DE2303414A1

DE2303414A1 - Vakuumservomotor

Info

Publication number: DE2303414A1
Application number: DE2303414A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kita
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1972-01-29
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1973-08-09
Also published as: BR7300667D0; JPS4878379A; GB1369973A; US3838628A

Description

Vakuum se rvomo to r

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum se rvomo tor oder auf eine Unterdruck-Kraftstellvorrichtung und insbesondere auf einen Vakuumservomotor mit einer Eingangs-Ausgangs-Charakteristik, die auch bei einer Zunahme oder Abnahme der Eingangskraft hinsichtlich der Hystereseerscheinung wesentlich günstiger ist, wobei die Verstärkungsleistung erforderlichenfalls durch Auswechseln weniger Bauteile des Motors leicht abgeändert werden kann.

Die herkömmlichen Vakuum se rvomo tore η sind so aufgebaut, daß ein an einer Membran in einem Gehäuse auftretender Druckunterschied unmittelbar auf ein iedermittel übertragen wird. Palis eine Erhöhung der Verstärkungsleistung erforderlich ist, so müssen daher die das iedermittel bildenden, sich in der Längsrichtung erstreckenden ilngerplatten und eine betätigungsmäßig zu dem iedermittel gehörende Schwenklagerplatte entsprechend der Verschiebung des Angriffspunkte

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griffspunkts der Druckdifferenz an den Fingerplatten vergrößert werden. Im Rahmen der Erfindung ist der Aufbau- ein solcher, daß der zwischen zwei Kammern in dem Gehäuse auftretende Druckunterschied auf einen Kolben einwirkt, der luftdicht abschließend mit der Membran verbunden ist, wobei man nur den Durchmesser ,der Membran, des Kolbens und des Gehäuses zu ändern braucht, falls eine andere Verstärkungsleistung erforderlich sein sollte, während eine Kraftübertragungsvorrichtung wie etwa das Federmittel und die Schwenklagerplatte weiterverwendet werden kann, so daß also im einen wie im anderen Pail bestimmte Bauteile die gleichen sein können und trotzdem ohne weiteres der Forderung nach unterschiedlichen Verstärkungsleistungen Rechnung getragen wird. Natürlich sind aber unterschiedliche Größenausiegungen der Schwenklagerplatte und des Kolbens möglich, um das Verstärkungsverhältnis und die Verstärkungsleistung in der erforderlichen Weise abzuändern.

Pur die Pingerplatten des Federmittels sind in der Betrieb sphase des Motors vorbestimmte Schwenkpunkte und Angriffspunkte vorgesehen, wodurch die Hystereseerscheinung in der Eingangs-Ausgangs-Charakteristik des Motors bei einer Erhöhung oder Verringerung der Eingangskraft ausgeschaltet bleibt. Weitere Vorteile werden dadurch vermittelt, daß bei dem erfindungsgemäßen Motor drei Pingerplatten vorgesehen sind, was einen einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Motors im Vergleich zu bekannten Motoren dieser Art ermöglicht.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen mit einem Kolben versehenen Motor zu schaffen, bei dem erforderlichenfalls durch Auswechseln weniger Bauteile unterschiedliche Yerstärkungslei stungen hervorgebracht werden können.

Weiterhin hat die Erfindung zur Aufgabe , einen Motor zu schaffen, bei dea die auf eine Druckdifferenz in dem Gehäuse zurückzuführende Verstärkungskraft unabhängig vom Arbeitsbereich eines mit einer Membran und einem Kolben ausgebildeten TJnterteilungaelements über den Kolben und die Membran an einem vorbestimmten Angriffspunkt angreift, wodurch in der Eingangs-Ausgangs-Charakteristik die Hysterese er scheinung ausgeschaltet wird.

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Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Vakuum servomotors gelöst, der ein Gehäuse mit einer durch ein Fnterteilungselement bestimmten ersten Kammer und zweiten Kammer aufweist, ferner ein Fedennittel mit drei Finge rplatten, die sich beim Anlegen einer Kraft an das Unterteilungselement infolge der Übertragung eines aus den Drücken in den beiden Kammern resultierenden Differenzdrucks auf die äußeren Enden des Federmittels verformen können, eine beim Anlegen einer Eingangskraft an eine Eingangswelle zum Verschieben der inneren Enden der Fingerplatten betätigbare Buchse, ein entsprechend dem Yerformungsgrad des Federnd, ttels zur Aufreunterhaltung oder Unterbrechung der Verbindung der ersten Kammer mit der Außenluft betätigbares Luftventil, ein entsprechend dem Verformungsgrad des Federmittels zur Aufrechterhaltung oder Unterbrechung der Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer betätigbares Vakuumventil und eine Schwenklagerplatte zur Übertragung einer durch den Differenzdruck und die Eingangskraft an dem Federmittel erzeugten Verstärkungskraft auf eine Ausgangswelle, wobei es kennzeichnend ist, daß das Unterteilungselement mit einem luftdicht abschließend im Kontakt mit dem Gehäuse angeordneten und in der Achsrichtung der Eingangskraft gleitend verschiebbaren Kolben und mit einer Membran ausgebildet ist, die mit dem einen Ende dicht abschließend an dem Gehäuse und mit dem anderen Ende an dem Kolben befestigt ist, wobei die äußeren Endteile der Fingerplatten jeweils an einem in dem Kolben vorgesehenen Schwenkpunkt angreifen, während die inneren Endteile der Fingerplatten jeweils in schwenkbarer Anordnung auf der Buchse abgestütit sind.

Das Federmittel weist vorzugsweise drei Fingerplatten, zwei ringförmige Stützen und eine Dichtplatte auf, die an der einen Seitenwand des Federmittels befestigt und an ihrem inneren Endteil fest mit der Buchse verbunden ist, wobei die Fingerplatten in Mute aufgenommen sind, die in gleichmäßigen Abständen in den ringförmigen Stützen vorgesehen sind.

Vorzugsweise ist ein Ventilsitzteil mit gleitendem Dichtkontakt in eine Aussparung des Kolbens aufgenommen und es sind in dem Kolben sowie in dem Ventil sitz teil in Gegenüberstellung zu der Dichtplatte Kanäle vorgesehen.

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Die obigen und weitere Ziele und Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigegebenen Zeichnungen verdeutlicht. Darin zeigen»

KLg. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Takuumservomotors im unbetätigten Zustand; und

Hg. 2 eine Schnittansicht in einem entlang der Linie H-II der Jig. I gelegten Schnitt.

In Fig. 1 ist eine Eingangswelle 1 dargestellt, die durch ein Kugelgelenk 29 mit einer pfanne oder Buchse 9 verbunden ist, wobei diese Buchse zu Gleitbewegungen auf eine Ausgangswelle 6 aufgeschoben ist. Ein Gehäuse ist mit Gehäuseteilen 30 und 34 ausgebildet, die aus dünnem. Blech bestehen und eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Das Gehäuseteil 30 ist unter Zwischenfügung des Außenrandes einer Membran 2 in abdichtender Anordnung fest mit dem anderen Gehäuseteil 34 verbunden. Die Membran 2 und ein in dem Gehäuse angeordneter Kolben 7 bilden gemeinsam ein Unterteilungselement. Der Außenrand der Membran ist fest zwischen die einander zugekehrten Flächen der beiden Gehäuse teile 30 und 34 eingeklemmt, während ihr Innenrand an dem Kolben 7 befestigt ist. Der Innenraum des Gehäuses wird durch das Unterteilungselement in zwei Kammern unterteilt, nämlich in eine erste Kammer 3 und eine an eine (nicht dargestellte) Vakuumquelle angeschlossene Kammer 5· Der Kolben 7 weist einen im wesentlichen zylindrischen Hauptteil 35 und einen einstückig damit ausgebildeten, langgestreckten Hohl teil 36 auf. Auf der einen Seite des zylindrischen Hauptteils 35 ist eine Aussparung oder Höhlung 37 vorgesehen, wobei die Innenwand dieser Aussparung 37 eine Abstufung aufweist. In die Aussparung 37 ist ein Ventilsitzteil 16 aufgenommen, das mit der Innenwand eines Flansches 32 in gleitend verschiebbarer Anordnung gegßn die Buchse anliegt, während dessen Außenwand ebenfalls gleitend verschiebbar gegen die Innenwand des Hohl teils 36 anliegt. Eine aus synthetischem Gummi bestehende Dichtplatte 15 ist in Gegenüberstellung zu der einen Seitenwand des Ventilsitzteils 16 vorgesehen und ist an ihrem inneren Umfangsrand fest mit der Buchse 9 verbunden.

Bin Auslenkmittel I4 weist drei Fingerplatten 11 sowie zwei ringförmige Stützen 12 und 13 auf, die in einem radialen Ab-

stand

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stand voneinander angeordnet sind. Die Fingerplatten sind jeweils in Mute 38 aufgenommen, die in gleichen Winke lab stände η in den Stützen 12 und 13 vorgesehen sind, wobei die Fingerplatten im wesentlichen Dreieckform haben, an den Ecken jedoch abgerundet sind. Die inneren Endteile der Fingerplatten-11 liegen in verschwenkbarer Anordnung gegen eine Schulter 33 der Buchse 9 an, so daß die Fingerplatten sämtlich in eine Heigungsstellung gebracht werden können, während ihre äußeren Endteile in Auskehlungen 39 aufgenommen sind, die in der Seitenwand der Aussparung 37 vorgesehen und so geformt sind, daß Schwenkpunkte 8 für die Übertragung einer durch einen Druckunterschied in dem Gehäuse hervorgerufenen Verstärkungskraft auf die Fingerplatten 11 bei deren Verschiebung gebildet werden, wie dies im folgenden beschrieben werden soll.

Eine schalenform!ge Schwenklagerplatte 10 weist einen Bodenteil, einen rechtwinklig nach oben geführten Flanschteil und am äußeren Umfang einen gebördelten Teil auf. Ein mit einem kleineren Durchmesser ausgebildeter Endteil 40 der äußeren Welle 6 ist durch ein in den Mittelteil der Schwenklagerplatte 10 gebohrtes Loch hindurchgeführt, wobei diese Platte in der Umgebung des Loches gegen eine Schulter 22 der Ausgangswelle 6 anliegt. Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, liegt ein ringförmiger Rand 26 des Bördelteils gegen die Seitenfläche einer jeden der Fingerplatten 11 an. Zwischen der innenseitigen Fläche des Bördelteils und der Innenwand des Gehäuseteils 30 ist eine Rückstellfeder 25 angeordnet, wodurch die Fingerplatten in der Betrachtungsrichtung der Figur nach rechts gedrückt werden. Eine konische Druckfeder 24 liegt mit dem einen Ende gegen den Bodenteil der Schwenklagerplatte 10 an, während ihr anderes Ende unter Zwischenschaltung einer Unterlagscheibe 23 gegen die innenseitigen Enden der Fingerplatten 11 drückt, so daß diese gegen die Schulter 33 der Buchse 9 belastet werden, wodurch die Fingerplatten also schwenkbar gelagert werden und die Bodenplatte der S^wsEklagerplatte 10 gegen die Schulter 22 gedrückt wird. Eine weitere konische Feder 27 ist zwischen dem Flansch 32 des Ventilsitzteils l6 und einem an der Eingangswelle 1 vorgesehenen Flansch 31 angeordnet.

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Es ist ein Staubschutz 4I vorgesehen, der den länglichen, hohlen Teil 36 des Kolbens 7 umspannt und der dazu dient, die Außenfläche dieses Teils 36 vor Staub oder sonstigen Fremdstoffen zu schützen. Der Staubschutz 4I ist mit dem einen Bnde an einem Flansch 42 des Gehäuse teil s 34 befestigt und mit dem anderen Ende an der Randkante des langgestreckten, hohlen Teils 36. Zwischen dem Plansch 42 und der Außenfläche des länglichen, hohlen Teils 36 ist eine Packung 43 vorgesehen.

Das Ventil sit ζ teil 16 ist von einer Vielzahl von Achskanälen 20 durchbohrt, die mit Achskanälen 21 fluchten, die im Hauptteil des Kolbens vorgesehen sind. Ein Kanal 20 und ein Kanal 21 leiten also jeweils ineinander über. Außerdem ist ein Kanal 28 vorgesehen, der durch den Plansch 32 des Ventilsitzteils 16 hindurchführt. Die mit den Bezugszahlen 18 und 19 versehenen Seitenwände oder Stege des Ventilsitzteils l6, die den Kanälen 20 benachbart sind, bilden gemeinsam mit der Dichtplatte 15 ein Vakuumventil 17 und ein Luftventil 4· Wie aus Pig. I hervorgeht, liegt das Luftventil 4 iⁿ radialer Richtung weiter einwärts als das Vakuumventil 17· Wird das durch den inneren ringförmigen Steg 18 und die Dichtplatte 15 gebildete Luftventil 4 geöffnet, so wird der Kanal 47 über die Achskanäle 20 mit der ersten Kammer 3 verbunden. Schließt sich das durch den Steg V) und die Dichtplatte 15 gebildete Vakuumventil 17, so wird die Verbindung zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer 5 unterbrochen, so daß zwischen "den beiden Kammern ein Druckunterschied entsteht, falls jetzt das Luftventil 4 geöffnet wird.

In Fig. 1 ist der Motor im unbetätigten Zustand gezeigt. In der ersten Kammer 3 herrscht ein Unterdruck, da die erste Kammer über das geöffnete Vakuumventil I7 sowie durch die Achskanäle 20 und 21 mit der zweiten Kammer 5 in Verbindung steht, in der aus einer geeigneten (nicht dargestellten) Vakuumquelle ein unterdrück angelegt ist. Wirkt bei der Inbetriebnahme des Motors auf die Eingangswelle 1, die beispielsweise mit dem Bremspedal eines Fahrzeugs verbunden sein kann, eine Eingangskraft F ein, wie dies in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeutet ist, so wird die Buchse 9 durch das Kugelgelenk

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lenk 29 in der Betrachtungsrichtung der Figur nach links geführt. Die auf die Buchse 9 übertragene Kraft wird nicht unmittelbar an die Ausgangswelle 6 angelegt, da zwischen dem äußersten Ende des mit einem kleineren Durchmesser ausgebildeten Teils 40 der Ausgangswelle 6 und dem Bodenende der Bohrung in der Buchse 9, in die der Teil 40 aufgenommen ist, ein Zwischenraum für einen toten Weg der Buchse -vorgesehen ist. Mit zunehmender Eingangskraft P zeigt sich eine Tendenz zu einem in der Betrachtungsrichtung nach links gerichteten Verschieben der inneren Enden der Pingerplatten 11, während die Feder 24 hierbei weiter zusammengedrückt wird und die Pingerplatten 11 durch die Hückste life der 25 nach rechts gedrückt werden. Doch ist eine vertikale Einstellung des Auslenkmittels I4 infolge der Kompensation der Gegenkräfte der Federn 24 und 25 gewährleistet. Da die Belastungskraft der Feder 27 anderseits bewirkt, daß sich das Ventilsitzteil 16 im Zuge der Bewegung der Eingangswelle in der Betrachtungsrichtung nach links verschiebt, nähert sich der äußere ringförmige Steg I9 des Ventil sitzte ils l6 nach und nach immer mehr der Oberfläche der Dichtplatte 15» um schließlich an dieser anzugreifen, wodurch das Vakuumventil 17 geschlossen und die Verbindung zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer 5 unterbrochen wird.

Im weiteren Verlauf der Bewegung der Buchse 9 werden die Fingerplatten sämtlich in eine neue Stellung ausgelenkt oder geneigt, in der nun das Luftventil 4 geöffnet und das Vakuumventil I7 geschlossen wird. Beim Öffnen des Luftventils 4 kommt es infolge des Einströaens der Außenluft im Durchtritt durch ein in dem Kanal 47 vorgesehenes Staubfilter 50 und durch den Kanal 28, das Luftventil 4 sowie die Achskanäle 20 und 21 zu einer Angleichung des in der ersten Kammer 3 herrschenden Drucks an den Atmosphärendruck. Durch die Druckbeaufschlagung der ersten Kammer 3 mit dem atmosphärischen Druck entsteht zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer ein Druckunterschied, was nun zur Folge hat, daß sich die Membran und der Kolben 7 in der Betrachtungsrichtung nach links bewegen. Die durch den Druckunterschied ausgelöste Druckeinwirkung oder Verstärkungskraft überträgt sich von den Schwenkpunkten 8 auf die äußeren Enden der Fingerplatten 11. Als Gesamtausgangskraft wird auf die

wirkunggmäßi ^

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wirkungsmäßig mit der Ausgangswelle 6 verbundene Schwenklagerplatte 10 daher die Summe der auf die äußeren Enden der Eingerplatten 11 einwirkenden Verstärkungskraft und der auf die inneren Enden der Fingerplatten 11 einwirkenden primären Eingangskraft übertragen. Es sei jedoch bemerkt, daß die Eingangskraft und die Verstärkungskraft gegensinnige Momente liefern, da die Verstärkungskraft und die Eingangskraft von der Ringkante 26 aufgenommen werden, die zwischen den inneren und den äußeren Endteilen der Fingerplatten als Hebelpunkt dient. Falls das Moment der außenseitig an die Fingerplatten angelegten Kraft größer ist als das der innenseitig wirkenden Kraft, sucht also das Auslenkmittel I4 in die Vertikal stellung überzugejaen. Während der Schwenkbewegung des Auslenkmittels I4 wird eine der Größe der Eingangskraft F proportionale Ausgangskraft auf die Ausgangswelle übertragen und die Schwenk- oder Neigungsbewegung des Auslenkmittels kommt zum Stillstand, wenn das Auslenkmittel die Vertikal stellung erreicht, in der das Luftventil 4 »ie auch das Vakuumventil 17 geschlossen sind.

Nimmt die Eingangskraft ab, so erfolgt ein Betriebsablauf, der dem obenbeschriebenen entgegengesetzt ist. In diesem Fall fällt der Druck in der ersten Kammer 3 ab und der Druckunterschied verringert sich. Da die Angriffspunkte 8, 26 und 33 der Fingerplatten jedoch stets fast die gleiche Lage zueinander einnehmen, kommt es praktisch kaum zum Auftreten einer Hystereseerscheinung. Soll die Verstärkungsleistung bei gleichbleibendem Verstärkungsverhältnis erhöht werden, so braucht man hierzu nur den Durchmesser des Gehäuse s, der Membran und des Kolbens zu vergrößern. Eine Änderung des Verstärkungsverhältnisses läßt sich erreichen, indem man den für die Bewegungsübertragung in Betracht kommenden Durchmesser zwischen den Stellen 26 entsprechend abändert.

Es braucht nicht betont zu werden, daß in den baulichen Einzelheiten und in der Anordnung der Bauteile Abänderungen oder Modifikationen möglich sind, die in den Rahmen der Erfindung fallen.

P a te η tan sp rü ehe

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Claims

- 9 - Patentansprüche

1, Yakuumservomotor mit einem Gehäuse mit einer durch ein Unterteilungselement darin abgegrenzten ersten und zweiten Kammer, einem Auslenkmittel mit Pingerplatten, die beim Übertragen einer infolge eines Druckunterschiedes zwischen den beiden Kammern auf das Unterteilungselement einwirkenden Kraft auf die äußeren Enden des Auslenkmittels auslenkbar sind, einer beim Anlegen einer Eingangskraft an eine Eingangswelle zum Verschieben der inneren Enden der Pingerplatten betätigbaren Buchse, einem entsprechend dem Grad der Auslenkung des Auslenkmittels zur Aufrechterhaltung oder Unterbrechung einer Verbindung der ersten Kammer mit der Außenluft betätigbaren Luftventil, einem entsprechend dem Grad der Auslenkung des Auslenkmittels zur Aufrechterhaltung oder Unterbrechung einer Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer betätigbaren Vakuumventil und einer Schwenklagerplatte zur Übertragung einer durch den Druckunterschied an dem Auslenkmittel erzeugten Verstärkungskraft und der Eingangskraft auf eine Ausgangswelle , gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Unterteilungselements (2, 7) mit einem in luftdichtem Kontakt mit dem Gehäuse (30, 34) angeordneten und in der Sichtung der Eingangskraft gleitend verschiebbaren Kolben (7) und mit einer Membran (2)', die luftdicht abschließend mit dem einen Ende an dem Gehäuse (30, 34) und mit dem anderen Ende an dem Kolben (7) befestigt ist, wobei die äußeren End teile der Fingerplatten (ll) jeweils an einem in dem Kolben (7) vorgesehenen Schwenkpunkt (8) angreifen, während die inneren Endteile der Pingerplatten (ll) jeweils in schwenkbarer Anordnung auf der Buchse (9) abgestützt sind.
2. Vakuum servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslenkmittel (14) drei Pingerplatten (ll), zwei ringförmige Stützen (12, 13) und eine mit den Stützen (l2, 13) verbundene Dichtplatte (15) aufweist, wobei die Pingerplatten (ll) in Mute (38) aufgenommen sind, die im wesentlichen in gleichmäßigen Abständen in den Stützen (12, 13) vorgesehen sind.

3· Vakuumservomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil sit ζ teil (l6) in gleitend verschiebbarem Dichtkontakt mit

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-lO-dem Kolben (7) in eine in dem Kolben (7) vorgesehene Aussparung (37) aufgenommen ist, wobei in dem Kolben (7) und in dem Ventil sitzteil (l6) in Gegenüberstellung zu der Lichtplatte (15) Kanäle (20, 21) vorgesehen sind.

Vakuum se rvomo tor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende der Eingangswelle (l) ein Kugelgelenk (29) vorgesehen ist, wobei dieses Kugelgelenk (29) in. die Buchse (9) aufgenommen ist, wobei die Dichtplatte (15) abdichtend gegen die Buchse (9) anliegt und das Auslenkmittel (14) zu Schwenkbewegungen auf der Buchse (9) gelagert ist und wobei ein Teil (40) einer Ausgangswelle (6) zu Gleitbewegungen mit axialem Spiel in eine in der Buchse (9) vorgesehene Bohrung eingeführt ist.

Vakuumse rvomo tor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (7) mit einem die Eingangswelle (l) umspannenden hohlen, langgestreckten Teil (36) ausgebildet ist, wobei in diesem ein in das Luftventil (4) überleitender Kanal (28, 47) vorgesehen ist.

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