Ventileinrichtung für ein Unterdruck-Versorqunqssystem

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für ein Unterdruck- Versorgungssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ventileinrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie werden beispielsweise in pneumatischen Systemen zur Unterdruckversorgung für Bremssysteme von Kraftfahrzeugen verwendet. In bestimmten Betriebspunkten des Systems kann es zu Eigenschwingungen einer Membraneinheit der Ventileinrichtung kommen, die, falls sie im hörbaren Bereich liegen, in vielen Fällen zu Störungen und Irritationen führen. Es wurde bereits versucht, Schwingungen dieser Art dadurch zu vermeiden, dass die Steifigkeit eines Membranelements der Membraneinheit so verändert wurde, dass Resonanzfrequenzen im regelmäßigen Betrieb des pneumatischen Sys- tems nicht auftreten konnten. In solchen Fällen war es jedoch erforderlich, die Eigenschaften der Membraneinheit für unterschiedliche pneumatische Systeme speziell so zu wählen, dass Resonanzfrequenzen vermieden wurden. Dies ist aufwendig und daher kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ventileinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut und allgemein verwendbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ventileinrichtung vorgeschlagen, welche die in Anspruch 1 genannten Merkmale umfasst. Die Ventileinrichtung ist für ein Unterdruck-System, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, beispielsweise für einen Bremskraftverstärker. Sie weist eine Membraneinheit auf, die einen Strömungspfad nur in einer Richtung freigibt, nämlich eine Verbindung von einem

Verbraucher, der mit Unterdruck zu beaufschlagen ist, zu einer Unterdruckquelle, beispielsweise einer Vakuumpumpe. Die Ventileinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Membraneinheit mindestens zwei Membranelemente aufweist, von denen sich wenigs- tens eines im Betrieb des Unterdruck-Versorgungssystems verformt, sodass sich die Membranelemente berühren. Dies führt dazu, dass Reibungskräfte aufgebaut werden, die Schwingungen der Membraneinheit dämpfen.

Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung, das sich dadurch auszeichnet, dass die Membranelemente verschiedene Steifigkeiten aufweisen. Durch diese Ausgestaltung wird vermieden, dass die Membranelemente gleiche Resonanzfrequenzen aufweisen und sich quasi gegenseitig aufschaukeln können.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Membranelemente verschiedene Formen zeigen. Auch diese Ausgestaltung dient dazu, gleiche Resonanzfrequenzen zu vermeiden und damit die Möglichkeit zu haben, Schwingungen durch Reibungskräfte zu vermeiden.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Membranelemente verschiedene Massen auf, um optimale Dämpfungseigenschaften zu erreichen.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Membranelemente unterschiedliche Massenverteilungen aufweisen, die ebenfalls dazu dienen, Schwingungen zu vermeiden.

Darüber hinaus wird ein Ausführungsbeispiel der Ventileinheit bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eines der

Membranelemente eine Verstärkung aufweist, die dazu dient, die Resonanzfrequenz des zugehörigen Membranelements zu verschieben und damit die Dämpfung zu verbessern.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mindestens eines der Membranelemente einen Schwächungsbereich aufweist, der die Resonanzfrequenz des Membranelements beeinflusst, um zu vermeiden, dass beide Membranelemente die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das eine Membranelement pilzförmig ausgebildet ist, während das andere als Scheibe mit einer Ausnehmung realisiert ist, in die ein Bereich des ersten Membranelements einführbar ist.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung, das sich dadurch auszeichnet, dass die Membranelemente einstückig ausgebildet sind.

Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass im Berührungsbereich der beiden Membranelemente verschieden geformte Berührungsbereiche vorgesehen sind. Diese können an die Schwingungseigenschaf- ten der Membranelemente so angepasst werden, dass sich ein optimales Dämpfungsverhalten ergibt.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Ventilein- richtung.

Die Ventileinrichtung 1 wird insbesondere mit einem Unterdruck- Versorgungssystem beispielsweise einer Brennkraftmaschine verwendet, beispielsweise mit einem Bremskraftverstärker. Die Ventileinrichtung 1 ist mit einer Vakuumquelle, beispielsweise einer Vaku- 5 umpumpe, des Unterdruck-Versorgungssystems verbunden und versorgt den Verbraucher, hier also beispielsweise den Bremskraftverstärker, mit Unterdruck. Im Betrieb des Versorgungssystems wird ein Medium, beispielsweise Luft, über die Ansaugseite 3 der Ventilein- richtung eingesaugt, die dem Verbraucher zugewandt ist, und über

10 eine Unterdruckseite 5 an die Unterdruckquelle weitergegeben. Im Inneren der Ventileinrichtung 1 ist ein Aufnahmeraum 7 ausgebildet, der eine Membraneinheit 9 aufnimmt. Diese ist so in dem Fluidpfad zwischen der Ansaugseite 3 und der Unterdruckseite 5 angeordnet, dass sich in der Figur ein von unten nach oben gerichteter Medien-

15 ström ergibt, was durch die Pfeile 11 und 13 angedeutet ist. Die Membraneinheit 9 ist so ausgebildet, dass der Strömungspfad bei einer Strömung von unten nach oben freigegeben wird und dass bei einer entgegengerichteten Strömung diese unterbrochen wird.

- - ' Die Ventileinrichtung weist ein Gehäuse 15 mit einem im Wesentli-

20 chen becherförmigen Unterteil 17 und einem Deckel 19 auf, der verriegelnd in das Unterteil 17 einsetzbar ist und die Membraneinheit 9 so hält, dass diese auf einer Dichtfläche 21 im Unterteil 17 aufliegt.

Die Membraneinheit 9 wird von unten über mindestens eine im Unterteil 17 vorgesehene Zufuhröffnung 23 mit einem Medium beauf- 25 schlagt, wenn das Unterduck-Versorgungssystem aktiv ist. Dazu wird oberhalb der Membraneinheit 9 ein Unterdruck aufgebaut und ein Medium über die mindestens eine Zufuhröffnung 23 über mindestens eine Absaugöffnung 25 abgesaugt. Durch den Unterdruck in der

mindestens einen Absaugöffnung 25 wird ein Unterdruck im Aufnahmeraum 7 aufgebaut, sodass die Membraneinheit 9 durch den überdruck in der mindestens einen Zuführöffnung 23 abhebt. Die im Inneren der Ventileinrichtung 1 gegebene Strömung ist durch Pfeile angedeutet, wobei hier darauf hingewiesen wird, dass in der in der Figur dargestellten Funktionsstellung der Membraneinheit 9 der Strömungspfad zwischen dem Verbraucher und dem Unterdruck- Versorgungssystem unterbrochen ist. Dieser wird, nach den hier dargelegten Erläuterungen, dadurch geöffnet, dass sich bei einem Unterdruck in der mindestens einen Absauöffnung 25 die Membraneinheit zumindest teilweise von der Dichtfläche 21 abhebt, sodass ein Medienstrom über die Zufuhröffnung 23 durch den Aufnahmeraum 7 und die Absaugöffnung 25 entstehen kann.

Aus der Darstellung gemäß Figur 1 wird deutlich, dass die Mem- braneinheit 9 mehrteilig aufgebaut ist und mindestens zwei Membranelemente 9a und 9b aufweist. Denkbar ist es aber auch, mehr als zwei derartiger Membranelemente vorzusehen.

Das eine, hier obere, Membranelement 9a wird von dem Deckel 19 gemeinsam mit dem darunter liegenden Membranelement 9b gegen ein Widerlager 27 angedrückt, das hier Teil des Unterteils 17 ist. Vorzugsweise ist das Unterteil 7 so ausgebildet, dass dessen Boden das Widerlager 27 und mindestens eine Bohrung aufweist, welche die mindestens eine Zuführöffnung 23 bildet. Vorzugsweise sind mehrere auf einem gedachten Kreis liegende Bohrungen bezie- hungsweise Zuführöffnungen 23 vorgesehen, wobei eine Mittelachse 29 der Ventileinrichtung 1 durch den Mittelpunkt des gedachten Kreises verläuft.

Die Verteilung der Zufuhrkanäle, deren Größe, Kontur und Abstand zur Mittelachse 29 kann an verschiedene Anwendungsfälle ange- passt werden, sodass die von dem Mediumstrom auf die Unterseite der Membraneinheit 9 ausgeübten Kräfte an verschiedene Einsatz- 5 fälle angepasst werden können.

Das obere Membranelement 9a ist, wie die Figur zeigt, vorzugsweise pilzförmig ausgebildet und durchgreift das vorzugsweise scheiben-

, J förmig ausgebildete untere Membranelement 9b in einer zentralen

öffnung 31 mit einem Fortsatz 33, der in eine Ausnehmung 35 im

10 Unterteil 17 eingreift, die im Bereich des Widerlagers 27 angeordnet ist.

Der Längsschnitt durch die Ventileinrichtung 1 zeigt, dass das obere Membranelement 9a einen nach oben gewölbten, schirmartigen Bereich aufweist, der mit seinem Außenrand auf dem äußeren Randbe-

15 reich des scheibenförmigen unteren Membranelements 9b aufliegt, sodass ein Berührungsbereich 37 gebildet wird. Um eine definierte

Anlage des Außenrands des oberen Membranelements 9a auf der

} Oberseite des unteren Membranelements 9b zu gewährleisten, kann das obere Membranelement auf seiner Unterseite eine Ausnehmung

20 39 aufweisen.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel kann das obere Membranelement 9a in Draufsicht gesehen kreisförmig ausgebildet sein, ebenso das untere Membranelement 9b. Dabei sind die beiden Membranelemente 9a und 9b gleich groß ausgebildet, 25 sodass sich am äußeren Rand der Membraneinheit 9 der Berührungsbereich 37 ergibt, die hier dann ringförmig ausgebildet ist.

Die Membranelemente 9a und 9b der Membraneinheit 9 können verschiedene Steifigkeiten aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass bei Aufbau eines Medienstroms durch die Ventileinrichtung 1 zwar möglicherweise Schwingungen in der Membraneinheit 9, hier also in den Membranelementen 9a und 9b angeregt werden, dass diese aber unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. Damit kann sichergestellt werden, dass im Berührungsbereich 37 Reibungskräfte aufgebaut werden, die Schwingungen dämpfen.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das obe- re Membranelement 9a auf dem unteren Membranelement 9b auf. Denkbar ist es aber auch, dass der äußere Rand des oberen Membranelements 9a in einem Abstand zum äußeren Rand des unteren Membranelements 9b liegt, solange keine Strömung durch das Ventilelement 1 verläuft. Wird diese durch einen Unterdruck auf der Un- terdruckseite 5 der Ventileinrichtung 1 aufgebaut, biegt sich das untere Membranelement 9b nach oben und gelangt zumindest in diesem Betriebszustand in Berührung mit dem oberen Membranelement 9a, sodass der Berührungsbereich 37 gebildet wird und Reibungskräfte auftreten.

Die Membranelemente 9a und 9b können verschiedene Formen aufweisen, um eine Anpassung an verschiedene Resonanzfrequenzen zu gewährleisten. Beispielsweise kann das untere Membranelement 9b sternförmig ausgebildet sein, und dadurch nur die Bereiche der Dichtfläche 21 berühren, in denen die mindestens eine Zufuhr- öffnung 23 vorgesehen ist. Das obere Membranelement 9a kann rund, aber auch ebenfalls sternförmig ausgebildet sein, um die verschiedenen Bereiche beziehungsweise Arme des sternförmigen un-

teren Membranelements 9b zu berühren und dort Schwingungen zu dämpfen.

Die Formen der Membranelemente 9a und 9b können nicht nur in Draufsicht gesehen variiert werden, sondern auch im Querschnitt. 5 Das obere Membranelement 9a kann also auch als ebene Scheibe mit einer Ausnehmung 39 ausgebildet sein, die das untere Membranelement 9b berührt. Es ist also nicht zwingend erforderlich, das ( _) obere Membranelement 9a mit einer oberen Wölbung zu versehen und damit pilzförmig auszugestalten.

10 Um die Schwingungseigenschaften der Membranelemente 9a und 9b der Membraneinheit 9 zu beeinflussen, können die Membranelemente 9a, 9b auch verschiedene Massen oder unterschiedliche Massenverteilungen aufweisen. Die Dicke der Membranelemente 9a und 9b kann also von innen nach außen variieren. Auch können inner-

15 halb eines Membranelements 9a und/oder 9b verschiedene Materialien miteinander kombiniert werden, um verschiedene Massen und/oder Massenverteilungen beziehungsweise Steifigkeiten zu rea- ' j lisieren.

Um die Schwingungseigenschaften der Membranelemente 9a und 20 9b zu variieren, können auch in mindestens einem von diesen Verstärkungen oder Schwächungsbereiche vorgesehen werden.

Bei den Erläuterungen zu den Membranelementen 9a und 9b wurde davon ausgegangen, dass sich die Membranelemente 9a und 9b in ihrem äußeren Randbereich berühren, sodass sich ein ringförmiger 25 Berührungsbereich 37 ergibt. Durch die Wahl beziehungsweise Ausgestaltung der einander zugewandten Flächen der Membranelemente 9a und 9b können die Größe und/oder die Form der Berührungs-

bereiche abgestimmt werden auf die gewünschten Reibungskräfte und damit Dämpfungseigenschaften der Membraneinheit 9. Dabei ist es auch möglich, die Form und/oder Größe der Berührungsbereiche in Abhängigkeit von dem Unterdruck und/oder von der Strömungs- geschwindigkeit des die Ventileinrichtung 1 durchströmenden Mediums zu variieren.

Es ist im übrigen auch möglich, die Berührungsbereiche zwischen den beiden Membranelementen 9a und 9b nicht nur ring- oder ring- segmentförmig auszubilden. Denkbar ist es auch, dass sich die Membranelemente im Bereich von mehr oder weniger radial verlaufenden Berührungsbereiche berühren, wobei mit radial eine Ausrichtung gegenüber der Mittelachse 29 gemeint ist.

Eine derartige Variation von Größe und Form der Berührungsbereiche ist auch in Abhängigkeit von dem auf die Membraneinheit 9 auf- treffenden Fluidstrom möglich, insbesondere dadurch, dass Form, Größe und/oder Anordnung der mindestens einen Zufuhröffnung 23 variiert wird.

Eine weitere Möglichkeit, die Reibungskräfte in dem mindestens einen Berührungsbereich 37 zu beeinflussen, besteht darin, die Oberflächenstruktur der einander zugewandten Flächen der Membranelemente 9a und 9b zu variieren. Die Oberflächen können auf- geraut werden, Noppen, Rinnen oder Riffeln, Schlitze oder dergleichen aufweisen, um in einem weiten Bereich die Reibungskräfte und Dämpfungseigenschaften zu variieren.

Eine Beeinflussung der Reibungskräfte zwischen den Membranelementen 9a und 9b kann auch noch dadurch erfolgen, dass diese zumindest bereichsweise ineinandergreifen. In den Bereichen, in

denen die Membranen 9a, 9b sich mehr oder weniger verhaken, werden Reibungskräfte aufgebaut, die durch die Art der Verhakung und die Größe der Verhakungsbereiche beeinflussbar sind.

Die Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Membran- 5 einheit 9: Diese ist hier zweiteilig ausgebildet und umfasst also ein separates oberes Membranelement 9a und ein separates unteres Membranelement 9b.

Es ist aber sehr wohl denkbar, die beiden Membranelemente 9a und 9b einstückig auszubilden, sodass diese beispielsweise in ihrem mitt- 10 leren Bereich, also im Bereich der Mittelachse 29, einstückig ausgebildet sind und in einem Abstand dazu, also nach außen getrennt realisiert sind.

Aus dem in der Figur dargestellten Längsschnitt durch die Ventileinheit 1 ist ersichtlich, dass die untere Begrenzungsfläche des Deckels

15 19, die der Membraneinheit 9 zugewandt ist, nicht eben ausgebildet ist, also in einer Ebene liegt, auf der die Mittelachse 29 senkrecht

^ steht. Es ist also sehr wohl denkbar, dass der äußere Rand des un- teren Bereichs des Deckels 19 gegenüber einem inneren Bereich, der in der Mitte auf der Membraneinheit 9 aufliegt, zurückspringt. Die

20 untere Begrenzungsfläche kann in Richtung auf die Membraneinheit 9 vorgewölbt sein. Wird also die Ventileinrichtung 1 von einer Strömung entsprechend den Pfeilen 11 und 13 von unten nach oben durchströmt, kann sich die Membraneinheit 9, insbesondere das o- bere Membranelement 9a verformen und nach oben in Richtung auf

25 den Deckel 19 verformt werden, wobei der äußere Rand der Membraneinheit 9 beziehungsweise des Membranelements 9a weiter nach oben gebogen werden kann, als der mittlere Bereich der Membran-

einheit 9. Dabei kann im übrigen vorgesehen werden, dass die Membraneinheit 9 auch als Begrenzungselement dient: Wird die Membraneinheit 9 so weit nach oben ausgelenkt, dass sie an der unteren Begrenzungswand des Deckels 19 anliegt, so verschließt die Membraneinheit 9 die mindestens eine Absaugöffnung 25 im Deckel 19, sodass die durch die Ventileinrichtung 1 verlaufende Strömung unterbrochen wird. Damit kann die Ventileinrichtung 1 auch eine Sicherheitsfunktion übernehmen, durch die sichergestellt wird, dass der aus dem Verbraucher abgesaugte Medienstrom nicht zu stark wird.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Ventileinrichtung 1 bleibt deren Rückschlagventil-Funktion erhalten.

Bezugszeichenliste

1 Ventileinrichtung

3 Ansaugseite

5 Unterdruckseite

7 Aufnahmeraum

9 Membraneinheit θa obere Membranelement

9b untere Membranelement 1 Medienstrom, Pfeil 3 Medienstrom, Pfeil 5 Gehäuse 7 Unterteil 9 Deckel 1 Dichtfläche 3 Zufuhröffnung 5 Absaugöffnung 7 Widerlager 9 Mittelachse 1 Zentrale öffnung 3 Fortsatz 5 Ausnehmung 7 Berührungsbereiche 9 Ausnehmung