraum (35a) über die dritte Aus trittsöffnung (54) ab,
- von den beiden Flachseiten eines zentralen, versteiften Bereiches (39a) der Membran (33a) steht jeweils ein Ventilstößel (40a, 40b) im wesentlichen rechtwinklig ab,
- das Freiende der Ventilstößel ist jeweils zu einem über die Stößel-Umfangs fläche hinausstehenden Schließelement verbreitert,
- der erste Ventilstößel (40a) durchgreift die erste Austrittsöffnung (50) und wirkt mit seinem Schließelement mit einem außerhalb des Atmosphären raums (34a) angeordneten, die erste Austrittsöffnung (50) umfassenden Ventilsitz (43a) zusammen,
- der zweite Ventilstößel (40b) wirkt mit seinem Schließelement mit einem in nerhalb des Unterdruckraumes (34a) angeordneten, die dritte Austrittsöff nung (54) umfassenden Ventilsitz (43b) zusammen.

8. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine den zweiten Ventilstößel (40b) mit Radialabstand umfas sende, sich einerseits an einer Wand des Unterdruckraumes (35a) und ande rerseits an dem versteiften Membranbereich (39a) abstützende Schraubenfe der (38a) ist.

9. Rückschlagventileinheit nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenluftkanal (5) zumindest mit einem Längsabschnitt an der Au ßenseite des Ventilraums (51a) verläuft, wobei der dem Ventilraum zuge wandte Umfangsabschnitt (61) des Hauptluftkanals (4) durch die den Ventil raum (51a) umgrenzende Gehäusewand gebildet ist.

10. Rückschlagventileinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließelemente nach Art von radial über die Stößel-Umfangsfläche hinausstehenden Ventilplättchen (42a, 42b) ausgebildet sind.

11. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Ausgestaltung:

- sie weist ein durch zwei Trennwände in einen Atmosphärenraum (34b), einen Unterdruckraum (35b) und eine Saugkammer (57) unterteiltes Gehäuse (60) auf, wobei der Atmosphärenraum über eine Atmosphärenöffnung (58) mit der Außenluft, der Unterdruckraum über eine einen Einlaß (2) bildende Öffnung mit dem Arbeitssystem und die Saugkammer über eine einen Auslaß (3) bil dende Öffnung mit dem Saugsystem verbunden ist,
- die erste, zwischen Atmosphärenraum und Unterdruckraum angeordnete Trennwand enthält eine bewegliche, in Öffnungsrichtung (45) von einer Feder beaufschlagte Membran (33b),
- der Atmosphärenraum ist mit dem Unterdruckraum über einen als Venturi-Rohr (6) ausgebildeten Ventilstößel (59) verbunden,
- der Ventilstößel (59) steht im wesentlichen rechtwinklig von der dem Unter druckraum (35b) zugewandten Flachseite der Membran (33b) ab, durchgreift unter Radialabdichtung eine Durchtrittsöffnung (63) in der zweiten Trenn wand (62) und erstreckt sich mit seinem Freiende in die Saugkammer (57) hinein,
- das Freiende des Ventilstößels (59) ist als Schließelement ausgebildet und wirkt zur Sperrung der Verbindung zwischen Atmosphären- und Unterdruck raum mit einem Ventilsitz (69) an der der zweiten Trennwand (62) gegen überliegenden Wand (67) der Saugkammer (57) zusammen,
- die Querschnittsverengung (7) des Venturi-Rohres (6) bzw. des Ventilstö ßels (59) ist über einen das zweite Rückschlagventil (10b) enthaltenden, die rohrabschnittförmige Wand des Ventilstößels (59) durchsetzenden Venturi-Kanal (8) verbunden,
- in der zweiten Trennwand (62) ist eine Verbindungsöffnung (68) vorhanden, die vom ersten, im Unterdruckraum (35b) angeordneten Rückschlagven til (9b) absperrbar ist.

12. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine den Ventilstößel (59) mit Radialabstand umfassende, sich einerseits an der zweiten Trennwand (62) und andererseits an der Mem bran (33b) abstützende Schraubenfeder (38b) ist.

13. Rückschlagventileinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialabdichtung zwischen dem Ventilstößel (59) und der zweiten Trennwand (62) eine elastische Membran (64) ist.