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Die Erfindung betrifft einen Vakuumkraftverstärker, insbe-
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sondere Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge, mit einem pneumatischen
Zylinder, in dem ein an einen Kraftverbraucher, insbesondere den Hauptberemszylinder
eines Kraft fahrzeuges angeschlossener Kolben verschiebbar angeordnet ist, mit einem
Vakuumanschluß an dem auf der Kraftausgangsseite des Kolbens liegenden ersten Zylinderraum,und
einem Verbindungskanal zwischen dem ersten und einem zweiten Zylinderraum, in den
ein Ventil eingeschaltet ist, welches durch einen insbesondere vom Bremspedal eines
Kraft fahrzeuges beaufschlagten Betätigungsstößel von einer Ruhestellung, in der
er die beiden Zylinderräume verbindet und nach außen abschließt, in eine Wirkstellung
bewegbar ist, in der die Verbindung zwischen den beiden Zylinderräumen unterbrochen
ist und der auf der Krafteingangsseite des Kolbens liegende zweite Zylinderraum
über einen den Betätigungsstößel umgebenden Ringkanal an die Atmosphäre angeschlossen
ist, in welchem schalldämpfendes Material angeordnet ist.
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Derartige Bremskraftverstärker dienen dazu, nach Art eines Servomotors
die vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübte Fußkraft auf pneumatischem Wege so zu
verstärken, daß einerseits am Hauptzylinder die erforderliche Bremskraft zur Verfügung
steht, andererseits aber der Fahrer nur eine ihm ohne weiteres zumutbare Fußkraft
aufbringen muß. Derartige Bremskraftverstärker (siehe z.B. GB-PS 1 510 592, US-PS
3 735 067, US-PS4 103 590) nutzen die im Bereich eines jeden Fahrzeugmotors vorhandenen
Unterdruckquellen zur Erzeugung der Hilfskraft aus. Dabei liegt zunächst in den
beiden gegenüberliegenden Seiten des Servokolbens der gleiche Unterdruck an, so
daß normalerweise keine Hilfskraft erzeugt wird. Eine Rückstellfeder hält den Kolben
in seiner Ausgangslage. Um nun im Bremsfall eine Hilfskraft zu erzeugen, öffnet
der Fahrer durch Betätigen des Bremspedals ein Ventil, welches die beiden Zylinderräume
voneinander pneumatisch trennt und stattdessen die Atmosphäre an den zweiten Zylinderraum
anschließt,
so daß hier der Druck ansteigt und aufgrund der Druckdifferenz
zwischen erstem und zweitem Zylinderraum eine Hilfskraft zur Beaufschlagung des
Hauptbremszylinders erzeugt wird.
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Die relativ schlagartig hergestellte Verbindung zwischen Atmosph3e
und zweitem Zylinderraum führt zu einem entsprechend plötzlichen Ansaugen beträchtlicher
Luftmengen aus der Atmosphäre, was mit unangenehmen Ansauggeräuschen verbunden ist.
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Es ist nun schon beispielsweise aus den obengenannten Patentschriften
bekannt geworden, in den Luftansaugkanal Filter aus billigem, offenporigeü Schaumstoff
oder Filzdämpfer einzusetzen, welche das Ansauggeräusch unter Drosselung der Geschwindigkeit
der angesaugten Luft dämpfen. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht darin,
daß die Luft durch das Filtermaterial hindurchströmen muß, wodurch nicht nur die
Gefahr besteht, daß beispielsweise bei Verwendung von Filzdämpfern Haare mit in
das Ventil bzw. den Zylinderraum eingesaugt werden können, sondern daß durch verzögerte
Lufteinströmung eine zu lange Ansprechzeit des Bremskraftverstärkers vorliegt. Es
ist aus diesem Grunde schon versucht worden, Dämpfereinsätze aus relativ teurem
unverdichteten Schaumstoff zu verwenden. Hierdurch wird zwar die Gefahr der Ansaugung
von Haaren beseitigt, doch verlängert der Strömungswiderstand dieser Ausführung
die Ansprechzeit des Bremsverstärkers noch in zu großem Ausmaß, Das Ziel der Erfindung
besteht somit darin, einen Vakuumkraftverstärker der eingangs genannten Gattung
zu schaffen, bei dem das Luftansauggeräusch erheblich gedämpft wird, ohne daß die
Ansprechzeit des Bremsverstärkers in einem zu hohen Ausmaß verlängert wird.
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Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das schalldämpfende
Material nur in einem Teil des Querschnitts des RUngkanals
angeordnet
ist, derart, daß die Luft zu dem zweiten Zylinderraum im wesentlichen entlang des
schalldämpfenden Materials, jedoch nicht durch dieses hindurch strömt. Aufgrund
dieser Ausbildung entfällt die wesentliche Verlängerung der Ansprechzeit der vorbekannten
Drosseldämpfer. Gleichwohl hat sich herausgestellt, daß trotz der weitgehend unbehinderten
Eintrittsmöglichkeit für die angesaugte Luft ein für die Praxis voll ausreichender
Geräuschdämpfungseffekt erzielt wird.
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Herstellungsmäßig besonders vorteilhaft ist es, wenn das schalldämpfende
Material als hohlzylinderförmige Auskleidung an der Innenwand einer den Betätigungsstößel
umgebenden Hülse angebracht ist und den Betätigungsstößel mit radialem Abstand umgibt.
Die bisher verwendeten runden Schaumstoffhülsen mußten aus verdichteten Kunststoffmatten
ausgestanzt werden, wobei viel Abfall entstand. Außerdem ist das bisher verwendete
Material relativ teuer, Aufgrund der erfindungsgemäßen absorbierenden Wandauskleidung
können rechteckige Zuschnitte aus billigerben; nicht verdichteten, offenporiget
Schaumstoff verwendet werden, die dann vorzugsweise ins Ansaugrohr eingeklebt werden.
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Es wird somit eine sehr wirtschaftliche Herstellung der erfindungsgemäßen
schalldämpfenden Wandauskleidung ermöglicht, indem zum einen ein wesentlich preiswerteres
Material verwendet werden kann und zum anderen weniger Abfall bei Herstellung der
Zuschnitte anfällt.
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Sofern nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der radiale
Abstand im wesentlichen gleich der Dicke der Auskleidung ist, wird ein hinreichend
geringer Störmungswiderstand verbunden mit einer besonders guten Schallabsorption
erzielt.
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Vorteilhafterweise ist am Eingang des Ringkanals ein ringscheiben
förmiges Staubfilter angeordnet, welches den gesamten Lufteintrittsquerschnitt
des
Ringkanals abdeckt. Da erfindungsgemäß das Staubfilter keine Funktion für die Schalldämpfung
ausüben muß, kann es relativ dünn ausgebildet sein, so daß der Strömungswiderstand
hiervon kaum beeinflußt wird.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch,
daß die Auskleidung sich über die Eingangsöffnung des
hinaus erstreckt und dort in einen sich diffusorartig erweiternden Flansch übergeht.
Aufgrund dieser Ausbildung liegt ein minimaler Strömungswiderstand vor, und die
Ansauggeräusche werden besonders gut gedämpft.
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Eine noch bessere Geräuschdämpfung kann erzielt werden, wenn e n sich
von der Auskleidung/mit dieser vorzugsweise aus einem Stück bestehender, ringförmiger
Steg radial nach innen bis zum Betätigungsstößel erstreckt und mit diesem in Gleitberührung
steht, wobei wenigstens der Steg aus Filtermaterial besteht. Die Dicke des Steges
macht nur einen Bruchteil der Länge der Auskleidung aus.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch,
daß sich von der Auskleidung wenigstens eine mit dieser vorzugsweise aus einem Stück
bestehende axial angeordnete Rippe radial nach innen bis zum Betätigungsstößel erstreckt
und mit diesem in Gleitberührung steht.
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Schließlich kann das schalldämpfende Material auch als den Ringkanal
voll ausfüllender Hohlzylinderkörper mit wenigstens einer axialen Luftdurchlaßbohrung
ausgebildet sein. Da hier der bzw. die Luftdurchlaßbohrungen vollständig von dem
schallabsorbierenden Material umgeben sind, wird hier ein sehr guter Schalldämpfungseffekt
erzielt.
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Eine weitere Lösung der Erfindungsaufgabe besteht darin, daß in dem
in Luftströmungsrichtung anschließenden Bereich am äußeren Umfang des Ringkanals
wenigstens eine Radialbohrung vorgesehen ist, die in einen zur Atmosphäre hin abgeschlossenen
Luftspeicherraum mündet.
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Vorzugsweise umgibt der Luftspeicherraum die den Ringkanal umschließende
Hülse ringförmig und koaxial. Bevorzugt ist am Eingang des Ringkanals auch wieder
ein allein Filteraufgaben erfüllender Staubfilter angeordnet. Die Wand des Luftspeicherraumes
ist zweckmäßigerweise mit schallabsorbierendem Material belegt.
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Bei dieser Lösung liegt zwar zwischen Atmosphäre und zweitem Zylinderraum
ein erheblicher Strömungswiderstand vor; gleichwohl ist die Ansprechzeit des Vakuumkraftverstärkers
gering, weil in dem entsprechend voluminös auszubildenden Luftspeicherraum bei Beginn
einer Bremsung Atmosphärendruck herrscht, welcher zwar beim Betätigen des Verstärkerventils
etwas absinkt, gleichwohl aber noch groß genug ist, um sofort eine Hilfskraft in
der erforderlichen Größe zu erzeugen.
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Nach und nach strömt dann Atmosphärenluft durch den Drosseldämpfer
in den zweiten Zylinderraum, um schließlich den Enddruck herzustellen. Beim öffnen
des Ventils wird also der Druckunterschied auf beiden Seiten des Drosseldämpfers
wesentlich geringer, als dies ohne den erfindungsgemäßen Luftspeicherraum der Fall
wäre.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben, in dieser zeigt: Figur 1 einen Axialschnitt des Luftansaugbereichs
eines im einzelnen nicht gezeigten Bremskraftverstärkers für Kraftfahrzeuge,
Figur
2 einen Schnitt analog Fig, 1 einer weiteren Ausführungs form, Figur 3 einen Schnitt
analog den vorangehenden Figuren einer dritten Ausführungsform, Figur 4 einen Querschnitt
durch eine -weitere Ausführungsform, Figur 5 einen Schnitt analog den Fig. 1 bis
3 einer vierten Ausführungsform, und Figur 6 einen Schnitt analog den Fig. 1 bis
3 und 5 einer mit einem Luftspeicherraum arbeitenden Ausführungsform der Erfindung.
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In sämtlichen Figuren ist der eigentliche Bremskraftverstärker 23
nur rein schematisch angedeutet. Er besteht in bekannter Weise aus einem pneumatischen
Zylinder, einem darin angeordneten, in die Ruhestellung vorgespannten Kolben, zwei
Zylinderräumen, von denen einer an eine Vakuumquelle und der andere an ein Ventil
angeschlossen ist, das entweder die beiden Zylinderräume miteinander verbindet (Ruhestellung)
oder die beiden Zylinderräume voneinander trennt und den zweiten Zylinderraum mit
der Atmosphäre verbindet. In dieser Stellung des ebenfalls nicht dargestellten Ventils
wird Luft in der durch Pfeile in Fig. 1 angedeuteten Weise in den Bremskraftverstärker
23 eingesaugt.
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Ein nur im Ausschnitt dargestellter Stößel 11 beaufschlagt das Ventil
des Bremskraftverstärkers 23 und ist mit seinem aus der Hülse 14 vorstehenden Ende
an das Bremspedal eines Kraftfahrzeuges angeschlossen. Die Hülse 14 ist zylindrisch
ausgebildet und ist koaxial zum Betätigungsstößel 11 bzw.
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dessen Achse 18 angeordnet.
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Zwischen dem Betätigungsstößel 11 und der Hülse 14 befindet sich ein
hohlzylindrischer Ringkanal t2, dessen in Fig. 1 rechts befindliche Eingangsseite
durch ein Staubfilter 15 in Form einer relativ dünnen Ringscheibe verschlossen ist.
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Nach innen schließt sich an das Staubfilter 15 eine hohlzylindrische
Auskleidung 13 aus schallabsorbierendem Material an, die als rechteckiger Zuschnitt
von innen an die Hülse 14 angeklebt ist und einen bestimmten Teil des Ringkanals
12 einnimmt, Zwischen der Innenwand der Auskleidung 13 und der Oberfläche des Betätigungsstoßels
15 verbleibt jedoch ein deutlicher radialer Abstand A, so daß die beim Bremsen angesaugte
Luft durch das Staubfilter 15 und den verbleibenden Zwischenraum A relativ ungehindert
in das Innere des Bremskraftverstärkers 23 einströmen kann. Das schalldämpfende
Material 13 dämpft jedoch dennoch die ansonsten erheblichen Ansauggeräusche des
Bremskraftverstärkers in erheblichem Maße.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig, 2, in dem gleiche Bezugszahlen
entsprechende Teile wie in Fig. 1 bezeichnen, entfällt das Staubfilter 15. Stattdessen
erstreckt sich die Auskleidung 13 über die Eingangsöffnung des Ringkanals 12 hinaus
nach außen und geht dort in einen sich diffusorartig erweiternden Eingangsflansch
16 über. Hierdurch wird die Luftansaugung vergleichmäßigt und die Geräuschentwicklung
weiter herabgesetzt. Weiter wird der Strömungswiderstand günstig beeinflußt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 arbeitet ebenfalls ohne das in
Fig. 1 dargestellte Staubfilter, obwohl dies grundsätzlich auch hier vorhanden sein
könnte.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 weist
die innere Auskleidung 13 hier radial nach innen vorstehende
ringförmige
Stege 17 auf, die auf der Oberfläche des Betätigungsstößels 12 in Gleitberührung
aufliegen.
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Im axialen Abstand sind insgesamt zwei relativ dünne Ringstege 17
vorgesehen, welche aus Filtermaterial bestehen, um den Luft durchtritt zu ermöglichen.
Es handelt sich also um einen kombinierten Drossel-Absorptionsdämpfer, welcher jedoch
aufgrund der im Verhältnis zur Gesamtlänge geringen Stärke der Ringstege 17 einen
geringeren Durchgangswiderstand als ein reiner Drosseldämpfer hat. Durch die Ausführungsform
nach Fig. 3 wird insbesondere die beim ersten öffnen des Vakuumventils auftretende
erhebliche Geräuschspitze gedämpft.
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Fig. 4 zeigt einen reinen Absorptionsdämpfer, der radial nach innen
laufende, axiale Rippen 25 aufweist, die sich bis zum Betätigungsstößel 11 erstrecken
und mit diesem in Gleitberührung stehen. Die Luft strömt an den Rippen 25 entlang.
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Die Einsätze nach den Fig. 3 oder 4 können vorteilhafterweise aus
gerippten Matten hergestellt werden, die nach den Einsatzerfordernissen (ringförmige
Stege 17 oder axiale Rippen 25) zugeschnitten und dann in Richtung der Rippung bzw.
senkrecht dazu zylindrisch gebogen werden.
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Nach Fig. 5 ist der Raum zwischen der Hülse 14 und dem Betätigungsstößel
11 vollständig von Schallabsorptionsmaterial 13 ausgefüllt. Zum ungehinderten Luftdurchlaß
ist jedoch in dem Material 13 ein parallel zur Achse 18 verlaufender Kanal 19 vorgesehen.
Die Geräuschdämpfung ist hier besonders gut, weil die angesaugte Luft bei ihrem
Durchströmen durch den Körper 13 vollständig von schallabsorbierendem Material umgeben
ist.
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Um den Strömungswiderstand weiter herabzusetzen, können auf dem Umfang
des schallabsorbierenden Körpers 13 auch mehrere axial durchgehende Kanäle 19 vorgesehen
sein.
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Die Herstellung des Schallabsorptionskörpers 13 nach Fig. 5 erfolgt
vorzugsweise durch Stanzen, wobei gleichzeitig mehrere Gaskanäle ausgestanzt werden
können. Durchmesser und Anzahl n rk 1 1 1 rk 4
der Luftdurchlaßkanäle
19 sind empirisch zu optimieren.
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Das Absorptionsmaterial 13 kann ein billiger Schaumstoff oder Filz
sein.
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Der Ringkanal 12 ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5
auf seiner Eingangsseite durch ein Staubfilter 15 abgeschlossen.
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Das Staubfilter 15 am Eingang des Ringkanals 12 liegt auch bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 vor. In Luftströmungsrichtung schließt sich jedoch
ein herkömmlicher Drosseldämpfer 26 an, der den Zwischenraum zwischen der Hülse
14 und dem Betätigungsstößel 11 voll ausfüllt, so daß die von außen angesaugte Luft
vollständig durch das Dämpfungsmaterial 26 hindurchströmen muß. Um die für das Ansprechen
des Bremskraftverstärkers 23 nachteilige Wirkung des Strömungswiderstandes des Drosseldämpfers26
weitgehend auszuschalten, erstreckt sich der Drosseldämpfer 26 von der Eingangsseite
der Hülse 14 her nur bis zu einer gewissen begrenzten Tiefe in die Hülse hinein.
Im Anschluß daran ist der Ringkanal 12 zwischen Betätigungsstößel 11 und Hülse 14
völlig offen. Die Hülse 14 weist in diesem von Absorptionsmaterial freien Bereich
über den Umfang verteilt Radialbohrungen 20 auf, die in einen Luftspeicherraum 21
münden, welcher die Hülse 14 rundum und koaxial umgibt. Der Luftspeicherraum 21
ist bis auf die durch die Radialbohrung 20 gegebene Verbindung gegen die Atmosphäre
abgedichtet. Die den Raum 21 umschließenden Wände 24 sind innen mit einem schallabsorbierenden
Material 22 ausgekleidet.
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Wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Betätigungsstößel
11 durch das Bremspedal in Bremsrichtung betätigt, so wird in den zweiten Zylinderraum
des Bremskraftverstärkers 23 die Luft gleichzeitig durch den Drosseldämpfer 26 und
durch die Radialbohrungen 20 aus dem Luftspeicherraum 21
angesaugt.
Hierdurch wird der Druckunterschied auf beiden Seiten des Drosseldämpfers 26 beim
offenen des-Ventils wesentlich herabgesetzt, so daß auch schon beim Beginn einer
Bremsung eine ausreichende Hilfskraft zur Verfügung steht und die Ansprechzeit des
Bremskraftverstärkers 23 kurz genug ist. Mit der Zeit strömt dann ausreichend Luft
durch den Drosseldämpfer 26 nach.