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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 betätigt wird, die in der Lage ist, sich über einen
Tauchkolben an einer der Seiten einer fest mit einer Schubstange verbundenen
Reaktionsscheibe abzustützen, wobei das Ventilmittel ein Ventilelement enthält,
das durch einen Einsatz verstärkten ist und über einen 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 und wobei ein Anschlagelement gleichzeitig die
Ruhestellung des Kolbens und die Ruhestellung des Tauchkolbens bestimmt.
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Solche Servomotoren, wie die z.B. im Dokument GB-A-2 064 690 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. Dies hat zur Folge, daß 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 ist.
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.
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Aus dem Dokument FR-A-2 546 461 ist auch eine Servomotor bekannt, der ein
Steuergehäuse enthält, das das Ventilelement aufweist, das den
Druckunterschied zwischen der vorderen und der hinteren Kammer steuert. Dieses
Steuergehäuse ist aus zwei Teilen gebildet, die teleskopartig ineinander gleiten,
wobei das erste Teil an der Abrollmembran befestigt ist und in der
Ruhestellung über den zweiten Ventilsitz am aktiven Abschnitt anliegt. Um den Leerweg
des Servomotors zu vermindern, liegt die zur den aktiven Abschnitt bildenden
Fläche entgegengesetzten Fläche des Ventilelementes über eine Muffe an dem
zweiten Teil des mittels einer ringförmigen Dichtung am Gehäuse des
Servomotors zurückgehaltenen Steuergehäuses an. Auch ein solcher Servomotor weist
abgesehen von seinem sehr komplexen Aufbau den Nachteil auf, daß er einen
geräuschvollen Betrieb besitzt.
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Das Dokument FR-A-2 537 523, das dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
entspricht, versucht, diese Nachteile zu lösen, enthält jedoch wieder ein
herkömmliches Ventilmittel, das in dem im hinteren Bereich des Servomotorgehäuses
gebildeten rohrförmigen Mittelabschnitt angeordnet ist. Das Gehäuse muß daher
einen speziellen Aufbau besitzen. Außerdem weist gemäß diesem Dokument die
Struktur der Kolbennabe 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 bei der Betätigung ein Geräusch
erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung hat folglich zur Aufgabe, einen Servomotor
vorzusehen, dessen Leerweg so gering wie möglich ist und dessen Betrieb
gleichzeitig geräuscharm ist, und dieses in einfacher, zuverlässiger und
wirtschaftlicher Weise.
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung einen Servomotor zur Aufgabe, bei dem in der
Ruhestellung die relativen Stellungen des ersten und des zweiten Ventilsitzes
genau definiert sind und 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 der Kolben außerdem eine
Kolben-Zwischenabdeckung, die mit der Schürze des Kolbens ein ringförmiges Volumen
abgrenzt, wobei der erste und der zweite Ventilsitz sowie das Ventilelement in
dem ringförmigen Volumen angeordnet sind, und wobei der zweite Ventilsitz auf
der Schürze des Kolbens gebildet ist.
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Gemaß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind in der Schürze und in der
Zwischenabdeckung Öffnungen gebildet, um das ringförmige Volumen mit der
vorderen Kammer und mit der hinteren Kammer zu verbinden.
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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 GB-A-2 064 690 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
Fahrwugs 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 betätigt 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 miteinander 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 dadurch
in der hinteren Ruhestellung gehalten, daß ein ringförmiger Absatz 33 des
Tauchkolbens an dem auch Anschlagplatte genannten Anschlagelement 50 mittels
einer Druckfeder 52 in Anlage gerät, die zwischen der Kapsel 42 und einer
Scheibe 54 angeordnet ist, die wiederum an einem auf der Steuerstange 34
gebildeten Absatz anliegt.
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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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Das Anschlagelement 50 ist ohne Spiel in dem Mittelabschnitt des Kolbens
angebracht. Der Leerweg des Servomotors ist durch den Unterschied zwischen dem Maß
zwischen der vorderen Referenzfläche des Anschlagelementes 50 (an der der
Absatz 33 des Tauchkolbens 32 in Anlage kommt) und dem ringförmigen Ventilsitz
20a des Kolbens 20 sowie dem Maß zwischen dem Absatz 33 und dem ringförmigen
Ventilsitz 32a des Tauchkolbens 32 bestimmt.
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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.
Der Weg der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32 entspricht in dieser
ersten Betätigungsphase dem Leerweg des Servomotors, wie oben beschrieben.
Dieser Leerweg kann sich als Funktion der Herstellungstoleranzen des Kolben und
des Tauchkolbens verändern.
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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 Luftdurchganges. 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
einen verminderten Leerweg aufweist und bei dem gleichzeitig der der Luft
angebotene Duchgang so groß wie möglich ist, wobei das Strömen der Luft so wenig
turbulent wie möglich ist.
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Diese 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 Erreichen dieses Ziels der Tauchkolben
tiefgreifend geändert wurde. Der Kolben ist mehrteilig, er enthält einen
rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 und ein zur Achse X-X' rotationssymmetrisches
vorderes Teil, 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 vervollständigen. 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 im Kolben 20 in der Verbindungszone des hinteren
rohrförmigen Abschnitts 22 mit der Zwischenabdeckung 102 gehalten ist, z.B.
mittels einer zylindrischen metallischen Kapsel 117.
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Ein Zwischenabschnitt der nachgiebigen rohrförmigen Membran 114 besitzt auf
seiner hinteren Seite 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 Kolben-Zwischenabdeckung 102 gelegenen ringförmigen Volumen 123
verstellen kann, wobei die Schürze 14 und die Abdeckung 102 fest miteinander
verbunden sind und wobei die Abdeckung 102 wiederum die Verlängerung des
rohrförmigen hinteren Abschnitts 22 des Kolbens nach vorne 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 in das Innere des rohrförmigen
Abschnittes 22 erstreckt, um einen zylindrischen Abschnitt 132 zu bilden, der
sich um die Muffe 110 herum erstreckt und in das ringförmige Volumen 123
eindringt. Das vordere Ende des zylindrischen Abschnitts 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 verstärkt 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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Das Ventilelement 138 enthält, z.B. mittels des Einsatzs 118, Verlängerungen
150, die gleichmäßig entlang einem Umfang verteilt sind, axial nach hinten
gerichtet sind, gegenüber den Öffnungen 144 der Abdeckung 102 liegen und in
diese eindringen.
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Der Servomotor enthält in seinem sich nach hinten zur hinteren Wand des
Gehäuses 10 verlängernden, rohrförmigen Mittelabschnitt ein Anschlagelement 152,
das im dargestellten Beispiel durch ein zylindrisches Abstützelement 152
gebildet ist, das zum Beispiel unter Kraftanwendung in diesen rohrförmigen
Mittelabschnitt
so eingepreßt ist, daß es mit ihm fest verbunden ist. Das
Abstützelement 152 enthält einen Absatz 154, der mit einem auf dem Kolben 20
gebildeten Absatz 156 einen Anschlag bildet, wenn der Kolben durch die auf die
Schürze 14 wirkende Feder 28 in die hintere Ruhestellung zurückgestellt ist.
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Der Tauchkolben 32 und die Steuerstange 134 werden in ihre hintere
Ruhestellung durch eine Rückstellfeder 158 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. In seiner hinteren Ruhestellung liegt
der Tauchkolben 32 über den ersten Ventilsitz 136 am Ventilelement 138 an, das
wiederum über die Verlängerungen 150 an der vorderen ringförmigen Fläche der
Muffe 152 anliegt. Das Ventilelement 138 ist andererseits durch eine
Ventilelementfeder 160 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 des in der
Kapsel 117 eingeschlossenen Wulstes 116.
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Man erkennt, daß man gemäß der Erfindung einen Servomotor geschaffen hat, der
einen mehrteiligen beweglichen Kolben enthält, der aus der mit der
Abrollmembran 12 versehene Schürze 14 gebildet ist und fest mit der Zwischenabdeckung
102 verbunden ist, die wiederum nach hinten zum rohrförmigen hinteren
Abschnitt 22 verlängert ist, wobei dieser bewegliche 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
dem mehrteiligen Kolben befestigt ist, wobei das Ventilelement mit einem auf
dem Tauchkolben gebildeten Ventilsitz 136 und mit einem Ventilsitz 140
zusammenwirkt, der auf dem mehrteiligen Kolben 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 158 nach vorne verstellt wird. Das Ventilelement 138 verbleibt unter
der Wirkung der Feder 160 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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Wie man bereits oben gesehen hat, entspricht diese Betriebsphase dem Leerweg
des Servomotors. Aufgrund der Erfindung kann dieser Leerweg auf jeden
gewünschten Wert eingestellt werden, und er kann insbesondere so gering wie
gewünscht gemacht werden. Man hat nämlich gesehen, daß in der Ruhestellung des
Servomotors sich der Kolben 20 über seinen sich am Absatz 154 des
Abstützelementes 152 abstützenden Absatz 156 an einem hinteren Anschlag befindet. Der
Tauchkolben 32 ist von einer Feder 158 nach hinten in Anlage an die hintere
Fläche der Schürze 14 beaufschlagt und befindet sich über dem ersten
Ventilsitz 136 in seinem hinteren Anschlag am Ventilelement 138, das von der Feder
160 mit einer geringeren Steifigkeit als derjenigen der Feder 158 nach vorne
beaufschlagt ist, wobei die axialen Verlängerungen 150 des Einsatzes 118
wiederum nach hinten beaufschlagt sind, bis ihre hinteren Enden sich an der
ringförmigen vorderen Fläche des Abstützelements 152 abstützen.
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Man erkennt, daß das Abstützelement 152 die hintere Position des Kolbens 20
über die Absätze 154 und 156 und damit die Position des auf dem Kolben 20
gebildeten Ventilsitzes 140 bestimmt und gleichzeitig die hintere Position des
Tauchkolbens 32 über die axialen Verlängerungen 150 und das Ventilelement 138
und somit die Position des auf dem Tauchkolben 32 gebildeten Ventilsitzes 136.
Man versteht, daß der Leerweg des Servomotors durch das Maß zwischen dem
Absatz 154 des Abstützelements 152 und der ringförmigen vorderen Seite dieses
Abstützelements bestimmt ist. Dieses Maß kann sehr genau bestimmt werden,
damit in der Ruhestellung der auf dem Kolben 20 gebildete ringförmige Ventilsitz
140 in einer Ebene liegt, die knapp vor der Ebene liegt, die den auf dem
Tauchkolben 132 gebildeten ringförmigen Ventilsitz 136 enthält. Auf diese
Weise
kann der zur Erzielung der Isolierung der vorderen Kammer 16 von der
hinteren Kammer 18 nötige Weg der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32, also der
zum Schließen des Ventildurchgangs 138-140 nötige Weg, bis auf Werte von einem
Zehntel Millimeter vermindert werden.
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Man erkennt auch, daß aufgrund der Erfindung dieser Leerweg in vorteilhafter
Weise durch ein einziges Maß eines einzigen Bauelements bestimmt ist, anstatt
durch den Unterschied zwischen mehreren Maßen von verschiedenen
Bauteilelementen, wie im Stand der Technik. Die Veränderung des Leerweges von einem
Servomotor zu einem anderen aufgrund von Herstellungstoleranzen bei der
Serienherstellung ist damit auf ein Minimum vermindert.
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Man erkennt weiter, daß aufgrund der Erfindung in ebenfalls vorteilhafter
Weise in der Ruhestellung die relative Position des ersten Ventilsitzes 136 und
des zweiten Ventilsitzes 140 perfekt durch ein einziges Anschlagelement
bestimmt ist, nämlich durch das Abstützelement 152. Letzteres ist fest mit einem
Abschnitt des Gehäuses 10 des Servomotors verbunden, und seine Stellung
innerhalb des Servomotors muß nicht sehr genau bestimmt sein.
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Um den Arbeitsweg des Kolbens 20 nicht zu begrenzen, ist es ausreichend, das
Abstützelement 152 im Servomotor so weit wie möglich nach hinten zu schieben,
wobei jedoch verhindert werden muß, daß in der Ruhestellung der Kolben 20 mit
seiner Schürze 14 oder mit seiner Zwischenabdeckung 102 den hinteren Bereich
des Gehäuses 10 berührt. In diesem Falle besitzt nämlich das Abstützelement
152 nicht weiter die Funktion eines Anschlagelements für sowohl den Kolben 20
als auch für den Tauchkolben 32 und damit nicht mehr die Funktion des
Einstellens des Leerweges.
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In der zweiten Arbeitsphase des Servomotors tritt bei einer Fortsetzung der
Betätigung der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32 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 Ventilduchgänge 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 Betrieb geräuscharm
ist, da ein so vergrößerter Duchgangsquerschnitt der Luft ermöglicht, ohne die
Erzeugung von Ansauggeräuschen und anderem Zischen zu strömen. Es ist
selbstverständlich, 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
gewählt werden.
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Man erkennt, daß die gleiche Erscheinung einer Verminderung des
Betriebsgeräuschs 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.
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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. 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 eine größere Durchflußmenge ermöglicht, woraus sich
beim Lösen der Bremsen eine geräuscharme Arbeitsweise ergibt.
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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 das Arbeitsgeräusch des Servomotors sowohl bei einer Bremsung als auch bei
einem Lösen der Bremsen vermindert.
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Die Erfindung erlaubt auch, das Arbeitsgeräusch des Servomotors aufgrund von
Turbulenzen der im Servomotor strömenden Luft wesentlich zu vermindern. Man
hat gesehen, 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 gemäß 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,
mit einem extrem verminderten Leerweg und geräuscharm zu arbeiten. Die
Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die als Beispiel beschriebene
Ausführungsform beschränkt, sondern es können an ihr zählreiche 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.