DE19853050A1 - Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe - Google Patents

Abstract

Eine Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe hat eine Arbeitskammer (18) mit einem Einlaßventil (22), das mit einer Unterdruckkammer des Unterdruckbremskraftverstärkers zu verbinden ist, und ein Auslaßventil (30), das zur Umgebungsatmosphäre führt. Eine elastische Membran (16) schließt als Begrenzungswand die Arbeitskammer (18) ab und ist durch eine Betätigungseinrichtung (40) in eine Wirkrichtung auslenkbar. Um eine vom Verbrennungsmotor unabhängig antreibbare und besonders kompakte Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe zu erhalten, umfaßt die Betätigungseinrichtung (40) einen Anker (70), der durch eine elektromagnetische Spule (74) in Wirkrichtung der Membran (16) bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterdruckbremskraftverstärker- Vakuumpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kraftfahrzeuge haben heutzutage zumeist ein Bremssystem, bei dem die vom Fahrer auf ein Bremspedal aufgebrachte Kraft mit­ tels eines Unterdruckbremskraftverstärkers verstärkt wird.

Üblicherweise wird der zur Bremskraftverstärkung notwendige Unterdruck durch das Ansaugsystem des Verbrennungsmotors er­ zeugt, der das Kraftfahrzeug antreibt. Bei modernen, sehr energiesparenden Ottomotoren und insbesondere bei Dieselmotoren reicht allerdings der vom Ansaugsystem erzeugte Unterdruck für eine ordnungsgemäße Funktion des Unterdruckbremskraftverstär­ kers nicht aus, so daß eine Vakuumpumpe vorgesehen werden muß. Solche vakuumpumpen werden im allgemeinen über eine Antriebs­ welle, z. B. eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors, angetrie­ ben. Die dazu erforderliche Anbindung der Vakuumpumpe an ein Gehäuse des Verbrennungsmotors ist wegen der erforderlichen Abdichtung der verbindungsstelle aufwendig und darüber hinaus unflexibel, weil der Einbauort der Vakuumpumpe weitgehend festgelegt ist.

Um den Einbauort der Vakuumpumpe vom Verbrennungsmotor unabhän­ gig wählen zu können, ist es bekannt einen Elektromotor als Antrieb für eine Vakuumpumpe zu verwenden. Nachteilig ist dabei jedoch ein erhöhter Platzbedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumpumpe für einen Unterdruckbremskraftverstärker so weiterzubilden, daß deren Einbauort vom Verbrennungsmotor unabhängig gewählt werden kann und ihr Platzbedarf gering ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vakuumpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Als Wirkrichtung der Membran wird hier die Richtung bezeichnet, in die die Membran zum Ansaugen von Luft ausgelenkt wird. Ein elektromagnetischer Antrieb kann verglichen mit einem Elektromotor erheblich klei­ ner ausgebildet sein. Eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe hat daher einen besonders geringen Platzbedarf.

Bevorzugt ist die Membran entgegen ihrer Wirkrichtung federnd vorgespannt. Die Membran wird auf diese Weise in eine Stellung gedrängt, die als Ruhestellung bezeichnet wird. Die Membran kann aus dieser Ruhestellung ausgelenkt werden, um Luft in die Arbeitskammer zu saugen. Hierzu wird die Spule der Betätigungs­ einrichtung bestromt, wodurch der Anker entgegen der federnden Vorspannung in die Spule gezogen wird. Die Membran befindet sich dann in einer ausgelenkten Stellung und kann aus der ausgelenkten Stellung in die Ruhestellung zurückbewegt werden, um die zuvor angesaugte Luft aus der Arbeitskammer auszuschie­ ben. Hierzu braucht lediglich die Bestromung der Spule beendet oder unterbrochen zu werden, denn die federnde Vorspannung bewegt die Membran dann zurück in die Ruhestellung. Da der Anker durch die Spule nur in eine Richtung ausgelenkt werden muß, kann eine besonders kleine Spule verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe ist gemäß einer Ausführungs­ form so weitergebildet, daß die Position des Ankers relativ zur Membran längs der Wirkrichtung einstellbar ist. Der Anker ragt je nach Einstellung verschieden weit in die Spule hinein. So können erstens Fertigungstoleranzen in der Betätigungseinrich­ tung ausgeglichen werden und zweitens bei ein und derselben Vakuumpumpe verschiedene Förderleistungen eingestellt werden.

Indem die Betätigungseinrichtung einen Stab mit einem Gewinde umfaßt, auf das der Anker aufgeschraubt ist, kann der Hub, den der Anker ausführen soll, besonders schnell und genau einge­ stellt werden. Die Verschraubung kann z. B. vor einem Einbau der Betätigungseinrichtung in das Gehäuse voreingestellt werden. Das Gehäuse kann auch so gestaltet sein, daß die Verschraubung von außen einstellbar ist. Die Einstellung kann abschließend z. B. durch einen Klebepunkt fixiert werden.

Die Membran kann so gestaltet sein, daß sie selber eine vor­ spannende Federkraft entgegen ihrer Wirkrichtung aufbringt. Bevorzugt ist die Membran jedoch durch eine Feder vorgespannt, die sich am Stab der Betätigungseinrichtung abstützt. Durch eine Feder kann die Vorspannung auf die Membran sehr genau vorgegeben werden. Die Feder spannt insbesondere die Membran direkt vor, ohne daß dabei der Anker dazwischen angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Stellung des Ankers verändert werden, ohne daß sich die durch die Feder erzeugte Vorspannung auf die Membran verändert.

Es ist vorteilhaft, daß die Betätigungseinrichtung zur Führung ihrer Bewegung einen Kolben umfasst, der in einem Teil des Gehäuses geführt ist. Der Kolben kann z. B. aus Kunststoff bestehen, woraus sich eine kostengünstig herzustellende Führung mit geringer Reibung ergibt. Besonders vorteilhaft können auch Verbindungselemente, beispielsweise eine Schraube, mit denen die Membran am Kolben befestigt ist, von dem Kolben umspritzt sein. Der Kolben vereinigt dann die Funktionen des Führens und des Übertragens von Kräften.

Eine andere Möglichkeit zur Ankoppelung an den restlichen Teil der Betätigungseinrichtung benutzt einen bis in den Kolben reichenden Stab. Eine Bohrung durchsetzt den Kolben und den Stab quer zur Wirkrichtung. In der Bohrung ist ein Stift ge­ führt, so daß der Stab im Kolben in Wirkrichtung gehalten ist. Eine solche Verbindung ist einfach herzustellen und zu lösen und läßt eine Demontage des Ankers zu.

Besonders kompakt kann die Vakuumpumpe ausgebildet sein, indem der Anker hohl ist und die Feder in seinem Inneren geführt ist.

Ferner ist es vorteilhaft, daß das Gehäuse eine gestufte Aus­ nehmung aufweist. Zum einen kann eine solche Ausnehmung mit engen Toleranzen besonders kostengünstig durch eine Stufenboh­ rung hergestellt werden, zum anderen ermöglicht sie einen besonders einfachen Einbau der Betätigungseinrichtung in das Gehäuse. Besonders präzise kann eine umspritzte ringförmige Spule in den durchmessergrößeren Teil der Ausnehmung eingesetzt sein. Der Anker und weitere Teile der Betätigungseinrichtung sind dann im durchmesserkleineren Teil der Ausnehmung angeord­ net, wodurch eine genaue Lage des Ankers bezüglich der Spule sichergestellt ist.

Der Hub des Ankers kann durch einen Anschlag begrenzt sein, um eine ungewünscht große Auslenkung der Membran zu verhindern, die die Membran beschädigen könnte. Dieser Anschlag kann beson­ ders kostengünstig einstückig mit der umspritzten Spule ausge­ bildet sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vakuumpumpe ist im folgenden anhand der beigefügten, schemati­ schen Figur näher erläutert, die eine solche Vakuumpumpe im Längsschnitt zeigt.

Die Vakuumpumpe hat ein Gehäuse 10, das in zwei Gehäuseab­ schnitte 12 und 14 unterteilt ist. Zwischen den beiden Gehäuse­ abschnitten 12, 14 ist eine auslenkbare Membran 16 aus Elastomermaterial abgedichtet gehalten. Die Membran 16 bildet zusammen mit dem Gehäuseabschnitt 12 eine Arbeitskammer 18, wobei die Membran 16 eine Begrenzungswand der Arbeitskammer 18 darstellt.

Im Gehäuseabschnitt 12 ist ein Einlaßkanal 20 ausgebildet, der durch ein hier als Rückschlagventil ausgestaltetes Einlaßventil 22 mit der Arbeitskammer 18 verbunden ist. Der Einlaßkanal 20 ist durch eine Leitung mit einer Unterdruckkammer eines Unter­ druckbremskraftverstärkers verbunden (nicht dargestellt).

Das Einlaßventil 22 umfaßt eine Ventilplatte 24, die durch eine Ventilfeder 26 in eine abdichtende Stellung gegen einen im Gehäuseabschnitt 12 ausgebildeten Ventilsitz vorgespannt ist. Der Teil des Gehäuseabschnitts 12, an dem sich die Ventilfeder 26 abstützt, ist trichterförmig ausgebildet und weist eine Öffnung 28 auf, die eine gasleitende Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 20 und der Arbeitskammer 18 bereitstellt. Der trichterförmige Teil des Gehäuseabschnitts 12 reicht in die Arbeitskammer 18, wodurch eine besonders kompakte Ausgestaltung des Gehäuseabschnitts 12 erzielt ist.

Ferner ist der Gehäuseabschnitt 12 mit einem hier als Rück­ schlagventil ausgestalteten Auslaßventil 30 versehen, das eine Ventilplatte 32 aufweist. Die Ventilplatte 32 ist mittels einer Ventilfeder 34 entgegen der Auslaßrichtung und in Richtung auf einen im Gehäuseabschnitt 12 ausgebildeten Ventilsitz vorge­ spannt. Durch eine Öffnung 36 ist die Arbeitskammer 18 mit einem im Gehäuseabschnitt 12 ausgebildeten Auslaßkanal 38 gasleitend verbunden. Das Auslaßventil 30 ist baugleich zum Einlaßventil 22 ausgebildet, wobei sich die Ventilfeder 34 an einem trichterförmig ausgebildeten Teil des Gehäuseabschnitts 12 abstützt, der in den Auslaßkanal 38 ragt.

Auf der der Arbeitskammer 18 gegenüberliegenden Seite der Membran 16 ist im Gehäuseabschnitt 14 eine Betätigungseinrich­ tung 40 angeordnet, die mit der Membran 16 verbunden ist und diese auslenken kann. Hierzu liegt an jeder Seite der Membran 16 je eine Verstärkungsscheibe 42, 44 an. Ein Kolben 46 aus Kunststoff ist um eine Schraube 48 gespritzt, die die Verstär­ kungsscheiben 42, 44 und die Membran 16 durchsetzt und auf die in der Arbeitskammer 18 eine Mutter 50 aufgeschraubt ist. Zwischen-dem Kolben 46 und der Verstärkungsscheibe 44 ist ein O-Ring 52 auf die Schraube 48 aufgeschoben. Die Mutter 50 preßt im aufgeschraubten und festgezogenen Zustand die Verstärkungs­ scheibe 42, die Membran 16 und die Verstärkungsscheibe 44 gegen den O-Ring 52 und den Kolben 46. So ist zum einen die Durchfüh­ rung der Schraube 48 durch die Membran 16 gasdicht gehalten und zum anderen zwischen dem Kolben 46 und der Membran 16 eine Verbindung hergestellt, über die die Membran quer zu ihrer Membranfläche, also in ihrer Wirkrichtung ausgelenkt und wieder zurückgeführt werden kann.

Der Gehäuseabschnitt 14 bildet an der der Arbeitskammer 18 gegenüberliegenden Seite der Membran 16 eine Kammer 54, die durch Öffnungen 56, 58 mit der Umgebung verbunden ist. Im Gehäuseabschnitt 14 ist eine stufenförmige Ausnehmung mit einem durchmesserverringerten Zylinderabschnitt 60 ausgebildet. In diesem Zylinderabschnitt 60 ist der Kolben 46 gleitend geführt.

Ein Stab 62 ragt in Wirkrichtung der Membran 16 in den Kolben 46. Auf der Mantelfläche des Stabs 62 ist eine Gewinde 64 ausgebildet. Der Kolben 46 weist ferner quer zur Wirkrichtung eine Bohrung 66 auf, die auch den Stab 62 durchsetzt. In die Bohrung 66 ist ein Stift 68 eingepreßt, der den Stab 62 und den Kolben 46 verbindet. Auf das Gewinde 64 des Stabes 62 ist ein Anker 70 mit einer entsprechenden Gewindebohrung aufgeschraubt. Der Anker 70 wird vor dem verbinden des Stabes 62 mit dem Kolben 46 aufgeschraubt. Nach dem Verbinden kann die Stellung des Ankers 70 zum Kolben 46 durch Drehen auf dem Gewinde 64 geändert werden.

In einem zweiten durchmessergrößeren Zylinderabschnitt 72 der Ausnehmung im Gehäuseabschnitt 14 ist eine Spule 74 mit ihrem umspritzten Spulengehäuse 76 angeordnet. An das Spulengehäuse 76 ist ein Steckanschluß 78 angespritzt. Der Gehäuseabschnitt 14 weist im Bereich des Zylinderabschnitts 72 einen Einschnitt 80 auf, in den der vom Spulengehäuse 76 abstehende Steckan­ schluß 78 eingeschoben ist. Der Gehäuseabschnitt 14 ist am Ende des Zylinderabschnitts 72 durch einen Deckel 82 verschlossen. Das Spulengehäuse 76 kann in den Zylinderabschnitt 72 einge­ preßt sein oder durch den Deckel 32 im Gehäuseabschnitt 14 gehalten sein.

Die Spule 74 ist ringförmig und vom Spulengehäuse 76 derart umgeben, daß ein Becher entsteht, in den der Anker 70 hinein­ ragt. Der Becher hat einen Boden 84, der sich parallel zum Deckel 82 erstreckt. Der Stab 62, auf den der Anker 70 aufge­ schraubt ist, ist durch eine Druckfeder 86 vorgespannt, die sich am Boden 84 abstützt. Wie dargestellt ragt die Feder 86 in den hohl ausgebildeten Anker 70 hinein und ist durch ihn ge­ führt. Auf dem Boden 84 ist eine ringförmige, erhöhte Anschlag­ fläche 88 für den Anker 70 vorhanden.

In der in der Figur wiedergegebenen Ruhestellung der Betäti­ gungseinrichtung 40 spannt die Feder 86 den Stab 62 über den Kolben 46 gegen die Membran 16 vor. Durch Bestromen der Spule 74 wird der Anker 70 entgegen der Kraft der Feder 86 in die Spule gezogen (Betätigungsstellung). Der Hub des Ankers 70 und damit der Membran 16 ergibt sich aus dem Abstand des Ankers 70 zur Anschlagfläche 88. Die Membran 16 bewegt sich bezogen auf die Figur nach rechts zunächst in Wirkrichtung, d. h. in die Richtung, bei der durch die Membranbewegung Luft in die Ar­ beitskammer 18 eingesaugt wird, weil durch die Volumenvergröße­ rung der Arbeitskammer 18 ein Vakuum entsteht. Das Auslaßventil 30 bleibt geschlossen und das Einlaßventil 22 öffnet sich gegen die Kraft der Ventilfeder 26. Durch den Einlaßkanal 22 strömt Luft in Richtung des Pfeils A aus der Unterdruckkammer des Unterdruckbremskraftverstärkers in die Arbeitskammer 18.

Wenn die Bestromung der Spule 74 beendet wird, kann sich die Feder 86 wieder entspannen und den Stab 62, den Kolben 46 und die Membran 16 bezogen auf die Figur nach links verschieben. Dadurch verringert sich das Volumen der Arbeitskammer 18. Das Einlaßventil 22 schließt und das Auslaßventil 30 öffnet sich. Ein Teil der Luft in der Arbeitskammer 18 wird durch den Aus­ laßkanal 38 in Richtung des Pfeils B in die Umgebung ausgescho­ ben. Die Vakuumpumpe hat nun einen Arbeitszyklus ausgeführt und durch Bestromen der Spule 74 kann ein neuer Arbeitszyklus eingeleitet werden.

Durch Anlegen eines oszillierenden Stromes an der Spule 74, z. B. mittels eine Steuergerätes, kann die Vakuumpumpe so ange­ steuert werden, daß die Membran 16 in eine Schwingung in Wirk­ richtung versetzt wird und dadurch fortwährend Luft aus der Unterdruckkammer des Unterdruckbremskraftverstärkers evakuiert. Durch Einstellen der Position des Ankers 70 relativ zum Kolben 46 mittels des Gewindes 64 kann der Abstand zwischen dem Anker 70 und der Anschlagfläche 88 auch so eingestellt werden, daß der Anker 70 beim Schwingen die Anschlagfläche 88 gerade nicht berührt. Dadurch sind das Gehäuse 10 und der Deckel 82 im Betrieb stoßbelastungsfrei und die Vakuumpumpe arbeitet beson­ ders leise.

Claims (11)

1. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe, mit

• - einer Arbeitskammer (18), die ein Einlaßventil (22) zur Verbindung mit einer Unterdruckkammer eines Unterdruckbrems­ kraftverstärkers und ein zur Umgebungsatmosphäre führendes Auslaßventil (30) aufweist,
• - einer Membran (16), die eine Begrenzungswand der Arbeitskam­ mer (18) bildet und in eine Wirkrichtung auslenkbar ist, und
• - einer mit der Membran (16) gekoppelten Betätigungseinrichtung (40), die einen Anker (70) umfasst, der mittels einer elektro­ magnetischen Spule (74) in Wirkrichtung der Membran (16) beweg­ bar ist.

2. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) entgegen ihrer Wirkrichtung federnd vorgespannt ist.

3. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Stellung des Ankers (70) relativ zur Membran (16) längs der Wirkrichtung der Membran (16) ein­ stellbar ist.

4. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) einen Stab (62) mit Gewinde (64) umfasst, auf das der Anker (70) aufgeschraubt ist.

5. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Vorspannung der Mem­ bran (16) durch eine sich am Stab (62) abstützende Feder (86) bewirkt ist.

6. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) einen Kolben (46) umfasst, der in einem Teil (60) eines Gehäu­ ses (10) der Vakuumpumpe geführt ist.

7. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Membran (16) am Kolben (46) befestigendes Verbindungselement (48) teilweise von dem Kolben (46) umspritzt ist.

8. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (62) der Betätigungsein­ richtung (40) in den Kolben (46) reicht, eine Bohrung (66) den Kolben (46) und den Stab (62) quer zur Wirkrichtung der Membran (16) durchsetzt und in der Bohrung (66) ein Stift (68) geführt ist.

9. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (70) hohl ausgebildet ist und die die Membran (16) vorspannende Feder (86) in dem Anker (70) angeordnet ist.

10. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) in einer gestuften Ausnehmung eines Gehäuses (10) aufgenommen ist und in den durchmessergrößeren Teil (72) der gestuften Ausneh­ mung eine umspritzte ringförmige Spule (74, 76) eingesetzt ist.

11. Unterdruckbremskraftverstärker-Vakuumpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Ankers (70) durch einen Anschlag (88) begrenzt ist, der mit der umspritzten Spule (74, 76) einstückig ausgebildet ist.