DE69203025T2 - Pneumatischer Servomotor. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die pneumatischen Servomotoren und insbesondere die Servomotoren, die zum Bereitstellen einer Unterstützung zum Bremsen von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
• Servomotoren dieses Typs enthalten üblicherweise einen Kolben, der aus einem rohrförmigen hinteren Abschnitt und einer Schürze gebildet ist und mit Hilfe einer Abrollmembran eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer und eine hintere Kammer abgrenzt, die wahlweise mit der vorderen Kammer oder mit der Atmosphäre über ein Ventilmittel verbunden ist, das von einer Steuerstange betätigt ist, 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 aufweist, das durch einen Einsatz verstärkt 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 Ventilelements zwischen den beiden Enden der nachgiebigen rohrförmigen Membran angeordnet ist.
• Solche Servomotoren, wie sie zum Beispiel in dem Dokument EP-A-0 004 477 dargestellt sind, weisen trotz ihrer zufriedenstellenden Arbeitsweise einige Nachteile auf. Um einen übermäßig langen Leerweg der Steuerstange zu verhindern, ist man zum Beispiel gezwungen, das Ventilmittel so auszugestalten, daß der "Ventilweg" zwischen dem Ventilelement und dem zweiten Ventilsitz so gering wie möglich ist. Daraus ergibt sich bei der Bremsung, daß der der Atmosphärenluft zur hinteren Kammer angebotene Durchgang ebenso wie der für die Luft der hinteren Kammer zur vorderen Kammer bei einem Lösen der Bremsung angebotene Durchgang klein ist. Somit ist der Betrieb dieser Servomotoren mit Luftansaugegeräuschen verbunden, die störend werden können, zumal der Aufbau der Nabe des Kolbens, die einen einzigen radialen Durchgang zur hinteren Kammer und einen einzigen axialen Durchgang zur vorderen Kammer aufweist, außerdem in der sich bewegenden Luft starke Turbulenzen erzeugt. Solche Servomotoren weisen auch Vorrichtungen zum Einstellen des Sprungwertes des Servomotors auf, entweder um seine Veränderungen aufgrund von Herstellungstoleranzen bei einer Serienfertigung zu verringern oder um ihn auf einen bestimmten Wert einzustellen. Diese Einstellsysteme sind meistens sehr komplex, wobei es sich jedoch meistens um interne Systeme des Servomotors handelt. Die Einstellung des Sprungs muß daher vor dem Zusammenbau des Servomotors mittels komplizierter Verfahren durchgeführt werden, welche spezielle, schwierig zu handhabende Werkzeuge erfordern. Wenn außerdem gewünscht wird, den Sprungwert des Servomotors zu verändern, entweder weil er zu einer schlechten Regelung führt oder weil man wünscht, einen anderen Wert zu haben, ist es dann notwendig, den Servomotor zum Ausführen dieses Einstellens zu demontieren, was lange dauert, schwierig durchzuführen ist und ein weiterer Grund von Bearbeitungsfehlern sein kann.
• Die vorliegende Erfindung hat folglich einen Servomotor zum Ziel, dessen Leerweg so gering wie möglich ist, dessen Sprung nach dem abschließenden Zusammenbauen des Servomotors von außen auf jeden gewünschten Wert einstellbar ist und dessen Arbeitsweise geräuscharm ist.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Tauchkolben einen vorderen Abschnitt, einen bezüglich des vorderen Abschnittes translatorisch verstellbaren aktiven Abschnitt sowie einen auf den vorderen Abschnitt aufgeschraubten hinteren Abschnitt aufweist, wobei der aktive Abschnitt an dem hinteren Abschnitt anliegt und der erste Ventilsitz auf dem aktiven Abschnitt gebildet ist.
• Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden, nicht einschränkend gegebenen, sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In diesen Zeichnungen zeigen:
• - Figur 1 einen Querschnitt durch den mittleren Abschnitt eines bekannten pneumatischen Bremsunterstützungs-Servomotors, zum Beispiel aus dem oben genannten Dokument, und
• - Figur 2 einen Querschnitt durch den mittleren Abschnitt eines erfindungsgemäßen pneumatischen Bremsunterstützungs- Servomotors.
• In Figur 1 ist ein Teil eines Bremsunterstützungs-Servomotors dargestellt, der dafür vorgesehen ist, in herkömmlicher Weise zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeugs und dem den hydraulischen Fahrzeugbremskreis steuernden Hauptzylinder eingesetzt zu werden. Es ist Konvention, den zu dem Hauptzylinder gerichteten Teil des Servomotors mit vorne und den zum Bremspedal gerichteten Teil des Servomotors mit hinten zu bezeichnen.
• Der Servomotor von Figur 1 weist ein schalenförmiges Außengehäuse 10 auf, welches zu einer Achse X-X' rotationssymmetrisch ist. Von diesem Gehäuse 10 ist in Figur 1 nur der hintere Mittelabschnitt dargestellt.
• Im Inneren des von dem Gehäuse 10 abgegrenzten Raumes bestimmt eine nachgiebige Abrollmembran 12 aus einem Elastomer, die in ihrem Mittelabschnitt durch eine metallische Trägerscheibe 14 verstärkt ist, die auch Schürze genannt wird, eine vordere Kammer 16 und eine hintere Kammer 18. Der (nicht dargestellte) Außenumfangsrand der Membran 12 ist in dichter Weise an dem Außengehäuse 10 befestigt. Der Innenumfangsrand dieser Membran endet in einem Wulst, der in dichter Weise in einer auf der Außenumfangsfläche eines entlang der Achse X-X' des Servomotors angeordneten Bremsunterstützungs-Hohlkolbens 20 ausgebildeten ringförmigen Nut aufgenommen ist. Der Hohlkolben 20 setzt sich nach hinten in Form eines rohrförmigen Abschnittes 22 fort, der in dichter Weise die hintere Wand des Gehäuses 10 durchquert. Die Dichtigkeit dieser Durchquerung ist von einer verstärkten ringförmigen Dichtung 24 gewährleistet, die von einem Ring 26 in einem rohrförmigen Mittelabschnitt befestigt ist, welcher die hintere Wand des Gehäuses 10 nach hinten verlängert.
• Eine zwischen den Kolben 20 und die (nicht dargestellte) vordere Wand des Außengehäuses 10 eingesetzte Druckfeder 28 hält normalerweise den Kolben 20 und die Schürze 14 in der in der Figur 1 dargestellten hinteren Ruhestellung, in welcher die hintere Kammer 18 ihr minimales Volumen und die vordere Kammer 16 ihr maximales Volumen aufweisen.
• In seinem zwischen dem ringförmigen hinteren Abschnitt 22 und dem vorderen Abschnitt, an welchem die Membran 12 und die Schürze 14 befestigt sind, gelegenen Mittelabschnitt weist der Kolben 20 eine Bohrung 30 auf, in welcher in gleitender Weise ein Tauchkolben 32 aufgenommen ist, der ebenfalls zu Achse X-X' rotationssymmetrisch ist. Das vordere Ende einer Steuerstange 34 des Servomotors, die ebenfalls entlang der Achse X-X' angeordnet ist, ist nach Art eines Kugelgelenkes in dem Tauchkolben 32 angebracht. Das (nicht dargestellte) hintere Ende dieser Stange 34, welches aus dem rohrförmigen Abschnitt 22 des Kolbens 20 hervorsteht, wird direkt von dem (nicht dargestellten) Fahrzeugbremspedal gesteuert.
• Der zwischen der Steuerstange 34 und dem rohrförmigen Abschnitt 22 des Kolbens 20 abgegrenzte ringförmige Raum 36 mündet im hinteren Bereich des Servomotors an der Atmosphäre, zum Beispiel mittels eines Luftfilters. Dieser ringförmige Raum kann nach vorne mit der vorderen Kammer 18 über einen in dem Mittelabschnitt des Kolbens gebildeten radialen Durchgang 38 in Verbindung stehen, wenn von dem Tauchkolben 32 gesteuerte Unterstützungsmittel betätigt sind.
• Die Unterstützungsmittel enthalten in herkömmlicher Weise ein Dreiwegeventil, welches ein in dem rohrförmigen Abschnitt des Kolbens angebrachtes ringförmiges Ventilelement 40 sowie zwei ringförmige Ventilsitze 20a und 32a enthält, die auf dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 bzw. auf dem Tauchkolben 32 ausgebildet sind.
• Das Ventilelement 40 bildet das vordere Ende mit dem kleinsten Durchmesser einer nachgiebigen Membran aus einem Elastomer, deren hinteres Ende in einem in dichter Weise in dem Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des Kolbens 20 angebrachten Wulst endet. Dieser Wulst wird an seinem Ort durch eine metallische Kapsel 42 gehalten, an welcher sich eine Druckfeder 44 abstützt, die das Ventilelement 40 nach vorne zu verstellen sucht.
• Der ringförmige Ventilsitz 32a ist auf der hinteren Endfläche des Tauchkolbens 32 ausgebildet. In vergleichbarer Weise ist der ringförmige Ventilsitz 20a auf der hinteren Endfläche des Mittelabschnittes des Kolbens 20 um den Sitz 32a herum gebildet. Abhängig von der Stellung des Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens 20 ermöglicht diese Anordnung dem Ventilelement 40, unter der Wirkung der Feder 44 in dichter Weise konstant an wenigstens einem der Ventilsitze 32a und 20a anzuliegen.
• In dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 ist ungefähr parallel zu seiner Achse X-X' ein zweiter Durchgang 46 gebildet, um die vordere Kammer 16 des Servomotors mit einer im Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des Kolbens um das Ventilelement 40 herum gebildeten, ringförmigen Kammer 48 zu verbinden. Wenn der Tauchkolben 32 seine in Figur 1 dargestellte hintere Ruhestellung einnimmt, in welcher das Ventilelement 40 in dichter Weise an dem Sitz 32a des Tauchkolbens 32 anliegt und von dem Sitz 20a des Kolbens 20 entfernt ist, sind die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors über den Durchgang 46, die ringförmige Kammer 48 und den Durchgang 38 miteinander verbunden.
• In ebenfalls herkömmlicher Weise begrenzt wenigstens ein in den Mittelabschnitt des Kolbens 20 angebrachtes Anschlagorgan 50 den axialen Weg des Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens. Der Tauchkolben 32 wird normalerweise in seiner von dem Organ 50 bestimmten hinteren Ruhestellung von einer Druckfeder 52 gehalten, die zwischen die Kapsel 42 und eine Scheibe 54 eingesetzt ist, die wiederum an einem auf der Steuerstange 34 gebildeten Absatz anliegt.
• In seinem Mittelabschnitt weist der Kolben 20 eine ringförmige Vorderseite 20b auf, in deren Mitte die Bohrung 30 mündet. Diese ringförmige Vorderseite 20b des Kolbens 20 wirkt auf eine Hinterseite 56a einer Schubstange 56 über eine Reaktionsscheibe 58 aus einem verformbaren Material ein, zum Beispiel aus einem Elastomer. Genauer gesagt sind die Schubstange 56 und die Reaktionsscheibe 58 entlang der Achse X-X' des Servomotors in der Verlängerung der Steuerstange 34 und des Tauchkolbens 32 angeordnet. Die hintere Fläche 56a der Schubstange 56 ist als scheibenförmige Platte 56b geformt, welche das hintere Ende der Stange 56 bildet. Die Platte 56b sowie die Reaktionsscheibe 58 sind in einer Kappe 60 eingeschlossen, die zur Achse X-X' des Servomotors zentrisch ist und mit einer ringförmigen Nut zusammenwirkt, die auf dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 um die ringförmige Vorderseite 20b des Kolbens gebildet ist.
• Die Arbeitsweise dieses bekannten Servomotors ist eine herkömmliche und kann zusammenfassend in der folgenden Weise beschrieben werden.
• Wenn der Servomotor in einem Fahrzeug eingebaut ist, steht die vordere Kammer 16 permanent mit einer Unterdruckquelle in Verbindung.
• Wenn das Bremspedal von dem Fahrer gedrückt wird, wird zuerst die Vorspannkraft der Feder 52, vermindert um die Vorspannkraft der Feder 44, überwunden. Im Verlauf dieser geringfügigen 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 es den Sitz 20a des Kolbens berührt; nun sind die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors voneinander isoliert.
• In dieser ersten Phase der Betätigung des Servomotors erzeugt die auf die Steuerstange 34 ausgeübte Kraft keine Kraft auf die Schubstange 56 am Ausgang des Servomotors.
• In einer zweiten Phase der Betätigung der Bremsen hat sich der Tauchkolben 32 ausreichend nach vorne verstellt, damit das Ventilelement 40 den Ventilsitz 20a des Kolbens in dichter Weise berührt und beginnt, sich von dem Sitz 32a des Tauchkolbens zu entfernen. In diesem Zustand ist die hintere Kammer 18 des Servomotors von der vorderen Kammer 16 isoliert, und sie wird mit der Atmosphäre verbunden. Somit wird eine Unterstützungskraft erzeugt, welche den Kolben 20 nach vorne zu verstellen sucht. Diese Verstellung wird von der Reaktionsscheibe 58 zur Schubstange 56 übertragen.
• Im Verlauf dieser zweiten Phase der Betätigung der Bremsen verformt die von dem Kolben 20 ausgeübte Unterstützungskraft die Reaktionsscheibe 58 nicht ausreichend, damit diese den sie ursprünglich vom Tauchkolben 32 trennenden Raum vollständig ausfüllt. Folglich erhöht sich die von der Schubstange 56 zum Hauptzylinder übertragene Ausgangskraft abrupt, während die auf die Steuerstange 34 ausgeübte Kraft unverändert bleibt.
• Diese abrupte Erhöhung der Ausgangskraft entspricht dem sogenannten Sprung des Servomotors, also der Schwelle, jenseits der die in dem Servomotor erzeugte und von dem Kolben 20 auf die Reaktionsscheibe 58 übertragene Unterstützungskraft ausreichend ist, damit die vordere Seite 32b des Tauchkolbens mit der Reaktionsscheibe 58 in Berührung tritt.
• In herkömmlicher Weise, wie in Figur 1 dargestellt, wird der Wert des Sprungs mittels des Anschlagorganes 50 eingestellt, welches die hintere Ruhestellung des Tauchkolbens 32 bezüglich des Kolbens 20 und somit in der Ruhestellung den Abstand zwischen der Vorderseite 32b des Tauchkolbens und der Hinterseite 58a der Reaktionsscheibe bestimmt. Man sieht, daß dann, wenn der Sprung des Servomotors nicht den gewünschten Wert aufweist, eine komplette Demontage des Servomotors notwendig ist, um dieses Anschlagorgan oder den Tauchkolben oder diese beiden Elemente auszutauschen.
• Im weiteren Verlauf des Arbeitens des Servomotors saugt nun die hintere Kammer 18, die vorher mit der Kammer 16 in Verbindung stand und sich somit auf einem verminderten Druck befindet, über den Ventildurchgang mit geringem Querschnitt zwischen dem Ventilelement 40 und dem Tauchkolbensitz 32a die unter Atmosphärendruck stehende Luft an. Daraus ergibt sich eine starke Behinderung des Durchganges in der Luft und somit ein geräuschvoller Betrieb. Zusätzlich muß die zum Beispiel aus der oberen Hälfte von Figur 1 stammende Luft, um in den Durchgang 38 einzutreten, um die Steuerstange 34 und den Tauchkolben 32 herum strömen, um zum radialen Durchgang 38 zu gelangen, weshalb sich zu den Zischgeräuschen aufgrund des Durchquerens des Zwischenraumes zwischen dem Ventilelement 40 und dem Tauchkolbensitz 32a ein turbulentes und geräuschvolles Strömen der Luft hinzuaddiert.
• Die gleichen Erscheinungen ergeben sich bei einem Lösen der Bremse, wenn die unter einem höheren Druck stehende Luft von der hinteren Kammer 18 über den radialen Durchgang 38, den Zwischenraum zwischen dem Ventilelement 40 und dem Kolbensitz 20a, die ringförmige Kammer 48 um das Ventilelement 40 sowie den axialen Durchgang 46 zur vorderen Kammer 16 strömt. Diese Erscheinungen werden hier nicht ausführlich beschrieben.
• Man sieht, daß es sehr wünschenswert ist, einen Servomotor zu schaffen, bei welchem der Wert des Sprungs in einfacher Weise ohne eine Demontage des Servomotors und somit von außen eingestellt werden kann und dessen Arbeitsweise geräuscharm ist.
• Dieses Ziel wird mittels der Erfindung erreicht, von der ein Ausführungsbeispiel in Figur 2 dargestellt ist, in welcher zu Elementen von Figur 1 identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen.
• Man sieht in Figur 2, daß zum Erreichen dieses Zieles der Kolben und der Tauchkolben wesentlich verändert wurden. Der Kolben ist mehrteilig und weist einen rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 sowie einen zur Achse X-X' rotationssymmetrischen vorderen Abschnitt auf, der eine Zwischenabdeckung 102 des Kolbens mit in allgemeiner Weise annähernd Kegelstumpfform bildet. An dem vorderen Ende mit dem größten Durchmesser der Abdeckung 102 ist die Schürze 14 befestigt, zum Beispiel durch Einpressen, an deren Außenumfangsrand die Abrollmembran 12 befestigt ist, zum Beispiel mittels in der Nähe des Randes der Schürze 14 ausgebildeten Öffnungen 104, um das Verankern des Materials der Membran 12 zu verbessern. Der Innenumfangsrand der Schürze 14 ist in Richtung zur Achse X-X' umgebogen, um einen Absatz 106 zu bilden, der mit einem Absatz 108 zusammenwirkt, der auf einer Buchse 110 gebildet ist, die eine ringförmige Vorderseite 20b aufweist, die dazu vorgesehen ist, mit der Reaktionsscheibe 58 wie unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben zusammenzuwirken.
• Zwischen der Schürze 14 und dem Ende mit dem größten Durchmesser der Abdeckung 102 ist in dichter Weise ein Wulst 112 aufgenommen, der das vordere Ende einer nachgiebigen rohrförmigen Membran 114 bildet, deren hinteres Ende einen Wulst 116 bildet, der in dichter Weise in dem Kolben 20 im Bereich der Befestigung des hinteren rohrförmigen Abschnittes 22 an der Zwischenabdeckung 102 gehalten ist, zum Beispiel mittels eines zylindrischen Metallrings 117.
• Ein Mittelabschnitt der nachgiebigen rohrförmigen Membran 114 ist auf der Hinterseite mit einem ringförmigen Einsatz 118 versehen, so daß diese in einer zur Achse X-X' senkrechten Ebene verstärkt ist. Die Membran 114 und der Einsatz 118 weisen Öffnungen 120 bzw. 122 auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
• Man sieht, daß der von dem Einsatz 118 verstärkte Abschnitt 114 der Membran sich axial in dem zwischen der Hinterseite der Schürze 14 und der Vorderseite 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 die Verlängerung des rohrförmigen hinteren Abschnittes 22 des Kolbens nach vorne ist.
• Der Tauchkolben 32 ist mit einem hinteren Abschnitt 124 gebildet, der in der Bohrung 30 des rohrförmigen Abschnittes 22 gleitet, und mit einem vorderen Abschnitt 126, der im Inneren der Buchse 110 gleitet und mit der Reaktionsscheibe 58 zusammenwirkt. Diese beiden Abschnitte sind durch Verschrauben der beiden Teile miteinander verbunden. Auf dem vorderen Abschnitt 126 gleitet in dichter Weise ein dritter Abschnitt 128 des Tauchkolbens. Dieser dritte Abschnitt 128 oder aktive Abschnitt des Tauchkolbens weist einen zylindrischen Abschnitt 129 mit einem Innendurchmesser auf, der gleich dem Außendurchmesser des vorderen Abschnittes 126 des Tauchkolbens 32 und dafür ausgelegt ist, auf diesem in dichter Weise zu gleiten. Dieser Abschnitt 129 ist an seinem vorderen Ende mittels eines Abschnittes verlängert, der sich radial nach außen erstreckt, um einen ringförmigen Abschnitt 130 zu bilden, und der sich dann von dem Außenumfangsrand dieses Abschnittes axial nach vorne in das Innere des rohrförmigen Abschnittes 22 erstreckt, um einen zylindrischen Abschnitt 132 zu bilden, der sich um die Buchse 110 herum erstreckt und in das ringförmige Volumen 123 eindringt. Das vordere Ende des zylindrischen Abschnittes 132 wiederum ist radial nach außen von einem ringförmigen Abschnitt 134 verlängert, der in dem ringförmigen Volumen 123 vor dem von dem Einsatz 118 verstärkten Abschnitt 114 liegt und dessen Außendurchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser des Einsatzes 118 ist. Der ringförmige Abschnitt 134 bildet einen ersten Ventilsitz zusammen mit der Membran 114, die durch den Einsatz 118 verstärkt ist und selbst ein Ventilelement 138 bildet. Der Ventilsitz ist vorteilhafterweise durch eine Verdickung 136 gebildet, die zum Beispiel auf dem Außenumfangsrand des ringförmigen Abschnittes 134 geformt und nach hinten gerichtet ist, oder alternativ, wie dargestellt, durch eine auf der vorderen Fläche der Membran 114 gebildete Verdickung.
• Auf der Hinterseite der Schürze 14 ist entlang einem Kreis mit einem geringfügig kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Einsatzes 118 ein zweiter Ventilsitz 140 gebildet. Der Ventilsitz 140 könnte vorteilhafterweise auf einem konvexen Abschnitt der Hinterseite der Schürze 14 so gebildet sein, daß der entsprechende konkave Abschnitt der Vorderseite der Schürze 14 eine Aufnahme für die Druckfeder 28 bildet. Wie oben kann der Ventilsitz 140 durch eine auf der Hinterseite der Schürze 14 ausgebildete Verdickung, oder, wie dargestellt, durch eine auf der vorderen Fläche der Membran 114 ausgebildete Verdickung gebildet sein.
• In der Schürze 14 sind Öffnungen 142 ausgebildet, um die vordere Kammer 16 mit dem vor dem Ventilelement 138 gelegenen Abschnitt des ringförmigen Volumens 123 zu verbinden. In der Zwischenabdeckung sind ebenfalls 102 Öffnungen 144 ausgebildet, um die hintere Kammer 18 mit dem hinter dem Ventilelement 138 gelegenen Abschnitt des ringförmigen Volumens 123 zu verbinden. Schließlich sind in dem hinteren Abschnitt 124 des Tauchkolbens 32 Öffnungen 146 ausgebildet, um den ringförmigen Raum 36 hinter dem Tauchkolben 32, in welchem Atmosphärendruck herrscht, über den ringförmigen Raum 148 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 132 des Tauchkolbens und dem ringförmigen Abschnitt 22 des Kolbens mit dem ringförmigen Volumen 123 zu verbinden. Vorteilhafterweise kann, wie dargestellt, im Bereich der Öffnungen 146 ein Luftfilter 149 vorgesehen sein, um den Eintritt von Verunreinigungen in den Servomotor zu verhindern.
• Der Kolben 20 wird in seiner hinteren Ruhestellung von einer Feder 28 gehalten, die auf die Vorderseite der Schürze 14 einwirkt. Daher liegt der Kolben an der Membran 114 in ihrem durch den Einsatz 118 verstärkten Abschnitt an, der wiederum an der Vorderseite des hinteren Abschnittes des Gehäuses 10 anliegt. Der zweite Ventildurchgang 138-140 zwischen dem Ventilsitz 140 des Kolbens 20 und dem Ventilelement 138 ist geschlossen.
• Der Tauchkolben 32 und die Steuerstange 34 werden in ihrer hinteren Ruhestellung von einer Rückstellfeder 150 gehalten, die sich zum einen an der Hinterseite des den Absatz 106 bildenden Abschnittes der Schürze 14 und zum anderen an der Vorderseite des ringförmigen Abschnittes 130 des dritten Abschnittes 128 des Tauchkolbens 32 abstützt. In dieser Stellung liegt der Tauchkolben 32 mittels des den ersten Ventilsitz bildenden ringförmigen Abschnittes 134 an der Membran 114 in dem durch den Einsatz 118 verstärkten Abschnitt an, der wiederum an der Vorderseite des hinteren Abschnittes des Gehäuses 10, wie oben gesehen, anliegt. Der erstere Ventildurchgang 136-138 zwischen dem Ventilsitz 136 des Tauchkolbens 32 und dem Ventilelement 138 ist selbst dann auch geschlossen.
• Andererseits ist das Ventilelement 138 nach vorne von einer Ventilelementfeder 154 beaufschlagt, die sich zum einen an der Hinterseite der durch den Einsatz verstärkten, das Ventilelement 138 bildenden Membran 114 und zum anderen an der Vorderseite des Wulstes 116 der Membran 114 oder, wie dargestellt, an dem Wulst des zylindrischen Rings 117 abstützt.
• Der Tauchkolben 32 enthält schließlich eine Feder 156, die zwischen der Hinterseite eines auf dem vorderen Abschnitt 126 des Tauchkolbens 32 gebildeten Absatz 158 und der Vorderseite des ringförmigen Abschnittes 130 des dritten Abschnittes 128 des Tauchkolbens 32 so angeordnet ist, daß der dritte Abschnitt 128 so beaufschlagt ist, daß er sich von dem vorderen Abschnitt 126 entfernt und an dem hinteren Abschnitt 124 anliegt.
• Man sieht, daß somit erfindungsgemäß ein Servomotor ausgebildet ist, welcher einen mehrteiligen beweglichen Kolben enthält, der aus der mit der Abrollmembran 12 versehenen Schürze 14 besteht, die fest mit der Zwischenabdeckung 102 verbunden ist, die wiederum mittels des rohrförmigen hinteren Abschnittes 22 nach hinten verlängert ist, wobei dies bewegliche Kolben in der Lage ist, über die Reaktionsscheibe 58 auf die Schubstange 56 mittels der ringförmigen Vorderseite 20b der Buchse 110 einzuwirken, wobei letztere auch als Führungselement für den Tauchkolben 32 dient.
• Die Ventilmittel sind durch das Ventilelement 138 gebildet, das auf einem Mittelabschnitt einer mit ihren Enden an dem mehrteiligen beweglichen Kolben befestigten, rohrförmigen Membran gebildet ist und mit einem Ventilsitz 136 des Tauchkolbens und einem Ventilsitz 140 des mehrteiligen beweglichen Kolbens zusammenwirkt.
• Die Arbeitsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Servomotors ergibt sich in einfacher Weise aus den vorangegangenen Erläuterungen. Wenn sich der Servomotor in der in der in Fig. 2 dargestellten Ruhestellung befindet, steht die vordere Kammer 16 mit einer Unterdruckquelle in Verbindung, und sie ist von der hinteren Kammer 18 durch die Ventildurchgänge 140-138 und 136-140 isoliert, die beide, wie oben dargestellt, geschlossen sind. 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 an dem Ventilsitz 140 des Kolbens 20, während der Ventilsitz 136 beginnt, sich von dem Ventilelement 138 zu entfernen. Damit wird sofort unter Atmosphärendruck stehende Luft, eventuell über den Luftfilter 149, durch die Öffnungen 146 in dem hinteren Abschnitt des Tauchkolbens 32, den ringförmigen Raum 148 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 132 des Tauchkolbens 32 und den ringförmigen Abschnitt 22 des Kolbens, den Ventildurchgang 136-138, die in der Membran 114 und dem Einsatz 118 ausgebildeten Öffnungen 120 bzw. 122 sowie schließlich durch die Öffnungen 144 in der Zwischenabdeckung 102 in den hinteren Raum eingebracht.
• Man sieht, daß auf diese Weise in Übereinstimmung mit einem Ziel der Erfindung ein Servomotor ausgebildet ist, dessen Leerweg so weit wie möglich vermindert ist, da der zum Isolieren der vorderen von der hinteren Kammer notwendige Betriebsschritt vollständig vermieden ist. Der einzige Leerweg des Servomotors der Erfindung ist in der zur Gewährleistung der Dichtigkeit des ersten Ventilsitzes 136 notwendigen Elastizität begründet; dieser Leerweg kann jedoch vernachlässigt werden.
• Man sieht außerdem, daß aufgrund der Erfindung die Luft in die hintere Kammer 18 durch den Ventildurchgang 136-138 eindringt, der im Vergleich zu einem herkömmlichen Servomotor, wie er unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben ist, einen mehrfach größeren Durchmesser hat. Auf diese Weise konnten Ventildurchgänge 136-138 mit einem fünffachen Durchmesser eines herkömmlichen Ventildurchgangs gebildet werden.
• Daraus ergibt sich in diesem Beispiel, daß der Querschnitt des der Luft angebotenen Durchganges sich ebenfalls mit fünf multipliziert, weshalb sich auch der Luftdurchsatz zur hinteren Kammer mit fünf multipliziert. Man erhält somit einen Servomotor, dessen Betätigung geräuscharm ist, da es ein so vergrößerter Durchgangsquerschnitt der Luft ermöglicht, ohne die Erzeugung von Ansauggeräuschen und anderen Zischgeräuschen zu strömen. Es ist selbstverständlich, daß der Wert fünf nicht entscheidend ist, sondern ausschließlich als Beispiel gewählt wurde.
• In Abhängigkeit von dem gewünschten Ergebnis kann jeder andere Vergrößerungsfaktor für den Ventildurchgang im Vergleich zu einem herkömmlichen Servomotor gewählt werden.
• Wie oben zu sehen war, ergibt sich der Sprung des Servomotors in dieser Betriebsphase des Servomotors, wobei die in die hintere Kammer des Servomotors eingebrachte Luft eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolbens ergibt, welche eine Unterstützungskraft erzeugt, die den Kolben 20 nach vorne zu verstellen sucht, wobei diese Kraft zur Schubstange 56 durch den auf die Buchse 110 einwirkenden Absatz 106 der Schürze 14 übertragen wird, wobei die Buchse 110 wiederum auf die Reaktionsscheibe 58 einwirkt. Daraus ergibt sich eine abrupte Erhöhung der von der Schubstange 56 ausgeübten Kraft, bis die Reaktionsscheibe 58 ausreichend verformt ist, um den ursprünglich ihre Hinterseite von der Vorderseite des Tauchkolbens 32 trennenden Platz auszufüllen.
• Somit ist der Wert des Sprungs des Servomotors durch den axialen Abstand zwischen der Vorderseite des Tauchkolbens und der Hinterseite der Reaktionsscheibe in der Ruhestellung bestimmt. Aufgrund der Erfindung kann dieser Wert in einfacher Weise bei zusammengebautem Servomotor auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden. Wie man gesehen hat, besteht nämlich der Tauchkolben 32 aus dem hinteren Abschnitt 124, der auf den vorderen Abschnitt 126 aufgeschraubt ist, wobei sich eine Feder 156 an einem Absatz des vorderen Teiles abstützt, um den aktiven Abschnitt 128, an welchem der erste Ventilsitz 136 gebildet ist, in Anlage an den zweiten Abschnitt 124 zu beaufschlagen. Man begreift, daß bei vollständig zusammengebautem Servomotor, wie er in Figur 2 dargestellt ist, eine Drehung des hinteren Abschnittes 124 relativ zum vorderen Abschnitt 136, zum Beispiel indem einer der Abschnitte festgehalten wird, während der andere mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges um die Achse X-X' des anderen Abschnittes eine Drehung ausführt, sich in einer Translationsverstellung des vorderen Abschnittes 126 bezüglich des dritten Abschnittes 128 auswirkt. Auf diese Weise verändert man das Maß oder den axialen Abstand zwischen der Vorderseite des Tauchkolbens 32 und dem ersten Ventilsitz 136. Wenn sich der Tauchkolben in der Ruhestellung in Anlage an dem Ventilelement 138 befindet, an welchem auch die Schürze 14 des Kolbens 20 anliegt, um den zweiten Ventilsitz 140 des Kolbens zu bilden, und da die Schürze 14 den von dem Absatz 108 der Buchse 110, deren ringförmige Vorderseite die Reaktionsscheibe 58 berührt, getragenen Absatz 106 enthält, verändert somit die Drehung des hinteren Abschnittes 124 relativ zum vorderen Abschnitt 126 den Abstand zwischen der Vorderseite des Tauchkolbens 32 und der Hinterseite der Reaktionsscheibe 58.
• Der Wert des Sprungs des erfindungsgemäßen Servomotors kann somit in einfacher Weise mit jedem geeigneten Verfahren von außen eingestellt werden. Man kann zum Beispiel auf die Schubstange 56 eine dem gewünschten Sprung des Servomotors entsprechende Kraft aufbringen, was eine Verformung der Reaktionsscheibe 58 bewirkt.
• Es ist dann ausreichend, den vorderen Abschnitt 126 des Tauchkolbens in den hinteren Abschnitt 124 einzuschrauben, um die Vorderseite 32b des Tauchkolbens 32 so weit nach vorne zu verstellen, bis sie den Bereich der verformten hinteren Fläche 58b der Reaktionsscheibe berührt, wobei diese Berührung in beliebiger Weise festgestellt werden kann, zum Beispiel mittels eines auf der Steuerstange 34 angeordneten Dehnmeßstreifens. Wird dann die auf die Schubstange 56 aufgebrachte Kraft vermindert, hat man einen Servomotor, bei dem der Wert des Sprungs auf den gewünschten Wert eingestellt ist. Man könnte den Servomotor auch durch Betätigung seiner Steuerstange 34 arbeiten lassen. Kraft-Meßwertaufnehmer auf der Steuerstange 34 und der Schubstange 56 würden dann ermöglichen, ein Diagramm der Ausgangskraft in Abhängigkeit von der Eingangskraft auf zunehmen und danach den Sprung des Servomotors auf den gewünschten Wert einzustellen.
• Somit ist erfindungsgemäß ein Servomotor geschaffen, bei welchem der Wert des Sprungs auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann und dieses von außerhalb des Servomotors, ohne daß er demontiert werden muß. Dieser Servomotor weist einen extrem verminderten Leerweg auf und arbeitet geräuschlos.
• Man sieht, daß die Erscheinung der Geräuschverminderung beim Betrieb des Servomotors sich auch bei einem Lösen der Bremsen ergibt. Wenn sich die auf die Steuerstange aufgebrachte Kraft vermindert, stellt diese sich nämlich nach hinten zurück, und sie nimmt bei ihrer Bewegung den Tauchkolben 32 mit. Dadurch berührt der Ventilsitz 136 des Tauchkolbens 32 wieder das Ventilelement 138, während der Ventilsitz 140 weiterhin das Ventilelement 138 berührt. Wenn sich der Tauchkolben 32 weiter zurückstellt, hebt der Ventilsitz 136 des Tauchkolbens dann das Ventilelement 138 von dem Ventilsitz 140 ab. Die in der hinteren Kammer 18 enthaltene Luft wird dann von der vorderen Kammer durch die Öffnungen 144 in der Zwischenabdeckung 102, die Öffnungen 122 und 120 in der Membran 114 bzw. dem Einsatz 118, den Ventildurchgang 138-140 und schließlich die Öffnungen 142 in der Schürze 14 angesaugt. Man sieht, daß auch hier die Luft durch den Ventildurchgang 138-140 strömt, der einen im Vergleich zu herkömmlichen Ventildurchgängen deutlich größeren Durchmesser und somit eine größere Fläche aufweist, die einen größeren Durchsatz ermöglicht, wodurch sich auch beim Lösen der Bremse ein geräuscharmer Betrieb ergibt.
• Die Erfindung ermöglicht auch, das Arbeitsgeräusch des Servomotors in einem wesentlichen Ausmaß zu vermindern. Man hat gesehen, daß bei einer Bremsung die Luft durch die Öffnungen 146, den ringförmigen Raum 148, den Ventildurchgang 136-138 und die Öffnungen 120, 122 und 124 sowie bei einem Lösen der Bremsen durch die Öffnungen 144, 122 und 120, den Ventildurchgang 138-140 und die Öffnungen 142 strömt. Die spezielle Gestaltung des Servomotors gemäß der Erfindung ermöglicht, eine gleiche Anzahl von Öffnungen 142, 120, 122, 144 und 146 vorzusehen, die um die Achse X-X' gleichmäßig so verteilt sind, daß sich ihre Mittelpunkte in derselben Ebene befinden, wie in Figur 2 dargestellt. Auf diese Weise weist die bei einer Betätigung des Servomotors der vorliegenden Erfindung in Bewegung gesetzte Luftmasse eine Geschwindigkeit auf, deren Komponenten nur in einer Ebene enthalten sind, zum Beispiel in der von Figur 2. Mit anderen Worten, die Bewegung der Luft im Servomotor ist in allen Betriebsfällen absolut symmetrisch zur Achse X-X', was bedeutet, daß alle Turbulenzen sowie die daraus resultierenden Geräusche vermieden sind.
• Man sieht, daß erfindungsgemäß ein pneumatischer Servomotor geschaffen ist, bei welchem die spezielle Anordnung der Ventilmittel und des Tauchkolbens eine einfache Einstellung des Wertes des Sprungs bei vollständig zusammengebautem Servomotor durch einen Eingriff von außen möglich ist, wobei der Servomotor ferner einen extrem verminderten Leerweg und einen geräuscharmen Betrieb aufweist. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beispielhaft beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es können an ihr zahlreiche, sich dem Fachmann ergebende Veränderungen ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Abrollmembran und die nachgiebige rohrförmige Membran, an welcher das Ventilelement ausgebildet ist, einteilig ausgebildet sein. Die Erfindung kann auch auf Tandem-Servomotoren oder auf Servomotoren mit einer zusätzlichen Kammer angewendet werden.

Claims (11)

1. Pneumatischer Bremsunterstützungs-Servomotor mit einem Gehäuse (10), in dessen Inneren sich ein Kolben (22, 14, 102) befindet, der aus einem rohrförmigen hinteren Abschnitt (22) gebildet ist, der eine Schürze (14) trägt und mit Hilfe einer Abrollmembran (12) eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer (16) und eine hintere Kammer (18) abgrenzt, die wahlweise mit der vorderen Kammer (16) oder mit der Atmosphäre über ein Ventilmittel (136, 138, 140) verbunden ist, das von einer Steuerstange (34) betätigt ist, die in der Lage ist, sich über die vordere Seite (32b) eines Tauchkolbens (32) an der hinteren Seite (58a) einer fest mit einer Schubstange (56) verbundenen Reaktionsscheibe (58) abzustützen, wobei zwischen der Schürze (14) des Kolbens und dem Tauchkolben (32) eine Rückstellfeder (150) für die Steuerstange (34) angeordnet ist, wobei das Ventilmittel (136, 138, 140) ein Ventilelement (138) aufweist, das durch einen Einsatz (118) verstärkt ist und über einen aktiven Abschnitt mit einem auf dem Tauchkolben (32) gebildeten ersten Ventilsitz (136) und mit einem auf dem Kolben (14) gebildeten zweiten Ventilsitz (140) zusammenzuwirken, wobei das Ventilelement (138) aus einer nachgiebigen rohrförmigen Membran (114) gebildet ist, wobei der aktive Abschnitt des Ventilelements (138) zwischen den beiden Enden (112, 116) der nachgiebigen rohrförmigen Membran (114) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (32) einen vorderen Abschnitt (126), einen bezüglich des vorderen Abschnitts (126) translatorisch verstellbaren aktiven Abschnitt (128) sowie einen auf den vorderen Abschnitt (126) aufgeschraubten hinteren Abschnitt (124) aufweist, daß der aktive Abschnitt (128) an dem hinteren Abschnitt (124) anliegt und daß der erste Ventilsitz (136) auf dem aktiven Abschnitt (128) gebildet ist.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Abschnitt (128) in dichter Weise auf dem vorderen Abschnitt (126) gleitet, wobei zwischen dem vorderen Abschnitt (126) und dem aktiven Abschnitt (128) des Tauchkolbens (32) eine Feder (156) angeordnet ist.

3. Servomotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (126) die vordere Seite (32b) des Tauchkolbens (32) enthält, die in der Lage ist, sich an der hinteren Seite (58a) der Reaktionsscheibe (58) abzustützen.

4. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (22, 14, 102) außerdem eine Kolben-Zwischenabdeckung (102) aufweist, die zusammen mit der Schürze (14) des Kolbens ein ringförmiges Volumen (123) bestimmt, und daß der erste Ventilsitz (136) und der zweite Ventilsitz (140) sowie das Ventilelement (138) in dem ringförmigen Volumen (123) angeordnet sind, wobei der zweite Ventilsitz (140) auf der Schürze (14) des Kolbens gebildet ist.

5. Servomotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schürze (14) Öffnungen (142) ausgebildet sind, um die vordere Kammer (16) mit dem ringförmigen Volumen (123) zu verbinden, und daß in der Zwischenabdeckung (102) Öffnungen (144) ausgebildet sind, um die Kammer (18) mit dem ringförmigen Volumen (123) zu verbinden.

6. Servomotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (138) Öffnungen (120) aufweist, die in seinem aktiven Abschnitt zwischen dem ersten Ventilsitz (136) und dem zweiten Ventilsitz (140) angeordnet sind und die Verbindung zwischen der vorderen Kammer (16) und der hinteren Kammer (18) ermöglichen.

7. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tauchkolben (32) Öffnungen (146) ausgebildet sind, um das ringförmige Volumen (123) mit der Atmosphäre zu verbinden.

8. Servomotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Tauchkolben (32), dem Ventilelement (138), der Schürze (14) sowie der Abdeckung (102) ausgebildeten Öffnungen (146, 120, 142, 144) regelmäßig um die Symmetrieachse des Servomotors verteilt, von gleicher Anzahl und mit ihren Mittelpunkten in derselben Ebene angeordnet sind.

9. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (150) der Steuerstange (34) zwischen der Schürze (14) des Kolbens und dem aktiven Abschnitt (128) des Tauchkolbens (32) angeordnet ist.

10. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilelementfeder (154) den aktiven Abschnitt des Ventilelements (138) nach vorne beaufschlagt, wobei diese Ventilelementfeder (154) konzentrisch zur Rückstellfeder (150) der Steuerstange (34) ist und einen größeren Durchmesser aufweist.

11. Verfahren zum Einstellen des Sprungwertes eines Servomotors gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte enthält:

- man bringt auf die Schubstange (56) eine dem gewünschten Sprungwert des Servomotors entsprechende Kraft auf,

- man schraubt den vorderen Abschnitt (126) des Tauchkolbens (32) in den hinteren Abschnitt (124) ein, um die vordere Seite (32b) des Tauchkolbens nach vorne zu verstellen,

- man erfaßt die Berührung zwischen der vorderen Seite (32b) des Tauchkolbens und der hinteren Seite (58a) der Reaktionsscheibe (58),

- man löst die auf die Schubstange (58) aufgebrachte Kraft.