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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Fluidsystem
eines Kraftfahrzeugs, und insbesondere eine Vorrichtung zur Anbringung direkt
am Motor, am Fahrgestell oder an der Karosserie eines Fahrzeugs.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Vorrichtung.
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Die
meisten Personenkraftwagen und gewerblichen Fahrzeuge verfügen über Fluidsysteme wie
ein Servo- oder ein kraftbetätigtes
Bremssystem. Diese Systeme weisen Vorrichtungen wie Hauptzylinder,
Vakuumpumpen, Ventile und Kompressoren auf, von denen einige von
einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben werden. In vielen
Fällen müssen derartige
Vorrichtungen direkt am Motor, Fahrgestell oder an der Karosserie
des Fahrzeugs angebracht werden, und dies führt häufig zu einer Überspezifizierung
eines Teil der Vorrichtung für
die zu erfüllende
Aufgabe. Zum Beispiel können
Gehäuse
von Vakuumpumpenventilen einfach deshalb aus Gusseisen bestehen,
weil für
den Pumpenkörper
die Festigkeit und Stabilität
von Gusseisen benötigt
wird, und es aufgrund der zusätzlichen
Montagekosten weder zweckmäßig noch
praktikabel ist, ein Ventilgehäuse
aus einem geeignete ren und sparsameren Material wie einem Thermoplast
herzustellen.
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Am
Motor oder am Fahrgestell angebrachte Vorrichtungen befinden sich
in einer mäßig rauen
Betriebsumgebung. Sie sind Schwingungen vom Motor ausgesetzt, und
im Fall von am Motor angebrachten Vorrichtungen sind sie relativ
hohen Temperaturen ausgesetzt. Wärme
kann vom Motor entweder direkt über
den Befestigungsflansch oder indirekt über heißes Motoröl an die am Motor angebrachte
Vorrichtung übertragen
werden.
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Aus
Gründen
der Leichtigkeit und Genauigkeit der Herstellung werden heutzutage
zahlreiche am Motor und am Fahrgestell angebrachte Komponenten für Fluidsysteme
aus Einzelteilen zusammengefügt,
dabei muss jedoch der Abdichtung besondere Aufmerksamkeit entgegengebracht
werden, um das Entweichen von Luft oder Öl zu verhindern. Üblicherweise
müssen
Elastomerdichtungen zwischen den Einzelteilen vorgesehen werden,
aber derartige zusammengefügte
Verbindungen sind nicht ideal und können sich in einer schwingungsstarken
Umgebung als besonders problematisch erweisen. Ferner erfordern
zusammengebaute Verbindungen eine größere Anzahl von Komponenten,
was unweigerlich zu einer Erhöhung
der Herstell-, Lagerhaltungs- und Montagekosten führt.
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Die
Verwendung von Kunststoffmaterialien für am Motor und Fahrgestell
angebrachte Komponenten wurde bereits in der Vergangenheit erwogen, dabei
hat sich jedoch kein nennenswerter Vorteil gegenüber den beispielsweise aus
Gusseisen oder Aluminium gefertigten Komponenten ergeben. Befestigungselemente
und flexible Dichtungen müssen
vorgesehen sein, um die Einzelteile von Vorrichtungen von Fluidsystemen
zusammenzuhalten. Des weiteren müssen
bei strukturellen Anwendungen Kunststoffmaterialien einen hohen
Prozentsatz beispielsweise an Glasfüllstoff aufweisen, um die nötige Kriechfestigkeit
zu haben.
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Dies
trifft insbesondere auf Anwendungen bei hohen Temperaturen und/oder
hohen Spannungen zu. Kunststoffe werden bereits für Komponenten mit
relativ geringen Spannungsbelastungen verwendet, beispielsweise
Fluidbehälter
von Bremshauptzylindern, und werden manchmal geschweißt. Derartige
Kunststoffteile werden normalerweise auf herkömmliche Art und Weise mit Befestigungselementen
und Dichtungen montiert. Teile mit einem hohen Füllstoffgehalt (wie sie beispielsweise
zur direkten Befestigung an Motor oder Fahrgestell geeignet sind) sind
jedoch äußerst schwierig
zu schweißen,
da der Kunststoffgehalt niedrig ist, und somit wieder Befestigungselemente
und Dichtungen vorgesehen werden müssen, was zwangsläufig die
Herstell- und Montagekosten erhöht.
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Somit
wurden Kunststoffe bislang nur für äußerst spezifische
Anwendungen eingesetzt, bei denen die Nachteile nicht die Vorteile
beispielsweise einer Gewichtsverringerung des Fertigprodukts oder einer
Verbesserung des ästhetischen
Erscheinungsbilds überwiegen,
und wurden selten für
Bauteile verwendet.
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In
der DE-3150119-A ist ein Leichtmetallpumpenkörper mit einer abriebsfesten
Auskleidung mit geringer Rei bung, oder einer äquivalenten Behandlung der
inneren Oberfläche
offenbart.
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Trotz
dieser Probleme haben die Anmelder eine Bauform für eine Vorrichtung
eines Fluidsystems erfunden, die für Kraftfahrzeuganwendungen geeignet
ist und die passendsten Materialien auf bestmögliche Weise nutzt, während gleichzeitig Thermoplast
für Bauteile
verwendet wird, die keinen schweren Belastungen ausgesetzt sind,
zum Beispiel Fluidbehälter.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird eine Vorrichtung für
ein Fluidsystem eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung
ein erstes und ein zweites Element umfasst, wobei das erste Element
zur Anbringung am Fahrgestell, an der Karosserie oder am Motor eines
Fahrzeugs vorgesehen ist und das zweite Element zumindest einen
Teil einer lecksicheren Fluidkammer der Vorrichtung bildet, worin
das erste Element aus einem formstabilen und wärmebeständigen Material besteht, das
geeignet ist, bei der Anbringung der Vorrichtung an einem Fahrgestell,
einer Karosserie oder einem Motor eines Fahrzeugs auftretenden Betriebsverhältnissen
und Lasten standzuhalten, und das zweite Element aus einem zum Schweißen geeigneten
thermoplastischen Material besteht, um die Leckdichte einer Fluidkammer
zu gewährleisten,
wobei das zweite Element während
seiner Formung mit dem ersten Element verriegelt ist.
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Durch
eine derartige Konstruktion wird dem ersten Element die erforderliche
Festigkeit und Zähigkeit
verlie hen, um Befestigungs- und Betriebslasten zu tragen. Wird die
Vorrichtung direkt vom Motor aus angetrieben, kann ein derartiges
erstes Element auch hohen Wärmebelastungen
und einem Schmiermittelangriff standhalten. Das erste Element kann aus
Metall sein, zum Beispiel Gusseisen oder Aluminium, oder aus einem
warmausgehärteten
Kunststoffmaterial, das im typischen Fall einen ziemlich hohen Füllmittelgehalt
haben kann.
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Im
Gegensatz dazu kann das zweite Element aus einem thermoplastischen
Material bestehen, und somit sind Bestandteile des zweiten Elements
zum Schweißen
geeignet, um die Bildung einer Fluidkammer ohne das Erfordernis
sekundärer
Elastomerdichtungen und Befestigungselemente zu gestatten.
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Das
zweite Element wird vorzugsweise direkt auf das erste Element aufgeformt,
wobei die Formtemperatur von Thermoplastmaterialien wesentlich geringer
als die Temperatur ist, bei der die für das erste Glied geeigneten
Materialien verfallen.
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Vorzugsweise
weist das erste Element ein Verankerungsglied mit einer oder mehreren
Unterbrechung(en) zur Verankerung des zweiten Elements nach dem
Formen auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste
Element einen oder mehrere Höcker
auf, um die herum das zweite Element geformt ist. Das erste Element
kann einen oder mehrere im wesentlichen kontinuierliche Höcker um dessen
Umfang herum aufweisen. Die Höcker
können
Rippen umfassen. Das Verankerungsglied kann zylinderförmig sein.
Vorzugsweise sind die Rippen am Umfang angeordnet und kreisförmig um
die Peripherie des Veranke rungsglied herum vorgesehen. Alternativ
können
die Rippen ein Schraubengewinde bilden.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
umfassen die Unterbrechungen Hohlräume an der Peripherie des Verankerungsglieds,
wobei das zweite Element zu dessen Verankerung nach dem Formen in
die Hohlräume
hineingeformt wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Bildung einer Vorrichtung für
ein Fluidsystem zur Verfügung, umfassend
den Schritt des Aufformens eines zweiten Elements aus thermoplastischen
Material direkt auf ein erstes Element, wobei die Verfallstemperatur
des ersten Elements wesentlich höher
als die Formtemperatur des zweiten Elements ist.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Bildung einer Vorrichtung
für ein
Fluidsystem zur Verfügung,
das das Aufformen eines zweiten Elements aus thermoplastischem Material
auf ein erstes Element aus formstabilem und wärmefestem Material umfasst,
und das Verschweißen
eines oder mehrerer weiterer Teile aus thermoplastischem Material
mit dem zweiten Element zur Bildung wenigstens eines Teils einer
Fluidkammer.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorrichtung eine Vakuumpumpe zur direkten Anbringung an
einem Fahrzeugmotor, wobei das zweite Element einen Zylinderkörper und
einen Zylinderdeckel umfasst, wobei Zylinderkörper und Zylinderdeckel zur
Bildung einer lecksicheren Pumpenkammer verschweißt sind,
wobei die Pumpenkammer Einlass und Auslass sowie Ventilmittel aufweist, sowie
einen sich in der Kammer hin- und herbewegenden Kolben.
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Vorzugsweise
umfassen die Ventilmittel eine Ventilplatte mit einer darin vorgesehenen Öffnung und
ein Ventilmittel zum Öffnen
und Schließen
der Öffnung.
Dabei kann die Ventilplatte mehr als eine Öffnung und ein Ventilmittel
aufweisen, und vorzugsweise die Ventilplatte ein Einlass- und ein
Auslassventil aufweisen.
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Die
Ventilplatte besteht vorzugsweise aus thermoplastischem Material
und ist zur Bildung einer lecksicheren Verbindung am Deckel oder
am Zylinderkörper
angeschweißt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
hat die Pumpe eine Doppelfunktion, wobei eine Ventilplatte sowohl
am Zylinderkörper
als auch am Deckel angeschweißt
ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
weist die Ventilplatte zwei Einlassventile und zwei Auslassventile
auf.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Bildung einer Pumpenkammer
einer Vakuumpumpe zur Verfügung,
das das Anschweißen
eines Zylinderdeckels an einen Zylinderkörper umfasst, wobei sowohl
Deckel als auch Körper
aus thermoplastischem Material mit geringem Füllstoffgehalt bestehen. Das Verfahren
gemäss
der Erfindung enthält
des weiteren den Schritt des Anschweißens einer oder mehrerer Ventilplatten
aus thermoplastischem Material an den Zylinderkörper und/oder den Zylinderdeckel,
wobei die Ventilplatten Öffnungen
aufweisen, die von den Ventilmitteln der Pumpenkammer zu schließen sind.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform,
welche lediglich beispielhaft in der beiliegenden Zeichnung eines
teilweisen schematischen Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe
dargestellt ist.
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In
der Zeichnung ist eine Vakuumpumpe 10 auf jede geeignete
Art (z.B. mit Schraubenverbindern) am Kurbelgehäuse oder Zylinderkopf 11 eines Verbrennungsmotors
angebracht.
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Die
Pumpe 10 umfasst ein Basisteil 12, einen Körper 13 und
einen Deckel 14, welche nachstehend ausführlicher
beschrieben sind. Im Körper 13 ist
eine Bohrung 15 ausgebildet, in der sich ein Kolben 16 hin-
und her bewegt. Der Kolben 16 bildet mit der Bohrung 15 einen
gasdichten Verschluss und kann eine Elastomer-Umfangsdichtung 17 jeder
geeigneten Art aufweisen.
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Der
Kolben 16 wird mittels einer Stößelstange 18 und einer
vom Motor angetriebenen Nockenwelle 19 aus dem Motor herausgetrieben.
Die Stößelstange 18 wird
durch eine Rückleitfeder 21,
die zwischen dem Basisteil 12 der Pumpe und einem Stößelstangen-Federsicherungsglied 22 wirkt,
in Kontakt mit der Nockenwelle gehalten, und führt somit den Kolben nach innen
zurück.
Der Pumpenhub wird durch die Exzentrizität der Nockenwelle bestimmt.
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Der
Pumpenkörper 13 und
Deckel 14 weisen Ventilplatten 23, 24 mit
darin enthaltenen herkömmlichen
Einwegventilen 25–28 auf.
Die Ventile weisen jeweils eine flexible Lippe auf, die sich unter
einem Druckdifferential öff net,
um einen Fluidstrom durch mehrere, am Umfang beabstandet voneinander
angeordnete Öffnungen
(z.B. 29) hindurch zu ermöglichen. Ein auf den Kopf eines
entsprechenden Ventils wirkendes Druckdifferential drängt die
Ventillippe in abdichtenden Kontakt mit der jeweiligen Ventilplatte.
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Pumpenkörper und
-deckel bilden auch Kammern 31–34 in der Nähe eines
jeden Ventils aus. Die Kammern 31 und 32 sind
durch eine (nicht dargestellte) Leitung miteinander gekoppelt, und
mit einem Einlassrohr 35 zum Anschluss an einen Vakuumbehälter oder
einen Vakuumabnehmer (nicht dargestellt) verbunden. Die Kammern 33 und 34 sind
ebenfalls miteinander verbunden und kommunizieren über (nicht
dargestellte) Durchgangspassagen im Pumpenkörper 13 und Basisteil 12 mit
dem Motorinneren.
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Im
Betrieb bewegt sich der Kolben 16 unter der Wirkung der
Nockenwelle 19 hin und her. Beim Einwärtshub geht das Ventil 25 auf,
um Luft vom Einlassrohr 35 anzusaugen, und das Ventil 27 geht
auf, um Luft von der Kolbenunterseite an den Auspuff auszutreiben.
Beim Auswärtshub öffnet sich
das Ventil 26 zum Ansaugen von Luft vom Einlassrohr 35, und
das Ventil 28 öffnet
sich zum Austreiben von Luft von der Kolbenoberseite an den Auspuff.
Ein Luftstrom ist durch Pfeile 36 und 38 angedeutet.
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Die
Pumpe hat somit eine Doppelfunktion, wobei sich die vorliegende
Erfindung jedoch ebenso auf Pumpen mit einfacher Wirkung anwenden
lässt.
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Das
Grundteil 12 der Pumpe besteht aus formstabilem und wärmebeständigem Material,
und kann zum Beispiel aus Aluminium oder aus einem warmausgehärteten Kunststoff
mit hohem Füllstoffgehalt
bestehen. Warmausgehärtete
Kunststoffe sind relativ steif und weisen bei hohen Temperaturen
und starken Belastungsbedingungen eine gute Kriechfestigkeit auf.
Besteht das Grundteil der Pumpe aus warmausgehärtetem Material, dann kann
es zur Stabilitäts-
und Kriechfestigkeitsverbesserung einen hohen Anteil an Glasfüllstoff
aufweisen, und kann beispielsweise aus einem Phenolharzmaterial
mit Glasfüllstoff
bestehen.
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Pumpenkörper 13,
Deckel 14, und Ventilplatten 23, 24 sind
aus Thermoplastmaterial. Thermoplastmaterialien sind relativ günstig, und
wenn der Füllstoffgehalt
nicht hoch ist, lassen sich Thermoplaste ohne weiteres durch Ultraschall-
oder Vibrationsschweißverfahren
miteinander verschweißen. Nylon
oder Polyester mit 30 % Füllstoffgehalt
kann ein geeignetes Thermoplastmaterial sein.
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Bei
dem bevorzugten Konstruktionsverfahren wird das Basisteil 12 der
Pumpe aus einem geeigneten warmausgehärteten Kunststoffmaterial geformt
oder aus Aluminium gegossen, und anschließend an eine zweite Station
befördert,
wo der thermoplastische Pumpenkörper
direkt auf dieses aufgeformt wird. Unterbrechungen 37 des
Pumpenbasisteils bilden eine Verankerung für den Pumpenkörper. Die
entsprechenden Ventilplatten werden am Pumpenkörper und Deckel angeschweißt, der
Aufbau aus Kolben und Stößel eingeführt und
dann zur Vervollständigung
des Pumpenaufbaus der Deckel am Körper angeschweißt.
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Das
Verschweißen
der thermoplastischen Komponenten gewährleistet einen ausgezeichneten gasdichten
Verschluss ohne die Notwendigkeit weiterer Elastomer-Dichtelemente
und Befestigungselemente. Ferner wird durch die Formungstechnik
und das Verschweißen
der Thermoplastkammer die Möglichkeit
eines inkorrekten Zusammenbaus von Dichtungskomponenten eliminiert
und sichergestellt, dass die Pumpe für unbefugte Wartung oder Reparatur nicht
auseinandergenommen werden kann. Ein derartiger Vorteil ist insbesondere
dann wichtig, wenn die Vorrichtung in einem sicherheitskritischen
System eingesetzt wird, beispielsweise dem Bremssystem des Fahrzeugs.
Das Formungsverfahren hat den besonderen Vorteil, dass Punktbefestigungsstellen vermieden
werden, wodurch eine gleichmäßige Verteilung
von auf das thermoplastische Komponententeil wirkenden Lasten erzielt
wird.
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Es
versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten unter den Gedanken
und den Umfang der hierin offenbarten Erfindung fallen.