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Die vorliegende Erfindung betrifft die pneumatischen
Servomotoren und insbesondere solche Servomotoren, die zum
Bereitstellen einer Unterstützung beim Bremsen von
Kraftfahrzeugen verwendet werden.
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Solche Servomotoren erhalten in herkömmlicher Weise einen
Kolben, der einen rohrförmigen hinteren Abschnitt aufweist,
und eine bewegliche Wand, die eine permanent mit einer
Unterdruckquelle verbundene vordere Kammer und eine hintere
Kammer abgrenzt, die wahlweise mit der vorderen Kammer oder
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 über
einen aktiven Abschnitt mit einem auf dem Tauchkolben
gebildeten ersten Ventilsitz und mit einem auf dem Kolben
gebildeten zweiten Ventilsitz zusaminenwirkt, und wobei die
Steuerstange mit Hilfe einer Feder nach hinten gehalten
wird, die in einem Ringraum zwischen der Steuerstange und
dem rohrförmigen hinteren Abschnitt des Kolbens auf der
Zuströmseite des Ventilmittels untergebracht ist, wobei die
Feder von Spiralen gebildet ist, die eine Fläche definieren,
wobei der Servomotor wenigstens auf einer Seite der Feder
Luftleitmittel zum Vergrößern des Winkels aufweist, unter
dem die Luft bei der Bewegung in dem Ringraum auf die Fläche
der Windungen einwirkt.
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Solche Servomotoren, wie sie zum Beispiel in dem Dokument
EP-A-0 004 477 dargestellt sind, weisen trotz ihrer
zufriedenstellenden Arbeitsweise einige Nachteile auf. Zum
Beispiel muß zur Verhinderung eines übermäßig langen Leerweges
der Steuerstange das Ventilmittel so gestaltet sein, daß der
"Ventilelementweg" zwischen dem Ventilelement und dem
zweiten Ventilsitz so gering wie möglich ist. Daraus folgt, daß
der der Atmosphärenluft bei einer Bremsung angebotene
Durchgang zur hinteren Kammer einen sehr kleinen Querschnitt
aufweist. Somit ist das Arbeiten dieser Servomotoren von
Luftansauggeräuschen begleitet, die störend werden können, zumal
der Aufbau der Kolbennabe zusätzlich wesentliche
Turbulenzen der sich bewegenden Luft induziert.
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Es sind zum Beispiel aus den Dokumenten FR-A-2 551 009 oder
DE-A-3 413 739 pneumatische Servomotoren bekannt, bei
welchen das hintere Ende des Tauchkolbens modifiziert ist, um
die sich bewegende Luft zur hinteren Kammer zu leiten, wobei
die weiteren Abschnitte des Servomotors unverändert bleiben.
Daraus folgt, daß diese Vorrichtungen praktisch genauso
geräuschvoll wie die herkömmlichen Vorrichtungen sind.
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Aus dem Dokument DE-A-3 924 672 ist auch ein Servomotor des
weiter oben genannten Typs bekannt, der dem Oberbegriff des
Hauptanspruches entspricht, wobei dieser Servomotor auf
wenigstens einer Seite der Feder Luftleitmittel zum Vergrößern
des Winkels aufweist, unter dem die Luft bei der Bewegung in
dem Ringraum auf die Fläche der Windungen einwirkt.
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In diesem Zusammenhang hat die vorliegende Erfindung zum
Ziel, einen Servomotor zu schaffen, dessen Betrieb
geräuscharm ist, und sie beruht insbesondere auf der Tatsache, daß
eine Luftströmung in einer zur Richtung der Oberfläche der
Windungen der Rückstellfeder benachbarten Richtung diese
Windungen in Vibration versetzt, was einen Hauptgrund für
ein Arbeitsgeräusch darstellt.
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Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Servomotor im
wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmittel auf
der Abströmseite eine konkave Leitfläche enthalten, die in
der Steuerstange auf der Abströmseite der Feder gebildet
ist.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
nachfolgenden, in nicht einschränkender Weise gegebenen,
sich auf die beigefügte Zeichnung beziehenden Beschreibung
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser
Zeichnung zeigt:
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- die einzige Figur einen Längsschnitt durch den mittleren
Abschnitt eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ausgebildeten pneumatischen Bremsunterstützungs-
Servomotors.
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In der Figur ist ein Abschnitt eines Bremsunterstützungs-
Servomotors dargestellt, der dafür vorgesehen ist, in
herkömmlicher Weise zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeuges
und dem den hydraulischen Bremskreis dieses Fahrzeuges
steuernden Hauptzylinder eingesetzt zu werden. Es ist
Konvention, mit vorne den zum Hauptzylinder gerichteten Teil des
Servomotors und mit hinten den zum Bremspedal gerichteten
Teil des Servomotors zu bezeichnen.
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Der in der Figur dargestellte Servomotor enthält ein
Außengehäuse 10 in Form einer Schale, das zu einer Achse X-X'
rotationssymmetrisch ist. In der Figur ist nur der hintere
Mittelabschnitt dieses Gehäuses 10 dargestellt.
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Im Inneren des von dem Gehäuse 10 abgegrenzten Raumes
bestimmt eine bewegliche Wand 12 eine vordere Kammer 16 und
eine hintere Kammer 18. Die bewegliche Wand 12 ist mit einer
(nicht dargestellten) nachgiebigen Abrollmembran aus einem
Elastomer verbunden, deren Außenumfangsrand in dichter Weise
an dem Außengehäuse 10 befestigt ist und deren
Innenumfangsrand in dichter Weise in einem entlang der Achse X-X' des
Servomotors angeordneten Unterstützungshohlkolben 20
aufgenommen 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 Durchguerung ist von einer verstärkten
Ringdichtung 24 gewährleistet, die mittels eines Rings 26 in
einem
die hintere Wand des Gehäuses 10 nach hinten
verlängernden rohrförmigen Mittelabschnittes befestigt ist.
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Eine zwischen den Kolben 20 und die (nicht dargestellte)
vordere Wand des Außengehäuses 10 eingesetzte (nicht
dargestellte) Druckfeder hält normalerweise den Kolben 20 in der
in der Figur dargestellten hinteren Ruhestel1ung, in welcher
die hintere Kammer 18 ihr minimales Volumen und die vordere
Kammer 16 ihr maximales Volumen aufweisen.
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In dem vor dem rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 gelegenen
Mittelabschnitt der beweglichen Wand weist der Kolben 20
eine Bohrung 30 auf, in welcher 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 Kugelgelenkes in einer in den Tauchkolben 32
ausgebildeten Blindbohrung 35 angebracht. Das (nicht
dargestellte) hintere Ende dieser Stange 34, welches aus dem
rohrförmigen Abschnitt 22 des Kolbens 20 nach außen
hervorsteht, wird direkt von dem (nicht dargestellten)
Fahrzeugbremspedal gesteuert.
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Der zwischen der Steuerstange 34 und dem rohrförmigen
Abschnitt 22 des Kolbens 20 gebildete Ringraum 36 mündet im
hinteren Abschnitt des Servomotors an der Außenatmosphäre,
zum Beispiel mittels eines Luftfilters. Nach vorne kann
dieser Ringraum mit der hinteren Kammer 18 über einen in dem
Mittelabschnitt des Kolbens ausgebildeten radialen Durchgang
38 in Verbindung stehen, wenn von dem Tauchkolben 32
gesteuerte Unterstützungsmittel getätigt sind.
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Diese 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 aufweist,
die auf den Mittelabschnitt des Kolbens 20 bzw. auf dem
Tauchkolben 32 gebildet sind.
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Das Ventilelement 40 bildet das vordere Ende mit dem
kleinsten Durchmesser einer nachgiebigen Buchse 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 von einer
metallischen Kapsel 42 an seinem Ort gehalten, an welcher 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 Endseite
des Tauchkolbens 32 gebildet. In vergleichbarer Weise ist
der ringförmige Ventilsitz 20a auf der hinteren Endseite des
Mittelabschnittes des Kolbens 20 um den Ventilsitz 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 konstant und
in dichter Weise an wenigstens einem der Ventilsitze 32a und
20a anzuliegen.
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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 um das
Ventilelement 40 im Inneren des rohrförmigen Abschnittes 22 des
Kolbens 20 gebildeten Ringkammer 48 zu verbinden. Wenn der
Tauchkolben 32 seine in der Figur dargestellte hintere
Ruhestellung einnimmt, in welcher das Ventileleinent 40 in
dichter Weise an dem Sitz 32a des Tauchkolbens 32 anliegt
und von dem Sitz 20a des Kolbens 20 geringfügig entfernt
ist, stehen die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18
des Servomotors miteinander über den Durchgang 46, die
Ringkammer 48, den Ventildurchgang 40-20a sowie den Durchgang 38
in Verbindung.
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In ebenfalls herkömmlicher Weise begrenzt wenigstens ein in
dein Nittelabschnitt 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 mittels einer
Druckfeder 52 gehalten, die zwischen die Kapsel 42 und eine
Scheibe 54 eingesetzt ist, die wiederum fest mit der
Steuerstange 34 verbunden ist.
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In seinem Mittelabschnitt enthält der Kolben 20 eine
ringförmige Vorderseite 20b, in deren Mitte die Bohrung 30
mündet. Diese ringförmige Vorderseite 20b wirkt über eine
Reaktionsscheibe 58 aus einem verformbaren Material, zum
Beispiel aus einem Elastomer, auf eine Hinterseite 56b einer
Schubstange 56. 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 Platte 56b
sowie die Reaktionsscheibe 58 sind von einer zur Achse X-X'
des Servomotors zentrischen Kappe 60 eingeschlossen, die mit
einer auf dem Mittelabschnitt des Kolbens 20 um seine
ringförmige Vorderseite 20b ausgebildeten Ringnut zusammenwirkt.
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Die Arbeitsweise dieses bekannten Servomotors ist eine
herkömmliche, die in der folgenden Weise zusammenfassend
beschrieben werden kann.
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Wenn der Servomotor in einem Fahrzeug eingebaut ist, steht
die vordere Kammer 16 permanent mit einer Unterdruckquelle
in Verbindung.
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In einem ersten Abschnitt bewirkt das Drücken des
Bremspedals durch den Fahrer, 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
tritt; nun sind die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer
18 des Servomotors voneinander isoliert.
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In einer zweiten Phase der Bremsbetätigung ist der
Tauchkolben 32 ausreichend weit nach vorne verstellt, so daß das
Ventilelement den Sitz 20a des Tauchkolbens 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
tritt mit der Atmosphäre in Verbindung.
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Die hintere Kammer 18, die vorher mit der vorderen Kammer 16
in Verbindung stand und sich somit auf einem verminderten
Druck befindet, saugt nun über den Ventildurchgang mit
geringem Querschnitt zwischen dem Ventilelement 40 und dem
Sitz 32a des Tauchkolbens unter Atmosphärendruck stehende
Luft an. Daraus ergeben sich eine wesentliche Behinderung
des Durchganges der Luft sowie Zischgeräusche aufgrund des
Durchquerens des Zwischenraumes zwischen dem Ventilelement
40 und dem Tauchkolbensitz 32a.
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Man sieht, daß es sehr wünschenswert ist, einen Servomotor
zu schaffen, bei welchem das Strömen der Luft so wenig
turbulent wie möglich ist, damit er geräuscharm arbeitet.
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Dieses Ziel wird mit der Erfindung erreicht, von der in der
Figur ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die sich bewegende Luft zu
leiten oder zu kanalisieren, damit sie im bestmöglichen
Zustand in den Bereich des Ventilelementes 40 und insbesondere
in den Ventildurchgang 32a-40 zwischen dem Ventilelement 40
und dem Ventilsitz 32a des Tauchkolbens gelangt. Dieses
Leiten ist in axialer Richtung auf der Zuströinseite des
Ventilelementes 40 vorgesehen, also hinter der Ebene des
Ventilelementes 40 in der Nähe der Feder 52. Es wird einfach
dadurch ausgebildet, daß auf der Steuerstange 34 eine
Ablenkfläche 62 vorgesehen ist, die zum Beispiel konisch
ausgebildet ist oder einen bestimmten Krümmungsradius aufweist,
wie in der Figur dargestellt. Diese Ablenkfläche 62
erstreckt sich von dem Ringraum 36 zwischen der Steuerstange
34 und dem rohrförmigen Abschnitt 22 des Kolbens 20 bis auf
Höhe des Ventilelementes 40.
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Die Ablenkfläche 62 kann durch die Abströmf lanke einer in
der Steuerstange 34 gebildeten, breiten konkaven
Einschnürung 64 gebildet sein, wie in der oberen Hälfte der Figur
dargestellt. Sie kann auch durch die in der unteren Hälfte
der Figur dargestellte zuströmseitige Flanke einer konvexen
Verdickung 66 der Stange 34 gebildet sein. Diese Verdickung
66 kann aus dem Material der Stange 34 bestehen oder durch
einen auf die Stange 34 aufgeschobenen Ring gebildet sein.
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Man sieht somit, daß während der oben beschriebenen zweiten
Betätigungsphase die von dem Ringraum 36 stammenden und sich
axial nach vorne bewegenden Luftschichten auf die
Ablenkfläche 62 treffen und dort zum Ventildurchgang 32a-40
abgelenkt werden, indem sie die von den Windungen der Feder 52
gebildete Fläche sehr viel leichter durchqueren, als wenn
sie nur tangential zu dieser Oberfläche strömen würden. Die
sich bewegende Luft erfährt somit keine abrupten
Richtungsänderungen, weshalb sie nicht mehr in der Lage ist,
Geräusche oder Zischgeräusche bei dieser Luftansaugphase zur
hinteren Kammer zu erzeugen.
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Zur Verbesserung des Leitens der sich bewegenden Luft können
zahlreiche Verbesserungen ausgeführt werden. Man kann zum
Beispiel am im hinteren Abschnitt des Tauchkolbens 32
mündenden Ende der Blindbohrung 35 eine konkave Fläche 68
vorsehen, die zum Beispiel abgeschrägt oder kegelstumpfförmig
ist oder einen bestimmten Krümmungsradius aufweist. Eine
solche konkave Fläche 68 dient auch als eine Ablenkfläche,
indem sie die Wirkung der Fläche 62 der Stange 34
verlängert. Die von der Fläche 62 der Stange 34 abgelenkten
Luftstrahlen werden nämlich von der Fläche 68 des Tauchkolbens
32 aufgenommen und bis zum Ventildurchgang 32a-40 geleitet.
Somit werden die Turbulenzen der sich bewegenden Luft sowie
die Arbeitsgeräusche weiter vermindert.
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Man kann im rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 des Kolbens
20 und genauer gesagt im Ringraum 36 auch eine konkave
Ablenkfläche 70 vorsehen, um der Wirkung der Fläche 62 der
Stange 34 zuvorzukommen. Eine solche Fläche hat die Aufgabe,
den Strom der sich bewegenden Luft auf zunehmen und
vorzugsweise zur Fläche 62 der Stange 34 zu leiten. Diese Fläche 70
kann zum Beispiel auf der Innenwand eines in den Ringraum 36
eingebrachten Rings 72 gebildet sein.
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Man sieht somit, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein
pneumatischer Servomotor geschaffen ist, bei welchem die
spezielle Anordnung der Ablenkflächen einen geräuscharmen
Betrieb ermöglicht. Die Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die beispielhaft beschriebene Ausführungsform
beschrieben, an der zahlreiche, sich dem Fachmann ergebende
Veränderungen möglich sind. Die Erfindung kann zum Beispiel
auf Tandem-Servomotoren oder Servomotoren mit einer
Zusatzkammer angewendet werden.