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Die vorliegende Erfindung betrifft pneumatische Servomotoren und insbesondere
Servomotoren des zum Bereitstellen einer Bremsunterstützung bei
Kraftfahrzeugen verwendeten Typs.
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Servomotoren dieses Typs enthalten in herkömmlicher Weise einen Kolben, der
einen rohrförmigen hinteren Abschnitt und eine Schürze enthält und mit Hilfe
einer Abrollmembran eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene
vordere Kammer und eine hintere Kammer abgrenzt, die selektiv mit der vorderen
Kammer oder mit der Atmosphäre über ein Ventilmittel verbunden ist, das von
einer Steuerstange betatigt wird, die in der Lage ist, sich über einen
Tauchkolben an einer der Seiten einer fest mit einer Schubstange verbundenen
Reaktionsscheibe abzustützen, wobei zwischen der Schürze des Kolbens und dem
Tauchkolben eine Rückstellfeder für die Steuerstange angeordnet ist, wobei das
Ventilmittel ein Ventilelement enthält, das über einen von einem Einsatz
verstärkten aktiven Abschnitt mit einem auf dem Tauchkolben gebildeten ersten
Ventilsitz und mit einem auf dem Kolben gebildeten zweiten Ventilsitz
zusammenwirkt, wobei das Ventilelement durch eine nachgiebige rohrförmige Membran
gebildet ist, wobei der aktive Abschnitt des Ventilelementes zwischen den
beiden Enden der nachgiebigen rohrförmigen Membran angeordnet ist.
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Solche Servomotoren, wie die z.B. im Dokument EP-A-0 004 477 dargestellten,
weisen einige Nachteile auf. Um zu verhindern, daß die Steuerstange einen zu
großen Leerweg hat, muß man das Ventilmittel so ausführen, daß der "Ventilhub"
zwischen dem Ventilelement und dem zweiten Ventilsitz so gering wie möglich
ist. Außerdem ist bei einer Bremsung der der Atmosphärenluft angebotene
Durchgang zur hinteren Kammer ebenso wie der der Luft der hinteren Kammer zur
vorderen Kammer beim Lösen der Bremsen angebotene Durchgang klein. Die Betätigung
solcher Servomotoren ist daher von Luftansauggeräuschen begleitet, die störend
werden können, um so mehr, als daß die Struktur der Kolbennabe, die nur einen
radialen Durchgang zur hinteren Kammer und nur einen axialen Durchgang zur
vorderen Kammer aufweist, zusätzlich wesentliche Turbulenzen der sich in
Bewegung befindenden Luft hervorruft. Ein weiterer mit den kleinen Luftdurchgängen
und den Turbulenzen verbundener Nachteil liegt in der Tatsache, daß die Luft
in ihren verschiedenen Bewegungen zwischen der Atmosphäre, der hinteren Kammer
und der vorderen Kammer stark verlangsamt wird und daß daher die Servomotoren
eine große Ansprechzeit aufweisen.
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Das Dokument FR-A-2 537 524, das dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
entspricht, versucht, diese Nachteile zu lösen, es enthält jedoch wieder ein
herkömmliches Ventilmittel, das in dem rohrförmigen Mittelabschnitt angeordnet
ist, der im hinteren Teil des Gehäuses des Servomotors gebildet ist. Dieses
muß daher einen speziellen Aufbau besitzen. Zusätzlich weist gemaß diesem
Dokument die Struktur der Nabe des Kolbens einen einzigen radialen Durchgang zur
hinteren Kammer und einen einzigen axialen Durchgang zur vorderen Kammer auf,
was ebenfalls wesentliche Turbulenzen in der sich in Bewegung befindenden Luft
erzeugt, die durch die von ihnen erzwungene Verlangsamung der Luft nachteilig
für die Ansprechzeit des Servomotors sind, und die bei der Betätigung ein
Geräusch erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung hat folglich zur Aufgabe, einen Servomotor
vorzusehen, dessen Betätigung geräuschlos und dessen Ansprechzeit so gering wie
möglich ist, und dieses in einfacher, zuverlässiger und wirtschaftlicher
Weise. Zu diesem Zweck hat die Erfindung einen Servomotor zur Aufgabe, bei dem
die Luftdurchgänge zum einen zwischen der Atmosphäre und der hinteren Kammer
und zum anderen zwischen der hinteren Kammer und der vorderen Kammer den
größtmöglichen Querschnitt aufweisen, ohne daß sie Hindernisse bieten, die
Turbulenzen erzeugen können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Ventilelement Öffnungen, die die
Verbindung zwischen der vorderen Kammer und der hinteren Kammer ermöglichen.
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Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind die Öffnungen, die im
Ventilelement gebildet sind, in seinem aktiven Abschnitt zwischen dem ersten
Ventilsitz und dem zweiten Ventilsitz angeordnet.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung einer beispielhaft gegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Darin zeigen:
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- Fig. 1 eine Seitenansicht im Längsschnitt, die einen z.B. aus dem
obengenannten Dokument EP-A-0 004 477 bekannten pneumatischen Servomotor zur
Bremsunterstützung zeigt, und
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- Fig. 2 eine Seitenansicht im Längshalbschnitt, die den
Mittelabschnitt eines pneumatischen Servomotors zur Bremsunterstützung darstellt, der
gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
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Figur 1 stellt einen Teil eines Servomotors zur Bremsunterstützung dar, der
dafür vorgesehen ist, in herkömmlicher Weise zwischen dem Bremspedal eines
Fahrzeugs und dem den hydraulischen Bremskreis dieses Fahrzeugs steuernden
Hauptzylinder angeordnet zu werden. Es ist Konvention, den
hauptzylinderseitigen Abschnitt des Servomotors mit vorne zu bezeichnen und den
bremspedalseitigen Abschnitt des Servomotors mit hinten.
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Der Servomotor von Figur 1 enthält ein Außengehäuse 10 in Form einer Schale,
das zu einer Achse X-X' rotationssymmetrisch ist. In der Figur 1 ist nur der
hintere Mittelabschnitt dieses Gehäuses 10 dargestellt.
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Eine nachgiebige Abrollmembran aus einem Elastomer 12, die in ihrem
Mittelabschnitt durch eine metallische, auch als Schürze bezeichnete Trägerscheibe 14
verstärkt ist, bestimmt im Inneren des durch das Gehäuse 10 abgegrenzten
Raumes eine vordere Kammer 16 und eine hintere Kammer 18. Der äußere (nicht
dargestellte) Umfangsrand der Membran 12 ist dichtend am Außengehäuse 10
befestigt. Der innere Umfangsrand dieser Membran endet in einem Wulst, der
dichtend in einer ringförmigen Nut aufgenommen ist, die auf der Außenumfangsfläche
eines hohlen Unterstützungskolbens 20 ausgebildet ist, der entlang der Achse
X-X' des Servomotors angeordnet ist. Der hohle Kolben 20 ist nach hinten in
der Form eines rohrförmigen Abschnittes 22 verlängert, der dichtend die
hintere Wand des Gehäuses 10 durchquert. Die Dichtigkeit dieser Durchquerung ist
durch eine verstärkte ringförmige Dichtung 24 gewährleistet, die mittels eines
Ringes 26 in einem rohrförmigen Mittelabschnitt befestigt ist, der die hintere
Wand des Gehäuses 10 nach hinten verlängert.
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Eine zwischen dem Kolben 20 und der (nicht dargestellten) vorderen Wand des
Außengehäuses 10 angeordnete Druckfeder 28 hält normalerweise den Kolben 20
und die Schürze 14 in einer hinteren, in der Figur 1 dargestellen
Ruhestellung, in der die hintere Kammer 18 ihr minimales Volumen und die vordere
Kammer 16 ihr maximales Volumen aufweist.
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In seinem Mittelabschnitt zwischen dem hinteren rohrförmigen Abschnitt 22 und
dem vorderen Abschnitt, in dem die Membran 12 und die Schürze 14 befestigt
sind, weist der Kolben 20 eine Bohrung 30 auf, in der gleitend ein Tauchkolben
32 aufgenommen ist, der ebenfalls zur Achse X-X' rotationssymmetrisch ist. Das
vordere Ende einer ebenfalls entlang der Achse X-X' angeordneten Steuerstange
34 des Servomotors ist nach Art eines Kugelgelenks im Tauchkolben 32
angebracht. Das hintere (nicht dargestellte) Ende dieser Stange 34, das aus dem
rohrförmigen Abschnitte 22 des Kolbens 20 nach außen hervorsteht, wird direkt
durch das (nicht dargestellte) Bremspedal des Fahrzeuges gesteuert.
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Der zwischen der Steuerstange 34 und dem rohrförmigen Abschnitt des Kolbens 20
abgegrenzte ringförmige Raum 36 mündet im hinteren Abschnitt des Servomotors
zur Außenatmosphäre, z.B. mittels eines Luftfilters. Nach vorne kann dieser
ringförmige Raum mit der hinteren Kammer 18 über einen radialen, im
Mittelabschnitt des Kolbens ausgebildeten Durchgang 38 in Verbindung stehen, wenn vom
Tauchkolben 32 gesteuerte Unterstützungsmittel betatigt sind.
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Diese Unterstützungsmittel enthalten in herkömmlicher Weise ein Dreiwegeventil
mit einem ringförmigen Ventilelement 40, das im rohrförmigen Abschnitt des
Kolbens angebracht ist, und zwei ringförmige Ventilsitze 20a und 32a, die auf
dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 bzw. auf dem Tauchkolben 32 ausgebildet
sind.
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Das Ventilelement 40 bildet das vordere Ende mit dem kleinsten Durchmesser
einer nachgiebigen Muffe aus einem Elastomer, deren hinteres Ende in einem
Wulst endet, der dichtend am Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des
Kolbens 20 angebracht ist. Dieser Wulst wird an seinem Ort durch eine metallische
Kapsel 42 gehalten, an der sich eine Druckfeder 44 abstützt, die das
Ventilelement 40 nach vorne zu verstellen sucht.
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Der ringförmige Ventilsitz 32a ist auf der hinteren Endfläche des Tauchkolbens
32 gebildet. In vergleichbarer Weise ist der ringförmige Ventilsitz 20a auf
der hinteren Endfläche des Mittelabschnitts des Kolbens 20 um den Sitz 32a
herum gebildet. Abhängig von der Stellung des Tauchkolbens 32 im Inneren des
Kolbens 20 erlaubt diese Anordnung dem Ventilelement 40, sich konstant unter
der Wirkung der Feder 44 in dichter Anlage an wenigstens einem der Ventilsitze
32a und 20a zu befinden.
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Im Mittelabschnitt des Kolbens 20 ist ein zweiter Durchgang 46 annähernd
parallel zur Achse X-X' gebildet, um die vordere Kammer 16 des Servomotors mit
einer um das Ventilelement 40 herum gebildeten ringförmigen Kammer 48 im
Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des Kolbens 20 zu verbinden. Wenn der
Tauchkolben 32 seine in der Figur 1 dargestellte hintere Ruhestellung
einnimmt, in der das Ventilelement 40 sich in dichter Anlage am Sitz 32a des
Tauchkolbens 32 und beabstandet vom Sitz 20a des Kolbens 20 befindet, sind die
vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors untereinander über
den Durchgang 46, die ringförmige Kammer 48 und den Durchgang 38 verbunden.
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In ebenfalls herkömmlicher Weise begrenzt wenigstens ein im Mittelabschnitt
des Kolbens 20 angebrachtes Anschlagelement 50 den maximalen Weg des
Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens. Der Tauchkolben 32 wird normalerweise in der
durch das Element 50 bestimmten hinteren Ruhestellung durch eine Druckfeder 52
gehalten, die zwischen der Kapsel 42 und einer Scheibe 54 angeordnet ist, die
sich wiederum in Anlage an einer auf der Steuerstange 34 ausgebildeten
Schulter befindet.
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In seinem Mittelabschnitt enthält der Kolben 20 eine ringförmige vordere
Fläche 20b, in deren Mitte die Bohrung 30 mündet. Diese ringförmige vordere
Fläche 20b des Kolbens 20 wirkt über eine Reaktionsscheibe 58 aus einem
verformbaren Material, wie aus einem Elastomer, auf eine hintere Fläche 56a einer
Schubstange 56. Die Schubstange 56 und die Reaktionsscheibe 58 sind genauer
gesagt entlang der Achse X-X' des Servomotors in Verlängerung der Steuerstange
34 und des Tauchkolbens 32 angeordnet. Die hintere Fläche 56a der Schubstange
56 ist durch eine Platte in Form einer Scheibe 56b gebildet, die das hintere
Ende der Stange 56 bildet. Sowohl die Platte 56b als auch die Reaktionsscheibe
58 sind von einer Abdeckung 60 umschlossen, die bezüglich der Achse X-X' des
Servomotors zentriert ist und mit einer ringförmigen Nut zusammenwirkt, die im
Mittelabschnitt des Kolbens 20 um die ringförmige vordere Fläche 20b des
Kolbens herum ausgebildet ist.
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Die Arbeitsweise dieses bekannten Servomotors ist eine herkömmliche und kann
zusammengefaßt wie folgt beschrieben werden.
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Wenn der Servomotor in einem Fahrzeug eingebaut ist, ist die vordere Kammer 16
permanent mit einer Unterdruckquelle verbunden.
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In einem ersten Zeitabschnitt bewirkt eine vom Fahrer auf das Bremspedal
ausgeübte Kraft, daß die Kraft der Vorspannung der Feder 52, vermindert um die
Kraft der Vorspannung der Feder 44, ausgeglichen wird. Im Verlauf der
folgenden, kleinen Verstellung der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32 folgt das
Ventilelement 40 unter der Wirkung der Feder 44 dem Sitz 32a des Tauchkolbens
32, bis er mit dem Sitz 20a des Kolbens in Berührung tritt; nun sind die
vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors voneinander isoliert.
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In einer zweiten Phase der Bremsbetätigung ist der Tauchkolben 32 ausreichend
nach vorne verstellt, so daß das Ventilelement 40 den Sitz 20a des Kolbens
dichtend berührt und beginnt, sich vom Sitz 32a des Tauchkolbens zu entfernen.
In diesem Zustand ist die hintere Kammer 18 des Servomotors von der vorderen
Kammer 16 isoliert, und die hintere Kammer wird mit der Atmosphäre verbunden.
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Die hintere Kammer 18, die vorher mit der vorderen Kammer 16 in Verbindung
stand und sich daher auf einem verminderten Druck befindet, saugt nun unter
Atmosphärendruck stehende Luft über den Ventildurchgang mit kleinem
Querschnitt zwischen dem Ventilelement 40 und dem Sitz 32a auf dem Tauchkolben an.
Daraus ergibt sich eine wesentliche Behinderung des Durchganges der Luft und
somit eine Verlängerung der Ansprechzeit. Außerdem muß die z.B. aus der oberen
Hälfte von Fig. 1 stammende Luft zum Eintritt in den Durchgang 38 um die
Steuerstange 34 und den Tauchkolben 32 herumströmen, um den radialen Durchgang 38
zu erreichen, was zum Zischen aufgrund des Durchquerens des Zwischenraumes
zwischen dem Ventilelement 40 und dem Sitz 32a auf dem Tauchkolben ein
turbulentes und geräuschvolles Strömen der Luft hinzufügt.
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Die gleichen Erscheinungen treten beim Lösen der Bremse auf, wenn unter
höherem Druck stehende Luft von der hinteren Kammer 18 über den radialen Durchgang
38, die Kammer 48 um den Tauchkolben 32 herum, den Zwischenraum zwischen dem
Ventilelement 40 und dem Sitz 20a auf dem Kolben sowie den axialen Durchgang
46 zur vorderen Kammer 16 strömt. Diese Erscheinungen werden hier nicht
ausführlicher beschrieben.
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Man erkennt, daß es sehr wünschenswert ist, einen Servomotor auszubilden, der
bei einem gleichen Weg der Steuerstange 34 zum einen einen der Luft einen
größtmöglichen Durchgangsquerschnitt anbietet und bei dem zum anderen das
Strömen der Luft so wenig turbulent wie möglich ist.
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Dieses Ziel wird mit der Erfindung erreicht, von der ein Ausführungsbeispiel
in Fig. 2 dargestellt ist, in der Elemente, die mit Elementen aus Fig. 1
identisch sind, die gleichen Bezugszeichen tragen.
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Man erkennt in Fig. 2, daß zum lösen dieser Aufgabe der Tauchkolben
tiefgreifend geändert wurde. Der Kolben ist mehrteilig, er enthält einen rohrförmigen
hinteren Abschnitt 22 und in der Nähe seines vorderen Endes eine Verdickung
100, die ein zur Achse X-X' rotationssymmetrisches Teil hält, das eine
Kolben-Zwischenabdeckung 102 von allgemein angenäherter Kegelstumpfform bildet. Am
vorderen Ende mit dem größten Durchmesser der Abdeckung 102 ist die Schürze 14
befestigt, z.B. durch Aufpressen, an deren äußerem Umfangsrand die
Abrollmembran 12 befestigt ist, z.B. mittels Öffnungen 104, die in der Nähe des Randes
der Schürze 14 ausgebildet sind, um die Verankerung des Materials der Membran
12 zu vervollstandigen. Der innere Umfangsrand der Schürze 14 ist in Richtung
der Achse X-X' so umgebogen, daß er eine Schulter 106 bildet, die mit einer
Schulter 108 zusammenwirkt, welche auf einer Muffe 110 gebildet ist, die eine
vordere ringförmige Fläche 20b besitzt, welche dazu vorgesehen ist, mit der
Reaktionsscheibe 58 zusammenzuwirken, wie bezüglich Fig. 1 beschrieben.
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Zwischen der Schürze 14 und dem Ende mit dem größten Durchmesser der Abdeckung
102 ist dichtend ein Wulst 112 gehalten, der das vordere Ende einer
nachgiebigen rohrförmigen Membran 114 bildet, deren hinteres Ende einen Wulst 116
bildet, der dichtend zwischen dem hinteren Ende mit dem kleinsten Durchmesser
der Abdeckung 102 und dem vorderen Ende des hinteren rohrförmigen Abschnittes
22 gehalten ist.
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Ein Zwischenabschnitt der nachgiebigen rohrförmigen Membran 114 besitzt auf
seiner hinteren Fläche einen ringförmigen Einsatz 118 in der Weise, daß er in
einer zur Achse X-X' senkrechten Ebene verstärkt ist. Die Membran 114 und der
Einsatz 118 enthalten Öffnungen 120 bzw. 122, die einander gegenüberliegen.
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Man erkennt, daß der vom Einsatz 118 verstärkte Abschnitt der Membran 114 sich
axial in dem zwischen der hinteren Fläche der Schürze 14 und der vorderen
Fläche der Zwischenabdeckung 102 des Kolbens gelegenen ringförmigen Volumen 123
verstellen kann, wobei die Schürze 14 und die Abdeckung 102 fest miteinander
verbunden sind und wobei die Abdeckung 102 wiederum fest mit dem rohrförmigen
hinteren Abschnitt 22 des Kolbens verbunden ist.
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Der Tauchkolben 32 ist mit einem hinteren Abschnitt 124 ausgebildet, der in
der Bohrung 30 des rohrförmigen Abschnitts 24 gleitet, und mit einem vorderen
Abschnitt 126, der im Inneren der Muffe 110 gleitet. Zwischen dem hinteren
Abschnitt 124 und dem vorderen Abschnitt 126 des Tauchkolbens 32 ist eine
Erweiterung 128 angeformt, die sich zuerst radial nach außen erstreckt, um einen
ringförmigen Abschnitt 130 zu bilden, und die sich ausgehend vom äußeren
Umfangsrand dieses Abschnittes axial nach vorne erstreckt, um einen
zylindrischen Abschnitt 132 zu bilden, der sich zwischen der Muffe 110 und dem
rohrförmigen Abschnitt 22 erstreckt und in das ringförmige Volumen 123 eindringt.
Der zylindrische Abschnitt 132 wiederum ist radial durch einen ringförmigen
Abschnitt 134 nach außen verlängert, der in das ringförmige Volumen 123 vor
dem durch den Einsatz 118 verstärkten Abschnitt der Membran 114 eintritt und
dessen Außendurchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser des
Einsatzes 118 ist. Der ringförmige Abschnitt 134 enthält auf seinem äußeren
Umfangsrand eine Verdickung 136, die geeignet ist, einen ersten Ventilsitz
zusammen mit der Membran 114 zu bilden, die durch den Einsatz 118 verstarkt ist,
der selbst ein Ventilelement 138 bildet.
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Ein zweiter Ventilsitz 140 ist durch eine Verdickung auf der hinteren Fläche
der Schürze 14 entlang eines Kreises mit einem geringfügig kleineren
Durchmesser als der Außendurchmesser des Einsatzes 118 gebildet. Die Verdickung 140
kann vorzugsweise auf einem konvexen Abschnitt der hinteren Fläche der Schürze
14 so gebildet sein, daß ihr der vorderen Fläche der Schürze 14 entsprechender
konkaver Abschnitt ein Aufnahme für die Druckfeder 28 bildet. In einer
Variante kann vorgesehen sein, daß dieser Abschnitt der hinteren Fläche der
Schürze 14 eben ist und daß eine Verdickung auf der vorderen Fläche der durch den
Einsatz 118 verstärkten Membran 114 entlang dem Kreis gebildet ist, der oben
bestimmt ist.
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In der Schürze 14 sind Öffnungen 142 ausgebildet, um die vordere Kammer 16 mit
dem vor dem Ventilelement 138 liegenden Abschnitt des ringförmigen Volumens
123 zu verbinden. In gleicher Weise sind Öffnungen 144 in der
Zwischenabdeckung 102 ausgebildet, um die hintere Kammer 18 mit dem hinter dem
Ventilelement 138 liegenden Abschnitt des ringförmigen Volumens 123 zu verbinden.
Schließlich sind Öffnungen 146 in dem hinteren Abschnitt 124 des Tauchkolbens
32 ausgebildet, um den hinter dem Tauchkolben 32 liegenden ringförmigen Raum
36, in dem der Atmosphärendruck herrscht, über den ringförmigen Raum 148
zwischen dem zylindrischen Abschnitt 132 des Tauchkolbens 32 und dem rohrförmigen
Abschnitt 22 des Kolbens mit dem ringförmigen Volumen 123 zu verbinden.
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Der Tauchkolben 32 und die Steuerstange 134 werden in ihre hintere
Ruhestellung durch eine Rückstellfeder 150 zurückgestellt, die sich zum einen an der
hinteren Fläche des die Schulter 106 bildenden Abschnittes der Schürze 14
abstützt und zum anderen an der vorderen Fläche des ringförmigen Abschnittes 130
der Erweiterung 128 des Tauchkolbens 32, wobei die Schürze 14 wiederum von der
Feder 28 in ihre hintere Ruhestellung zurückgestellt wird. In seiner hinteren
Ruhestellung liegt der Tauchkolben 32 an einem Absatz 152 an, der im Inneren
des rohrförmigen hinteren Abschnittes 22 des Kolbens gebildet ist. Das
Ventilelement 138 ist durch eine Ventilelementfeder 154 nach vorne beaufschlagt, die
sich zum einen an der hinteren Fläche der Membran 114 abstützt, die durch den
das Ventilelement 138 bildenden Einsatz 118 verstärkt ist, und zum anderen an
der vorderen Fläche der am vorderen Ende des rohrförmigen hinteren Abschnittes
22 gebildeten Verdickung 100.
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Man erkennt, daß man gemäß der Erfindung einen Servomotor geschaffen hat, der
einen Kolben 20 enthält, der durch eine mehrteilige, bewegliche Wand gebildet
ist, die aus der mit der Abrollmembran 12 versehenen Schürze 14 besteht, die
fest mit der Zwischenabdeckung 102 verbunden ist, die wiederum fest mit dem
rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 verbunden ist, wobei dieser Kolben in der
Lage ist, mittels der vorderen ringförmigen Fläche 20b der Muffe 110 über die
Reaktionsscheibe 58 auf die Schubstange 56 einzuwirken, wobei die Muffe auch
als Führungselement für den Tauchkolben 32 dient.
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Die Ventilmittel sind durch das Ventilelement 138 gebildet, das auf einem
Zwischenabschnitt einer rohrförmigen Membran gebildet ist, die an ihren Enden an
der mehrteiligen beweglichen Wand befestigt ist, wobei das Ventilelement mit
einem auf dem Tauchkolben gebildeten Ventilsitz 136 und mit einem Ventilsitz
140 zusammenwirkt, der auf der mehrteiligen beweglichen Wand gebildet ist.
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Die Ventilmittel sind außerdem vor dem vorderen Ende des Tauchkolbens 32
angeordnet, genauer gesagt vor dem Abschnitt des Gehäuses 10, der sich senkrecht
zur Achse X-X' erstreckt. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Erfindung
mit herkömmlichen Servomotorgehäusen verwendet werden kann, ohne daß sie
speziell hergestellt werden müssen.
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Die Arbeitsweise dieses gemäß der Erfindung ausgebildeten Servomotors
erschließt sich aus den obigen Erläuterungen. Wenn sich der Servomotor in der
Ruhestellung befindet, wie in Fig. 2 dargestellt, steht die vordere Kammer 16
mit der hinteren Kammer 18 über die Öffnungen 142, den Ventildurchgang 140-138
im Volumen 123 und die Öffnungen 120, 122 und 144 in Verbindung. Eine
Betätigung der Steuerstange 34 bewirkt, daß der Tauchkolben 32 entgegen der Wirkung
der Feder 150 nach vorne verstellt wird. Das Ventilelement 138 verbleibt unter
der Wirkung der Feder 154 in Anlage am Ventilsitz 136 des Tauchkolbens 32, bis
es mit dem Ventilsitz 140 der beweglichen Wand in Berührung tritt und so den
Ventildurchgang 140-138 schließt und die vordere Kammer 16 und die hintere
Kammer 18 voneinander isoliert.
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Bei einer Fortsetzung der Betätigung der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens
32 tritt dessen zylindrischer Abschnitt 132 weiter in das Volumen 123 ein. Das
Ventilelement 138 gelangt nun in Anlage am Ventilsitz 140 des Kolbens, während
sich der Ventilsitz 136 des Tauchkolbens 32 vom Ventilelement 138 entfernt.
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Nun kann unter Atmosphärendruck stehende Luft über die Öffnungen 146 im
hinteren Abschnitt des Tauchkolbens 32, den ringförmigen Raum 148 zwischen dem
zylindrischen Abschnitt 132 des Tauchkolbens 32 und dem rohrförmigen Abschnitt
22 des Kolbens, den Ventildurchgang 136-138, die in der Membran 114
ausgebildeten Öffnungen 120 und die im Einsatz 118 ausgebildeten Öffnungen 122 und
schließlich die Öffnungen 144 in der Zwischenabdeckung 102 in die hintere
Kammer 18 eindringen.
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Man erkennt, daß aufgrund der Erfindung die Luft in die hintere Kammer 18 über
den Ventildurchgang 136-138 eingelassen wird, dessen Durchmesser mehrfach
größer als bei einem herkömmlichen Servomotor ist, wie er bezüglich Fig. 1
beschrieben wurde. Man konnte auf diese Weise Ventildurchgänge 136-138 mit
einem Durchmesser ausbilden, der gleich dem fünffachen des Durchmessers eines
herkömmlichen Ventildurchganges ist. Daraus folgt in diesem Beispiel, daß auch
der Querschnitt des der Luft angebotenen Durchganges sich mit fünf
multipliziert
und daß auch der Luftstrom zur hinteren Kammer sich mit fünf
multipliziert. Man erhält auf diese Weise einen Servomotor, dessen Ansprechzeit
wesentlich verkurzt ist. Es ist selbstverstandlich, daß der Wert fünf nicht
entscheidend ist, sondern daß er ausschließlich als Beispiel gewählt wurde.
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In Abhängigkeit vom gewünschten Ergebnis kann jeder andere Vergrößerungsfaktor
für den Ventildurchgang im Verhältnis zu einem herkömmlichen Servomotor
gewahlt werden.
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Man erkennt, daß die gleiche Erscheinung einer Verminderung der Ansprechzeit
des Servomotors sich bei einem Lösen der Bremsen ergibt. Wenn sich nämlich die
auf die Steuerstange aufgebrachte Kraft vermindert, stellt sich diese zurück,
und sie nimmt bei ihrer Bewegung den Tauchkolben 32 mit. Dadurch gelangt der
Ventilsitz 136 des Tauchkolbens 32 wieder mit dem Ventilelement 138 in
Berührung, während der Ventilsitz 140 weiter das Ventilelement 138 berührt. Wenn
der Tauchkolben 32 seine Zurückstellung fortsetzt, entfernt der Ventilsitz 136
des Tauchkolbens das Ventilelement 138 vom Ventilsitz 140. Nun wird die in der
hinteren Kammer 18 enthaltene Luft von der vorderen Kammer durch die Öffnungen
144 in der Zwischenabdeckung 102, die Öffnungen 122 in der Membran 114 und die
Öffnungen 120 im Einsatz 118, den Ventildurchgang 138-140 und schließlich die
Öffnungen 142 in der Schürze 14 angesaugt. Um (bei einem Auftreten von
Unterdruck) einen schnellen Druck-Wiederausgleich zwischen den beiden Kammern 16
und 18 zu ermöglichen, ist der Tauchkolben 32 in der Lage, sich um einen
relativ großen Weg gegenüber dem Ventilkörper und damit dem Kolben 20
zurückzustellen, wobei der Ventildurchgang zwischen dem Sitz 140 des Kolbens 20 und
dem Ventilelement 138 präzise dadurch bestimmt ist, daß der hintere Abschnitt
124 des Tauchkolbens unter der Wirkung der Rückstellfeder 150 in Anlage am
Absatz 152 gerät, der im Inneren des rohrförmigen hinteren Abschnitts 22 des
Kolbens 20 gebildet ist. Man erkennt, daß auch hier die Luft über den
Ventildurchgang 138-140 strömt, der einen deutlich größeren Durchmesser als die
herkömmlichen Ventildurchgänge besitzt und damit eine größere Fläche, die
einen größeren Durchstrom ermöglicht, woraus beim Lösen der Bremsen eine stark
verminderte Ansprechzeit resultiert.
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Man erkennt, daß aufgrund der Anordnung des Ventilsitzes 136 des Tauchkolbens
und des Ventilsitzes 140 des Kolbens sowie des Ventilelementes 138 der
Fluidstrom zwischen der Atmosphäre und der hinteren Kammer sowie zwischen der
hinteren Kammer und der vorderen Kammer in einem merklichen Ausmaß erhöht ist,
was die Ansprechzeit des Servomotors sowohl bei einer Bremsung als auch bei
einem Lösen der Bremsen vermindert.
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Aufgrund der Anordnung der Ventilmittel vor dem sich senkrecht zur Achse X-X'
erstreckenden Abschnitt des Gehäuses 10 und aufgrund der Tatsache, daß der
zweite Ventilsitz auf der Schürze des Kolbens gebildet ist, ergibt sich, daß
man dem ringförmigen Abschnitt 134 des Tauchkolbens 32 jeden gewünschten
Außendurchmesser geben kann, um so den Durchmesser der Ventildurchgänge
136-138 und 140-138 zu erhöhen und gleichzeitig die Ansprechzeit des
Servomotors zu vermindern.
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Die Erfindung erlaubt auch, das Arbeitsgeräusch des Servomotors wesentlich zu
vermindern. Es war zu ersehen, daß bei einem Bremsen die Luft durch die
Öffnungen 146, den ringförmigen Raum 148, den Ventildurchgang 136-138 sowie die
Öffnungen 120, 122 und 144 strömt und bei einem lösen der Bremsen durch die
Öffnungen 144, 122 und 120, den Ventildurchgang 138-140 sowie die Öffnungen
142. Die spezielle Gestaltung des Servomotors gemäß der Erfindung erlaubt
vorzusehen, daß die Öffnungen 142, 120, 122, 144 und 146 von gleicher Anzahl
sind, gleichmäßig um die Achse X-X' herum verteilt sind und so ausgebildet
sind, daß ihre Mittelpunkte in einer gleichen Ebene liegen, wie dies in Fig. 2
dargestellt ist. Auf diese Weise besitzen die bei einer Betätigung des
Servomotors gemaß der vorliegenden Erfindung in Bewegung gesetzten Luftmassen eine
Geschwindigkeit, deren Komponenten nur in einer Ebene liegen, z.B. in der von
Fig. 2. Die Luftströmung im Servomotor ist mit anderen Worten gesagt in jedem
Betätigungsfall perfekt symmetrisch zur Achse X-X' d.h., daß alle Turbulenzen
sowie das von ihnen hervorgerufene Geräusch vermieden sind.
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Man erkennt, daß man gemäß der vorliegenden Erfindung einen pneumatischen
Servomotor ausgebildet hat, dem die spezielle Anordnung der Ventilmittel erlaubt,
geräuscharm und mit sehr kurzen Ansprechzeiten zu arbeiten. Die Erfindung ist
selbstverständlich nicht auf die als Beispiel beschriebene Ausführungsform
beschränkt, sondern es können an ihr zahlreiche sich dem Fachmann ergebende
Veränderungen ausgeführt werden. Z.B. können die Abrollmembran und die
nachgiebige rohrförmige Membran, an der das Ventilelement ausgebildet ist, aus einem
einzigen Teil ausgebildet sein. Die Erfindung kann auch bei
Tandem-Servomotoren oder bei Servomotoren mit Zusatzkammer angewendet werden.