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Die vorliegende Erfindung betrifft pneumatische Servomotoren
der Art, wie sie zur Bremsunterstützung von Kraftfahrzeugen
verwendet werden.
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Derartige Servomotoren sind in der Automobiltechnik wohl
bekannt und werden dort häufig verwendet. Gewöhnlich enthalten
sie ein Gehäuse, das mit seiner hinteren Wand an der den
Motorraum vom Fahrzeuginnenraum trennenden Schürze so befestigt
ist, daß sie durch ein im Fahrzeuginnenraum befindliches
Bremspedal betätigt werden und den Hauptkolben eines Hauptzylinders
betätigen können, der sich im Motorraum befindet und durch
einen Hydraulikkreis mit den Fahrzeugbremsen verbunden ist,
wobei der Hauptzylinder an der vorderen Wand des
Servomotorgehäuses befestigt ist.
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Das Gehäuse ist durch eine bewegliche Wandstruktur in dichter
Weise in eine permanent mit einer Unterdruckquelle verbundene
vordere Kammer und eine hintere Kammer unterteilt, die selektiv
mit der vorderen Kammer oder einer Hochdruckquelle mittels
eines Dreiwegeventils verbunden ist, das von einer mit dem
Bremspedal verbundenen Steuerstange betätigt wird, welche in
der Lage ist, sich über die Vorderseite eines Tauchkolbens an
der Hinterseite einer fest mit einer Reaktionsscheibe
verbundenen Schubstange abzustützen, welche den Hauptkolben des
Hauptzylinders betätigt.
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Um die durch derartige Servomotoren erbrachte
Unterstützungskraft zu erhöhen, hat man doppelte Servomotoren oder
Tandemservomotoren entwickelt, wie etwa in der EP-A-0 327 997
beschrieben ist, die schematisch aus zwei in Reihe angeordneten
Servomotoren bestehen. Diese Tandemservomotoren haben einen relativ
hohen Platzbedarf, wodurch die Verwendung auf bestimmte
Fahrzeuge begrenzt ist, die über ausreichend Platz im Motorraum
verfügen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man beispielsweise in der
DE-A-33 43 160 versucht, Servomotoren zu entwickeln, die eine
zusätzliche Kammer mit geringerem Volumen aufweisen, so daß die
durch den Servomotor erbrachte Unterstützungskraft erhöht
wurde, ohne dabei die äußeren Abmessungen entscheidend zu
vergrößern.
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Beispielsweise ist aus der EP-B-0 395 461 ein dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs entsprechender Servomotor bekannt, bei dem
ein Nebengehäuse fest mit der beweglichen Wand verbunden ist
und in die vordere Kammer hineinragt. Ein Nebenkolben
unterteilt im Inneren in dichter Weise das Nebengehäuse in einen
vorderen Raum und einen hinteren Raum. Der Nebenkolben ist
bezüglich des Gehäuses fest angeordnet und der vordere Raum ist
permanent mit der hinteren Kammer und der hintere Raum
permanent mit der vorderen Kammer verbunden.
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Von Nachteil bei diesen Servomotoren mit zusätzlicher Kammer
ist, daß sie aufgrund der Übertragung von erhöhten
Unterstützungskräften Verformungen unterliegen, die in axialer Richtung
um so höher sind. Daraus ergibt sich, daß bei der Betätigung
des Servomotors für eine Bremswirkung der axiale Abstand
zwischen der vorderen und der hinteren Wand des Servomotors
variiert, was sich in einem verlängerten Weg des Bremspedals
auswirkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
einen Servomotor vorzuschlagen, der eine zusätzliche Kammer
aufweist und bei dem die Steifigkeit in axialer Richtung so
erhöht ist, daß der Weg des Bremspedals konstant bleibt.
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Erfindungsgemäß enthält dazu der Servomotor der oben genannten
Art ferner zumindest ein Glied zur Übertragung der
Reaktionskraft, die durch die Betätigung eines Hauptzylinders an dessen
Befestigungsflansch vor dem pneumatischen Servomotor erzeugt
wird, wobei das Glied zur Übertragung der Reaktionskraft am
Befestigungsflansch befestigt ist und das Gehäuse von einer
Seite zur anderen parallel zur Symmetrieachse des Servomotors
durchdringt und fest mit der vorderen und der hinteren Wand des
Gehäuses verbunden ist, und wobei das Glied zur Übertragung der
Reaktionskraft ein Zugglied ist, das in dichter Weise die
Vorderseite des Nebengehäuses durchdringt.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels, das anhand der beiliegenden
Zeichnung dargestellt ist. Dabei zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht in Längsschnitt eines pneumatischen
Servomotors zur Bremsunterstützung, der gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist, und
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Fig. 2 eine Seitenansicht in Längsschnitt eines pneumatischen
Servomotors zur Bremsunterstützung, der gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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In den Figuren ist ein pneumatischer Servomotor zur
Bremsunterstützung dargestellt, der zum Einsetzen in gewöhnlicher Weise
zwischen dem Bremspedal eines Fahrzeugs und dem Hauptzylinder
vorgesehen ist, welcher den hydraulischen Bremskreis dieses
Fahrzeugs steuert. Üblicherweise wird mit "Vorderseite" des
Servomotors derjenige Bereich des letztgenannten bezeichnet,
der dem Hauptzylinder zugewandt ist und mit "Hinterseite" des
Servomotors derjenige Bereich, der dem Bremspedal zugewandt
ist. In den Figuren befindet sich somit die Vorderseite links
und die Hinterseite rechts.
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Der in den Figuren dargestellte Servomotor enthält ein äußeres
Gehäuse 10 in Form einer Schale, das um die Achse X-X'
rotationssymmetrisch ist.
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Eine bewegliche Wandstruktur 12 begrenzt innerhalb des Gehäuses
10 in dichter Weise eine vordere Kammer 14, die durch ein
Rückschlagventil 15 permanent mit einer Unterdruckquelle verbunden
ist, und eine hintere Kammer 16. Der beweglichen Wand 12 ist
eine nachgiebige Abrollmembran 18 aus Elastomer zugeordnet,
deren innerer Umfangsrand in dichter Weise durch einen inneren
Wulst in einem hohl ausgeführten Unterstützungskolben 20
aufgenommen ist, der entlang der Achse X-X' des Servomotors
angeordnet ist, und deren äußerer Umfangsrand in dichter Weise am
äußeren Gehäuse 10 befestigt ist.
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Der Hohlkolben 20 setzt sich nach hinten in Form eines
rohrförmigen Abschnitts 22 fort, der in dichter Weise die hintere
Wand des Gehäuses 10 durchdringt. Eine zwischen dem Kolben 20
und der vorderen Wand des Gehäuses 10 eingesetzte Druckfeder 24
hält normalerweise den Kolben 20 in der hinteren Ruhestellung,
die in der Figur dargestellt ist und in der die hintere Kammer
16 ihr kleinstes Volumen und die vordere Kammer 14 ihr größtes
Volumen aufweist.
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Im Mittelbereich der beweglichen Wand, die sich vor dem
rohrförmigen hinteren Abschnitt 22 befindet, weist der Kolben 20
eine Bohrung auf, in der ein Tauchkolben 26 gleitend
aufgenommen ist. Das vordere Ende einer Steuerstange 28 des
Servomotors, die auch entlang der Achse X-X' angeordnet ist, ist
drehbar in einer Sacklochbohrung des Tauchkolbens 26 gelagert, und
ihr hinteres Ende, das nach außen vom rohrförmigen Abschnitt 22
vorspringt, wird direkt durch das (nicht dargestellte)
Bremspedal des Fahrzeugs gesteuert.
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Der Tauchkolben 26 steuert in bekannter Weise den Betrieb eines
Dreiwegeventils 30, wobei die hintere Kammer 16 selektiv mit
der vorderen Kammer 14 und einer Überdruckquelle, wie etwa der
Atmosphäre, verbunden ist, die im hinteren Bereich des
rohrförmigen Abschnitts 22 vorhanden ist.
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Ein ringförmiges Nebengehäuse 32 ist fest mit der beweglichen
Wand 12 verbunden und ragt in die vordere Kammer 14 hinein. Ein
ringförmiger Nebenkolben 34 begrenzt in dichter Weise im
Inneren des Gehäuses 32 einen vorderen Raum 36 und einen hinteren
Raum 38. Die Dichtigkeit wird durch eine nachgiebige
Abrollmem
bran 40 aus Elastomer gewährleistet, deren äußerer Umfangsrand
in dichter Weise am Gehäuse 32 befestigt ist.
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Erfindungsgemäß ist zwischen der vorderen Wand 42 und der
hinteren Wand 44 des Servomotorgehäuses 10 ein Glied zur
Übertragung der Reaktionskraft vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist dieses Glied zur
Kraftübertragung ein Zugglied, das fest mit dem ringförmigen
Nebenkolben 34 verbunden oder einteilig mit diesem ausgebildet
ist, wie dargestellt ist.
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Insbesondere besteht das Zugglied 50 beispielsweise aus einem
Rohr, dessen beide Enden ein Innengewinde aufweisen. Am
hinteren Ende ist ein erster Abschnitt eines Bolzens 52
eingeschraubt, der mit einer im Inneren des Gehäuses 10 angeordneten
mittleren Verdickung 54 gebildet ist und an der Innenseite der
hinteren Wand 44 anschlägt, wobei der zweite Abschnitt 56 des
Bolzens 52 eine Öffnung in der Wand 44 durchdringt, deren
Ränder auf den Bolzen umgebördelt sind. Es kann vorteilhaft eine
Dichtung zwischen der Verdickung 54 und der Wand 44 eingesetzt
sein.
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Ebenso ist der erste Abschnitt eines zweiten Bolzens 58 in das
vordere Ende des Zugglieds 50 eingeschraubt, wobei der zweite
Abschnitt 60 des Bolzens 58 in dichter Weise eine Öffnung in
der vorderen Wand 42 durchdringt, beispielsweise mit Hilfe
eines rohrförmigen Stopfens 62 aus Gummi, wie dargestellt ist.
Der Stopfen 62 ist ebenfalls in dichter Weise am Zugglied 50
angebracht.
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Im Kolben 34 ist eine ringförmige Nut 64 um das Zugglied 50
herum ausgebildet, um in dichter Weise einen Wulst der Membran
40 aufzunehmen. Die Membran 18 der beweglichen Wandstruktur 12
ist auch mit einer Öffnung ausgebildet, deren Ränder einen in
dichter Weise um das hintere Ende des Zugglieds 50 herum
befestigten Wulst 66 bilden.
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Im Innengewinde des hinteren Endes des Zugglieds 50 sind axiale
Rillen 68 über eine Länge ausgebildet, die größer ist als die
Länge des ersten Abschnitts des Bolzens 52, und im hinteren
Ende des Zugglieds 50 sind hinter der Befestigung des Wulstes
66 radiale Öffnungen 70 eingebracht, die in die Rillen 68
münden, um die hintere Kammer 16 des Servomotors mit dem Raum 72
im Inneren des rohrförmigen Zugglieds 50 zu verbinden.
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Radiale Öffnungen 74 sind auch im rohrförmigen Zugglied 50 vor
der Nut 64 zur Befestigung des Wulstes der Membran 40
vorgesehen, um den Raum 72 mit dem vorderen Raum 36 des Nebengehäuses
32 zu verbinden. In der Wand des Nebengehäuses 32 sind
Öffnungen 76 vorgesehen, um die vordere Kammer 14 des Servomotors
mit dem hinteren Raum 38 des Nebengehäuses 32 zu verbinden.
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Schließlich ist eine Lippendichtung 78 in einer vor dem
Nebengehäuse 32 gebildeten Öffnung angeordnet, die für eine
gleitende Dichtigkeit zwischen diesem Gehäuse und dem Zugglied 50
sorgt. Eine Mutter 79 kann vorteilhaft auf dem zweiten
Abschnitt 60 des Bolzens 58 aufgeschraubt sein, um einerseits die
beiden das Gehäuse 10 bildenden Teile 42 und 44
zusammenzuhalten und so die Handhabung und Lagerung des Servomotors zu
erleichtern, und um andererseits in genauer Weise den axialen
Abstand in der Ruhestellung zwischen der Vorderseite 42 und der
Hinterseite 44 des Servomotors zu bestimmen.
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Der so zusammengesetzte Servomotor ist auf der (nicht
dargestellten) Schürze befestigt, die den Motorraum des Fahrzeugs
vom Fahrzeuginnenraum trennt, und zwar mittels einer Mutter,
die vom Fahrzeuginnenraum aus auf den zweiten Abschnitt 56 des
Bolzens 52 aufgeschraubt ist, der die Öffnung der Schürze
durchdringt. Ein (nicht dargestellter) Hauptzylinder ist im
Vorderteil des Servomotors mittels einer Mutter auf dem zweiten
Abschnitt 60 des Bolzens 58 aufgeschraubt, der eine Öffnung
durchdringt, die in einem Flansch zum Befestigen des
Hauptzylinders ausgebildet ist.
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Befindet sich der gesamte Servomotor in der Ruhestellung,
werden die Steuerstange 28 sowie der Tauchkolben 26 nach hinten
beaufschlagt, so daß das Dreiwegeventil normalerweise eine
Verbindung zwischen den beiden Kammern 14 und 16 des
Servomotors herstellt. Da diese Kammern permanent mit dem Raum 38 bzw.
36 des Nebengehäuses 32 in Verbindung stehen, ist der gesamte
Servomotor dem Druck ausgesetzt, der von der Unterdruckquelle
durch ein Ventil 15 aufgebracht wird.
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Drückt der Fahrer des Fahrzeugs auf das Bremspedal, ergibt sich
eine Bewegung der Steuerstange 28 und des Tauchkolbens 26 nach
vorne, die den Betrieb des Dreiwegeventils 30 steuert. Dann
gelangt Luft unter Atmosphärendruck in die hintere Kammer 16
und in den vorderen Raum 36. Die Druckdifferenz zwischen der
vorderen Kammer 14 und dem hinteren Raum 38, in denen stets der
Druck aus der Unterdruckquelle herrscht, bewirkt eine
Unterstützungskraft, die durch den Hohlkolben auf die
Reaktionsscheibe 80 übertragen wird, die auch die Betätigungskraft an
der Steuerstange 28 durch den Tauchkolben 26 aufnimmt.
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Die Reaktionsscheibe 80 ist fest mit einer Schubstange 82
verbunden, welche den Hauptkolben des Hauptzylinders betätigt,
wodurch der Hydraulikdruck im Bremskreis erhöht wird, an den er
angeschlossen ist. Die Betätigung des Hauptzylinders ruft eine
Reaktionskraft an seinem Befestigungsflansch hervor. Da dieser
Flansch am Bolzen 58 befestigt ist, der selbst fest mit dem
Zugglied 50 verbunden ist, welches mit dem Bolzen 52 an der
Fahrzeugschürze befestigt ist, wird die durch Betätigung des
Hauptzylinders aufgebrachte Reaktionskraft durch das Zugglied
50 so direkt zur Fahrzeugschürze übertragen, ohne daß sie dabei
durch das Gehäuse 10 des Servomotors übertragen wird.
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Somit ist es möglich, das Gehäuse 10 des Servomotors aus einem
feineren oder leichteren Material herzustellen, da dieses
Gehäuse nur der durch den Differenzdruck zwischen dem Innenraum
und der äußeren Atmosphäre hervorgerufenen Spannung unterliegt.
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In Fig. 2 ist eine Variante zur oben beschriebenen
Ausführungsform dargestellt. Bei Fig. 2 sind die gleichen Teile wie
in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden
nicht erneut näher beschrieben. Bei dieser Variante ist das
Zugglied in der axialen Richtung zusammendrückbar, so daß die
Reaktionskraft des Hauptzylinders auf die Schürze übertragbar
ist, ohne dabei im Falle einer Kollision des Fahrzeugs Kräfte
auf diese Schürze zu übertragen, und so daß die passive
Sicherheit des mit einem solchen Servomotor ausgestatteten Fahrzeugs
erhöht wird.
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Das in Fig. 2 dargestellte Zugglied 100 besteht aus einem
Kabel 102, an dessen Enden Endteile 104 und 106 aufgebördelt
sind. Jedes Teil 104 bzw. 106 ist an seinem Ende mit einem
Gewindeabschnitt 108 bzw. 110 versehen, der eine Öffnung in der
Wand 42 bzw. 44 durchdringt. Das Endteil 106 ist mit einer
mittleren Verdickung 112 gebildet, die im Inneren des Gehäuses
10 angeordnet ist und sich in Anschlag an der Innenseite der
hinteren Wand 44 befindet, wobei der Rand der Öffnung in der
Wand 44 auf das Endteil 106 umgebördelt ist. Vorteilhaft kann
eine Dichtung zwischen der Verdickung 112 und der Wand 44
eingesetzt sein.
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Der ringförmige Nebenkolben 34 ist fest mit einem Rohr 114
verbunden, welches das Zugglied 100 umschließt und in dichter
Wiese das Nebengehäuse 32 durchdringt, und zwar mittels einer
Lippendichtung, die in einer im Vorderteil dieses Nebengehäuses
32 ausgebildeten Öffnung eingesetzt ist. Wie bei der
vorhergehenden Ausführungsform ist das Rohr 114 mit Öffnungen
74 und 70 versehen, um die hintere Kammer 16 des Servomotors
mit dem vorderen Raum 36 des Nebengehäuses 32 zu verbinden. Der
rohrförmige Stopfen 62 sorgt auch für die Dichtigkeit des
Durchgangs des Endteils 104 durch die Wand 42 und des Inneren
des Rohrs 114 gegenüber der vorderen Kammer 14 des Servomotors.
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Das Rohr 114 hat keine weitere Aufgabe, als die Dichtigkeit des
Durchgangs des Kabels 102 durch die Vorderseite des
Nebengehäuses 32 zu gewährleisten und die hintere Kammer 16 des
Ser
vomotors mit dem vorderen Raum 36 des Nebengehäuses zu
verbinden, wobei die Übertragung der Reaktionskraft, die durch
Betätigung des Hauptzylinders hervorgerufen wird, durch das
Kabel 102 des Zugglieds 100 gewährleistet ist. Das Rohr 114
kann also aus einem relativ leichten Material, wie etwa
Kunststoff, hergestellt sein.
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Mit einer solchen Anordnung kann im Falle einer
Druckbeaufschlagung des Servomotors, die beispielsweise durch eine
frontale Kollision des Fahrzeugs hervorgerufen wird, das Rohr 114
brechen, so daß keinerlei Wirkung von der vorderen Wand 42 des
Servomotors nach hinten auf die Fahrzeugschürze ausgeübt wird.
Die Folgen einer Kollision sind somit für den Fahrer des
Fahrzeugs gemindert.
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Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die
beschriebenen Ausführungsformen, sondern kann vielmehr
zahlreiche, für den Fachmann denkbare Abwandlungen annehmen, ohne
dabei den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß das zusammendrückbare
Zugglied teleskopischer Art ist und beispielsweise aus zwei
ineinander gesteckten Rohren besteht. Das Zugglied 50 der Fig.
1 kann also aus zwei Rohren bestehen, wobei ein hinteres Rohr
an der hinteren Wand 44 des Servomotors befestigt und fest mit
dem ringförmigen Nebenkolben 34 verbunden ist und ein vorderes
Rohr an der vorderen Wand 42 des Servomotors befestigt ist,
wobei das vordere Rohr eine radial äußere Schulter enthält, die
mit einer radial inneren Schulter des hinteren Rohres
zusammenwirkt, um die Übertragung der Reaktionskräfte zu gewährleisten,
wobei eine Dichtung zwischen den beiden Rohren angeordnet ist,
um den Innenraum des Zugglieds von der vorderen Kammer des
Servomotors zu trennen, wobei das vordere Rohr im hinteren Rohr
unter Einwirkung einer äußeren Beaufschlagung, die auf eine
Kollision folgt, gleiten kann, so daß jegliche Übertragung der
Kräfte von der vorderen Wand des Servomotors zur
Fahrzeugschürze vermieden wird.