DE69000635T2 - Unterdruckservomotor. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Unterdruckservomotoren, die so ausgebildet sind, daß sie eine Zusatzkraft auf ein Ausgangselement ausüben, wenn eine Kraft auf ein Eingangselement ausgeübt wird, das sich auf dem Ausgangselement abstützt, und/oder um auf ein von einer außerhalb des Servomotors liegenden Vorrichtung ausgegebenes Signal hin eine Kraft auf ein Ausgangselement auszuüben. Derartige Servomotoren werden in Kraftfahrzeugen insbesondere dazu verwendet, für Bremshilfe zu sorgen.
• In herkömmlicher Weise weist ein solcher Unterdruckservomotor ein Hauptgehäuse auf, das intern dicht durch eine nachgiebige Membran in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt ist, die sich an einem steifen Teller abstützt, der mit einem Antriebskolben verbunden ist. Die erste Kammer wird einem niedrigen Druck unterworfen, während die zweite Kammer entweder diesem niedrigen Druck unterworfen wird, wenn sich der Servomotor in seiner Ruhestellung befindet oder einem höheren Druck unterworfen wird, wenn der Servomotor betrieben wird.
• Diese Servomotoren weisen eine erhebliche Abmessung auf, die mit der erforderlichen Druckverstärkung zunimmt. Nun ist der Motorraum derzeitiger Kraftfahrzeuge außerordentlich angefüllt, und es ist manchmal unmöglich, in diesem Raum einen Servomotor unterzubringen, dessen Außendurchmesser an die vom Konstrukteur geforderte Kraftverstärkung angepaßt ist.
• Aus diesem Grund verwenden verschiedene Konstrukteure einen Servomotor mit kleinen Abmessungen, wobei die erforderliche Druckverstärkung dann entweder dadurch erhalten wird, daß die erste Kammer mit einer Quelle für einen stärkeren Unterdruck verbunden wird, als es der gewöhnlichen Quelle entspricht, oder daß die zweite Kammer einem Druck unterworfen wird, der über dem Atmosphärendruck liegt. In all diesen Fällen ist eine Hilfspumpe erforderlich, was den Gesamtselbstkostenpreis der Hilfsvorrichtung merklich erhöht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil dadurch entgegenzutreten, daß die Wirkfläche des Antriebstellers eines Servomotors erhöht wird, ohne daß der äußere Platzbedarf im Durchmesser erhöht wird.
• Außerdem ist es manchmal wünschenswert, insbesondere um den Schlupf der Antriebsräder zu verhindern, daß diese unabhängig von einer Betätigung des Pedals durch den Fahrer gebremst werden. Die vorliegende Erfindung erlaubt es auch, einen Servomotor zu realisieren, der diese Funktion bietet.
• Um dies zu erzielen, ist gemäß der Erfindung mindestens ein Hilfsgehäuse mit dem steifen Teller verbunden und springt in die erste Kammer vor, wobei ein Hilfskolben die Hilfskammer in dichter Weise in eine dritte und eine vierte Kammer unterteilt, wobei die dritte Kammer durch den steifen Teller verschlossen wird und der Hilfskolben fest in bezug auf das Hauptgehäuse angebracht ist.
• Vorzugsweise sind das Hilfsgehäuse und der Hilfskolben ringförmig.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Hilfskolben mittels mindestens einem Stab fest in bezug auf das Hauptgehäuse angebracht, der aufeinanderfolgend die dritte Kammer, den steifen Teller und eventuell die Membran durchsetzt und ein Ende aufweist, das in der zweiten Kammer gegen das Hauptgehäuse drückt. Da der Stab hohl ist, kann er darüber hinaus für eine Verbindung zwischen der zweiten und der vierten Kammer sorgen.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Hilfskolben mittels mindestens einem steifen Stab fest in bezug auf das Hauptgehäuse angebracht, der aufeinanderfolgend eine Seitenwand des Hilfsgehäuses und die erste Kammer durchsetzt, wobei ein Ende des steifen Stabes in der ersten Kammer fest mit dem Hauptgehäuse verbunden ist, während das andere Ende des Stabes mit dem Hilfskolben fest verbunden ist.
• Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung von in nichtbeschränkender Weise gegebenen Ausführungsbeispielen noch deutlicher werden, wie auch weitere Aufgaben, Vorteile und Eigenschaften derselben deutlicher erscheinen werden. Der Beschreibung sind vier Blatt Zeichnungen beigefügt, in denen:
• - Fig. 1 bis 4 in Schnittdarstellungen schematisch Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Servomotors mit vergrößerter Wirkfläche darstellen.
• - Fig. 5 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Servomotors in einer Vorrichtung zum Verhindern des Durchdrehens der Antriebsräder des Fahrzeugs darstellt.
• In den Figuren sind Bezugszeichen, die denselben Gegenstand kennzeichnen, identisch.
• Gemäß Fig. 1 weist der Servomotor ein Eingangselement 1 auf, das z. B. mit dem (nicht dargestellten) Bremspedal des so ausgestatteten Kraftfahrzeugs verbunden ist, und er weist ein Ausgangselement 2 auf, das beim vorstehend genannten Beispiel auf dem Kolben eines (nicht dargestellten) Hauptzylinders ruht.
• Das Ausgangselement 2 drückt gegen das Eingangselement 1 und auf einen Antriebskolben 3.
• Dieser Antriebskolben ist mit einem steifen Antriebsteller 7 verbunden, an dem eine Membarn (9) anliegt, die das Gehäuse 12 dicht in zwei Kammern 10 und 20 unterteilt.
• In klassischer Weise ist die Kammer 10, oder die erste Kammer, einem niedrigen Druck unterworfen, wobei die Unterdruckguelle im allgemeinen vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die Kammer 20, oder die zweite Kammer, wird in Ruhestellung demselben niedrigen Druck unterworfen wie die Kammer 10. Eine Verschiebung des Eingangselements 1 bewirkt das Schließen einer Verbindungsöffnung zwischen den Kammern 10 und 20 und das Öffnen einer Öffnung, die Luft unter Atmosphärendruck mit der Kammer 20 verbindet. Dieses wohlbekannte Ventil, das im Endstutzen 5 des Servomotors untergebracht ist, ist nicht dargestellt.
• Die Kraft, die aus dem Anlegen der Differenz der in den zwei Kammern 10 und 20 herrschenden Drücke an den steifen Teller 7 resultiert, bewegt den Kolben 3 und übt auf das Ausgangsele ment eine zusätzliche Kraft aus, deren Größe eine Funktion der Fläche des Antriebstellers 7 ist. Um diese Fläche zu erhöhen, ist ein ringförmiges Hilfsgehäuse 25 in der ersten Kammer 10 am steifen Teller 7 befestigt. Ein ringförmiger Kolben 27 unterteilt dieses Hilfsgehäuse 25 intern durch eine Hilfsmembran 29 in zwei weitere Kammern 30 und 40.
• Öffnungen 32 verbinden die erste Kammer 10 und die dritte Kammer 30 miteinander, die von der zweiten Kammer 20 durch den steifen Teller 7 abgetrennt ist. Die zweite und die vierte Kammer 20, 40 stehen miteinander in Verbindung.
• Daher ist die nutzbare Oberfläche, auf die die Differenz der Drücke wirkt, nun durch den Querschnitt des Hauptgehäuses 12 festgelegt, zu dem der Querschnitt des Hilfsgehäuses hinzukommt. So wird ein Servomotor erhalten, der einen scheinbaren Durchmesser bietet, der deutlich größer ist als sein tatsächlicher Durchmesser.
• Der ringförmige Kolben 27 ist fest in bezug auf die Seitenwand der zweiten Kammer 20 des Gehäuses 12 angebracht. Zumindest stützt sich ein hohler Stab 50 einerseits gegen diese Seitenwand ab, und andererseits ist sie mit dem ringförmigen Kolben 27 verbunden, was es erlaubt, daß die zweite und die vierte Kammer 20, 40 dank einer in diesem ringförmigen Kolben 27 ausgebildeten Öffnung miteinander in Verbindung treten. Der hohle Stab 50 durchsetzt demgemäß in abgedichteter Weise die dritte Kammer 30, den steifen Teller 7 und die Hauptmembran 9.
• In der Praxis ist es wünschenswert, drei oder vier hohle Stäbe dieser Art anzuwenden.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsart ist schematisch und teilweise in Fig. 2 dargestellt. In dieser teilgeschnittenen Figur ist ein Montageschlüssel 74 mit einem Ende in Form einer konischen Spitze, die in die zweite Kammer 20 vorspringt, am Gehäuse 12, dem hohlen Stab 50 zugewandt, befestigt. Der Zusammenbau der Baugruppe ist dadurch außerordentlich vereinfacht. Wenn sich ein Druck in der Kammer 40 aufbaut, wird nämlich der Kolben wie auch der hohle Stab 50 verschoben. Dieser wird schließlich in nicht dichter Weise auf dem Schlüssel 74 aufgespießt, wobei ein Rastmittel 70 vorgesehen ist, um jede spätere Verschiebung des Hilfskolbens 27 in bezug auf das Gehäuse 12 zu verhindern.
• Außerdem nimmt bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Teller 7 eine kegelstumpfförmige Form ein, und eine Seitenwand des Hilfsgehäuses 25 wird direkt durch einen Teil des Kolbens 3 gebildet.
• Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist derjenigen von Fig. 2 sehr ähnlich. Sie unterscheidet sich jedoch dahingehend, daß der mit dem Kolben verbundene Stab nicht hohl ist und für keine Verbindung zwischen den Kammern 20 und 40 sorgt. Hier wird diese Verbindung mit Hilfe einer Leitungsanordnung 76 erhalten, die im Kolben 3 ausgespart ist.
• Andererseits wird der feste Halt des Hilfskolbens 27 in bezug auf die Seitenwand der zweiten Kammer 20 des Gehäuses 12 durch die resultierende Kraft gewährleistet, entweder durch die Differenz der in den Kammern 30 und 40 bei aktivem Servomotor wirkenden Drücke oder durch die Druckkraft einer Feder 60, wenn er sich in Ruhestellung befindet oder zu Beginn seines Hubs aktiviert ist. Das Zusammendrücken der Feder 60 führt dazu, daß dann, wenn sich der Servomotor in Ruhestellung befindet, die Feder 65 eine Restkompressionskraft ausübt, die dazu ausreicht, den steifen Teller 7 bis zum Anschlag zurückzuschieben und die Feder (n) 60 zusammenzudrükken. Ein Unterschied von einigen Millimetern zwischen den Längen der freien und der zusammengedrückten Feder 60 reicht dazu aus, die erforderliche Funktion sicherzustellen.
• Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der ringförmige Kolben 27 mit dem Ende mindestens eines Stabes 50 verbunden, dessen anderes Ende mit der Seitenwand der ersten Kammer 10 des Hauptgehäuses 12 verbunden ist. Die Verbindung zwischen der zweiten und der vierten Kammer 20, 40 wird durch einen elastischen Balg 57 erhalten, der in der dritten Kammer 40 angeordnet ist und dessen eines Ende mit der nachgiebigen Membran 9 und dessen anderes Ende mit einer Öffnung verbunden ist, die im ringförmigen Kolben 27 ausgebildet ist.
• Im vorstehenden Fall durchsetzt der steife Stab in dichter Weise eine Seitenwand der Ringkammer 25, zu welchem Zweck eine Dichtung vorhanden ist.
• Auch hier ist es von Vorteil, drei oder vier steife Stäbe dieser Art zu verwenden, um die Kräfte zu verteilen.
• Obwohl nur zwei bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es offensichtlich, daß der Fachmann Modifikationen vornehmen kann, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.
• Offensichtlich bezieht sich das Wort "ringförmig" zum Bezeichnen der Form des Hilfsgehäuses und des zugehörigen Kolbens auf die klassische, im wesentlichen zylindrische Form des Ringmantels des Hauptgehäuses. Jedoch ist unter "ringförmig" jede mögliche Form zu verstehen, ob dies nun eine genau gesagt ringförmige Form oder z. B. eine ovale Form ist, die es dem Ausgangselement erlaubt, in das Zentrum des Servomotors vorzuspringen. Ferner kann das Hilfsgehäuse auch durch mehrere Gehäuse mit verringerten Abmessungen gebildet sein. Schließlich kann der steife Teller Kegelstumpfform einnehmen.
• Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen betrifft solche, bei denen es erwünscht ist, die wirksame Fläche des Servomotors zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß die dritte und die vierte Kammer jeweils mit der ersten bzw. zweiten Kammer in Verbindung steht. Wenn es erwünscht ist, einen solchen Servomotor bei einer Antischlupfvorrichtung anzuwenden, müssen selbstverständlich die erste und die dritte Kammer dauernd miteinander in Verbindung stehen. Jedoch kann, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, die direkte Verbindung zwischen der zweiten und der vierten Kammer vorteilhafterweise unterbunden werden, wobei die vierte Kammer dann über eine Leitungsanordnung und ein Elektroventil 200 mit der zweiten Kammer oder mit einer Luftquelle unter Atmosphärendruck verbunden ist. Der Unterschied der Drücke, die zwischen der dritten und vierten Kammer wirken können, ist in diesem Fall dafür ausreichend, das Ausgangselement 2 unabhängig von einer Betätigung des Bremspedals zu bewegen, wobei das Ermitteln des kurzen Bevorstehens eines Schlupfes der Antriebsräder durch einen geeigneten Rechner die Ausgabe eines Erregersignals durch diesen Rechner für das Elektroventil 200 bewirkt, das dann eine direkte Verbindung der Kammer 40 mit der atmosphärischen Luft herstellt.
• Solange das Elektroventil 200 nicht erregt ist, verhält sich der Servomotor wie ein solcher, wie er weiter oben beschrieben wurde.
• Die vorstehend beschriebenen Anwendungsarten sind offensichtlich für die Anwendung der Erfindung nicht beschränkend.
• Z. B. kann die Hilfskammer 40 mit einer geeigneten, am Fahrzeug vorhandenen Druckluftquelle mittels eines Elektroventils oder über ein Ventil verbunden werden, wie es in der Schrift FR-A-2 334 862 beschrieben ist.

Claims (14)

1. Unterdruckservomotor mit einem Hauptgehäuse (12), das intern durch eine nachgiebige Membran (9) dicht in eine erste und eine zweite Kammer (10, 20) unterteilt ist, die sich an einem steifen Teller (7) abstützt, der mit einem Antriebskolben (3) verbunden ist, wobei die erste Kammer (10) einem niedrigen Druck ausgesetzt ist, während die zweite Kammer (20) entweder dem genannten niedrigen Druck oder einem höheren Druck ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hilfsgehäuse (25) mit dem steifen Teller (7) verbunden ist und in die erste Kammer (10) vorspringt, wobei ein Hilfskolben (27) das Hilfsgehäuse (25) intern dicht in eine dritte und eine vierte Kammer (30, 40) unterteilt, wobei die dritte Kammer (30) durch den steifen Teller (7) verschlossen wird und wobei der Hilfskolben (27) fest in bezug auf das Hauptgehäuse (12) angebracht ist.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgehäuse (25) und der Hilfskolben (27) ringförmig sind.

3. Servomotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenwand des genannten Hilfsgehäuses (25) direkt durch einen Teil des Antriebskolbens (3) gebildet ist.

4. Servomotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (27) mittels mindestens eines steifen Stabes (50) fest mit dem Hauptgehäuse (12) verbunden ist, der aufeinanderfolgend die dritte Kammer (30), den steifen Teller (7) und eventuell die Membran (9) durchsetzt und ein Ende aufweist, das sich in der zweiten Kammer (20) auf dem Hauptgehäuse (12) abstützt.

5. Servomotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung mit der vierten Kammer (40) durch den Stab (50) vorgenommen ist, der hohl ist, und durch eine Öffnung, die im genannten Hilfskolben (27) vorgesehen ist.

6. Servomotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der zweiten und vierten Kammer (20, 40) vorgenommen ist.

7. Servomotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektroventil (200) einmal für eine Verbindung zwischen der vierten Kammer (40) und einer Luftquelle unter Atmosphärendruck und einmal für eine Verbindung zwischen der zweiten und der vierten Kammer (20, 40) vornimmt.

8. Servomotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verbindung durch eine Leitungsanordnung (76) vorgenommen ist, die im Antriebskolben (3) ausgebildet ist.

9. Servomotor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Montageschlüssel (74) so am Gehäuse (12) befestigt ist, daß er ein Ende aufweist, das in die zweite Kammer (20) vorspringt, wobei der Stab (50) von diesem Ende aufgespießt wird.

10. Servomotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageschlüssel (74) mit einer Klemmeinrichtung (70) versehen ist, die es erlaubt, jede Bewegung des Hilfskolbens (27) in bezug auf das Gehäuse (12) zu verhindern.

11. Servomotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (27) mittels mindestens eines steifen Stabes (50) fest in bezug auf das Hauptgehäuse (12) angebracht ist, der aufeinanderfolgend eine Seitenwand des Hilfsgehäuses (25) und die erste Kammer (10) durchsetzt, wobei ein Ende des steifen Stabes (50) in der ersten Kammer (10) fest mit dem Hauptgehäuse (12) verbunden ist, während das andere Ende dieses Stabes fest mit dem Hilfskolben (27) verbunden ist.

12. Servomotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung zwischen der zweiten und vierten Kammer (20, 40) durch einen elastischen Balg (57) vorgenommen wird, der in der dritten Kammer (30) angeordnet ist, und dessen eines Ende mit der nachgiebigen Membran (9) verbunden ist und dessen anderes Ende mit einer Öffnung verbunden ist, die zu diesem Zweck im Hilfskolben (27) vorgesehen ist.

13. Servomotor nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens drei Stäbe aufweist.

14. Servomotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und dritten Kammer (10, 30) eine Verbindung durch mindestens eine Öffnung (32) vorgenommen ist, die in der Seitenwand des Hilfsgehäuses (25) ausgebildet ist.