DE69103512T2 - Positionsmessvorrichtung für einem Stellglied eines pneumatischen Servomotors. - Google Patents

Positionsmessvorrichtung für einem Stellglied eines pneumatischen Servomotors.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für die Position einer Schubstange eines pneumatischen Servomotors, z.B. für die Steuerung eines Bremskreises oder eines Kupplungssystems.
  • Es ist in der Automobilindustrie üblich geworden, diverse vom Fahrer betätigte Steuerungen, z.B. die Steuerungen der Bremsen, des Auskuppelns und weitere, durch verschiedene Kraftverstärkungsvorrichtungen zu unterstützen, die bei einer gleichen Ausgangskraft dem Fahrer nur eine begrenzte Kraft abverlangen.
  • Solche Kraftverstärkungsvorrichtungen sind insbesondere durch pneumatische Servomotoren gebildet, die ein Gehäuse enthalten, das in eine vordere Kammer und in eine hintere Kammer durch eine bewegliche Wand unterteilt ist, die ausgehend von einer Ruhestellung in der Nähe der hinteren Wand des Gehäuses verstellbar ist. Der Betrieb dieser Servomotoren ist vollkommen zufriedenstellend.
  • Es ist jedoch aus Sicherheitsgründen und/oder für einen guten Betrieb wünschenswert, in jedem Moment den Zustand dieser Kraftverstärkungsvorrichtungen zu kennen, damit im Falle eines Ausfalles ein Alarmsignal ausgelöst wird, um andere Vorrichtungen zu steuern oder auf eine Rückkopplungsschleife einzuwirken.
  • Aus dem Dokument FR-A-2 509 883 ist ein Servomotor zur Unterstützung des Auskuppelns bekannt, der einen Meßwertgeber für die Position des Verstellweges des Servomotors besitzt, der ein leitendes Band enthält, das sich in der Richtung dieses Verstellweges erstreckt, und einen Aufnehmer, der von der beweglichen Stange des Servomotors getragen ist, wobei das leitende Band und der Aufnehmer zusammen ein Linearpotentiometer bilden, das ein Meßsignal zur Steuerung des Betriebs des Servomotors liefert.
  • In diesem Dokument ist der Meßwertgeber in das Gehäuse des Servomotors integriert, was bedeutet, daß letzterer speziell gestaltet und relativ komplex ist, was die Verwendung dieses Meßwertgebers bei herkömmlich gestalteten Servomotoren untersagt. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch im Dokument EP-A- 0 353 117 offenbart.
  • Um diesem Nachteil abzuhelfen, hat die Erfindung die Schaffung einer Meßvorrichtung für die Position der Schubstange eines pneumatisch betätigten Servomotors zur Aufgabe, die an Gehäuse von herkömmlichen Servomotoren ohne Modifikationen an ihnen angepaßt werden kann und keine Erhöhung ihrer Abmessungen bewirkt.
  • Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung einen Servomotor mit einem Gehäuse vor, das in eine vordere Kammer und eine hintere Kammer durch eine bewegliche Wand unterteilt ist, die in ihre Ruhestellung durch eine Rückstell-Schraubenfeder zurückgestellt wird und in der Lage ist, eine Schubstange zu bewegen, die einen Kolben eines Hauptzylinders betätigt, wobei die bewegliche Wand und die Schubstange zwei bewegliche Elemente im Inneren des Gehäuses bilden und wobei dieser Servomotor für die Position von einem der beweglichen Elemente eine Meßvorrichtung enthält, die ein bezüglich des Gehäuses des Servomotors feststehendes erstes Teil und ein bewegliches zweites Teil besitzt, wobei das erste Teil und das zweite Teil elektrische Kontakte tragen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil und das zweite Teil zylindrisch und zueinander koaxial sind und daß sie im Inneren der Rückstellfeder und um die Schubstange herum angeordnet sind, deren Position von dieser Meßvorrichtung angezeigt wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden, nicht einschränkend gegebenen Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht. Darin zeigen:
  • - Figur 1 im Schnitt einen pneumatischen Servomotor, der eine Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält,
  • - Figur 2 perspektivisch das feststehende erste Teil einer ersten Ausführungsform einer Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • - Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Figur 1 des feststehenden ersten Teils der Meßvorrichtung,
  • - Figur 4 perspektivisch das bewegliche zweite Teil,
  • - Figur 5 perspekrivisch das feststehende erste Teil einer zweiten Ausführungsform der Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • - Figur 6 im Teilschnitt einen pneumatischen Servomotor, der eine Meßvorrichtung gemäß einer ersten Variante der Erfindung enthält, und
  • - Figur 7 im Teilschnitt einen pneumatischen Servomotor, der eine Meßvorrichtung gemäß einer zweiten Variante der Erfindung enthält.
  • In Figur 1 ist ein pneumatischer Servomotor dargestellt, z.B. zur Bremsunterstützung, der eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete Meßvorrichtung enthält. Es ist Konvention, mit "vorne" die Richtung zu bezeichnen, in der sich die beweglichen Bauteile bei einer Betätigung bewegen, und mit "hinten" die Richtung, in der sie sich bewegen, um wieder ihre Ruhestellung einzunehmen. In den Figuren liegt vorne also auf der linken und hinten auf der rechten Seite.
  • Der in Figur 1 dargestellte Servomotor enthält in herkömmlicher Weise ein Gehäuse 10, das aus einer vorderen Schale 12 und einer hinteren Schale 14 besteht, die dicht miteinander verbunden sind und eine Abrollmembran 16 umschließen, die an ihrem Innenumfang an einem beweglichen Kolben 18 befestigt ist. Die Membran 16 und der Kolben 18 unterteilen das Gehäuse 10 in eine vordere Kammer 20 und eine hintere Kammer 22, die wahlweise voneinander isoliert sind oder bei einer Betätigung des Servomotors über die Steuerstange 26 miteinander über Ventilmittel 24 verbunden werden können. In bekannter Weise stehen die vordere Kammer 20 und die hintere Kammer 22 in Verbindung, wenn sich der Servomotor in seiner dargestellten Ruheposition befindet, und sie befinden sich auf einem verminderten Druck, der über den Ansatz 28 in der vorderen Kammer 20 erzeugt wird, und sie sind bei einer Betätigung des Servomotors voneinander isoliert, wobei dann unter Atmosphärendruck stehende Luft über das Ventil 24 in die hintere Kammer 22 eingeführt wird. Der Unterschied zwischen den auf jeder Seite des Kolbens 18 herrschenden Drücken verstellt diesen nach vorne, wobei er bei seiner Bewegung über eine Reaktionsscheibe 32 eine Schubstange 30 mitnimmt. Die Schubstange 30 betätigt wiederum den Kolben eines (nicht dargestellten) Hauptzylinders eines Bremskreises oder einen (nicht dargestellten) Geber zum Auskuppeln. Nach seiner Betätigung nimmt der Servomotor seine dargestellte Ruhestellung unter der Wirkung einer Rückstellfeder 34 ein, die zwischen der vorderen Schale 12 und dem Kolben 18 angeordnet ist. In ebenfalls bekannter Weise ist der Servomotor an einem feststehenden Abschnitt des Fahrzeugs, z.B. an der Spritzwand, über an seinem hinteren Abschnitt angeordnete Bolzen 36 befestigt, und er ist mit dem Hauptzylinder oder dem Geber zum Auskuppeln über Bolzen 38 auf seinem vorderen Abschnitt befestigt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist an dem Servomotor eine Meßvorrichtung für die Position der Schubstange des Servomotors vorgesehen. Eine solche Vorrichtung kann z.B. dazu dienen, einen Kontakt zu schließen und so die Lichter zum Anzeigen eines Bremsens ("Bremslichter") aufleuchten zu lassen oder einen Rad-Antiblockierkreis in eine Bereitschaftsstellung zu versetzen oder in entgegengesetzter Weise einen Kontakt zu öffnen und so weitere Kreise zu deaktivieren, z.B. Geschwindigkeitsregelkreise. Diese Meßvorrichtung besteht aus zwei Teilen. Das erste Teil 40 enthält einen zylindrischen Abschnitt 42, der mit einem scheibenförmigen Abschnitt 44 verbunden ist.
  • Wie besser in Figur 2 erkannt werden kann, enthält der zylindrische Abschnitt 42 auf seinem Außenumfang Leiterlamellen 46, 46', die sich in axialer Richtung erstrecken, und Leiterplättchen 48, 48' angrenzend an sein hinteres Ende. Die Lamellen 46, 46' und die Plättchen 48, 48' sind elektrisch mit Leiterbahnen 50, 50' bzw. 52, 52' verbunden, die auf oder in dem Material des scheibenförmigen Abschnittes 44 gebildet sind, wie man in Figur 3 erkennt. Diese Bahnen enden in Anschlußklemmen, die auf einer Erweiterung des Abschnittes 44 gebildet sind, der vorteilhafterweise als Anschluß gebildet ist. Das zylindrische Teil 42 enthält auf seinem Außenumfang auch sich in axialer Richtung erstreckende Rillen 56, 58.
  • Das zweite Teil 60 der Meßvorrichtung ist in Figur 4 dargestellt und enthält einen kreisförmigen Boden 62, der nach vorne durch einen zylindrischen Abschnitt 64 verlängert ist, in dem Nuten oder Aussparungen 66, 68 ausgebildet sind, die dazu vorgesehen sind, mit den Rillen 56 bzw. 58 des vorderen Teiles zusammenzuwirken, um die Führung des zweiten Abschnittes auf dem ersten zu gewährleisten. In vorteilhafter Weise kann man z.B. die Rillen 58 und die Aussparungen 68 mit einer größeren Breite als die Rillen 56 und die Aussparungen
  • 66 vorsehen, um bei der Montage der beiden Teile aufeinander ein eindeutige Zuordnung zu gewahrleisten. Der kreisförmige Boden 62 enthält in seiner Mitte eine Öffnung 70, die von einem Bund 72 umgeben ist, dessen Zweck später beschrieben werden wird, wobei die Öffnung 70 für den Durchgang der Schubstange 30 des Servomotors vorgesehen ist.
  • Im Inneren des zylindrischen Abschnittes 64 und in der Nähe seines vorderen Endes ist ein Kontaktplättchen 76 angeordnet, dessen Länge in Umfangsrichtung größer als der die Lamellen 46, 46' oder die Plättchen 48, 48' trennende Abstand ist.
  • Die Arbeitsweise der beschriebenen Meßvorrichtung läßt sich einfach erfassen. Wenn das Teil 40 und das zweite Teil 60 aufeinander angeordnet sind, dringen die Rillen 56, 58 in die Nuten oder Aussparungen 66 bzw. 68 ein und gewährleisten das axiale Gleiten der beiden Teile relativ zueinander und verhindern, daß sie sich relativ zueinander verdrehen. Man kann vorteilhafterweise ein Einrasten der beiden Teile ineinander vorsehen, wie bei 80 in Figur 6 dargestellt, um das leichte Eingreifen des zweiten Teils 60 am ersten Teil 40 zu erlauben und ihre Trennung dagegen zu erschweren.
  • Die so zusammengebaute Meßvorrichtung wird in einem Servomotor wie in Figur 1 dargestellt angeordnet, wobei der scheibenförmige Abschnitt 44 des feststehenden vorderen Teils 40 der Meßvorrichtung auf der vorderen Seite des Servomotors ruht, während das bewegliche zweite Teil 60 in seiner Position durch einen Kraftschluß des Bundes 72 auf der Schubstange 30 des Servomotors gehalten wird, der es an der Schubstange befestigt, wie in Figur 6 dargestellt. In dieser Position befindet sich das vordere Ende des zweiten Abschnittes 60 in einem leichten Eingriff mit dem hinteren Ende des ersten Teils 40. Es ist nun möglich, am so ausgestatteten Servomotor einen Hauptzylinder oder einen Geber zum Auskuppeln mittels der Bolzen 38 anzubringen, die mit in dem Montageflansch des Hauptzylinders 86 ausgebildeten Öffnungen zusammenwirken, wobei für den Durchgang der Beizen 38 zur Befestigung des Hauptzylinders 86 am Gehäuse 10 des Servomotors vorteilhafterweise Öffnungen 82 im scheibenförmigen Abschnitt 44 vorgesehen sind. Auf diese Weise wird die Meßvorrichtung ohne zusätzliche Bauteile an ihrem Ort gehalten.
  • Bei einer Betätigung des Servomotors bewirkt die Bewegung der Schubstange 30 die Bewegung des zweiten Teils 60 bezüglich des ersten Teils 40. Wenn das Plättchen 76 dazu vorgesehen ist, mit den Lamellen 46, 46' zusammenzuwirken, wird es sich im Laufe seiner Bewegung mit den Lamellen überlappen und zwischen ihnen einen elektrischen Kontakt ausbilden, der auch zwischen den entsprechenden Anschlußklemmen des Anschlusses 54 ausgebildet wird, um z.B. das Aufleuchten der Bremslichter zu bewirken, falls der Servomotor mit einem Bremshauptzylinder verbunden ist. Wenn dagegen das Plättchen 76 dazu vorgesehen ist, mit den Plättchen 48, 48' zusammenzuwirken, so verläßt es bei seiner Bewegung diese Plättchen und öffnet zwischen ihnen den elektrischen Kontakt, wobei diese Öffnung des Kreises auch an den entsprechenden Anschlußklemmen des Anschlusses 54 erkannt werden kann, um z.B. einen Gechwindigkeitsregelkreis außer Betrieb zu setzen.
  • Anstelle eines Plättchens 76 im zweiten Teil 60 kann man eine Leiterlamelle 78 anordnen (Figur 4). Bei einer Bewegung des zweiten Teils 60 bezüglich des ersten Teils 40 wird die Lamelle 78 sich wie oben mit den Plättchen 48, 48' oder den Lamellen 46, 46' des ersten Teils 40 überlappen und so einen elektrischen Kontakt zwischen den entsprechenden Anschlußklemmen des Anschlusses 54 ausbilden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Lamellen 46, 46' des ersten Teils 40 aus einem elektrischen Widerstandsmaterial ausgebildet sein, wie es bei Linearpotentiometern verwendet wird. Damit ergibt sich zwischen den entsprechenden Anschlußklemmmen des Anschlusses 54 eine elektrische Größe, z.B. der elektrische Widerstand, die sich in Abhängigkeit von der relativen Stellung der beiden Teile der Meßvorrichtung kontinuierlich verändert, anstatt sich wie im vorigen Fall binär zu verändern. In einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Leitungslamelle 78 sowie die Lamellen 46, 46' mit einem dielektrischen Material überzogen sein, z.B. einem Lack. Auf diese Weise bilden die Lamellen 46, 46' und 78 bei der Bewegung des zweiten Teils 60 bezüglich des ersten Teils 40 die Beläge eines Kondensators, dessen an den entsprechenden Anschlußklemmen des Anschlusses 54 gemessene Kapazität sich in Abhängigkeit von der relativen Stellung des ersten Teils 40 und des zweiten Teils 60 verändert. Der auf die Lamellen aufgebrachte Lack hat gleichzeitig auch die Aufgabe zu verhindern, daß bei dieser Ausführungsform die Lamelle 78 die Lamellen 46 und 46' berührt, was von den Vibrationen des Fahrzeugs bewirkt werden könnte. Man kann auch vorsehen, an den Anschlußklemmen des Anschlusses 54 eine Induktivität zu messen, die sich in Abhängigkeit von der relativen Stellung des ersten Teils 40 und des zweiten Teils 60 verändert.
  • In Figur 5 ist eine zweite Ausführungsform des ersten Teils 40 der Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine der oben beschriebenen Lamellen 46 oder 46' an ihrem hinteren Ende mit einer Zunge 84 gebildet, die sich z.B. senkrecht zur axialen Richtung der Lamelle 46 und in einer Umfangsrichtung erstreckt, um elastisch an der zum Inneren der Vorrichtungen gerichteten Seite der anderen Lamelle 46' anzuliegen.
  • Wenn die Zunge 84 dafür vorgesehen ist, mit dem Plättchen 76 zusammenzuwirken, verläßt bei einer Betätigung des Servomotors das Plättchen bei seiner Bewegung die Zunge 84 und erlaubt ihr, wieder in Anlage an die Lamelle 46' zu gelangen, was auf diese Weise den Kontakt zwischen den Lamellen 46 und 46' und den entsprechenden Anschlußklemmen des Anschlusses 54 ausbildet. Wenn dagegen die Zunge 84 dazu vorgesehen ist, mit der Lamelle 78 zusammenzuwirken, wird sich letztere bei ihrer Bewegung an der Zunge 84 abstützen, damit die Zunge den Kontakt mit der Lamelle 46' verliert und 50 den Kontakt zwischen diesen Lamellen und damit zwischen den entsprechenden Anschlußklemmen des Anschlusses 54 öffnet.
  • Man erkennt, daß es bei dieser Ausführungsform nicht notwendig ist, die Lamelle 78 und das Plättchen 76 aus einem elektrisch leitenden Material auszubilden, was die Herstellung des zweiten Teils 60 vereinfacht. Man erkennt auch, daß bei dieser Ausführungsform der elektrische Kontakt immer an der gleichen Stelle ausgebildet oder unterbrochen wird, nämlich an der Stelle, an der die Zunge 84 in der Ruhestellung an der Lamelle 46' anliegt. Es handelt sich damit um einen festen Kontakt im Gegensatz zum gleitenden Kontakt, der bezüglich der vorigen Ausführungsform beschrieben wurde. Man kann vorteilhafterweise auch den vorderen Rand der Lamelle 78 oder den hinteren Rand des Stückes 76 mit einem abgeschrägten Profil ausbilden, um ihr Eingreifen mit der Zunge 84 zu erleichtern.
  • In Figur 7 ist eine Variante der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform dargestellt. Man erkennt in dieser Figur, daß die im kreisförmigen Boden 62 des zweiten Teils 60 ausgebildete Öffnung 70 einen größeren Durchmesser als die Schubstange 30 besitzt, wobei der Bund 72 einen Innendurchmesser besitzt, der gleich dem Außendurchmesser des Kolbens 84 des Hauptzylinders oder dem Außendurchmesser des Gebers 86 zum Auskuppeln ist, die vom Servomotor betätigt werden.
  • Wenn das erste Teil 40 und das zweite Teil 60 miteinander montiert und ineinander eingerastet sind, wie unter Bezugnahme auf Figur 6 beschrieben, wird die Meßvorrichtung direkt auf dem hinteren Abschnitt 86 des Hauptzylinders angeordnet. Der Bund 72 wird nun auf dem Kolben 84 angeordnet und dort befestigt, wie oben beschrieben.
  • Vorteilhafterweise kann man vorsehen, daß der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 42 des ersten Teils 40 gleich dem Außendurchmesser des hinteren Abschnittes 86 des Hauptzylinders ist, so daß die Meßvorrichtung fest mit dem Hauptzylinder verbunden bleibt. Es ist ausreichend, diesen so ausgestattet in herkömmlicher Weise in den Servomotor einzubringen.

Claims (12)

1. Servomotor mit einem Gehäuse (10), das in eine vordere Kammer (20) und eine hintere Kammer (22) durch eine bewegliche Wand (18) unterteilt ist, die in ihre Ruhestellung durch eine Rückstell-Schraubenfeder (34) zurückgestellt wird und in der Lage ist, eine Schubstange (30) zu bewegen, die einen Kolben (84) eines Hauptzylinders (86) betätigt, wobei die bewegliche Wand und die Schubstange zwei bewegliche Elemente im Inneren des Gehäuses bilden und wobei dieser Servomotor für die Position von einem der beweglichen Elemente eine Meßvorrichtung enthält, die ein bezüglich des Gehäuses (10) des Servomotors feststehendes erstes Teil (40) und ein bewegliches zweites Teil (60) besitzt, wobei das erste Teil (40) und das zweite Teil (60) elektrische Kontakte (46, 46', 48, 48', 84; 76, 78) tragen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (40) und das zweite Teil (60) zylindrisch und zueinander koaxial sind und daß sie im Inneren der Rückstellfeder (34) und um die Schubstange (30) herum angeordnet sind, deren Position von dieser Meßvorrichtung angezeigt wird.
2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontakte (46, 46', 48, 48', 84) mit Anschlußklemmen verbunden sind, die auf einer Erweiterung (54) des ersten Teils (40) gebildet sind.
3. Servomotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (54) des ersten Teils (40) in der Form eines Anschlusses (54) gebildet ist.
4. Servomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betätigung des Kolbens (84) des Hauptzylinders (86) die elektrischen Kontakte (46, 46', 48, 48', 84; 76, 78) einen elektrischen Kreis zwischen den Anschlußklemmen des Anschlusses (54) öffnen.
5. Servomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betätigung des Kolbens (84) des Hauptzylinders (86) die elektrischen Kontakte (46, 46', 48, 48', 84; 76, 78) einen elektrischen Kreis zwischen den Anschlußklemmen des Anschlusses (54) schließen.
6. Servomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Betätigung des Kolbens (84) des Hauptzylinders (86) die elektrischen Kontakte (46, 46', 48, 48', 84; 76, 78) eine elektrische Größe zwischen den Anschlußklemmen des Anschlusses (54) verändern.
7. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (60) der Meßvorrichtung an der Schubstange (30) des Servomotors befestigt ist.
8. Servomotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung auf dem Hauptzylinder (86) angeordnet ist, wobei das erste Teil (40) am Hauptzylinder (86) befestigt ist und das zweite Teil (60) am Kolben (84) des Hauptzylinders (86) befestigt ist.
9. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung zwischen dem Hauptzylinder (86) und dem Servomotor angeordnet ist.
10. Servomotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung in der vorderen Kammer (20) um einen hinteren Abschnitt des Hauptzylinders (86) herum angeordnet ist.
11. Servomotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen Abschnitt in Form einer Scheibe (44) enthält, der auf dem ersten Teil (40) zwischen einer vorderen Fläche des Gehäuses (10) und einem Montageflansch des Hauptzylinders (86) angeordnet ausgebildet ist.
12. Servomotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung Öffnungen (82) für den Durchgang von Befestigungsbolzen (38) des Hauptzylinders (86) am Gehäuse (10) des Servomotors besitzt.
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