WO2004065191A1 - Ventilelement für ein steuerventil eines bremskraftverstärkers, bremskraftverstärker und verfahren zur herstellung eines ventilelements - Google Patents

Ventilelement für ein steuerventil eines bremskraftverstärkers, bremskraftverstärker und verfahren zur herstellung eines ventilelements Download PDF

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Michael Possmann
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Definitions

  • control valve which is decisive for the behavior of the brake booster, is designed to be relatively complex in conventional brake boosters from a plurality of individual components
  • valve element By designing the valve element as a uniformly preassembled module, it is possible to use it in the preassembled state when assembling the brake booster as a uniform component without a large number of different components being required for assembling the control valve.
  • This can be achieved in particular in that the various components of the valve element, which on the one hand consist of dimensionally stable material and on the other hand consist of flexible plastic material, are adhesively joined together.
  • the valve element when the valve element is manufactured, its components are permanently joined together, so that the valve element can subsequently be handled as an individual component that cannot be dismantled. During assembly, this individual component as a whole can simply be inserted into the overall arrangement of the brake booster in order to implement the control valve.
  • this valve element which is designed as an individual component, can also be replaced only as a whole, so that the logistical effort that would be required to provide all of the individual components of the valve element can be considerably reduced.
  • the adhesive connection of the various components made of dimensionally stable material and flexible plastic material can be achieved, for example, by injection molding the flexible plastic material onto the dimensionally stable material. It is thus possible to manufacture the valve element by an injection molding process, in which the components made of dimensionally stable material are extrusion-coated with flexible plastic material. Likewise, it is possible to glue the components made of dimensionally stable material to separately manufactured components made of flexible plastic material.
  • the valve plate is formed with a reinforcement made of dimensionally stable material.
  • the valve plate having the valve seat surface can be stabilized by the reinforcement in its region relevant for the function of the control valve, namely the region of the valve seat surface. This can prevent undesirable deformations of the valve plate, which would result in leaks in the area of the valve seat surface.
  • a simple manufacturing implementation of the reinforcement of the valve plate can be achieved in that the reinforcement has an annular reinforcement disk. Such an annular reinforcement disk is available at low cost and increases the rigidity against undesired deformation.
  • the reinforcing disk is designed with holding recesses. Retaining pins can then engage in these holding recesses, which hold the reinforcing disk in a desired position within the injection mold during the injection molding process.
  • the control valve in the area of the valve seat surface must ensure the possibility of a fluid-tight system with a corresponding sealing seat, with possible unevenness in the sealing seat being compensated for. It is therefore desirable to make the valve seat surface flexible. It is therefore provided in a development of the invention that flexible plastic material is sprayed onto the reinforcing disk at least on one side to form the valve seat surface.
  • the inherently stable reinforcement disc itself cannot compensate for such irregularities on the sealing seat.
  • a further development of the invention provides that a prestressing element is provided between the valve plate and the retaining ring, which biases the valve plate at a predetermined distance from the retaining ring.
  • the prestressing element is to be designed in such a way that it does not impair the function of the control valve and thus of the brake booster. This means that the biasing element must not exert excessive counterforce against deformation of the valve element. Nevertheless, the pretensioning element must be dimensioned so that it is released after the braking force / reinforcer, i.e. after reducing the brake operating force to zero, the valve element is reliably returned to its original shape.
  • a further development of the invention provides that one end of the prestressing element rests on the side of the reinforcing disk facing away from the valve seat surface. It can thereby be achieved that the reinforcement disc made of dimensionally stable material is used on the one hand - as explained above - to stabilize the valve seat surface against undesired deformations and resulting leaks, but on the other hand also to introduce the pretensioning forces exerted by the pretensioning element.
  • the retaining ring has an axial circumferential groove for receiving the other end of the prestressing element.
  • the valve element is designed in the region of the retaining ring with a support ring made of dimensionally stable material.
  • This support ring can be formed directly on the retaining ring, for example via connecting webs, or connected as a separate component via the flexible plastic material to the retaining ring.
  • the support ring can serve to guide the valve element exactly in the control valve housing.
  • the support ring can further reduce the tendency of the valve element to deform. This has a particularly advantageous effect on the sealing properties of the radial sealing means.
  • the invention further provides that the valve element is designed with a valve plate having a valve seat surface, a retaining ring and a flexible bellows connecting the valve plate and the retaining ring to one another , wherein the retaining ring from a dimensionally stable material and the valve plate and the bellows are formed at least in regions from a flexible plastic material.
  • the control valve housing is designed for force-transmitting coupling to the movable wall.
  • the valve element is designed for force-transmitting coupling with the force input element.
  • valve element is designed as a preassembled assembly, the flexible plastic material being adhesively attached to the dimensionally stable material.
  • the valve element and thus a substantial part of the control valve can already be preassembled to form a unit, which unit can then be used as a whole when mounting the brake booster and, if necessary, can also be exchanged as a whole during its maintenance.
  • the number of parts of the brake booster is reduced, which simplifies the necessary logistics.
  • valve element bears against the sealing seat of the control valve housing and the sealing seat of the actuating piston bears against its corresponding valve seat of the valve element.
  • the actuating piston with its sealing seat is lifted off the corresponding valve seat of the valve seat, so that the working chamber is connected to the atmosphere.
  • This creates in the labor mer compared to the vacuum chamber, an excess pressure, which leads to a displacement of the control valve housing over the movable wall and thus to an increase in the brake operating force.
  • an equilibrium state is established in this first operating position, so that the valve element, together with the control valve housing, moves again towards the actuating piston.
  • the invention further relates to a method for producing a valve element for a control valve of a brake booster, in particular a valve element of the type described above and in particular for a brake booster of the type described above.
  • valve elements are made up of several components and are relatively time-consuming to assemble during the assembly of the brake booster.
  • the method according to the invention is intended to create a possibility with which the valve element can be prefabricated as a unit and then processed as a whole during the assembly of the control valve or the brake booster as a whole.
  • the components of the valve element made of dimensionally stable material and flexible plastic material are thus connected to one another by injection molding, in that the components made of dimensionally stable material are first inserted into the injection mold and then encapsulated with the flexible plastic material.
  • the flexible plastic material lies in the injection mold on the compo- nenten made of dimensionally stable material and adheres to it after hardening. After the valve element has been shaped, this can then be installed as a uniform assembly in the brake booster.
  • the preloading device holder forms part of the injection mold during steps B) and C) and is removed again after step C), so that the preloading agent can emerge from the cavity.
  • the pretensioning means is held in the cavity, for example, in a compressed state and relaxes - as far as possible - when the pretensioning means holder is removed. It can then move into its desired position, for example, between the valve plate and the retaining ring.
  • the biasing means cavity is preferably formed in the retaining ring as an axial circumferential groove.
  • FIG. 1 shows an axis-containing cross section of a brake booster according to the invention
  • FIG. 2 shows an individual part representation of a first exemplary embodiment of a valve element according to the invention
  • Fig. 5 is a schematic representation of the injection mold during the inventive method before it is closed and
  • a force input element 24 projects into the control valve housing 16 and a brake actuation force Fi can be applied to it via a brake pedal (not shown).
  • the force input member 24 is received in a push rod 26, which in turn is spherical at its end remote from the force input member 24 and is received with this end in an actuating piston 28.
  • the actuating piston 28 can also be displaced in the axial direction and, at its end remote from the push rod 26, interacts with a stepped sensing piston 30.
  • the sensing piston 30 is guided displaceably in the direction of the longitudinal axis A in the control valve housing 16 and, when shifted to the left in FIG.
  • the brake booster 10 comprises a control valve 14.
  • a valve element 38 is assigned to the latter.
  • the valve element 38 is shown enlarged in FIG. 2 as an individual part in section. It comprises a valve plate 40, which has an area made of flexible plastic material 42 and an area embedded in it made of dimensionally stable material 44, for example made of steel. The area 44 is formed by an annular disk. On the side of the valve disk 40 facing away from the annular disk, a valve seat surface 46 is formed, the function of which will be discussed in more detail below.
  • the valve plate 40 is connected to a guide area 50 via a bellows 48 made of flexible plastic material.
  • the guide area 50 comprises an area made of flexible plastic material 52, which is adhesively connected to a retaining ring 54.
  • the retaining ring 54 has an axial circumferential groove 56, ie a groove which opens in the axial direction towards the valve plate 40.
  • a spring element 58 is accommodated in the axial circumferential groove 56, which rests on the reinforcing disk 44 at its end remote from the retaining ring 54.
  • the Spring element 58 is dimensioned such that it prestresses valve element 38 into the shape shown in FIG. 2.
  • the retaining ring 54 also has an outer circumferential groove 60, into which a lip seal 62 made of rubber-elastic plastic material is introduced.
  • the valve element 38 is formed with a cavity 64 through which the push rod 26 is passed.
  • valve element 38 is held in contact with a stop flange 68 of the control valve housing with its retaining ring 54 via a compression spring 66.
  • the lip seal 62 bears in a fluid-tight manner on the inner peripheral surface of the stop flange 68.
  • a sealing seat 70 of the control valve housing 16 bears against a corresponding valve seat 72 of the valve seat surface 46.
  • a sealing seat 74 of the actuating piston 28 bears against a corresponding valve seat 76 of the valve seat surface 46.
  • the brake booster 10 behaves as follows.
  • the force input element 21 is acted upon by the brake actuation force Fi in the direction of the axis A.
  • the force input member 24 is shifted to the left in FIG. 1 and also pushes the push rod 26 to the left.
  • the actuating piston 28 with its sealing seat 74 is lifted off the valve seat 76. This movement of the actuating piston 28 relative to the valve disk connects the working chamber 18 to the ambient atmosphere, so that a pressure corresponding to the ambient pressure builds up in the working chamber 18.
  • an increased braking force F 2 is transmitted to the force output member 34 compared to the brake actuation force Fi, which is due to the force component transmitted to the force output member 34 via the actuating piston 28, the sensing piston 30 and the reaction disk 32, and also due to the movement of the movable wall 22 the pressure difference between the Working chamber 18 and the vacuum chamber 20 caused by the end face 36 of the control valve housing 16 to the reaction disk 32 and ultimately to the force output member 34 force component.
  • the brake actuation force Fi applied by a driver via the brake pedal to the force input member is accordingly increased by the brake booster 10.
  • FIG. 1 shows that the brake booster according to the invention is composed of many components in a relatively complex manner.
  • the valve element 38 is of uniform design as a prefabricated assembly and can be used as a whole during assembly in the control valve housing.
  • the manufacture of the valve element 38 will be discussed in more detail below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 3 shows a valve element which is slightly modified with respect to the valve element 38 from FIG. 2, for the description of which the same reference numerals as in FIG. 2 are used for the same or equivalent components, but with the number
  • the valve element 138 according to FIGS. 3 and 4 differs from the valve element 38 according to FIG. 2 mainly in the guide area 150.
  • the retaining ring 154 is essentially U-shaped and in turn has an axial circumferential groove 156 for receiving the spring element 158.
  • a support ring 178 is provided in the guide area 150, which serves to guide the valve element 138 in the control valve housing 16. The support ring
  • connection areas 178 and the retaining ring 154 are connected to one another via a plurality of connecting regions 179 which follow one another in the circumferential direction.
  • slot recesses 180 are separated from one another in the circumferential direction via slot recesses 180, the slot recesses 180 being filled with flexible plastic material.
  • the flexible plastic material extends from the valve plate 140 and the material area 152 over the bellows 148 into the material area 152 radially inside the retaining ring 153. Starting from this material area 152, the flexible plastic material extends through the slot recesses 180 around the retaining ring 154 on the latter Outer peripheral surface in its outer peripheral region 160, where it forms the lip seal 162.
  • the entire inner peripheral surface of the valve element 138 surrounding the cavity 164 is accordingly formed with flexible plastic material.
  • FIG. 5 shows a multi-part injection mold for producing the valve element 38 according to FIG. 2 in a schematic and partially sectioned illustration.
  • the injection mold comprises a first molded part 82, to which a plurality of holding pins 84 are attached.
  • the holding pins 84 serve to hold the reinforcing disk 44, which has corresponding holding recesses, not shown, in position in the mold.
  • the first molded part 82 is followed by a second molded part 86 which can be detached therefrom, which is shown in section in FIG. 5 and which has a cavity 88 corresponding negatively to the outer contour of the valve element 38.
  • the spring element 58 which is shown in its relaxed state in FIG. 5. This is pressed in accordance with arrow P into the axial circumferential groove 56 provided for this in the retaining ring 54 and encapsulated in it by means of a spring holder 96.
  • the spring holder 96 in FIG. 5 is again only shown in section and only partially. In fact, it is constructed in several parts, wherein the individual parts in FIG. 5 can be moved in the radial direction in such a way that they spring 58 in hold the corresponding axial circumferential groove 56 and encapsulate it.
  • the reinforcing disk 44 with its holding recesses is placed on the holding pins 84 formed on the first molded part 82 and is held in the mold.
  • the core 94 penetrates the inner opening of the reinforcing disk 44.
  • the inner contour of the cavity 88 and the outer contour of the core 94 define a cavity that corresponds to the course of the bellows 48 corresponds.
  • the spring holder parts 96 close the axial circumferential groove 56 of the retaining ring 54, in which axial circumferential groove 56 the spring element 58 is pressed. This means that the spring element 58 is encapsulated in the axial circumferential groove 56 by means of the spring holder parts 96.
  • the outer peripheral groove 62 is connected to the cavity 88 via channels, not shown.
  • Plastic injection molding material is then injected into the mold shown in FIG. 6, for example via inflow channels 98 and further channels (not shown), which then fills the cavities defined in the mold.
  • the reinforcing washer 44 is molded to form the valve seat surface and the corresponding area made of flexible plastic material 42 and on the back with flexible plastic material.
  • the flexible bellows is formed in the region of the cavity 88 during this spraying process.
  • the retaining ring 54 is extrusion-coated accordingly and the lip seal 62 is formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilelement (38) für ein Steuerventil (14) eines Bremskraftverstärkers (10) mit einem eine Ventilsitzfläche (46) aufweisenden Ventilteller (40), einem Haltering (54) und einem den Ventilteller (40) und den Haltering (54) miteinander verbindenden flexiblen Balg (48), wobei der Haltering (54) aus einem formstabilen Material und der Ventilteller (40) sowie der Balg (48) zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet sind. Bei diesem Ventilelement (38) ist vorgesehen, dass es als vormontierte Baugruppe ausgebildet ist, wobei das flexible Kunststoffmaterial adhäsiv an dem formstabilen Material angebracht ist. Die Erfindung betrifft ferner einen mit einem derartigen Ventilelement (38) ausgeführten Bremskraftverstärker (10) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ventilelements (38).

Description

Ventilelement für ein Steuerventil eines Bremskraftverstärkers, Bremskraftverstärker und Verfahren zur Herstellung eines Ventilelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilelement für ein Steuerventil eines Bremskraftverstärkers mit einem eine Ventilsitzfläche aufweisenden Ventilteller, einem Haltering und einem den Ventilteller und den Haltering miteinander verbindenden flexiblen Balg, wobei der Haltering aus einem formstabilen Material und der Ventilteller sowie der Balg zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet sind.
Derartige Ventilelemente werden bereits bei Vakuum-Bremskraftverstärkern für Fahrzeugbremsanlagen nach dem Stand der Technik eingesetzt. Ein Bremskraftverstärker dieser Art hat die Aufgabe, eine durch ein Bremspedal von einem Fahrer des Fahrzeugs aufgebrachte Pedalbetätigungskraft zu verstärken und die verstärkte Betätigungskraft zu einer Bremsanlage zur Ansteuerung der Bremsen und zur Erzeugung einer entsprechenden Bremskraft zu übertragen. Hierzu weist der Brems- kraftverstärker eine Unterdruckkammer und eine von dieser durch eine bewegliche Wand fluiddicht getrennte Arbeitskammer auf, wobei vermittels des Steuerventils je nach dessen Betriebsstellung in der Arbeitskammer ein Überdruck gegenüber der Unterdruckkammer aufgebaut werden kann. Dieser Überdruck in der Arbeitskammer führt zu einer Verlagerung der beweglichen Wand, welche kraftübertragend mit einem Steuerventilgehäuse gekoppelt ist, so dass die über ein Krafteingangsglied von dem Bremspedal eingeleitete Pedalbetätigungskraft verstärkt werden kann. Die mittels der verlagerten beweglichen Wand gegenüber der Bremsbetätigungskraft verstärkte Bremskraft wird dann über ein Kraftausgangsglied zur Bremsanlage übertragen.
Derartige Bremskraftverstärker sind verhältnismäßig aufwendig aufgebaut und fordern daher einen hohen Zeitaufwand bei der Montage. Insbesondere das Steuerventil, das maßgeblich für das Verhalten des Bremskraftverstärkers ist, ist bei herkömmlichen Bremskraftverstärkern aus einer Mehrzahl von Einzelbauteilen verhältnismäßig aufwendig gestaltet
So zeigen beispielsweise die EP 0 327 997 A2 oder die DE 28 45 794 verhältnismäßig aufwendig gestaltete Steuerventile bei denen das Ventilelement mehrteilig aufgebaut ist und bei der Montage des Bremskraftverstärkers zeitintensiv zusammengebaut werden muss. Auch für die Wartung eines derartigen Bremskraftverstärkers ist es bislang erforderlich, eine Vielzahl von Einzelteilen bereitzustellen, um diese gegebenenfalls bei vorliegendem Verschleiß oder Versagen austauschen zu können. Dies erfordert einen verhältnismäßig hohen logistischen Aufwand.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilelement für ein Steuerventil eines Bremskraftverstärkers bereitzustellen, mit welchem der Aufbau des Steuerventils erheblich vereinfacht wird und damit sowohl die Montage als auch die Wartung eines mit einem derartigen Ventilelement ausgeführten Bremskrafrverstär- kers erleichtert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventilelement für ein Steuerventil eines Bremskraftverstärkers mit einem eine Ventilsitzfläche aufweisendenden Ventilteller, einem Haltering und einem den Ventilteller und den Haltering miteinander verbindenden flexiblen Balg gelöst, wobei der Haltering aus einem formstabilen Material und der Ventilteller sowie der Balg zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet sind. Bei diesem Ventilelement ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass es als vormontierte Baugruppe ausgebildet ist, wobei das flexible Kunststoffmaterial adhasiv an dem formstabilen Material angebracht ist.
Durch die Ausbildung des Ventilelements als einheitlich vormontierte Baugruppe ist es möglich, dieses im vormontierten Zustand bei der Montage des Bremskraftverstärkers als einheitliches Bauteil einzusetzen, ohne dass eine Vielzahl verschiedener Bauteile zum Zusammenbau des Steuerventils benötigt werden. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die verschiedenen Komponenten des Ventilelements, welche einerseits aus formstabilem Material und andererseits aus flexiblem Kunststoffmaterial bestehen, adhasiv zusammengefügt sind. Mit anderen Worten werden bei der Herstellung des Ventilelements dessen Komponenten unlösbar zusammengefügt, so dass das Ventilelement in der Folge als nicht zerlegbares Einzelbauteil handhabbar ist. Bei der Montage kann dieses Einzelbauteil als Ganzes einfach in die Gesamtanordnung des Bremskraftverstärkers zur Realisierung des Steuerventils eingesetzt werden. Bei der Wartung kann dieses als Einzelbauteil ausgebildete Ventilelement auch nur als Ganzes ausgetauscht werden, so dass der logistische Aufwand, welcher erforderlich wäre, um sämtliche Einzelkomponenten des Ventilelements bereitzustellen, erheblich reduziert werden kann. Die adhäsive Verbindung der verschiedenen Komponenten aus formstabilem Material und flexiblem Kunststoffmaterial kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das flexible Kunststoffmaterial an das formstabile Material angespritzt ist. So ist es möglich, das Ventilelement durch einen Spritzgießvorgang herzustellen, in welchem die Komponenten aus formstabilem Material mit flexiblem Kunststoffmaterial umspritzt werden. Gleichermaßen ist es möglich, die Komponenten aus formstabilem Material mit separat gefertigten Komponenten aus flexiblem Kunststoffmaterial zu verkleben.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilteller mit einer Armierung aus formstabilem Material ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme kann der die Ventilsitzfläche aufweisende Ventilteller in seinem für die Funktion des Steuerventils relevanten Bereich, nämlich dem Bereich der Ventilsitzfläche, durch die Armierung stabilisiert werden. Dadurch können unerwünschte Deformationen des Ventiltellers verhindert werden, welche Undichtigkeiten im Bereich der Ventilsitzfläche zur Folge hätten. Eine einfache fertigungstechnische Realisierung der Armierung des Ventiltellers kann dadurch erreicht werden, dass die Armierung eine ringförmige Verstärkungsscheibe aufweist. Eine derartige ringförmige Verstärkungsscheibe ist kostengünstig verfügbar und erhöht die Steifigkeit gegen einer unerwünschte Deformation.
Hinsichtlich der Fertigung im Rahmen eines Spritzgießverfahrens kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Verstärkungsscheibe mit Halteausnehmungen ausgebildet ist. In diese Halteausnehmungen können dann Haltezapfen eingreifen, welche die Verstärkungsscheibe während des Spritzgießprozesses innerhalb der Spritzgussform in einer Sollposition halten.
Im Betrieb muss das Steuerventil im Bereich der Ventilsitzfläche die Möglichkeit einer fluiddichten Anlage mit einem korrespondierenden Dichtsitz sicher stellen, wobei mögliche Unebenheiten an dem Dichtsitz auszugleichen sind. Es ist daher wünschenswert, die Ventilsitzfläche flexibel auszubilden. Daher ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zur Ausbildung der Ventilsitzfläche zumindest einseitig auf die Verstärkungsscheibe flexibles Kunststoff material aufgespritzt ist. Die an sich formstabile Verstärkungsscheibe kann derartige Unregelmäßigkeiten am Dichtsitz selbst nicht ausgleichen. Durch das Aufspritzen von flexiblem, insbesondere gummielastischem, Kunststoffmaterial auf die Verstärkungsscheibe können diese Ungleichmäßigkeiten durch Deformation des Kunststoffmaterials ausgeglichen werden, so dass für eine fluiddichte Anlage des Dichtsitzes an der Ventilsitzfläche gesorgt ist.
Im Betrieb des Bremskraftverstärkers wird das Ventilelement je nach Betriebszustand deformiert. Es ist daher erforderlich, das Ventilelement derart auszubilden, dass es sich unter dessen Freigabe, d.h. in einem Zustand, in welchem keine Betätigungskräfte auf den Bremskraftverstärker ausgeübt werden, in seine Ausgangsstellung zurückbewegt. Um dies schnell und zuverlässig gewährleisten zu können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen dem Ventilteller und dem Haltering ein Vorspannelement vorgesehen ist, welches den Ventilteller in einen vorbestimmten Abstand zu dem Haltering spannt. Das Vorspannelement ist derart auszulegen, dass es die Funktion des Steuerventils und damit des Bremskraftverstärkers nicht beeinträchtigt. Dies bedeutet, dass das Vorspannelement gegen eine Deformation des Ventilelements keine zu hohen Gegenkräfte aufbringen darf. Dennoch ist das Vorspannelement so zu dimensionieren, dass es nach Freigabe des Bremskraf /erstärkers, d.h. nach Reduzierung der Bremsbetätigungskraft auf den Betrag Null, zuverlässig das Ventilelement in seine Ausgangsform zurückversetzt.
Bei Verwendung eines Vorspannelements ist allerdings zu berücksichtigen, dass dieses selbst zu einer unerwünschten Deformation des Ventilelements führen kann. Um dies zu verhindern, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass auf der Ventilsitzfläche abgewandten Seite der Verstärkungsscheibe ein Ende des Vorspannelements anliegt. Dadurch kann erreicht werden, dass die aus formstabilem Material hergestellte Verstärkungsscheibe einerseits - wie vorstehend dargelegt - zur Stabilisierung der Ventilsitzfläche gegen unerwünschte Deformationen und dadurch hervorgerufene Undichtigkeiten genutzt wird, andererseits jedoch auch zur Einleitung der vom dem Vorspannelement ausgeübten Vorspannkräfte. In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass der Haltering eine axiale Umfangsnut zur Aufnahme des anderen Endes des Vorspannelements aufweist. Somit kann das Vorspannelement zwischen den beiden Komponenten aus formstabilem Material, nämlich der Verstärkungsscheibe einerseits und dem Haltering andererseits, angeordnet sein und dessen Vorspannkräfte jeweils in die Komponente aus formstabilem Material einleiten. Dadurch werden die verschleißempfindlicheren Komponenten des Ventilelements aus flexiblem Kunststoffmaterial geschont und die Lebensdauer des Ventilelements insgesamt erhöht. Das Steuerventil kann zur wahlweisen Verbindung und Trennung von Arbeitskammer und Unterdruckkammer unterschiedlich ausgestaltet sein. Es empfiehlt sich, die dazu erforderlichen Ventilsitze unmittelbar an dem Ventilelement auszubilden, um die Zahl der bewegten und zu betätigenden Teile des Steuerventils klein zu halten. Daher ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Ventilsitzfläche zwei Ventilsitze aufweist. Somit ist es möglich, den ersten Ventilsitz mit einem Steuerventilgehäuse und den zweiten Ventilsitz mit einem Betätigungskolben zusammenwirken zu lassen. Dadurch können sämtliche für die Funktion des Steuerventils erforderlichen Wechselwirkungen von Ventilsitzen und Dichtsitzen über das Ventilelement realisiert werden.
Um das Ventilelement fluiddicht in dem Steuerventilgehäuse führen zu können, ist es erfindungsgemäß möglich, entsprechende Radialdichtmittel vorzusehen. Auch im Bereich dieser Radialdichtmittel sollten unerwünschte Deformationen verhindert werden. Daher ist in einer Erfindungsvariante vorgesehen, dass an dem Haltering ein radialer Umfangseinstich ausgebildet ist, an welchem Radialdichtmittel aus flexiblem Kunststoffmaterial anbringbar sind. Der Haltering aus formstabilem Material stabilisiert somit wiederum die Radialdichtmittel, so dass unerwünschte Deformationen und daraus resultierende Undichtigkeiten vermieden werden können. Erfindungsgemäß können diese Radialdichtmittel wiederum an dem Umfangsring angespritzt oder angeklebt sein. Dies kann in einem separaten Fertigungsschritt erfolgen. Bevorzugt werden diese Radialdichtmittel jedoch - bei der Erfindungsvariante eines durch Spritzgießen hergestellten Ventilelements - bereits beim Spritzen des Ventilelements hergestellt.
Zur weiteren Stabilisierung des den Haltering aufweisenden Bereichs des Ventilelements kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Ventilelement in dem Bereich des Halterings mit einem Stützring aus formstabilen Material ausgeführt ist. Dieser Stützring kann unmittelbar an dem Haltering angeformt sein, beispielsweise über Verbindungsstege, oder als separates Bauteil über das flexible Kunststoff material mit dem Haltering verbunden sein. Der Stützring kann dazu dienen, das Ventilelement exakt in dem Steuerventilgehäuse zu führen. Ferner kann der Stützring die Deformationsneigung des Ventilelements weiter herabsetzen. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf die Dichteigenschaften der Radialdichtmittel aus.
Vorstehend wurde mehrfach Bezug genommen auf die unterschiedlichen Materialien der Komponenten des erfindungsgemäßen Ventilelements. Grundsätzlich kann als formstabiles Material jedes Material verwendet werden, welches sich aufgrund seiner Formstabilität und seiner Verschleißeigenschaften für einen Einsatz innerhalb eines Bremskraftverstärkers eignet. Aus Kostengründen bieten sich neben formstabilen Kunststoffmaterialien auch metallische Werkstoffe an, insbesondere Stahl. Ferner bieten sich als flexibles Kunststoff material gummielastische Werkstoffe an, insbesondere Kautschuk oder dergleichen.
Diese Werkstoffkombination bietet eine gute gegenseitige Verträglichkeit, eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit, aber auch eine kostengünstige Verfügbarkeit.
Die Erfindung betrifft ferner einen Bremskraftverstärker mit einem Krafteingangsglied zum Einleiten einer Bremsbetätigungskraft, einem Kraftausgangsglied zum Ableiten einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft verstärkten Bremskraft zu einer Brems- aήlage, einer Unterdruckkammer sowie einer von der Unterdruckkammer durch eine bewegliche Wand fluiddicht getrennten Arbeitskammer, einem Steuerventil mit einem Steuen/entilgehäuse und einem relativ zu diesem axial bewegbaren Ventilelement, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art. Bei diesem Bremskraftverstärker ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, dass das Ventilelement mit einem eine Ventilsitzfläche aufweisenden Ventilteller, einem Haltering und einem den Ventilteller und den Haltering miteinander verbindenden flexiblen Balg ausgeführt ist, wobei der Haltering aus einem formstabilen Material und der Ventilteller sowie der Balg zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet sind. Ferner ist bei diesem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker das Steuerventilgehäuse zur kraftübertragenden Kopplung mit der beweglichen Wand ausgeführt. Das Ventilelement ist zur kraftübertragenden Kopplung mit dem Krafteingangsglied ausgeführt. Im Betrieb dieses Bremskraftverstärkers ist zur Erzielung einer die Bremskraft bestimmenden Druckdifferenz zwischen Arbeitskammer und Unterdruckkammer durch Bewegen des Ventilelements relativ zu dem Steuen/entilgehäuse zumindest Atmosphärendruck zur Arbeitskammer zuführbar.
Wie eingangs bereits erwähnt sind derartige Bremskraftverstärker aus dem Stand der Technik bekannt und aufgrund ihres verhältnismäßig komplizierten Aufbaus hinsichtlich ihrer Einzelteilherstellung, Montage sowie Wartung sehr aufwendig und zeitintensiv. Zur Vereinfachung eines derartigen Bremskraftverstärkers sieht die Erfindung daher vor, dass das Ventilelement als vormontierte Baugruppe ausgebildet ist, wobei das flexible Kunststoffmaterial adhasiv an dem formstabilen Material angebracht ist. Somit lässt sich das Ventilelement und damit eine wesentlicher Teil des Steuerventils bereits zu einer Einheit vormontieren, welche Einheit dann bei der Montage des Bremskraftverstärkers als Ganzes in diesen eingesetzt werden kann und bei dessen Wartung erforderlichenfalls auch als Ganzes ausgetauscht werden kann. Dies erleichtert die Montage sowie die Wartung des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers gegenüber dem Stand der Technik erheblich. Darüber hinaus wird die Teilezahl des Bremskraftverstärkers reduziert, was die erforderliche Logistik vereinfacht.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ventilelement an der Ventilsitzfläche zwei Ventilsitze aufweist, wobei einer der Ventilsitze mit einem korrespondierenden Dichtsitz an dem Steuerventilgehäuse und der andere der Ventilsitze mit einem korrespondierenden Dichtsitz an einem Betätigungskolben des Steuerventils zusammenwirken. Dieses Zusammenwirken kann erfindungsgemäß derart erfolgen, dass in einer Bereitschaftsstellung des Steuerventils beide Ventilsitze jeweils an ihrem korrespondierenden Dichtsitz anliegen, dass in einer von der Bereitschaftsstellung abweichenden ersten Betriebsstellung des Steuerventils lediglich einer der beiden Ventilsitze an dem korrespondierenden Dichtsitz fluiddicht anliegt und der andere von seinem korrespondiereden Dichtsitz getrennt ist und dass in einer von der Bereitschaftsstellung und der ersten Betriebsstellung abweichenden zweiten Betriebsstellung des Steuerventils der andere Ventilsitz an seinem korrespondierenden Ventilsitz fluiddicht anliegt und der eine Ventilsitz von seinem korrespondierenden Ventilsitz getrennt ist.
Dies führt dazu, dass in der Bereitschaftsstellung Unterdruckkammer, Arbeitskammer und Atmosphäre durch das Ventilelement voneinander getrennt sind, dass in der ersten Betriebsstellung Arbeitskammer und Atmosphäre zur Erzielung der die Bremskraft bestimmenden Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer miteinander verbunden sind und dass in der zweiten Betriebsstellung die Arbeitskammer mit der Unterdruckkammer zum Abbau der Druckdifferenz miteinander verbunden sind.
Mit anderen Worten liegt in der Bereitschaftsstellung des Steuerventils das Ventilelement an dem Dichtsitz des Steuerventilgehäuses an und der Dichtsitz des Betätigungskolbens liegt an seinem korrespondierenden Ventilsitz des Ventilelements an. Bei Betätigung des Bremspedals wird der Betätigungskolben mit seinem Dichtsitz von dem korrespondierenden Ventilsitz des Ventilsitz abgehoben, so dass die Arbeitskammer mit der Atmosphäre verbunden wird. Dadurch entsteht in der Arbeitskam- mer gegenüber der Unterdruckkammer ein Überdruck, welcher zu einer Verschiebung des Steuerventilgehäuses über die bewegliche Wand führt und damit zu einer Verstärkung der Bremsbetätigungskraft. Schließlich stellt sich in dieser ersten Betriebsstellung ein Gleichgewichtszustand ein, so dass sich das Ventilelement samt dem Steuerventilgehäuse wieder auf den Betätigungskolben zu bewegt. Nach Freigabe des Bremspedals führen die von der Bremsanlage eingeleiteten Rückstellkräfte dazu, dass sich der Betätigungskolben und das Krafteingangsglied in ihre Ausgangsstellung zurück bewegen und dabei das Ventilelement mitnehmen. Dadurch wird der erste Ventilsitz von dem Dichtsitz am Steuerventilgehäuse abgehoben, so dass die Arbeitskammer mit der Unterdruckkammer verbunden wird und sich dadurch die Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer und der Arbeitskammer weitgehend abbaut. Schließlich nimmt das Steuerventil wieder seine Bereitschaftsstellung ein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilelements für ein Steuerventil eines Bremskraftverstärkers, insbesondere ein Ventilelement der vorstehend beschriebenen Art und insbesondere für einen Bremskraftverstärker der vorstehend beschriebenen Art.
Wie eingangs bereits erläutert sind herkömmliche Ventilelemente aus mehreren Komponenten aufgebaut und während der Montage des Bremskraftverstärkers verhältnismäßig zeitintensiv zusammenzusetzen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll eine Möglichkeit geschaffen werden, mit welcher das Ventilelement als Einheit vorgefertigt werden kann und dann als Ganzes während der Montage des Steuerventils bzw. des Bremskraftverstärkers als Ganzes weiterverarbeitet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht hierfür folgende Schritte vor:
A) Fixieren eines Halterings aus formstabilem Material in einer Spritzgießform,
B) Einspritzen von flexiblem Kunststoffmaterial in die Spritzgießform,
C) Aushärten des eingespritzten flexiblen Kunststoffmaterials und
D) Ausformen des Ventilelements.
Die Komponenten des Ventilelements aus formstabilem Material und flexiblem Kunststoffmaterial werden also durch Spritzgießen miteinander verbunden, indem zunächst die Komponenten aus formstabilem Material in die Spritzgussform eingelegt werden und anschließend mit dem flexiblen Kunststoff material umspritzt werden. Dabei legt sich das flexible Kunststoffmaterial in der Spritzgussform an die Kompo- nenten aus formstabilem Material an und haftet nach Aushärtung adhasiv an diesen an. Nach dem Ausformen des Ventilelements kann dies dann als einheitliche Baugruppe in den Bremskraftverstärker eingebaut werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in Schritt A) zusätzlich zu dem Haltering eine Verstärkungsscheibe in der Spritzgießform fixiert wird. Die Verstärkungsscheibe kann beispielsweise dazu verwendet werden, einen bestimmten im Betrieb mechanisch besonders belasteten Bereich des Ventilelements, beispielsweise den Ventiltellerbereich, zu verstärken. Zur Fixierung der Verstärkungsscheibe in der Spritzgießform kann in einer Weiterbildung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Verstärkungsscheibe Halteausnehmungen aufweist, in welche Haltezapfen zur Fixierung in der Spritzgießform eingreifen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Halteausnehmungen der Verstärkungsscheibe an einer Stelle anzubringen sind, an welcher sie die an der Ventilsitzfläche ausgebildeten Ventilsitze nicht beeinträchtigen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Halteausnehmungen bei einem Ventilelement mit zwei Ventilsitzen auf der Ventilsitzfläche zwischen den beiden Ventilsitzen anzuordnen.
Zur weiteren Stabilisierung des Ventilelements kann - wie vorstehend bereits erläutert - im Bereich des Halterings ein Stützring vorgesehen sein. Hierfür kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der Stützring zusätzlich zu dem Haltering in der Spritzgießform fixiert wird. Der Stützring kann zur Führung des Ventilelements in einem Steuerventilgehäuse dienen. In diesem Fall muss der Stützring derart in der Spritzgießform fixiert sein, dass kein Kunststoffmaterial an dessen Außenumfangsfläche gelangt und sich dort festsetzt, so dass die Außenum- fangsfläche zur Führung des Ventilelements genutzt werden kann.
Wie vorstehend bereits dargelegt, kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilelements ein Vorspannmittel vorgesehen sein, welches das Ventilelement in eine bestimmte Ausgangsstellung vorspannt. Auch dieses Vorspannmittel, beispielsweise eine Spiralfeder, wird bereits bei der Herstellung an dem Ventilelement angebracht, um eine aufwendige nachträgliche Montage zu vermeiden. Es ist jedoch zu beachten, dass das Vorspannmittel in seiner Funktion beeinträchtigt werden würde, wenn sich während des Spritzgießprozesses flexibles Kunststoffmaterial an dem Vorspannmittel niederschlägt. Daher ist es erforderlich, das Vorspannmittel während des Einspritzens des Kunststoffmaterials in die Spritzgießform zu kapseln. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in diesem Fall vor, dass in Schritt A) zusätzlich zu dem Haltering ein Vorspannmittel in die Spritzgießform eingelegt und in einer Vorspannmittel-Kavität vor dem Ausführen von Schritt B) gekapselt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Vorspannmittel in der Vorspannmit- telkavität über einen Vorspannmittel-Halter gehalten und abgedeckt wird.
Der Vorspannmittel-Halter bildet während der Schritte B) und C) einen Teil der Spritzgießform und wird nach Schritt C) wieder entfernt, so dass das Vorspannmittel aus der Kavität austreten kann. Das Vorspannmittel wird beispielsweise in einem zusammengedrückten Zustand in der Kavität gehalten und entspannt sich - soweit möglich - bei Entfernen des Vorspannmittel-Halters. Es kann sich dann beispielsweise zwischen dem Ventilteller und dem Haltering in seine Sollposition bewegen. Die Vorspannmittelkavität ist bevorzugt in dem Haltering als Axialumfangsnut ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden schematischen Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen achsenthaltenden Querschnitt eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers;
Fig. 2 eine Einzelteildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventilelements;
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventilelements;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Ventilelements nach Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Spritzgießform während des erfindungsgemäßen Verfahrens vor deren Schließen und
Fig. 6 eine perspektivische Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Spritzgießform im geschlossenen Zustand unmittelbar vor Einspritzen des Kunststoffmaterials.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Bremskraftverstärker in achsenthaltender Schnittdarstellung gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser umfasst ein Bremskraft- Bremskraftverstärkergehäuse 12, welches verlagerbar auf einem Steuerventilgehäuse 16 eines Steuerventils 14 angebracht ist. Das Bremskraftverstärkergehäuse 12 kapselt eine Arbeitskammer 18 und eine Unterdruckkammer 20, die über eine mit dem Steuerventilgehäuse 16 zur gemeinsamen Bewegung gekoppelten Wand 22 voneinander getrennt sind.
In das Steuerventilgehäuse 16 ragt von der in Fig. 1 rechten Seite ein Krafteingangsglied 24, auf welches über ein nicht gezeigtes Bremspedal eine Bremsbetätigungskraft Fi angelegt werden kann. Das Krafteingangsglied 24 ist in einer Druckstange 26 aufgenommen, welche ihrerseits an ihrem von dem Krafteingangsglied 24 entfernten Ende sphärisch ausgebildet ist und mit diesem Ende in einem Betätigungskolben 28 aufgenommen ist. Der Betätigungskolben 28 ist ebenfalls in axialer Richtung verschiebbar und wirkt an seinem von der Druckstange 26 entfernten Ende mit einem stufig ausgebildeten Fühlkolben 30 zusammen. Der Fühlkolben 30 ist in Richtung der Längsachse A verschiebbar in dem Steuerventilgehäuse 16 geführt und gelangt bei Verschiebung in Fig. 1 nach links in Anlage mit einer gummielastischen Reaktionsscheibe 32, welche ihrerseits in einem Kraftausgangsglied 34 aufgenommen ist und dieses letztlich in Reaktion auf eine Verschiebung des Krafteingangsglieds 24 entlang der Achse A in Fig. 1 nach links aus dem Steuerventilgehäuse 16 heraus drückt. Zusätzlich zu dem Fühlkolben 30 liegt an der Reaktionsscheibe 32 ebenfalls zur Kraftübertragung eine ringförmige Stirnfläche 36 des Steuententilgehäuses 16 an.
Wie vorstehend bereits angesprochen umfasst der Bremskraftverstärker 10 ein Steuerventil 14. Neben dem Steuerventilgehäuse 16 ist diesem ein Ventilelement 38 zugeordnet. Das Ventilelement 38 ist in Figur 2 als Einzelteil im Schnitt vergrößert dargestellt. Es umfasst einen Ventilteller 40, welcher einen Bereich aus flexiblem Kunststoffmaterial 42 und einen in diesem eingebetteten Bereich aus formstabilem Material 44 aufweist, beispielsweise aus Stahl. Der Bereich 44 ist von einer Ringscheibe gebildet. An der von der Ringscheibe abgewandten Seite des Ventiltellers 40 ist eine Ventilsitzfläche 46 ausgebildet, auf deren Funktion nachfolgend näher eingegangen werden soll. Der Ventilteller 40 ist über einen Balg 48 aus flexiblem Kunststoffmaterial mit einem Führungsbereich 50 verbunden. Der Führungsbereich 50 umfasst einen Bereich aus flexiblen Kunststoffmaterial 52, welcher adhasiv mit einem Haltering 54 verbunden ist. Der Haltering 54 weist eine axiale Umfangsnut 56 auf, d.h. eine Nut, welche sich in axialer Richtung zum Ventilteller 40 hin öffnet. In der Axialumfangsnut 56 ist ein Federelement 58 aufgenommen, welches an seinem von dem Haltering 54 entfernten Ende an der Verstärkungsscheibe 44 anliegt. Das Federelement 58 ist derart dimensioniert, dass es das Ventilelement 38 in seine in Fig. 2 gezeigte Form vorspannt. Der Haltering 54 weist ferner eine Außenumfangsnut 60 auf, in welche eine Lippendichtung 62 aus gummielastischem Kunststoffmaterial eingebracht ist. Das Ventilelement 38 ist mit einem Hohlraum 64 ausgebildet, durch welchen die Druckstange 26 hindurchgeführt ist.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, wird das Ventilelement 38 mit seinem Haltering 54 über eine Druckfeder 66 in Anlage mit einem Anschlagflansch 68 des Steuerventilgehäuses gehalten. Dabei liegt die Lippendichtung 62 fluiddicht an der Innenumfangsfläche des Anschlagflanschs 68 an. In der in Fig.l gezeigten Bereitschaftsstellung des Steuerventils 14 liegt ein Dichtsitz 70 des Steuerventilgehäuses 16 an einem korrespondierenden Ventilsitz 72 der Ventilsitzfläche 46 an. Ferner liegt ein Dichtsitz 74 des Betätigungskolbens 28 an einem korrespondierenden Ventilsitz 76 der Ventilsitzfläche 46 an.
Bei einer Betätigung des nicht gezeigten Bremspedals verhält sich der Bremskraftverstärker 10 wie folgt. Das Krafteingangsglied 21 wird mit der Bremsbetätigungskraft Fi in Richtung der Achse A beaufschlagt. Dadurch wird das Krafteingangsglied 24 in Fig. 1 nach links verschoben und drückt die Druckstange 26 ebenfalls nach links. Dadurch wird der Betätigungskolben 28 mit seinem Dichtsitz 74 von dem Ventilsitz 76 abgehoben. Durch diese Bewegung des Betätigungskolbens 28 relativ zu dem Ventilteller wird die Arbeitskammer 18 mit der Umgebungsatmosphäre verbunden, so dass sich in der Arbeitskammer 18 ein Druck entsprechend dem Umgebungsdruck aufbaut. Es stellt sich eine Druckdifferenz an der beweglichen Wand 22 ein, da in der Unterdruckkammer 20 gegenüber dem nunmehr auf Atmosphärendruck angestiegenen Druck in der Arbeitskammer 18 ein Unterdruck herrscht. Diese Druckdifferenz führt zu einer Verschiebung der beweglichen Wand 22, wobei diese das Steuerventilgehäuse 16 mitnimmt. Während dieser Bewegung des Steuerventilgehäuses 16 bleibt der Ventilsitz 72 in Anlage mit dem Dichtsitz 70, d.h. das Ventilelement 38 verschiebt sich unter Wirkung der Druckfeder 66 mit dem Steuerventilgehäuse 16 in Fig. 1 nach links mit.
Insgesamt wird auf das Kraftausgangsglied 34 eine gegenüber der Bremsbetätigungskraft Fi vergrößerte Bremskraft F2 übertragen, welche sich aus der über den Betätigungskolben 28, den Fühlkolben 30 sowie die Reaktionsscheibe 32 auf das Kraftausgangsglied 34 übertragene Kraftkomponente sowie der bedingt durch die Bewegung der beweglichen Wand 22 aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer 18 und der Unterdruckkammer 20 hervorgerufenen über die Stirnfläche 36 des Steuerventilgehäuses 16 auf die Reaktionsscheibe 32 und letztendlich auf das Kraftausgangsglied 34 übertragenen Kraftkomponente zusammensetzt. Die von einem Fahrer über das Bremspedal auf das Krafteingangsglied angelegte Bremsbetätigungskraft Fi wird also durch den Bremskraftverstärker 10 entsprechend verstärkt.
Bei einer Freigabe des Krafteingangsglieds 24, d.h. bei einer Reduzierung des Betrags der Bremsbetätigungskraft Fi auf Null, bewegt sich das Krafteingangsglied 24 in Fig. 1 nach rechts zurück in seine Ausgangsstellung und nimmt dabei die Druckstange 26 und den Betätigungskolben 28 mit. Dabei legt sich zunächst der Betätigungskolben 28 mit seinem Dichtsitz 74 an den Ventilsitz 76 der Ventilsitzfläche 46 an. Bei einer weiteren Rückbewegung des Betätigungskolbens 28 wird der Ventilteller 40 in Richtung der Achse A in Fig. 1 nach rechts mitgenommen, so dass sich der Ventilsitz 72 von dem Dichtsitz 70 des Steuerventilgehäuses 60 abhebt. Dadurch kommt es zu einer Verbindung der Arbeitskamme 18 mit der Unterdruckkammer 20, wobei durch das Anlegen des Betätigungskolbens 28 an seinen Dichtsitz 74 an dem Ventilsitz 76 der Ventilsitzfläche 46 die Verbindung zwischen der Arbeitskammer der Umgebungsatmosphäre wieder unterbrochen ist. Durch die Verbindung der Arbeitskammer 18 und Unterdruckkammer 20 über den von dem Ventilsitz 72 abgehobenen Dichtsitz 70 kommt es zu einem Abbau der Druckdifferenz an der beweglichen Wand 22, wobei sich das Steuerventilgehäuse 16 in seine in Fig. 1 gezeigte Bereitschaftsstellung zurück bewegt, bis es schließlich wieder die in Fig. 1 gezeigte Bereitstellung einnimmt, in welcher sowohl der Dichtsitz 70 als auch der Dichtsitz 74 an ihrem korrespondierenden Ventilsitz 72 und 76 anliegen. In dieser Bereitschaftsstellung herrscht nahezu wieder Druckgleichheit zwischen der Arbeitskammer 18 und der Unterdruckkammer 20.
Fig. 1 zeigt, dass der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker verhältnismäßig aufwendig aus vielen Komponenten zusammengesetzt ist Allerdings ist das Ventilelement 38, wie in Figur 2 im Detail vergrößert gezeigt, als vorgefertigte Baugruppe einheitlich ausgebildet und als Ganzes bei der Montage in das Steuerventilgehäuse einsetzbar. Auf die Herstellung des Ventilelements 38 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 und 6 noch im Detail eingegangen. Es sei an dieser Stelle lediglich darauf hingewiesen, dass sich durch die Ausbildung des Ventilelements 38 als vorgefertigte Baugruppe die Montage des Bremskraftverstärkers 10 erheblich vereinfacht. Fig. 3 zeigt ein gegenüber dem Ventilelement 38 aus Fig. 2 leicht abgewandeltes Ventilelement, zu dessen Beschreibung für gleiche oder gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie bei Fig. 2 verwendet werden, jedoch mit der Ziffer
IM 1" II vorangestellt.
Das Ventilelement 138 gemäß Figuren 3 und 4 unterscheidet sich von dem Ventilelement 38 gemäß Fig. 2 hauptsächlich im Führungsbereich 150. Der Haltering 154 ist im Wesentlichen U-profilförmig ausgebildet und weist wiederum eine Axialum- fangsnut 156 zur Aufnahme des Federelements 158 auf. Zusätzlich zu dem Haltering 154 ist in dem Führungsbereich 150 ein Stützring 178 vorgesehen, welcher zur Führung des Ventilelements 138 in dem Steuerventilgehäuse 16 dient. Der Stützring
178 und der Haltering 154 sind über mehrere in Umfangsrichtung aufeinander folgende Verbindungsbereiche 179 miteinander verbunden. Die Verbindungsbereiche
179 sind über Schlitzausnehmungen 180 in Umfangsrichtung voneinander getrennt, wobei die Schlitzausnehmungen 180 mit flexiblem Kunststoffmaterial gefüllt sind. Das flexible Kunststoffmaterial erstreckt sich ausgehend von dem Ventilteller 140 und dem Materialbereich 152 über den Balg 148 in den Materialbereich 152 radial innerhalb des Halterings 153. Von diesem Materialbereich 152 ausgehend, erstreckt sich das flexible Kunststoffmaterial durch die Schlitzausnehmungen 180 um den Haltering 154 herum an dessen Außenumfangsfläche in seinen Außenumfangsbereich 160, wo es die Lippendichtung 162 ausbildet Die gesamte den Hohlraum 164 umgebende Innenumfangsfläche des Ventilelements 138 ist demnach mit flexiblem Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Verstärkungsscheibe 144 ist, wie bereits mit Bezug auf die Verstärkungsscheibe 44 beschrieben, in dem flexiblen Kunststoffmaterial eingebettet und von diesem an der Ventilsitzfläche 146 zugewandten Seite sowie an der Rückseite zumindest teilweise mit flexiblem Kunststoffmaterial bedeckt, welches adhasiv and der Verstärkungsscheibe anhaftet. Auch das Ventilelement 138 gemäß Fig. 3 hat den Vorteil, dass es als einstückig ausgebildete Baugruppe einfach in das Steuerventilgehäuse eines Bremskraftverstärkers eingesetzt werden kann und damit aufwendige und zeitintensive Montageschritte zur Bereitstellung des Ventilelements in dem Steuerventilgehäuse bei der Montage oder Wartung des Bremskraftverstärkers vermieden werden können.
Fig. 5 und 6 zeigen schematische Ansichten, welche zur Erläuterung der Fertigung des Ventilelements 38 gemäß Fig. 2 dienen. In Fig. 5 ist eine mehrteilige Spritzgießform zur Herstellung des Ventilelements 38 gemäß Fig. 2 in schematischer und teilweise geschnittener Darstellung gezeigt. Die Spritzgießform umfasst ein erstes Formteil 82, an welchem eine Vielzahl von Haltezapfen 84 angebracht sind. Die Haltezapfen 84 dienen dazu, die Verstärkungsscheibe 44, welche korrespondierende nicht gezeigte Halteausnehmungen aufweist, in der Form in Position zu halten. An das erste Formteil 82 schließt sich ein von diesem lösbares zweites Formteil 86 an, welches in Fig. 5 im Schnitt dargestellt ist und welches einen der Außenkontur des Ventilelements 38 im Negativ entsprechenden Hohlraum 88 aufweist. Von dem zweiten Formteil 86 entfernt ist in Fig. 5 ein drittes Formteil 90 gezeigt, in welches der Haltering 54 eingesetzt ist. Dieser erstreckt sich mit seinem in Fig. 5 rechten Ende in ein viertes Formteil 92. In dem dritten Formteil 90 und dem vierten Formteil 92 sind korrespondierende Ringöffnungen vorgesehen zur Aufnahme des Halterings 54. Das dritte Formteil 90 und das vierte Formteil 92 sind voneinander lösbar.
Besonderes Augenmerk ist auf das Federelement 58 zu richten, welches in Fig. 5 in seinem entspannten Zustand gezeigt ist. Dieses wird entsprechend Pfeil P in die für dieses vorgesehene Axialumfangsnut 56 in dem Haltering 54 eingedrückt und über einen Federhalter 96 in dieser gekapselt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Federhalter 96 in Fig. 5 wiederum nur im Schnitt und nur teilweise dargestellt ist Tatsächlich ist dieser mehrteilig ausgebildet, wobei die einzelnen Teile in Fig. 5 in radialer Richtung derart bewegt werden können, dass sie die Feder 58 in der korrespondierenden Axialumfangsnut 56 halten und diese darin einkapseln.
Nachdem die Feder entsprechend Pfeil P mit Hilfe des Federhalters 96 in die Axialumfangsnut 56 hineingedrückt und in dieser gekapselt ist, werden die Formteile 82 und 86 sowie die Formteile 90 und 92 zusammengefügt, so dass der Kern 94 in den Hohlraum 88 eindringt und somit zwischen der Hohlrauminnenoberfläche und der Kernaußenoberfläche ein Spalt entseht.
Nach dem Zusammenfügen der einzelnen Formteile gelangt man zu einem Zustand, der durch eine perspektivische Darstellung gemäß Fig. 6 teilweise aufgebrochen wiedergegeben ist. Man erkennt, dass die Verstärkungsscheibe 44 mit ihren Halteausnehmungen auf die an dem ersten Formteil 82 ausgebildeten Haltezapfen 84 aufgesetzt ist und in der Form gehalten ist. Der Kern 94 durchdringt dabei die Innenöffnung der Verstärkungsscheibe 44. Ferner definiert die Innenkontur des Hohlraums 88 sowie die Außenkontur des Kerns 94 einen Hohlraum, der dem Verlauf des Balgs 48 entspricht. Die Federhalter-Teile 96 verschließen die Axialumfangsnut 56 des Halterings 54, in welcher Axialumfangsnut 56 das Federelement 58 hineingedrückt ist. Dies bedeutet, dass das Federelement 58 in der Axialumfangsnut 56 mittels der Federhalter-Teile 96 gekapselt ist. Die Außenumfangsnut 62 ist über nicht gezeigte Kanäle mit dem Hohlraum 88 verbunden.
In die entsprechend Fig. 6 gezeigte Form wird nun, beispielsweise über Zuströmkanäle 98 sowie weitere nicht gezeigte Kanäle plastisches Kunststoffspritzgussmaterial hineingespritzt, welches sodann die in der Form definierten Hohlräume ausfüllt. Dabei wird die Verstärkungsscheibe 44 zur Ausbildung der Ventilsitzfläche und des korrespondierenden Bereichs aus flexiblem Kunststoff material 42 sowie an ihrer Rückseite mit flexiblem Kunststoffmaterial umspritzt. Ferner bildet sich bei diesem Spritzvorgang der flexible Balg im Bereich des Hohlraums 88 aus. Darüber hinaus wird der Haltering 54 entsprechend umspritzt und es bildet sich die Lippendichtung ' 62 aus.
Nach hinreichender Vernetzung des flexiblen elastischen Materials, sprich nach dessen "Aushärtung", wird der Spritzrohling ausgeformt, Dabei werden die einzelnen Formteile 82, 86, 96 und 90 auseinander gefahren. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich auch bei dem Formteil 86 um ein mehrteiliges Formteil handelt, welches in radialer Richtung auseinandergefahren werden kann. Schließlich werden die Federhalter-Teile 96 entfernt. Bei Entfernen der Federhalter-Teile 96 tritt die Feder 58 unter ihrer Federwirkung aus der Axialumfangsnut 56 hervor und legt sich an der ihr gegenüberliegenden Fläche der Verstärkungsscheibe 44 an, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Man erhält somit das Ventilelement 38 gemäß Fig. 2, wobei die einzelnen Komponenten aus formstabilem Material, wie die Verstärkungsscheibe 44 und der Haltering 50, von dem gummielastischen flexiblen Kunststoff material teilweise umschlossen sind, welches aufgrund des Anspritzvorgangs adhasiv an diesem anhaftet. Darüber hinaus ist die Dichtlippe 62 an dem Haltering 54 angespritzt. Das Federelement 58 bleibt ohne Kontakt zu dem Kunststoffmaterial, da es während dem Spritzvorgang in der Axialumfangsnut 56 gekapselt war.
Die Erfindung zeigt ein Ventilelement, einen mit einem entsprechenden Ventilelement ausgebildeten Bremskraftverstärker sowie ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilelements. Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Ventilelement als einstückig vormontierte Baugruppe ausgebildet ist, welche als ganzes im Bremskraftverstärker bei dessen Montage eingesetzt oder bei dessen Wartung gehandhabt werden kann, ohne dass eine Vielzahl zusammenzufügender Einzelkomponenten für das Ventilelement gehandhabt werden müssen. Mit Bezug auf Fig. 5 und 6 wurde ein Spritzgussverfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ventilelements nach Fig. 2 erläutert. Es versteht sich, dass dies lediglich eine Möglichkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ventilelements darstellt Gleichermaßen ist es auch möglich, die einzelnen Komponenten aus flexiblem Kunststoffmaterial und formstabilem Material separat herzustellen und anschließend durch Verkleben zu einer Einheit zusammenzufügen.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilelement (38; 138) für ein Steuerventil (14) eines Bremskraftverstärkers (10) mit
- einem eine Ventilsitzfläche (46; 146) aufweisenden Ventilteller (40; 140),
- einem Haltering (54; 154) und
- einem den Ventilteller (40; 140) und den Haltering (54; 154) miteinander verbindenden flexiblen Balg (48; 148), wobei der Haltering (54; 154) aus einem formstabilen Material und der Ventilteller (40; 140) sowie der Balg (48; 148) zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (38; 138) als vormontierte Baugruppe ausgebildet ist, wobei das flexible Kunststoffmaterial adhasiv an dem formstabilen Material angebracht ist.
2. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Kunststoffmaterial an das formstabile Material angespritzt ist.
3. Ventilelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Kunststoffmaterial mit dem formstabilen Material verklebt ist.
4. Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ' dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (40; 140) mit einer Armierung (44; 144) aus formstabilen Material hergestellt ist.
5. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung eine ringförmige Verstärkungsscheibe (44; 144) aufweist.
6. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsscheibe (44; 144) mit Halteausnehmungen ausgebildet ist.
7. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Ventilsitzfläche (46; 146) zumindest einseitig auf die Verstärkungsscheibe (44; 144) flexibles Kunststoffmaterial (42; 142) aufgespritzt ist.
8. Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilteller (40; 140) und dem Haltering (54; 154) ein Vorspannelement (58; 158) vorgesehen ist, welches den Ventilteller (40; 140) in Abstand von dem Haltering (54; 154) spannt.
9. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Ventilsitzfläche (46; 146) abgewandten Seite der Verstärkungsscheibe (44; 144) ein Ende des Vorspannelements (58; 158) anliegt.
10. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (54; 154) eine Axialumfangsnut (56; 156) zur Aufnahme des anderen Endes des Vorspannelements (58; 158) aufweist.
11. Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitzfläche (46; 146) zwei Ventilsitze (72, 76) aufweist.
12. Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Haltering (54; 154) ein Radialumfangseinstich (60; 160) ausgebildet ist, an welchem Radialdichtmittel (62; 162) aus flexiblem Kunststoffmaterial anbringbar sind.
13. Ventilelement (38; 138) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialdichtmittel (62; 162) an den Haltering (54; 154) angespritzt sind.
14. Ventilelement (138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Bereich des Halterings (154) einen Stützring (178) aus formstabilen Material aufweist.
15. Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das formstabile Material ein metallischer Werkstoff, insbesondere Stahl, ist.
16. Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Kunststoffmaterial ein gummielastischer Werkstoff ist.
17. Bremskraftverstärker (10), mit:
- einem Krafteingangsglied (24) zum Einleiten einer Bremsbetätigungskraft (Fi),
- einem Kraftausgangsglied (34) zum Ableiten einer gegenüber der Bremsbetätigungskraft (Fi) verstärkten Bremskraft (F2) zu einer Bremsanlage,
- einer Unterdruckkammer (20) sowie einer von der Unterdruckkammer (20) durch eine bewegliche Wand (22) fluiddicht getrennten Arbeitskammer (18),
- einem Steuerventil (14) mit einem Steuen/entilgehäuse (16) und einem relativ zu diesem axial bewegbaren Ventilelement (38), insbesondere einem Ventilelement (38; 138) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (38) mit einem eine Ventilsitzfläche (46) aufweisenden Ventilteller (40), einem Haltering (54) und einem den Ventilteller (40) und den Haltering (54) miteinander verbindenden flexiblen Balg (48) ausgeführt ist, wobei der Haltering (54) aus einem formstabilen Material und der Ventilteller (40) sowie der Balg (48) zumindest bereichsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial ausgebildet ist, wobei weiter das Steuerventilgehäuse (16) zur kraftübertragenden Kopplung mit der beweglichen Wand (22) ausgeführt ist, wobei ferner das Ventilelement (38) zur kraftübertragenden Kopplung mit dem
Krafteingangsglied (24) ausgeführt ist und wobei zur Erzielung einer die Bremskraft (F2) bestimmenden Druckdifferenz zwischen
Arbeitskammer (18) und Unterdruckkammer (20) durch Bewegen des Ventilelements
(38) relativ zu dem Steuerventilgehäuse (16) zumindest Atmosphärendruck zur
Arbeitskammer (18) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (38) als vormontierte Baugruppe ausgebildet ist, wobei das flexible Kunststoffmaterial adhasiv an dem formstabilen
Material angebracht ist.
18. Bremskraftverstärker (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (38) an der Ventilsitzfläche (46) zwei Ventilsitze (72, 76) aufweist, wobei einer der Ventilsitze (72) mit einem korrespondierenden Dichtsitz (70) an dem Steuerventilgehäuse (16) und der andere der Ventilsitze (76) mit einem korrespondierenden Dichtsitz (74) an einem Betätigungskolben (28) des Steuerventils (14) zusammenwirken.
19. Bremskraftverstärker (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Bereitschaftsstellung des Steuerventils (14) beide Ventilsitze (72, 76) an ihren korrespondierenden Dichtsitzen (70, 74) anliegen, dass in einer von der Bereitschaftsstellung abweichenden ersten Betriebsstellung des Steuerventils (14) lediglich einer der beiden Ventilsitze (72) an dem korrespondierenden Dichtsitz (70) fluiddicht anliegt und der andere (76) von seinem korrespondierenden Dichtsitz (74) getrennt ist und dass in einer von der Bereitschaftsstellung und der ersten Betriebsstellung abweichenden zweiten Betriebsstellung des Steuerventils (14) der andere Ventilsitz (76) an seinem korrespondierenden Dichtsitz (74) fluiddicht anliegt und der eine Ventilsitz (72) von seinem korrespondierenden Dichtsitz (70) getrennt ist.
20. Bremskraftverstärker (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bereitschaftsstellung Unterdruckkammer (20), Arbeitskammer (18) und Atmosphäre durch das Steuerventil (14) voneinander getrennt sind, dass in der ersten Betriebsstellung Arbeitskammer (18) und Atmosphäre zur Erzielung der die Bremskraft (F2) bestimmenden Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer (18) und der Unterdruckkammer (20) miteinander verbunden sind und dass in der zweiten Betriebsstellung die Arbeitskammer (18) mit der Unterdruckkammer (20) zum Abbau der Druckdifferenz miteinander verbunden sind.
21. Verfahren zum Herstellen eines Ventilelements (38; 138) für ein Steuerventil (14) eines Bremskraftverstärkers (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Schritte:
A) Fixieren eines Halterings (54; 154) aus formstabilem Material in einer Spritzgießform (90),
B) Einspritzen von flexiblem Kunststoffmaterial in die Spritzgießform (82, 86, 90, 92, 96),
C) Aushärten des eingespritzten flexiblen Kunststoffmaterials und
D) Ausformen des Ventilelements (38; 138).
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A) zusätzlich zu dem Haltering (54; 154) eine Verstärkungsscheibe (44; 144) in der Spritzgießform (82, 86, 90, 92, 96) fixiert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsscheibe (44; 144) Halteausnehmungen aufweist, in welche Haltezapfen (84) zur Fixierung in der Spritzgießform (82, 86, 90, 92, 96) eingreifen.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A) zusätzlich zu dem Haltering (154) ein Stützring (178) in der Spritzgießform (82, 86, 90, 92, 96) fixiert wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A) zusätzlich zu dem Haltering (178) ein Vorspannmittel (58) in die Spritzgießform (82, 86, 90, 92, 96) eingelegt wird und in einer Vorspannmittel-Kavität (56; 156) vor dem Ausführen von Schritt B) gekapselt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel (58) in der Vorspannmittel-Kavität (56; 156) über einen Vorspannmittel-Halter (96) gehalten wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannmittel-Kavität in dem Haltering (54; 154) als Axialumfangsnut (56; 156) ausgebildet ist
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