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Die
Erfindung betrifft einen pneumatischen Servomotor zur Bremsunterstützung für ein Kraftfahrzeug.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere einen pneumatischen Servomotor zur
Bremsunterstützung für ein Kraftfahrzeug,
vom Typ, der ein starres Gehäuse
aufweist, in dem eine quer verlaufende Wand beweglich ist, die in
dichter Weise eine vordere Kammer, die einem ersten Druck ausgesetzt
ist, und eine hintere Kammer abgrenzt, die einem zweiten Druck ausgesetzt
ist, welcher zwischen dem ersten Druck und einem Druck variiert,
der höher
ist als der erste Druck, und die mittels einer Reaktionsscheibe
eine Betätigungsstange
eines Hauptzylinders, der dem Servomotor zugeordnet ist, beaufschlagen
kann, vom Typ, der einen beweglichen, röhrenförmigen Kolben aufweist, der
gleitend in dem Gehäuse
angebracht und bei dem ein vorderer Abschnitt fest mit der beweglichen
Wand verbunden ist, vom Typ, der eine Steuerstange aufweist, die
sich in dem Kolben selektiv in Abhängigkeit von einer axialen
Eingangskraft, welche nach vorne ausgeübt wird, entgegen einer Rückstellkraft
verschiebt, vom Typ, bei dem die Bewegungen der Steuerstange die Öffnungs-
und Schließvorgänge mindestens
eines axialen Ventils, genannt „Einlassventil", das zwischen einer
Druckquelle, die dem Druck ausgesetzt ist, der höher ist als der erste Druck,
und der hinteren Kammer zwischengeschaltet ist, und mindestens eines
axialen Ventils, genannt „Ausgleichsventil", das zwischen der
vorderen Kammer und der hinteren Kammer zwischengeschaltet ist,
bestimmen können,
um die bewegliche Wand zu betätigen,
und vom Typ, bei dem ein Tauchkolben, der in dem röhrenförmigen Kolben
aufgenommen ist, der die bewegliche Wand durchquert und fest mit
dem Ende der Steuerstange verbunden ist, die Betätigungsstange des Hauptzylinders
mittels der Reaktionsscheibe direkt beaufschlagen kann.
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Es
sind zahlreiche Beispiele für
herkömmliche
Servomotoren dieses Typs bekannt. Die
US 5651300 A offenbart den Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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In
einem derartigen Servomotor ist der Kolben fest mit der beweglichen
Wand verbunden. Er ist beispielsweise durch die bewegliche Wand
eingesetzt. Außerdem
sind das Ausgleichsventil und das Einlassventil Teil eines einzigen
Dreiwegeventils, bei dem ein gemeinsamer Sitz aus einer vorderen
Absatzfläche
eines beweglichen Elements besteht, das elastisch gegen einen Kragen
des Tauchkolbens und gegen einen Kragen des Kolbens zurückgestellt
wird, von denen es selektiv getrennt werden kann, um das Ausgleichsventil
oder das Einlassventil zu öffnen.
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Somit
können
eine im Wesentlichen radiale Leitung, die den Kolben durchquert
und in die vordere Kammer mündet,
und eine im Wesentlichen axiale Leitung, die außerhalb des Servomotors mündet, selektiv
mittels eines der Ventile mit einer radialen Leitung, die den Kolben
durchquert und in die hintere Kammer mündet, verbunden werden, um
eine Druckdifferenz zwischen den hinteren Kammern aufrecht zu erhalten
oder zu beseitigen und die Verlagerungen der beweglichen Wand hervorzurufen.
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Eine
derartige Ausgestaltung hat den Nachteil, dass Leitungen benötigt werden,
die in komplizierten Formen im Kolben realisiert sind und das Strömen der
Luft stören.
Aus diesem Grund weist ein derartiger Servomotor relativ hohe Ansprechzeiten auf
und erweist sich als laut.
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Darüber hinaus
ist die Anwendung einer derartigen Ausgestaltung sehr kostspielig,
da es notwendig ist, einen Kolben zu verwenden, dessen inneren Formen,
welche die Leitungen bilden sollen, nur durch Bearbeitungsverfahren
oder durch komplizierte Formverfahren realisiert werden können.
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Die
Erfindung schlägt
eine Ausgestaltung vor, die eine Beseitigung dieser Nachteile ermöglicht, bei
der die Leitungen größtenteils
axial und Teil verschiedener, röhrenförmiger Elemente
des Servomotors sind. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Strömung der
Luft durch Ventile zu fördern,
wodurch es möglich
ist, die Ansprechzeiten des Servomotors zu verkürzen und gleichzeitig seinen
geräuschsarmen
Betrieb zu gewährleisten.
Darüber
hinaus ermöglicht
es diese neue Ausgestaltung, die Mehrzahl der Servomotorelemente
mit Hilfe von Stanz- und Tiefziehverfahren oder auch mit Hilfe eines
Verfahrens zum Formen eines Kunststoffmaterials zu realisieren,
welche kostengünstiger
sind als die herkömmlichen
Bearbeitungsverfahren.
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Zu
diesem Zweck schlägt
die Erfindung einen Servomotor des zuvor beschriebenen Typs vor, dadurch
gekennzeichnet, dass er folgendes aufweist:
- – ein röhrenförmiges,
schwimmendes Element, das gleitend an einem hinteren Abschnitt des
röhrenförmigen Kolbens
angebracht, elastisch zur beweglichen Wand zurückgestellt ist und bei dem eine
quer verlaufende Fläche
ein erstes quer verlaufendes Dichtelement des axialen Einlassventils
aufweist und bei dem eine weitere quer verlaufende, versetzte Fläche ein
erstes quer verlaufendes Dichtelement des axialen Ausgleichsventils aufweist,
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement des axialen
Einlassventils, das von dem Tauchkolben getragen ist, und
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement des axialen
Ausgleichsventils, das mindestens aus einem Teilstück der Fläche besteht,
die den vorderen und den hinteren Abschnitt des Kolbens begrenzt,
und
er weist eine Rückstellfeder
auf, die axial in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element zwischen dem Tauchkolben und dem hinteren Abschnitt
des röhrenförmigen Kolbens
zwischengeschaltet ist, um eine Rückstellkraft auf die Steuerstange
auszuüben.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung:
- – ist das axiale Einlassventil
am hinteren Ende einer inneren Kammer des röhrenförmigen Kolbens angeordnet,
welche in dem hinteren Abschnitt des Kolbens gebildet und radial
mit der hinteren Kammer verbunden ist, wobei das erste, quer verlaufende
Dichtelement des axialen Einlassventils eine axiale Einlassleitung
umgibt, die in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element gebildet und mit dem Außenbereich verbunden ist, und wobei
das zweite, quer verlaufende, komplementäre Dichtelement des axialen
Einlassventils mit Spiel in einem axialen Loch des Kolbens aufgenommen
ist, welches mit der inneren Kammer verbunden ist,
- – ist
das axiale Ausgleichsventil außerhalb
des röhrenförmigen Kolbens
und radial außerhalb mindestens
einer Ausgleichsleitung des röhrenförmigen Kolbens
angeordnet, welche die vordere Kammer und die hintere Kammer verbindet,
- – weist
das röhrenförmige, schwimmende
Element folgendes auf:
- • einen
röhrenförmigen,
vorderen Abschnitt, der gleitend auf dem hinteren Abschnitt des
Kolbens angebracht ist und das erste Dichtelement des Ausgleichsventils
trägt,
welches mit dem zweiten Dichtelement des Ausgleichsventils zusammenwirken
soll, das von dem Teilstück
der hinteren Fläche
des vorderen Abschnitts des Kolbens getragen ist, wobei das erste
und zweite Dichtelement des Ausgleichsventils radial mindestens
teilweise außerhalb
mindestens eines Verbindungslochs zwischen der vorderen Kammer und
der hinteren Kammer, das den vorderen Abschnitt des Kolbens durchquert,
angeordnet sind,
- • einen
röhrenförmigen Zwischenabschnitt,
der gleitend auf dem hinteren Abschnitt des Kolbens angebracht ist
und bei dem mindestens ein Langloch radial gegenüber mindestens einem Langloch
des hinteren Abschnitts des Kolbens angeordnet ist, der die Verbindung
zwischen der inneren Kammer des Kolbens und der hinteren Kammer
ermöglicht,
- • einen
röhrenförmigen,
hinteren Abschnitt, der einen kleineren Durchmesser als der Zwischenabschnitt
besitzt, der die mit dem Außenbereich
verbundene Leitung bildet und der auf mindestens einem röhrenförmigen,
hinteren, von der Steuerstange durchquerten Abschnitt des Tauchkolbens gleitend
angebracht ist,
und eine quer verlaufende Anschlusswand zwischen
dem Zwischenabschnitt und dem hinteren Abschnitt des röhrenförmigen Elements,
die im Wesentlichen axial nahe an dem Endloch des röhrenförmigen,
hinteren Abschnitts des Kolbens angeordnet ist, weist das erste
Dichtelement des axialen Einlassventils auf, das mit dem zweiten Dichtelement
des axialen Einlassventils zusammenwirken soll, das von dem Tauchkolben
getragen und in dem Endloch des röhrenförmigen, hinteren Abschnitts
des Kolbens aufgenommen ist,
- – besteht
das erste Dichtelement des axialen Einlassventils aus einem ringförmigen Teil
der vorderen Fläche
der quer verlaufenden Anschlusswand zwischen dem Zwischenabschnitt
und dem hinteren Abschnitt des röhrenförmigen Elements,
- – besteht
das zweite, quer verlaufende, komplementäre Dichtelement des axialen
Einlassventils aus einer ringförmigen
Dichtung, die von einer ringförmigen,
hinteren Fläche
einer Schale getragen, welche von dem Tauchkolben getragen und mit
Spiel in dem Endloch der Kammer des röhrenförmigen Kolbens aufgenommen
ist,
- – besteht
das erste Dichtelement des axialen Ausgleichsventils aus einer ringförmigen Dichtung, die
in einer Nut aufgenommen ist, die in der vorderen Fläche des
röhrenförmigen Abschnitts
an dem vorderen Ende des röhrenförmigen Elements ausgebildet
ist,
- – besteht
das zweite, quer verlaufende, komplementäre Dichtelement des axialen
Ausgleichsventils aus einem ringförmigen Teilstück der hinteren
Fläche,
die den vorderen und hinteren Abschnitt des röhrenförmigen Kolbens begrenzt,
- – weist
der Servomotor mehrere Löcher
auf, die winkelmäßig in gleichmäßiger Weise
durch den vorderen Abschnitt des Kolbens verteilt sind und die in
die hintere Fläche
münden,
welche den vorderen und hinteren Abschnitt des röhrenförmigen Kolbens begrenzt, um
die Ausgleichsleitungen zu bilden,
- – weist
der Körper
des Kolbens eine axiale, innere Bohrung auf, die in die vordere
Fläche
des Kolbens und in die innere Kammer des Kolbens mündet, und
er nimmt folgendes auf:
- • das
Ende der Betätigungsstange
des Hauptzylinders,
- • die
Reaktionsscheibe,
- • eine
gleitende Hülse,
die von einem vorderen Abschnitt des Tauchkolbens durchquert ist
und bei der ein Absatz eine vordere Fläche aufweist, die koaxial zu
einem Taster ist, der an dem vorderen Ende des Tauchkolbens gebildet
ist, um die Reaktionsscheibe zu beaufschlagen,
- – bildet
eine quer verlaufende Wand, die am Ende der axialen, inneren Bohrung
gebildet ist, an einer Seite einen Anschlag für den Absatz der Hülse und
nimmt an der gegenüberliegenden
Seite das Ende der Rückstellfeder
auf, deren anderes Ende an einer vorderen Fläche der Schale des Tauchkolbens
anliegt,
- – liegt
an einer Absatzfläche,
die den vorderen Abschnitt und den Zwischenabschnitt des röhrenförmigen Elements
begrenzt, das Ende einer Rückstellfeder
an, deren anderes Ende an einer Absatzfläche des Gehäuses anliegt,
- – ist
die Schale axial zwischen dem hinteren und dem vorderen Abschnitt
des Tauchkolbens zwischengeschaltet, mit denen sie einstückig ausgebildet
ist,
- – ist
eine ringförmige
Dichtung zwischen einem röhrenförmigen,
hinteren Abschnitt des Gehäuses und
dem röhrenförmigen,
hinteren Abschnitt des röhrenförmigen,
schwimmenden Elements zwischengeschaltet, um die Dichtigkeit zwischen dem
Außenbereich
und der hinteren Kammer des Servomotors zu gewährleisten,
- – weist
der Zwischenabschnitt des röhrenförmigen,
schwimmenden Elements mehrere Langlöcher auf, die jeweils gegenüber von
Langlöchern des hinteren
Abschnitts des Kolbens angeordnet sind, und der röhrenförmige Zwischenabschnitt des
röhrenförmigen,
schwimmenden Elements weist mindestens einen Finger zum Verhindern
einer Drehung auf, der gleitend in mindestens einem der Langlöcher des
hinteren Abschnitts des Kolbens angebracht ist,
- – ist
mindestens die bewegliche Wand, das röhrenförmige, schwimmende Element,
die Zwischenhülse,
der Tauchkolben oder der Kolben durch Stanz- und Tiefziehverfahren
realisiert,
- – ist
mindestens die bewegliche Wand, das röhrenförmige, schwimmende Element,
die Zwischenhülse,
der Tauchkolben oder der Kolben durch ein Formverfahren aus einem
Kunststoffmaterial realisiert ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der
nachfolgenden, ausführlichen
Beschreibung, für
deren Verständlichkeit auf
die beigefügten
Zeichnungen verwiesen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
axiale Gesamtschnittansicht einer Servobremse, die einen pneumatischen
Servomotor zur Bremsunterstützung
aufweist, der gemäß einem
früheren
Stand der Technik realisiert ist;
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2 eine
detaillierte Ansicht des Servomotors aus 1;
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3 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäß realisierten
Servomotors in der Ruhestellung, wobei der Tauchkolben nicht im Betrieb
ist, das Ausgleichsventil geschlossen und das Einlassventil geöffnet ist;
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4 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäß realisierten
Servomotors in der Ausgleichsposition, wobei der Tauchkolben betätigt ist
und das Ausgleichsventil und das Einlassventil geschlossen sind;
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5 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäß realisierten
Servomotors in der Sättigungsposition,
wobei der Tauchkolben betätigt,
das Ausgleichsventil geschlossen und das Einlassventil geöffnet ist;
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6 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäß realisierten
Servomotors in einer Rückstellposition,
wobei der Tauchkolben wieder gelöst,
das Ausgleichsventil geöffnet
und das Einlassventil geschlossen ist.
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In
der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen identische Bezugszeichen
identische Teile oder Teile mit ähnlichen
Funktionen.
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Üblicherweise
bezeichnen die Begriffe „vorderer", „hinterer", „oberer", „unterer" jeweils Elemente
oder Positionen, die jeweils zum linken, rechten, oberen oder unteren
Teil der 1 bis 6 orientiert
sind.
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In 1 ist
die Gesamtheit einer Servobremse 10 dargestellt, die einen
herkömmlichen,
pneumatischen Servomotor 11 zur Bremsunterstützung für ein Kraftfahrzeug
aufweist. Der Servomotor 11 soll einen Hauptzylinder 13 zum
Bremsen des Fahrzeugs betätigen.
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In
bekannter Weise weist der pneumatische Servomotor 11 ein
starres Gehäuse 12 auf,
in dem eine quer verlaufende Wand 14 beweglich angebracht
ist, die in dichter Weise eine vordere Kammer 16, die einem
ersten Druck „P1" ausgesetzt
ist, und eine hintere Kammer 18 abgrenzt, die einem zweiten Druck „P2" ausgesetzt
ist. Der zweite Druck „P2" kann zwischen
dem Wert des Drucks „P1" und
dem Wert eines Drucks „Pa" variieren,
der höher
ist als der des Drucks „P1",
um die Verlagerungen der Wand 14 zu bewirken, welche eine
Betätigungsstange 28 des Hauptzylinders 13 beaufschlagen
kann, wie später zu
sehen sein wird.
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Genauer
gesagt entspricht der Druck „P1" insbesondere
einem Druck, der von einer Unterdruckquelle des Fahrzeuges geliefert
wird. Bei einem Motor mit Fremdzündung
wird der Unterdruck „P1" beispielsweise
von einem Ansaugkrümmer
des Fahrzeugmotors geliefert, und bei einem Motor mit Kompressionszündung des
Typs „Diesel" wird der Unterdruck „P1" beispielsweise
von einer Vakuumpumpe des Fahrzeugs geliefert.
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Die
vordere Kammer 16 ist mittels einer Unterdruckleitung 20,
die in das Gehäuse 12 mündet, mit
der Unterdruckquelle des Fahrzeugs verbunden.
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Der
pneumatische Servomotor 11 weist einen beweglichen Kolben 22 mit
der Achse „A" auf, der fest mit
der beweglichen Wand 14 verbunden ist. Ein vorderer Abschnitt 21 des
beweglichen Kolbens 22 ist beispielsweise durch die bewegliche
Wand 14 eingesetzt.
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Im
Gehäuse 12 wird
die bewegliche Wand 14 durch eine Rückstellfeder 24, die
am Gehäuse 12 und
an einer vorderen Fläche 26 des
beweglichen Kolbens 22 anliegt, elastisch nach hinten zurückgestellt.
Die vordere Fläche 26 des
beweglichen Kolbens 22 weist einen vorderen, zylindrischen
Bereich 27 auf, der gegenüber einer reagierenden Reaktionsscheibe 32 angeordnet
ist, die in einer Schale 30 untergebracht ist, welche fest
mit der Betätigungsstange 28 des
Hauptzylinders 13 verbunden ist.
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Eine
Steuerstange 38, die beispielsweise mittels einer Kupplungsmuffe 41 mit
einem Bremspedal des Fahrzeugs verbunden ist, kann sich in dem beweglichen
Kolben 22 selektiv in Abhängigkeit von einer axialen
Eingangskraft verlagern, die nach vorne auf die Muffe 41 ausgeübt wird.
Die Betätigungskraft wird
entgegen einer Rückstellkraft
ausgeübt,
die durch eine Rückstellfeder 40,
die zwischen dem beweglichen Kolben 22 und der Steuerstange 38 zwischengeschaltet
ist, auf die Stange 38 erzeugt wird.
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Das
vordere Ende der Steuerstange 38, das der Muffe 41 entgegengesetzt
ist, ist als Kugelgelenk 42 ausgebildet und in einer komplementären Aufnahme 44 aufgenommen,
die durch einen im Wesentlichen zylindrischen Tauchkolben 46 gebildet
ist, der gleitend in dem beweglichen Kolben 22 angebracht ist.
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Wie
insbesondere in 2 veranschaulicht ist, können die
Bewegungen der Steuerstange 38 die Öffnungs- und Schließvorgänge mindestens
eines axialen Ventils 52, genannt „Einlassventil", das zwischen einer
Druckquelle, die dem Druck „Pa" ausgesetzt
ist, der höher
ist als der erste Druck „P1",
und der hinteren Kammer 18 zwischengeschaltet ist, und mindestens
eines axialen Ventils 50, genannt „Ausgleichsventil", das zwischen der
vorderen Kammer 16 und der hinteren Kammer 18 zwischengeschaltet ist,
bestimmen, um die zuvor beschriebene bewegliche Wand 14 zu
betätigen.
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In
einer bekannten, die Erfindung nicht einschränkenden Weise entspricht die
dem Druck „Pa" ausgesetzte
Druckquelle dem atmosphärischen
Umgebungsbereich. Zu diesem Zweck mündet das Ventil 50 direkt
in ein hinteres Ende 54 des Körpers des Kolbens 22,
der eine axiale, zum Freien geöffnete Leitung
bildet.
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Herkömmlicherweise
sind das Ausgleichsventil 50 und das Einlassventil 52 Teil
eines einzigen Dreiwegeventils 56, bei dem ein gemeinsamer
Sitz 58 aus einer vorderen Absatzfläche eines ringförmigen,
beweglichen Elements 60 besteht, das durch eine Feder 62 elastisch
gegen einen Kragen 64 des Tauchkolbens 46 und
gegen einen Kragen 66 des Kolbens 22 zurückgestellt
wird.
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Somit
können
eine im Wesentlichen radiale Leitung 68, die den Kolben 22 durchquert
und in die vordere Kammer 16 mündet, oder die im Wesentlichen
axiale Leitung 54, die außerhalb des Servomotors 11 mündet, mittels
einer Bohrung 72 zum Führen des
Tauchkolbens und mittels einer in dieser Bohrung gebildeten Rille 70 selektiv
mit einer radialen Leitung 74 verbunden werden, die den
Kolben 22 durchquert und in die hintere Kammer 18 mündet, um
eine Druckdifferenz zwischen der vorderen 16 und der hinteren
Kammer 18 aufrecht zu erhalten oder zu beseitigen und somit
die Verlagerungen der beweglichen Wand 14 zu bewirken.
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Die
Anwendung einer derartigen Ausgestaltung ist besonders kostspielig,
da es notwendig ist, einen Kolben zu verwenden, dessen inneren Formen,
welche die Leitungen 68 und 74 bilden sollen, nur
durch ein Bearbeitungsverfahren oder durch komplizierte Formverfahren
realisiert werden können.
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Um
diesen Nachteil zu beseitigen, schlägt die Erfindung einen Servomotor 11 des
zuvor genannten Typs vor, bei dem die Einlass- und Ausgleichsleitungen
in röhrenförmigen Elementen
des Servomotors 11 gebildet sind.
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Wie
in den 3 bis 6 dargestellt ist, weist dazu
der Servomotor 11 folgendes auf:
- – ein röhrenförmiges,
schwimmendes Element 76, das gleitend an einem hinteren
Abschnitt 23 des röhrenförmigen Kolbens 22 angebracht,
elastisch zur beweglichen Wand 14 zurückgestellt ist und bei dem
eine quer verlaufende Fläche 78 ein
erstes quer verlaufendes Dichtelement 82 des axialen Einlassventils 52 aufweist
und bei dem eine weitere quer verlaufende, versetzte Fläche 80 ein erstes
quer verlaufendes Dichtelement 84 des axialen Ausgleichsventils 50 aufweist,
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement 86 des
axialen Einlassventils 52, das von dem Tauchkolben 46 getragen
ist, und
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement 88 des
axialen Ausgleichsventils 50, das mindestens aus einem
Teilstück
der Fläche 90 besteht,
die den vorderen 21 und den hinteren Abschnitt 23 des
Kolbens 22 begrenzt,
und er weist eine Rückstellfeder 150 auf,
die axial in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element 76 zwischen dem Tauchkolben 46 und
dem hinteren Abschnitt 23 des röhrenförmigen Kolbens 22 zwischengeschaltet
ist, um eine Rückstellkraft
auf die Steuerstange 38 auszuüben.
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Das
axiale Einlassventil 52 ist am hinteren Ende einer inneren
Kammer 25 des röhrenförmigen Kolbens 22 angeordnet,
welche in dem hinteren Abschnitt 23 des Kolbens 22 gebildet
und radial mit der hinteren Kammer 18 verbunden ist, wobei
das erste, quer verlaufenden Dichtelement 82 des axialen
Einlassventils 52 eine axiale Einlassleitung 108 umgibt, die
in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element 76 gebildet und mit dem Außenbereich
mit dem Druck „Pa" verbunden ist, und
wobei das zweite, quer verlaufende, komplementäre Dichtelement 86 des axialen
Einlassventils 52 mit Spiel in einem axialen Loch 29 des
Kolbens 22 aufgenommen ist, welches mit der inneren Kammer 25 verbunden
ist.
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Das
axiale Ausgleichsventil 50 ist dagegen außerhalb
des röhrenförmigen Kolbens 22 angeordnet.
Er ist radial außerhalb
mindestens einer Ausgleichsleitung 106 des röhrenförmigen Kolbens 22 angeordnet,
welche die vordere Kammer 16 und die hintere Kammer 18 verbindet.
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Insbesondere
weist das röhrenförmige, schwimmende
Element 76 einen röhrenförmigen, vorderen
Abschnitt 100 auf, der gleitend auf dem hinteren Abschnitt 23 des
Kolbens 22 angebracht ist. Der röhrenförmige, vordere Abschnitt 100 trägt an seinem
freien, vorderen Ende das erste Dichtelement 84 des Ausgleichsventils 50,
welches mit dem zweiten Dichtelement 88 des Ausgleichsventils 50 zusammenwirken
soll, das von dem Teilstück
der hinteren Fläche 90 des
vorderen Abschnitts 21 des Kolbens 22 getragen
ist. Um das Ausgleichsventil 50 zu bilden, sind das erste
und zweite Dichtelement 84, 88 des Ausgleichsventils 50 radial
mindestens teilweise außerhalb
mindestens eines Verbindungslochs 106 zwischen der vorderen
Kammer 16 und der hinteren Kammer 18, das den
vorderen Abschnitt 21 des Kolbens 22 durchquert,
angeordnet.
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Das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 weist auch einen röhrenförmigen Zwischenabschnitt 94 auf,
der gleitend auf dem hinteren Abschnitt 23 des Kolbens 22 angebracht
ist und bei dem mindestens ein Langloch 142 radial gegenüber mindestens
einem Langloch 144 des hinteren Abschnitts 23 des
Kolbens 22 angeordnet ist, der die Verbindung zwischen
der inneren Kammer 25 des Kolbens 22 und der hinteren
Kammer 18 ermöglicht.
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Um
einen maximalen Luftdurchsatz zwischen der inneren Kammer 25 des
Kolbens 22 und der hinteren Kammer 18 des Servomotors
bei geöffnetem
Einlassventil 52 zu gewährleisten,
weist der Zwischenabschnitt 94 des röhrenförmigen, schwimmenden Elements 76 mehrere
Langlöcher 142 auf, beispielsweise
drei radial in einem Abstand von 120° voneinander angeordnete Langlöcher, die
jeweils gegenüber
einer gleichen Anzahl von Langlöchern 144 des
hinteren Abschnitts 23 des Kolbens 22 angeordnet
sind. Der röhrenförmige Zwischenabschnitt 94 des
röhrenförmigen,
schwimmenden Elements 76 weist außerdem mindestens einen inneren
Finger 156 zum Verhindern einer Drehung auf, der gleitend in
mindestens einem der Langlöcher 144 des
hinteren Abschnitts 23 des Kolbens 22 angebracht
ist.
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Das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 weist schließlich einen röhrenförmigen,
hinteren Abschnitt 108 auf, der einen kleineren Durchmesser als
der Zwischenabschnitt 94 besitzt, der die Leitung 108 bildet,
die mit dem Außenbereich
mit dem Druck „Pa" verbunden
ist, und der auf mindestens einem röhrenförmigen, hinteren Abschnitt 110 des
Tauchkolbens 46 gleitend angebracht ist. Der röhrenförmige Abschnitt 110 ist
vorteilhafterweise von der Steuerstange 38 durchquert.
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Um
das Einlassventil 52 zu bilden, weist eine quer verlaufende
Anschlusswand 91 zwischen dem Zwischenabschnitt 94 und
dem hinteren Abschnitt 108 des röhrenförmigen Elements 76,
die im Wesentlichen axial nahe an dem Endloch 29 des röhrenförmigen,
hinteren Abschnitts 23 des Kolbens 22 angebracht
ist, an ihrer vorderen Fläche 78 das
erste Dichtelement 82 des axialen Einlassventils 52 auf, das
mit dem zweiten Dichtelement 86 des axialen Einlassventils 52 zusammenwirken
soll, das von dem Tauchkolben 46 getragen und in dem Endloch 29 des röhrenförmigen,
hinteren Abschnitts 23 des Kolbens 22 aufgenommen
ist.
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Die
Dichtelemente des Einlassventils 52 und des Ausgleichsventils 50 können auf
verschiedene, bekannte Weisen realisiert werden, die dazu geeignet
sind, eine perfekte Dichtigkeit der Ventile 50, 52 zu
gewährleisten,
wenn diese geschlossen sind.
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Allerdings
besteht bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das erste Dichtelement 82 des axialen Einlassventils 52 aus
einem ringförmigen
Teil der vorderen Fläche 78 der
quer verlaufenden Anschlusswand 91 zwischen dem Zwischenabschnitt 94 und
dem hinteren Abschnitt 108 des röhrenförmigen Elements 76.
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Das
zweite, quer verlaufende, komplementäre Dichtelement 86 des
axialen Einlassventils 52, das gegenüber von diesem ringförmigen Teil 82 angeordnet
ist, besteht aus einer ringförmigen
Dichtung, die von einer hinteren, ringförmigen Fläche 102 einer Schale 104 getragen
ist, welche von dem Tauchkolben 46 getragen und mit Spiel
in dem Endloch 29 der Kammer 25 des röhrenförmigen Kolbens 26 aufgenommen
ist.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Schale 104 zwischen einem vorderen Abschnitt 111 und
dem hinteren Abschnitt 110 des Tauchkolbens 46 zwischengeschaltet,
mit denen sie einstückig
ausgebildet ist. Diese Anordnung schränkt jedoch die Erfindung nicht
ein. Die Schale 104 könnte insbesondere
eine angesetzte Schale sein, die am Körper des Tauchkolbens 46 gefalzt
ist.
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Vorzugsweise
ist die ringförmige
Dichtung 86 in einer Nut der hinteren Fläche 102 der
Schale 104 aufgenommen, in der sie beispielsweise geklebt
ist.
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Um
eine perfekte Dichtigkeit zwischen der hinteren Kammer 18 und
dem Außenbereich
mit dem Druck „Pa" bei
geschlossenem Einlassventil 52 zu gewährleisten, ist eine ringförmige Dichtung 152 zwischen
einem röhrenförmigen,
hinteren Abschnitt 154 des Gehäuses 12 und dem ringförmigen,
hinteren Abschnitt 108 des röhrenförmigen, schwimmenden Elements 76 zwischengeschaltet,
um die Dichtigkeit zwischen dem Außenbereich und der hinteren
Kammer 18 des Servomotors 11 zu gewährleisten.
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Das
erste Dichtelement 84 des axialen Ausgleichsventils 50 besteht
aus einer ringförmigen Dichtung 84,
die in einer Nut 85 aufgenommen ist, die in der vorderen,
freien Fläche
des ringförmigen
Abschnitts 100 am vorderen Ende des röhrenförmigen Elements 76 ausgebildet
ist. Die Dichtung 84 ist beispielsweise in der Nut 85 eingesetzt.
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Das
zweite, quer verlaufende, komplementäre Dichtelement 88 des
axialen Ausgleichsventils besteht aus einem ringförmigen Teilstück der hinteren Fläche 90,
die den vorderen 21 und den hinteren Abschnitt 23 des
röhrenförmigen Kolbens 22 begrenzt.
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Um
Ausgleichsleitungen 106 zu bilden, die dazu geeignet sind,
einen maximalen Luftdurchsatz zu gewährleisten, weist der vordere
Abschnitt 21 des Kolbens 22 mehrere Löcher 106 auf,
die winkelmäßig in gleichmäßiger Weise
durch den vorderen Abschnitt 21 verteilt sind und in die
hintere Fläche 90 münden, die
den vorderen 21 und den hinteren Abschnitt 23 des
röhrenförmigen Kolbens 22 begrenzt. Diese
Ausgestaltung gewährleistet
beim Ausgleichen der vorderen 16 und hinteren Kammer 18 einen
maximalen Luftdurchsatz.
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Wie
nachfolgend in der vorliegenden Beschreibung zu sehen sein wird,
wird das röhrenförmige Element 76 in
Ruhe-, Sättigungs-
und Ausgleichspositionen des Servomotors 11 gegen den Kolben 22 zurückgestellt,
so dass das Ausgleichsventil 50 geschlossen bleibt, wodurch
schnellere Ansprechzeiten des Servomotors 11 ermöglicht werden
und gleichzeitig die Dauer der Ausgleichsphase begrenzt wird. Zu
diesem Zweck liegt an einer Absatzfläche 120, die den vorderen
Abschnitt 100 und den Zwischenabschnitt 94 des
röhrenförmigen Elements 76 begrenzt, das
Ende einer Rückstellfeder 122 an,
deren anderes Ende an einer Absatzfläche 124 des Gehäuses 12 anliegt.
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Außerdem weist
der Körper
des Kolbens 22 eine axiale, innere Bohrung 126 auf,
die in die vordere Fläche 26 des
Kolbens 22 und in die innere Kammer 25 des Kolbens 22 mündet. Diese
axiale, innere Bohrung 126 nimmt das Ende 31 der
Betätigungsstange 28 des
Hauptzylinders auf, die in Form einer Tulpe 30 mit einem
Durchmesser ausgebildet ist, der im Wesentlichen dem der Bohrung 126 entspricht, die
Reaktionsscheibe 32, deren Durchmesser im Wesentlichen
dem der Bohrung 126 entspricht, einen Absatz 138,
dessen Außendurchmesser
im Wesentlichen dem der Bohrung 126 entspricht, und eine
gleitende Hülse 128,
die von dem vorderen Abschnitt 111 des Tauchkolbens 46 durchquert
ist. Eine vordere Fläche 130 des
Absatzes 138, die koaxial zu einem Taster 132 ist,
der an dem Ende des vorderen Abschnitts 111 des Tauchkolbens 46 befestigt
ist, kann ebenso wie der Taster 132 die Reaktionsscheibe 32 beaufschlagen.
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Somit
kann die Betätigungsstange 28 in
Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit der Betätigung der
Steuerstange 38 mittels des Absatzes 138 die Reaktion des
Hauptzylinders in variabler Weise zum Teil an den Taster 132 und
zum Teil an den Kolben 22 weiterleiten. Da eine derartige
Ausgestaltung aus dem Stand der Technik weitaus bekannt ist und
nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wird sie in der
vorliegenden Beschreibung nachfolgend nicht ausführlicher beschrieben.
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Vorteilhafterweise
bildet eine quer verlaufende Wand 134, die an dem Ende
der axialen, inneren Bohrung 126 gebildet ist, auf der
einen Seite einen Anschlag 136 für den Absatz 138 der
Hülse 128 und nimmt
auf der gegenüberliegenden
Seite 140 das Ende der Rückstellfeder 150 auf,
deren anderes Ende an einer vorderen Fläche 151 der Schale 104 des
Tauchkolbens 46 anliegt. Die Rückstellfeder 150 ist
somit vorteilhafterweise in dem röhrenförmigen, schwimmenden Element 76 aufgenommen.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen
Servomotor, bei dem die Rückstellfeder
der Steuerstange in der axialen Einlassleitung zwischen dem Gehäuse und
der Steuerstange zwischengeschaltet ist, ist es aus diesem Grund
mit dieser Ausgestaltung möglich,
den axialen Platzverbrauch der Rückstellfeder
zu begrenzen. Der Servomotor 11 nimmt somit axial umso
weniger Platz ein.
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Einer
der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der
zylindrischen oder röhrenförmigen Formen
der beweglichen Wand 14, des röhrenförmigen, schwimmenden Elements 76,
der röhrenförmigen Zwischenhülse 128,
des Kolbens 22 und des Tauchkolbens 46 die Strömung der
Luft durch Ventile 50, 52 gefördert wird, wodurch die Ansprechzeiten
des Servomotors 11 verkürzt
und sein geräuschsarmer
Betrieb gewährleistet
werden können.
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Darüber hinaus
kann mindestens eines dieser Elemente, und vorzugsweise der Hauptteil
dieser Elemente, durch Stanz- und Tiefziehverfahren realisiert werden,
oder durch ein Formverfahren aus einem Kunststoffmaterial. Diese
Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da sie es ermöglicht,
den Servomotor 11 mit niedrigen Herstellungskosten herzustellen.
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In
dieser Ausgestaltung können
die inneren Elemente des Servomotors 11 vier verschiedene Ausgestaltungen
annehmen, die in den 4 bis 6 dargestellt
wurden.
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Wie
in 3 veranschaulicht, die eine Ruheposition des Servomotors
darstellt, kann die Steuerstange 38 eine Ruheposition einnehmen.
Da die Schale 104 des Tauchkolbens 46 durch die
Feder 150 gegen die Wand 91 des röhrenförmigen Elements 76 zurückgestellt
ist, ist in dieser Position das Lufteinlassventil 52 geschlossen.
Auch das Ausgleichsventil 50 ist geschlossen, da der vordere
Abschnitt 100 des röhrenförmigen Elements 76 gegen die
hintere Fläche 90 des
Kolbens 22 zurückgestellt ist.
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Anfänglich sind
die vordere 16 und die hintere Kammer 18 dem gleichen
Unterdruck „P1" ausgesetzt.
Somit ruht die bewegliche Wand.
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Ausgehend
von dieser Position bewirkt eine Vorwärtsbewegung der Steuerstange 38 eine
Dekompression der Rückstellfeder 122 des
röhrenförmigen Elements
bis zu einer so genannten Ausgleichsposition des Servomotors, die
in 4 dargestellt wurde. Die Dekompression der Rückstellfeder 122 des
röhrenförmigen Elements
drückt
den Kolben 22 und die bewegliche Wand 14 nach
vorne und ermöglicht
den Beginn der Betätigung
der Steuerstange 38 des Hauptzylinders.
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Da
außerdem
die Feder 122 dekomprimiert ist, drückt sie die Wand 91 des
röhrenförmigen Elements 76 nur
noch leicht gegen die Schale 104 des Tauchkolbens 46.
Die Ventile 50 und 52 bleiben jedoch geschlossen.
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Eine
Vorwärtsbewegung
der Steuerstange 38 bewirkt das Zusammendrücken der
Rückstellfeder 150 des
Tauchkolbens 46, wodurch das Ablösen der Schale 104 von
der Wand 91 des röhrenförmigen Elements 76 und
somit das Öffnen
des Einlassventils 52 ermöglicht werden, wie in 5 dargestellt
ist, die eine so genannte Sättigungsposition
des Servomotors zeigt. Die Luft mit dem atmosphärischen Druck „Pa" dringt
dann in die innere Kammer 25 des Kolbens 22 ein
und fließt
durch die Langlöcher 142, 144, um
die hintere Kammer 18 zu füllen, wodurch aufgrund der
Druckdifferenz zwischen der hinteren 18 und der vorderen
Kammer 16 die bewegliche Wand 14 und somit der
Kolben 22 und die Betätigungsstange 28 des
Hauptzylinders betätigt
werden.
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Wenn
schließlich,
wie in 6 dargestellt ist, die eine Rückstellposition des Servomotors 11 zeigt, die
Steuerstange 38 wieder gelöst ist, wird das röhrenförmige Element 76 durch
die Schale 104 zurückgestellt,
die erneut an der Wand 91 des röhrenförmigen Elements 76 anliegt,
bevor die Druckdifferenz zwischen der hinteren 18 und der
vorderen Kammer 16 beseitigt wurde. Dadurch löst sich
der vordere Abschnitt 100 des röhrenförmigen Elements 76 von
der hinteren Fläche 90 des
Kolbens 22, wodurch kurzzeitig das Öffnen des Ausgleichsventils 50 bewirkt
wird. Die Luft mit dem atmosphärischen
Druck der hinteren Kammer 18 wird dann in die vordere Kammer 16 geleitet,
und die vordere 16 und die hintere Kammer 18 sind
erneut dem Unterdruck „P1" ausgesetzt,
wie dies zuvor in 3 dargestellt wurde.
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Die
Rückstellzeit
des Servomotors 11 in die Ruheposition ist somit aufgrund
der verkürzten
Ausgleichsphase der Drücke
zwischen der vorderen 16 und der hinteren Kammer 18 stark
verkürzt.
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Die
Erfindung ermöglicht
es somit, einen Servomotor zur Verfügung zu haben, der verkürzte Ansprechzeiten
und einen besonders geräuschsarmen
Betrieb aufweist, der darüber
hinaus bei weitem auf einer röhrenförmigen,
tiefgezogenen oder geformten Ausgestaltung beruht, wodurch seine
kostgünstige
Herstellung gewährleistet
wird.