DE69304698T2 - Pneumatischer hilfskraftmotor - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft pneumatische Servomotoren und insbesondere Servomotoren des Typs, die zum Bereitstellen einer Bremsunterstützung bei Kraftfahrzeugen verwendet werden.
• Servomotoren dieses Typs enthalten üblicherweise einen Kolben, der einen rohrförmigen hinteren Abschnitt und eine Schürze aufweist und der mittels einer Abrollmembran eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer und eine hintere Kammer abgrenzt, die selektiv mit der vorderen Kammer oder der Atmosphäre über ein Ventilmittel verbunden ist, das von einer Steuerstange betätigt wird, die sich über die vordere Seite eines Tauchkolbens an einer ersten Seite einer Reaktionsscheibe abstützen kann, die mittels einer zweiten Seite fest mit einer Schubstange verbunden ist.
• Solche Servomotoren, wie sie beispielsweise im Dokument EP-A-0 101 658 gezeigt sind, weisen verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise steuert der Tauchkolben beim Normalbetrieb, also in einer Phase mit Unterstützung, das Ventilmittel, das ein Ventilelement enthält, das mittels eines aktiven Abschnittes mit einem an den Tauchkolben gebildeten ersten Ventilsitz und mit einem am Kolben gebildeten zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, derart, daß es in Abhängigkeit von der vom Fahrer des Fahrzeugs auf die Steuerstange ausgeübten Kraft eine bestimmte Menge Luft in die hintere Kammer einläßt. Die Differenz der auf die beiden Seiten der Schürze des Kolbens ausgeübten Drücke erzeugt somit eine Unterstützungskraft, die ebenfalls von der auf die Steuerstange ausgeübten Kraft abhängt.
• Es tritt jedoch ein Zeitpunkt ein, bei dem die Steuerkraft, die auch Eingangskraft genannt wird, ausreichend groß ist, damit der Druck in der hinteren Kammer gleich dem Atmosphärendruck ist. Der Servomotor befindet sich dann in der Sättigungsphase; die Druckdifferenz zwischen der hinteren Kammer und der vorderen Kammer hat also ihr Maximum erreicht. Unabhängig von der vom Fahrer auf die Steuerstange ausgeübten Kraft kann sich diese Druckdifferenz nicht mehr erhöhen, und die Unterstützungskraft bleibt konstant, und jede zusätzliche Eingangskraft überträgt sich mit dem gleichen Anstieg der Ausgangskraft auf die Schubstange. Es gibt daher einen abrupten Übergang zwischen der Unterstützungsphase und der Sättigungsphase, in deren Verlauf die linear mit der Eingangskraft ansteigende Unterstützungskraft konstant wird. Dieser Übergang von einer Phase zur anderen führt für den Fahrer zu einer abrupten Erhöhung der bereitzustellenden Kraft, damit in der Sättigungsphase der gleiche Anstieg der Ausgangskraft wie während der Unterstützungsphase erhalten wird.
• Aus dem Dokument EP-A-0 259 063 ist ein pneumatischer Bremsunterstützungs-Servomotor bekannt, der dem Oberbegriff des Hauptanspruchs entspricht. Ein solcher Servomotor weist ein elastisches Element auf, beispielsweise Belleville-Scheiben, die zwischen der Nabe des Kolbens und einer Muffe angeordnet sind, die sich in dieser Nabe verstellen kann und die Reaktionsscheibe aufweist. Die Belleville-Scheiben werden bei einem vorbestimmten Wert der Steuerkraft zusammengedrückt, so daß die Steuerstange des Servomotors in Anlage an einen Absatzder Nabe des Kolbens gelangt, um die Arbeitsweise des Servomotors umzukehren und die Unterstützungskraft in dem Maße zu vermindern, wie sich die Steuerkraft erhöht. Ein solcher Servomotor weist immer noch einen abrupten Übergang zwischen der Unterstützungsphase und der Sättigungsphase auf.
• Die vorliegende Erfindung hat folglich zur Aufgabe, einen Servomotor zu schaffen, dessen Arbeitsweise keinen abrupten Übergang von der Unterstützungsphase zur Sättigungsphase aufweist.
• Gemäß der Erfindung ist die vordere ringförmige Seite des Kolbens durch eine ringförmige elastische Scheibe gebildet, die mittels ihres Außenumfangsrandes an einem Absatz des Kolbens und an der Reaktionsscheibe anliegt, und zwischen der ringförmigen vorderen Seite des Kolbens und dem Tauchkolben ist ein elastisches Zwischenelement angeordnet.
• Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, sich auf die beigefügte Zeichnung beziehenden Beschreibung einer beispielhaft und nicht einschränkend gegebenen Ausführungsform. In der Zeichnung zeigen:
• - Figur 1 eine längsgeschnittene Seitenansicht des mittleren hinteren Abschnittes eines pneumatischen Bremsunters tützungs-Servomotors bekannten Typs, beispielsweise aus dem oben genannten Dokument;
• - Figur 2 eine Kurve, in der schematisch die Entwicklung der auf die Schubstange am Ausgang des Servomotors ausgeübten Kraft Fs in Abhängigkeit von der auf die Steuerstange am Eingang des Servomotors ausgeübten Kraft Fe dargestellt ist;
• - Figur 3 eine längsgeschnittene Seitenansicht, in welcher der mittlere hintere Abschnitt eines pneumatischen Bremsunterstützungs-Servomotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
• - Figur 4 eine Kurve, in der schematisch die Entwicklung der auf die Schubstange am Ausgang des Servomotors von Figur 3 ausgeübten Kraft Fs in Abhängigkeit von der auf die Steuerstange ausgeübten Kraft Fe dargestellt ist;
• - Figur 5 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer Variante der Ausführungsform von Figur 3;
• - Figur 6 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer Variante der Ausführungsform von Figur 3;
• - die Figuren 7 und 8 Draufsichten auf Federn, die bei dem in Figur 6 dargestellten Servomotor verwendbar sind; und
• - Figur 9 ein Netz von Kurven, die schematisch die Entwicklung der auf die Schubstange am Ausgang des Servomotors von Figur 6 ausgeübten Kraft FS in Abhängigkeit von der auf die Steuerstange am Eingang des Servomotors ausgeübten Kraft FE darstellt.
• In Figur 1 ist ein Teil eines Bremsunterstützungs-Servomotors dargestellt, der dafür vorgesehen ist, in herkömmlicher Weise zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeugs und dem Hauptzylinder angeordnet zu werden, der den hydraulischen Bremskreis des Fahrzeugs steuert. Es ist Konvention, den zum Hauptzylinder gerichteten Abschnitt des Servomotors mit vorne und den zum Bremspedal gerichteten Abschnitt des Servomotors mit hinten zu bezeichnen.
• Der Servomotor von Figur 1 weist ein schalenförmiges Außengehäuse 10 auf, das 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 bildet eine nachgiebige Abrollmembran 12 aus einem Elastomer, die in ihrem Mittelabschnitt durch eine auch Schürze genannte metallische Trägerscheibe 14 verstärkt ist, eine vordere Kammer 16 und eine hintere Kammer 18. Der (nicht dargestellte) Außenumfangsrand der Membran 12 ist in dichter Weise an dem Außengehäuse befestigt. Der Innenumfangsrand dieser Membran endet in einem Wulst, der in dichter Weise in einer ringförmigen Nut aufgenommen ist, die auf der Außenumfangsfläche eines hohlen Unterstützungskolbens 20 gebildet ist, der entlang der Achse X-X' des Servomotors angeordnet ist. Dieser Hohlkolben 20 ist nach hinten in der Form eines rohrförmigen Abschnittes 22 verlängert, der in dichter Weise die hintere Wand des Gehäuses 10 durchquert. Die Dichtigkeit dieser Durchquerung ist durch eine ringförmige verstärkte Dichtung 24 gewährleistet, die mit einem Ring 26 in dem rohrförmigen Mittelabschnitt befestigt ist, der die hintere Wand des Gehäuses 10 nach hinten verlängert.
• Eine zwischen dem Kolben 20 und der (nicht dargestellten) vorderen Wand des Außengehäuses 10 eingesetzte Druckfeder 28 hält den Kolben 20 und die Schürze normalerweise in einer in 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 Mittelabschnitt, der zwischen dem rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 und dem vorderen Abschnitt angeordnet ist, in welchem die Membran 12 und die Schürze 14 befestigt sind, weist der Kolben 20 eine Bohrung 30 auf, in der verschiebbar ein Tauchkolben 32 aufgenommen ist, der ebenfalls zur 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 Kugelgelenks in dem Tauchkolben 22 angeordnet. Das hintere Ende dieser Stange 34, das aus dem rohrförmigen Abschnitt 22 des Kolbens 20 nach außen hervorsteht, wird direkt vom (nicht dargestellten) Bremspedal des Fahrzeugs gesteuert.
• Der zwischen der Steuerstange 34 und dem rohrförmigen Abschnitt des Kolbens 20 abgegrenzte ringförmige Raum 36 mündet zur Außenatmosphäre am hinteren Abschnitt des Servomotors beispielsweise über einen Luftfilter. Nach vorne kann dieser ringförmige Raum mit der hinteren Kammer 18 über einen im Mittelabschnitt des Kolbens ausgebildeten radialen Durchgang 38 kommunizieren, wenn von dem Tauchkolben 32 gesteuerte Unterstützungsmittel betätigt sind.
• Üblicherweise weisen diese Unterstützungsmittel ein Dreiwegeventil auf, das ein ringförmiges Ventilelement 40 enthält, das in dem rohrförmigen Abschnitt des Kolbens angeordnet ist, und zwei ringförmige Ventilsitze 20a und 32a, die an dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 bzw. an dem Tauchkolben 32 ausgebildet sind.
• 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 in dichter Weise im Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des Kolbens 20 angebracht ist. Dieser Wulst wird an seinem Ort durch einen Metallring 42 gehalten, an dem sich eine Druckfeder 44 abstützt, die das Ventilelement 40 nach vorne zu verstellen sucht.
• Der ringförmige Ventilsitz 32a ist an der hinteren Stirnseite des Tauchkolbens 32 gebildet. Der ringförmige Ventilsitz 20a ist in vergleichbarer Weise an der hinteren Stirnseite des Mittelabschnittes des Kolbens 20 um den Sitz 32a herum gebildet. In Abhängigkeit von der Stellung des Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens 20 ermöglicht diese Anordnung dem Ventilelement 40, sich unter der Wirkung der Feder 44 konstant in dichter Anlage an wenigstens einem der Ventilsitze 32a und 20a zu befinden.
• In dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 ist ein zweiter Durchgang 46 annähernd parallel zu dessen Achse X-X' gebildet, um die vordere Kammer 16 des Servomotors mit einer ringfrömigen Kammer 48 zu verbinden, die um das Ventilelement 40 herum im Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des Kolbens 20 gebildet ist. Wenn der Tauchkolben 32 seine in Figur 1 dargestellte hintere Ruhestellung einnimmt, in welcher sich das Ventilelement 40 in dichter Anlage an dem Sitz 32a des Tauchkolbens 32 und vom Sitz 20a des Kolbens 20 beabstandet 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.
• In einer für sich genommen üblichen Weise begrenzt wenigstens ein im Mittelabschnitt des Kolbens 20 angebrachtes Anschlagorgan 50 den axialen Weg des Tauchkolbens 32 im Inneren des Kolbens. Der Tauchkolben 32 wird normalerweise in der durch das Organ 50 bestimmten hinteren Ruhestellung mittels einer Druckfeder 52 gehalten, die zwischen dem Ring 42 und einer Scheibe 54 angeordnet ist, die wiederum an einem an der Steuerstange 34 gebildeten Absatz in Anlage ist.
• In seinem Mittelabschnitt weist der Kolben 20 eine ringförmige vordere Seite 20b auf, in deren Mitte die Bohrung 30 mündet. Diese ringförmige vordere Seite 20b des Kolbens 20 wirkt auf eine hintere Seite 56b einer Schubstange 56 über eine Reaktionsscheibe 58 aus einem verformbaren Material ein, beispielsweise 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 auf einer scheibenförmigen Platte 56b gebildet, die das hintere Ende der Stange 56 bildet.
• Die Arbeitsweise dieses bekannten Servomotors ist eine herkömmliche und kann kurz zusammengefaßt in der folgenden Weise beschrieben werden.
• Wenn der Servomotor in ein Fahrzeug eingebaut ist, steht die vordere Kammer 16 permanent mit einer Unterdruckquelle in Verbindung.
• Das Drücken des Bremspedals durch den Fahrer hat in einem ersten Abschnitt zur Folge, daß die Vorspannkraft der Feder 52, vermindert um die Vorspannkraft der Feder 44, ausgeglichen wird. 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, bis es mit dem Sitz 20a des Kolbens in Berührung gelangt; nun sind die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 des Servomotors voneinander isoliert.
• In dieser ersten Phase des Betriebs des Servomotors, die dem Segment OA von Figur 2 entspricht, erzeugt die auf die Steuerstange 34 ausgeübte Kraft keinerlei Kraft an der Schubstange 56 am Ausgang des Servomotors.
• In einer zweiten Phase der Betätigung der Bremse, die dem Segment AB von Figur 2 entspricht, ist der Tauchkolben 32 ausreichend nach vorne verstellt, so daß das Ventilelement 40 sich in dichter Berührung mit dem Sitz 20a des Kolbens befindet und beginnt, sich von dem Sitz 32a des Tauchkolbens zu entfernen. Unter diesen Umständen ist die hintere Kammer 18 des Servomotors von der vorderen Kammer 16 isoliert, und sie befindet sich mit der Atmosphäre in Verbindung. Somit wird eine Unterstützungskraft erzeugt, die den Kolben 20 nach vorne zu verstellen sucht. Diese Verstellung wird über die Reaktionsscheibe 48 auf die Schubstange 56 übertragen.
• Im Verlauf dieser zweiten Phase der Betätigung der Bremsen verformt die von der ringförmigen vorderen Seite 20b des Kolbens 20 ausgeübte Unterstützungskraft zunehmend die Reaktionsscheibe 58, bis diese vollständig den Raum ausfüllt, der die hintere Seite von der vorderen Seite des Tauchkolbens 32 trennt.
• Daher erhöht sich die von der Schubstange an den Hauptzylinder angelegte Ausgangskraft Fs abrupt bis auf den Wert, der dem Punkt D von Figur 2 entspricht, wobei das Segment AB den Sprung des Servomotors darstellt.
• In einer dritten Phase der Betätigung der Bremse, die dem Segment BC von Figur 2 entspricht, erzeugt jede Erhöhung der von dem Fahrer auf die Steuerstange 34 ausgeübten Eingangskraft eine Erhöhung der auf den Kolben ausgeübten Unterstützungskraft, die sich durch eine Erhöhung der Reaktion auf das Pedal auswirkt, die von der Reaktionsscheibe 58 auf den Tauchkolben 32 ausgeübt wird.
• Jenseits des Punktes C von Figur 2, der auch Sättigungspunkt genannt wird, ist der in der hinteren Kammer 18 des Servomotors herrschende Druck gleich dem Atmosphärendruck, und eine Erhöhung des Unterstützungsdrucks ist nicht mehr möglich. Die Erhöhung der von der Schubstange 56 auf den Hauptzylinder ausgeübten Ausgangskraft ist im wesentlichen gleich der Erhöhung der von dem Fahrer auf das Bremspedal ausgeübten Kraft. Wie in Figur 2 zu sehen ist, ist der Übergang von der durch das Segment BC dargestellten, unterstützten Phase des Servomotors zur jenseits des Punktes C dargestellten, nicht unterstützten Phase von einer abrupten Änderung der Zustände begleitet, unter denen die Eingangskraft in eine Ausgangskraft umgesetzt wird.
• Die Erfindung sieht genau vor, den Durchgang durch den Sättigungspunkt mittels der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung progressiver zu machen. In dieser Figur tragen die mit Elementen von Figur 1 gleichen Elemente dieselben Bezugszeichen.
• In Figur 3 ist zu sehen, daß der Tauchkolben 32 und der Kolben 20 geringfügig geändert wurden. Der Kolben 20 ist mit einer Stufenbohrung 60 ausgebildet, die einen vorderen Abschnitt 22 mit größerem Durchmesser und einen hinteren Abschnitt 64 mit kleinerem Durchmesser aufweist, zwischen denen ein Absatz 66 gebildet ist. Der vordere Abschnitt 62 hat denselben Durchmesser wie die Reaktionsscheibe. In dem vorderen Abschnitt 62 ist eine ringförmige elastische Scheibe 68 angeordnet, beispielsweise eine Belleville-Scheibe. Diese Scheibe 68 weist in der Ruhestellung eine kegelstumpfartige Form mit einem gegebenen Halbwinkel an der Spitze auf, deren Konkavität im dargestellten Beispiel nach hinten gerichtet ist. Sie weist einen Außenumfangsrand mit einem Durchmesser auf, der gleich dem Durchmesser der Reaktionsscheibe und des vorderen Abschnittes 62 ist, und einen Innenumfangsrand mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als derjenige der vorderen Seite des Tauchkolbens 32 ist. In der in Figur 3 dargestellten Ruhestellung des Servomotors, in der sich der Tauchkolben 32 in Anlage an dem Anschlagorgan 50 befindet, befindet sich die Scheibe 58 in Anlage sowohl an dem Absatz 66 als auch an der Reaktionsscheibe 58.
• Der Tauchkolben 32 ist mit einem radialen Fortsatz 70 ausgebildet, der verschiebbar in dem hinteren Abschnitt 64 der Bohrung 60 aufgenommen ist, wobei dieser radiale Fortsatz einen nach vorne gerichteten Absatz 72 aufweist. Der Absatz 72 weist einen Außendurchmesser auf, der geringfügig kleiner als derjenige des hinteren Abschnittes 64 der Stufenbohrung 60 ist. Zwischen diesem Absatz 72 und der ringförmigen elastischen Scheibe 68 ist eine ringförmige elastische Zwischenscheibe 74 angeordnet. Diese elastische Zwischenscheibe 74 weist einen Außenumfangsrand mit einem Durchmesser auf, der gleich demjenigen des Absatzes 72 ist, und einen Innenumfangsrand mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als derjenige der vorderen Seite des Tauchkolbens 32 ist. In der in Figur 3 dargestellten Ruhestellung kann sich die Zwischenscheibe 74 frei zwischen der Scheibe 68 und dem Absatz 72 verstellen.
• Der beschriebene Servomotor arbeitet in der folgenden Weise: In der Ruhestellung nehmen die Bauteile die in Figur 3 dargestellte Stellung ein, wobei sich die Scheibe 68 in Anlage sowohl an der Reaktionsscheibe 58 als auch an dem Absatz 66 des Kolbens 20 befindet und der Tauchkolben 32 bezüglich der hinteren Seite der Reaktionsscheibe 58 geringfügig zurückgezogen ist. Der Abstand zwischen der vorderen Seite des Tauchkolbens und der hinteren Seite der Reaktionsscheibe bestimmt, wie oben gesehen wurde, den Wert des Sprunges des Servomotors.
• Die Betriebsphasen, die den Segmenten OA und AB von Figur 4 entsprechen, sind identisch mit denjenigen eines herkömmlichen Servomotors, die unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert wurden. Der einzige Unterschied liegt darin, daß in der Unterstützungsphase, also jenseits des Punktes B von Figur 4, die Reaktionsscheibe 58 den Tauchkolben 32 und auch die ringförmige elastische Scheibe 68 berührt. Die durch den Unterschied des Drucks auf den beiden Seiten der Schürze 14 erzeugte Unterstützungskraft wird von dem Kolben 20 über den Absatz 66 zur ringförmigen Scheibe 68 und darüber hinaus von der Reaktionsscheibe 58 übertragen. Die ringförmige Scheibe 68 hat somit die Funktion der ringförmigen vorderen Seite 20b des Kolbens 20 des Servomotors von Figur 1, um die Unterstützungskraft des Kolbens 20 auf die Reaktionsscheibe 58 und die Schubstange 56 zu übertragen.
• Auf diese Weise entspricht, wie in Figur 4 zu sehen ist, jedes Ansteigen der Eingangskraft Fe jenseits des Punktes B einem Anwachsen der Unterstützungskraft, die eine angestiegene Ausgangskraft Fs erzeugt.
• Da die Unterstützungksraft vom Kolben 20 auf die Reaktionsscheibe 58 über die elastische Scheibe 68 übertragen wird, wird diese im Verlauf des Anstiegs selbst eine wachsende Belastung tragen. Sie wird sich somit zunehmend verformen und "abflachen"; ihr Halbwinkel an der Spitze wird sich also an 90º anzunähern suchen, was wiederum bedeutet, daß sich ihr Innenumfangsrand an den am Tauchkolben 32 gebildeten Absatz 32 annähert.
• Gemäß der Erfindung ist die elastische Scheibe 68 so gewählt, daß jenseits einer auf diese ausgeübten bestimmten Belastung, also für eine gegebene Unterstützungskraft oder auch für einen vorbestimmten Wert der Ausgangskraft, sie eine aktive Stellung einnimmt, in der sie mit der Zwischenscheibe 74 in Berührung gelangt und dafür sorgt, daß diese mit dem am Tauchkolben 32 gebildeten Absatz 72 in Berührung gelangt. Diese Ausgangskraft mit vorbestimmtem Wert entspricht der Stelle D von Figur 4.
• Es ist zu sehen, daß jenseits des Punktes D von Figur 4 der Tauchkolben 32 und folglich die Steuerstange 34 der Reaktion ausgesetzt sind, die von der Schubstange 56 zum einen über deren vordere Seite und zum anderen über deren an der Zwischenscheibe 74 anliegenden Absatz 72 ausgeübt wird, die wiederum an der elastischen Scheibe 68 anliegt, deren gesamte vordere Fläche sich mit der Reaktionsscheibe 58 in Berührung befindet. Es ergibt sich somit eine künstliche Erhöhung der Fläche des Tauchkolbens 32, der mit der Reaktionsscheibe 58 zusammenwirkt, und somit eine Verminderung des Verstärkungsverhältnisses des Servomotors. Dies führt daher zu einer Unterstützungsphase, bei der eine Erhöhung der Eingangskraft eine Erhöhung der Unterstützungskraft bewirkt, die geringer als diejenige ist, die vorlag, bevor die Scheiben 68 und 74 miteinander in Berührung gelangt sind. Daraus ergibt sich, wie in Figur 4 dargestellt ist, eine Kurve, welche die Änderung der Ausgangskraft in Abhängigkeit von der Eingangskraft darstellt und deren Steigung geringer als die vorher vorliegende ist und die dem Segment DE entspricht.
• Die Funktion des Servomotors läuft unter diesen Bedingungen entsprechend der Erhöhung der Eingangskraft weiter ab, bis der in der hinteren Kammer 18 des Servomotors herrschende Druck gleich dem Atmosphärendruck ist, wobei in diesem Moment die Sättigung des Servomotors erreicht ist. Die Betriebskurve des Servomotors nimmt dann wieder den Verlauf an, den sie für einen herkömmlichen Servomotor hatte, also den Verlauf, den sie jenseits des Punktes C von Figur 2 hatte.
• Es ist somit zu sehen, daß gemäß der Erfindung ein Servomotor geschaffen wurde, dessen ringförmige vordere Seite des Kolbens, die mit der Reaktionsscheibe zusammenwirkt, durch eine elastische ringförmige Scheibe gebildet ist, die sich zwischen einer Ruhestellung und einer aktiven Stellung verformt, wenn die Ausgangskraft und entsprechend die Eingangskraft einen vorbestimmten Wert überschreiten, damit eine elastische Zwischenscheibe wirksam wird, die das Verstärkungsverhältnis des Servomotors ändert. Auf diese Weise wird das Überschreiten des Sättigungspunktes progressiver gemacht, wie dies in Figur 4 zu sehen ist, wo der Durchgang durch den Punkt C vermieden und durch das Zwischensegment DE ersetzt ist.
• In Figur 5 ist eine Variante der Ausführungsform von Figur 3 dargestellt. Bei dieser Variante ist zwischen die elastische Zwischenscheibe 74 und den Absatz 72 des Tauchkolbens eine starre Scheibe 80 zwischengesetzt. Der auf diese Weise ausgebildete Servomotor weist den gleichen Betrieb wie der Servomotor von Figur 3 auf und wird hier nicht wieder ausführlich beschrieben. Während der dem Segment BD von Figur 4 entsprechenden Unterstützungsphase wirkt die Reaktionsscheibe 58 mit der vorderen Seite des Tauchkolbens 32 und mit der elastischen Zwischenscheibe 68 zusammen, während die Zwischenscheibe 74 und die starre Scheibe 80 belastungsfrei sind. Nachdem die elastische Zwischenscheibe 68 verformt ist, beaufschlagt sie die Zwischenscheibe 74, die in Anlage an der starren Scheibe 80 gelangt, die sich wiederum an dem Absatz 72 des Tauchkolbens abstützt. Man befindet sich nun in der dem Segment DE von Figur 4 entsprechenden Phase mit verminderter Unterstützung.
• Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß es möglich ist, an dem Kolben 20 einen nach hinten gerichteten Absatz 82 auszubilden. Beim normalen Betrieb hat dieser Absatz 82 keine besondere Bedeutung. Bei einem Ausfall der Unterdruckquelle, bei dem vom Servomotor keine Unterstützungskraft geliefert werden kann, wird der Absatz 72 des Tauchkolbens mit dem Absatz 82 des Kolbens zusammenwirken, um diesen nach vorne zu verstellen und somit eine Bremsung ohne ein Beschädigen des Servomotors zu ermöglichen.
• In Figur 6 ist eine weitere Variante der Ausführungsform von Figur 3 dargestellt, bei der es zusätzlich möglich ist, den Verstärkungsfaktor des Servomotors der Erfindung einzustellen, indem die Steifigkeit der elastischen Zwischenscheiben geändert wird, die zwischen dem Kolben 20, dem Tauchkolben 32 und der Reaktionsscheibe 58 angeordnet sind.
• Zu diesem Zweck hat die vorne angeordnete Scheibe die Form der Scheibe 68', die in Figur 7 in einer Draufsicht dargestellt ist. Die Scheibe 68' weist einen Umfangsring 84 auf, dessen Außendurchmesser gleich demjenigen der Reaktionsscheibe 58 ist, und Sektoren 86, die sich ausgehend von diesem Umfangsring 84 radial nach innen erstrecken und gleichmäßig entlang dem Umfangsring verteilt sind. Diese Sektoren 86 sind an ihren Scheiteln kreisförmig entlang einem Kreis abgeschnitten, dessen Durchmesser geringfügig größer als derjenige der vorderen Seite des Tauchkolbens 32 ist. Am Außenumfang des Umfangsringes 84 sind Einschnitte 88 ausgebildet, die dafür vorgesehen sind, mit Nasen 90 zusammenzuwirken, die an dem Absatz 66 gebildet sind und sich nach vorne erstrecken. Somit ist die Scheibe 68' drehfest mit dem Kolben 20 verbunden.
• Die elastische Zwischenscheibe hat die Form der Scheibe 74', die in Figur 8 in einer Draufsicht dargestellt ist. Die Scheibe 74' weist einen Außenumfangsring 90 auf, dessen Außendurchmesser gleich demjenigen des Absatzes 72 des Tauchkolbens 32 ist, und Sektoren 92, die sich ausgehend von diesem Umfangsring 90 radial nach innen erstrecken und gleichmäßig entlang dem Umfangsring verteilt sind. Die Sektoren 92 sind an ihren Scheiteln kreisförmig entlang einem Kreis abgeschnitten, dessen Durchmesser geringfügig größer als derjenige der vorderen Seite des Tauchkolbens 32 ist.
• In den Sektoren 92 sind Einschnitte 94 so ausgebildet, daß die Sektoren tatsächlich durch identische Nasen 96 gebildet sind, deren Anzahl um eins größer ist als die Anzahl der Einschnitte 94.
• Am Außenumfang des Umfangsringes 90 sind Laschen 98 gebildet, die dann gemäß einem im wesentlichen rechten Winkel so abgebogen werden, daß sie sich axial nach hinten erstrecken, um in Einschnitte 100 einzudringen, die am Außenumfang des Absatzes 72 des Tauchkolbens 32 gebildet sind. Somit ist die Zwischenscheibe 74' drehfest mit dem Tauchkolben 32 verbunden.
• Schließlich ist die Steuerstange 34 an ihrem inneren Ende mit einem radialen Vorsprung 102 versehen, der in eine in dem Tauchkolben 32 gebildete radiale Aufnahme 104 eindringt, so daß die Steuerstange 34 und der Tauchkolben 32 drehfest miteinander verbunden sind.
• Die Sektoren 86 und 92 weisen denselben Scheitelwinkel auf, und sie sind in der gleichen Anzahl n vorgesehen, die größer oder gleich zwei ist (im dargestellten Beispiel gleich drei). Die Sektoren 92 sind untereinander gleich und weisen dieselbe Anzahl M von Nasen auf, wobei die Anzahl größer oder gleich eins ist (im dargestellten Beispiel gleich drei).
• Nach den vorhergehenden Erläuterungen ist zu sehen, daß bei einem vollständig zusammengebauten Servomotor durch Drehen der Steuerstange 34 um seine Achse XX', während der Kolben 20 drehfest im Servomotor verbleibt, die Winkelstellung der Scheiben 68' und 74' relativ zueinander geändert wird. Jeder Sektor 86 der Scheibe 68' kann sich somit in axialer Ausrichtung mit einer variablen Anzahl von Nasen 96 der Scheibe 74' oder in axialer Ausrichtung mit keiner Nase befinden, wenn die Sektoren 92 der Scheibe 74' sich in axialer Ausrichtung mit den freien Räumen zwischen den Sektoren 86 der Scheibe 68' befinden. Es gibt somit m + 1 mögliche relative Winkelstellungen zwischen den Scheiben 68' und 74' (im dargestellten Beispiel gleich vier).
• Die Arbeitsweise des in Figur 6 dargestellten Servomotors ist identisch mit derjenigen des in Figur 3 dargestellten Servomotors, und sie ist schematisch durch eine Kurve angegeben, wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Die den Segmenten OA und AB entsprechenden Betriebsphasen von Figur 6 sind identisch mit denjenigen eines herkömmlichen Servomotors, wie sie unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert wurden.
• Jedoch entspricht jede Winkelstellung der Scheiben 68' und 74' relativ zueinander einer charakteristischen Kurve. Eine Änderung der Relativstellungen zwischen den elastischen Scheiben 68' und 74' führt nämlich zu einer Änderung der Steifigkeit der Baugruppe.
• Wie weiter oben gesehen wurde, ist die Stelle des Punktes D von Figur 9 durch die Steifigkeit der Scheibe 68' bestimmt. Wenn die Sektoren 92 der Scheibe 74' axial mit den freien Räumen zwischen den Sektoren 86 der Scheibe 68' ausgerichtet sind, ist die Scheibe 74', wenn die Scheibe 68' "abgeflacht" oben ist, also jenseits des Punktes D von Figur 9, inaktiv, und die Arbeitsweise des Servomotors entspricht dem Segment DE&sub0;, wobei der Punkt E&sub0; dem Punkt C von Figur 2 entspricht. Man erhält somit einen Servomotor mit herkömmlichem Betrieb.
• Dagegen ist die Steifigkeit der Feder 74' in Abhängigkeit von der Anzahl der Nasen 96 der Sektoren 92 der Scheibe 74', die axial mit den Sektoren 86 der Scheibe 68' ausgerichtet sind, mehr oder weniger groß, und der Betrieb des Servomotors führt im dargestellten Beispiel zu dem Segment DE&sub1;, wenn eine einzige Nase 96 beaufschlagt wird, zum Segment DE&sub2;, wenn zwei Nasen 96 beaufschlagt werden, und zum Segment DE&sub3;, wenn die Sektoren 92 und 86 axial vollständig ausgerichtet sind.
• Es ist somit zu sehen, daß es bei einem vollständig zusammengebauten und in ein Fahrzeug eingebauten Servomotor durch einen einfachen Schritt möglich ist, die Art des Überschreitens des Sättigungspunktes beliebig zu wählen, so daß er demjenigen eines herkömmlichen Servomotors entspricht oder mehr oder weniger progressiv ist.
• An der Steuerstange 34 kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, um die Winkelstellung von dieser relativ zum Kolben 20 und insbesondere relativ zum rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 des Kolbens anzuzeigen, sowie ein System zum Verriegeln der Steuerstange 34 in dem rohrförmigen Abschnitt 22 in der Winkelstellung, die das Arbeiten der Anordnung der Stange 34 in dem Tauchkolben 32 nach Art eines Kugelgelenks ermöglicht. Der in Figur 6 dargestellte Servomotor kann auch entsprechend der Variante von Figur 5 ausgeführt sein, also mit einer starren Scheibe 80.
• Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und an ihr können innerhalb ihres Bereichs zahlreiche Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Reaktionsscheibe mit einer konkaven hinteren Seite ausgebildet sein, die einen kegelstumpfartigen Umfangsabschnitt und einen ebenen Mittelabschnitt aufweist, so daß sich die elastische ringförmige vordere Seite des Kolbens mit der gesamten Oberfläche mit der Reaktionsscheibe in Berührung befindet.
• Es könnte auch eine starre ringförmige Scheibe 106 an der hinteren Seite der Reaktionsscheibe angeordnet werden, wie in Figur 6 dargestellt ist.

Claims (13)

1. Pneumatischer Bremsunterstützungs-Servomotor mit einem Gehäuse (10), in dessen Inneren sich ein Kolben (20) befindet, der durch einen eine Schürze (14) tragenden, rohrförmigen hinteren Teil (22) gebildet ist und mittels einer Abrollmembran (12) eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer (16) und eine hintere Kammer (18) bildet, die selektiv mit der vorderen Kammer (16) oder der Atmosphäre über ein Ventil (40) verbunden ist, das von einer Steuerstange (34) betätigt wird, die sich mittels der vorderen Seite eines Tauchkolbens (32) an einer ersten Seite einer Reaktionsscheibe (58) abstützen kann, die fest mit einer zweiten Seite einer Schubstange (56) verbunden ist, wobei sich der Kolben (20) an der Reaktionsscheibe (58) mittels einer elastischen ringförmigen vorderen Seite (68, 68') abstützt, die zwischen einer Ruhestellung und einer aktiven Stellung verformbar ist, wobei die ringförmige vordere Seite (68, 68') des Kolbens (20) in ihrer aktiven Stellung angeordnet ist, wenn die Schubstange (56) auf die Reaktionsscheibe (58) eine Kraft ausübt, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere ringförmige Seite (68, 68') des Kolbens (20) durch eine ringförmige elastische Scheibe (68, 68') gebildet ist, die mittels ihres Außenumfangsrandes an einem Absatz (66) des Kolbens (20) und an der Reaktionsscheibe (58) anliegt, und daß ein elastisches Zwischenelement (74, 74') zwischen der ringförmigen vorderen Seite (68, 68') des Kolbens (20) und dem Tauchkolben (32) angeordnet ist.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (74, 74') den Tauchkolben (32) und die ringförmige vordere Seite (68, 68') des Kolbens (20) berührt, wenn dieser sich in seiner aktiven Stellung befindet.

3. Servomotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenelement (74, 74') durch eine zweite ringförmige elastische Scheibe (74, 74') gebildet ist.

4. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Innenumfangsrandes der ringförmigen elastischen Scheibe (68, 68') geringfügig größer als derjenige der vorderen Seite des Tauchkolbens (58) ist, und daß der Durchmesser des Außenumfangsrandes der ringförmigen elastischen Scheibe (68, 68') gleich demjenigen der Reaktionsscheibe (58) ist.

5. Servomotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige elastische Scheibe (68') einen Umfangsring (84) und wenigstens zwei Sektoren (86) aufweist, die sich radial nach innen erstrecken und an ihren Scheiteln kreisförmig abgeschnitten sind.

6. Servomotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige elastische Scheibe (68') drehfest mit dem Kolben (20) verbunden ist.

7. Servomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite ringförmige elastische Scheibe (74') einen Umfangsring (90) und wenigstens zwei Sektoren (92) aufweist, die sich radial nach innen erstrecken und an ihren Scheiteln kreisförmig abgeschnitten sind.

8. Servomotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elastische Scheibe (74') drehfest mit dem Tauchkolben (32) verbunden ist.

9. Servomotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkolben (32) drehfest mit der Steuerstange (34) verbunden ist.

10. Servomotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Sektor (92) der zweiten ringförmigen elastischen Scheibe (74') wenigstens ein Einschnitt (94) gebildet ist.

11. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (20) mit einer Stufenbohrung (60) gebildet ist, deren vorderer Abschitt (62) mit größerem Durchmesser die Reaktionsscheibe (58) und die ringförmige elastische Scheibe (68, 68') aufnimmt und deren hinterer Abschnitt (64) mit kleinerem Durchmesser als der vordere Abschnitt (62) das elastische Zwischenelement (74, 74') und einen radialen Fortsatz (70, 80) des Tauchkolbens (32) aufnimmt, mit dem das elastische Zwischenelement (74, 74') in Berührung gelangt, wenn die ringförmige vordere Seite (68, 68') des Kolbens (20) sich in ihrer aktiven Stellung befindet.

12. Servomotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Fortsatz (80) des Tauchkolbens (32) an einer starren Scheibe (80) gebildet ist, die an einem Absatz (72) des Tauchkolbens in Anlage gelangt, wenn die ringförmige vordere Seite (68, 68') des Kolbens (20) sich in ihrer aktiven Stellung befindet.

13. Servomotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der hinteren Seite der Reaktionsscheibe (58) eine starre ringförmige Scheibe (106) angeordnet ist.