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Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen Bremsunterstützungs-
Servomotor.
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Genauer betrifft die Erfindung einen Servomotor mit: einem starren Gehäuse;
einer beweglichen Trennwand, die in dichter Weise im Inneren des Gehäuses eine
vordere Kammer und eine hintere Kammer abgrenzt, wobei die vordere Kammer
beim Betrieb mit einer ersten Druckquelle verbunden ist, die einen ersten Druck
liefert; einem Pneumatikkolben, der in einer Öffnung des Gehäuses verschiebbar
angebracht ist und sich mit der beweglichen Trennwand verstellt; einem
Dreiwege-Ventil, das in dem Pneumatikkolben angeordnet und selektiv einen
Ruhezustand und einen Betätigungszustand einnehmen kann, in denen die hintere
Kammer mit der ersten Druckquelle bzw. einer zweiten Druckquelle verbunden ist, die
einen zweiten Druck liefert, der relativ zum ersten Druck eine Differenz aufweist,
die an der beweglichen Trennwand eine Unterstützungskraft entstehen läßt, die
entlang einer ersten axialen Richtung wirkt; einem Tauchkolben, der in dem
Pneumatikkolben angeordnet und zwischen einer ersten und einer zweiten
Endstellung beweglich ist, bei denen sich das erste Ventil in seinem Ruhezustand
bzw. seinem Betätigungszustand befindet; einer Steuerstange, die eine
Eingangskraft empfangen kann, die entlang der ersten axialen Richtung wirkt, um den
Tauchkolben zwischen seiner ersten und seiner zweiten Endstellung zu verstellen;
einer Schubstange, die wenigstens einen Teil der Eingangskraft und der
Unterstützungskraft übertragen kann; und Reaktionsmitteln, die zwischen dem
Tauchkolben und der Schubstange angeordnet sind, um auf den Tauchkolben entgegen
der Eingangskraft eine Reaktion auszuüben, die mit der Unterstützungskraft
anwächst, wobei die Reaktionsmittel eine erste, eine zweite und eine dritte
Abstützfläche sowie eine Mehrzahl von Kugeln aufweisen, die zwischen den drei
Abstützflächen eingespannt sind, wobei die erste Abstützfläche von einer
vorstehenden und wenigstens teilweise konischen Fläche des Tauchkolbens gebildet ist,
wobei die zweite Abstützfläche durch eine zurückgesetzte und wenigstens teilweise
konische Fläche des Kolbens gebildet ist und wobei die dritte Abstützfläche
gebildet ist durch eine wenigstens teilweise zur ersten axialen Richtung
senkrechte Fläche einer Platte, die fest mit der Schubstange verbunden ist.
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Vorrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik bekannt, wie
beispielsweise durch die Patente FR -1515 403, US - 3 470 697 und FR - 2 030 679
dargestellt.
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Die derzeitigen Untersuchungen zum Verbessern des Bremsens in den
Notsituationen haben zu einem Wiederaufleben des Interesses der Allgemeinheit für
diese Vorrichtungen geführt, deren Verbesserung die Erfindung beabsichtigt, um
eine Verringerung der Reaktionskraft in Abhängigkeit von der
Betätigungsgeschwindigkeit der Bremse zu ermöglichen.
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Dazu ist der Servomotor der Erfindung im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Abstützfläche wenigstens eine erste und eine zweite Neigung
aufweist, von denen die zweite Neigung auf die erste Neigung in einer zweiten
axialen Richtung folgt, die zur ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, und
daß die erste und die zweite Neigung mit der zweiten axialen Richtung einen
ersten bzw. einen zweiten Winkel bilden, die unterschiedlich und von Null
verschieden sind, wobei der zweite Winkel kleiner als der erste Winkel ist.
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Durch diese Eigenschaften nimmt die Reaktion, die der Servomotor der
Eingangskraft, die ihn betätigt, entgegensetzt, eine Intensität an, die von der
Betätigungsgeschwindigkeit der Bremse abhängt.
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Der Servomotor der Erfindung kann außerdem eine elastische Scheibe
aufweisen, die eine axiale Abmessung aufweist, die um so kleiner ist, je mehr sie einer
Zusammendrück-Kraft ausgesetzt ist, wobei die Scheibe zwischen den
Pneumatikkolben und die Schubstange eingesetzt ist, um zwischen der zweiten und der
dritten Abstützfläche einen Raum zu schaffen, der sich verringert, wenn sich die
Unterstützungskraft erhöht.
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Durch diese Eigenschaften kann der Servomotor der Erfindung eine
Ansprechkennlinie aufweisen, die zu jener der derzeitigen Servomotoren ähnlich ist,
die eine elastomere Scheibe als Reaktionsorgan verwenden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlich aus der
Beschreibung hervor, die nachstehend zur Information und keineswegs zur
Begrenzung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen durchgeführt wird, in welchen
gilt:
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- Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines aus dem Stand der Technik (FR -1 515
403) bekannten Servomotors;
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- Fig. 2 ist eine Schnittansicht des vorderen Teils des Tauchkolbens eines
Servomotors gemäß der Erfindung;
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- Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des vorderen Teils des
Tauchkolbens eines Servomotors gemäß der Erfindung;
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- Fig. 4 ist eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Servomotors, der in einer Gleichgewichtsstellung unter Belastung dargestellt ist;
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- Fig. 5 ist eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Servomotors, der in einem Übergangszustand einer schnellen Betätigung dargestellt ist;
und
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- Fig. 6 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Servomotors.
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Der pneumatische Unterstützungs-Servomotor der Erfindung umfaßt in an sich
bekannter Weise eine vordere Schale 1 und eine hintere Schale 2, die gemeinsam
ein starres Gehäuse 3 bilden.
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Eine bewegliche Trennwand 4 trennt in dichter Weise das Innere dieses starren
Gehäuses 3 und grenzt dort eine vordere Kammer 5 und eine hintere Kammer 6
ab, wobei die vordere Kammer 5 beim Betrieb mit einer ersten Druckquelle D
verbunden ist, die einen relativ niedrigen ersten Druck Pd liefert.
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Ein Pneumatikkolben 7, der verschiebbar in einer Öffnung 31 des Gehäuses 3
angebracht ist, verstellt sich mit der beweglichen Trennwand 4 und trägt ein
Ventil 8.
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Dieses Ventil kann selektiv einen Ruhezustand, der jener ist, der in Fig. 1
dargestellt ist, und einen Betätigungszustand, in dem es sich zu einer zweiten
Druckquelle A öffnet, einnehmen.
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Somit wird die hintere Kammer 6 mit der ersten Druckquelle D verbunden,
wenn sich das Ventil 8 in seinem Ruhezustand befindet, und mit der zweiten
Druckquelle A verbunden, wenn sich das Ventil 8 in seinem Betätigungszustand
befindet.
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Da die zweite Druckquelle A vorgesehen ist, um einen zweiten Druck Pa zu
liefern, beispielsweise den Atmosphärendruck, der höher ist als der erste Druck
Pd, wird die bewegliche Trennwand 4 nun einer Unterstützungskraft ausgesetzt,
die entlang einer axialen Richtung X+ wirkt, sobald das Ventil 8 in seinen
Betätigungszustand gebracht wird.
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Dieses Ventil 8 umfaßt in Wirklichkeit einen Tauchkolben 9, der im
Pneumatikkolben 7 angeordnet ist und zwischen einer ersten und einer zweiten
Endstellung beweglich ist, wobei die erste Endstellung jene ist, bei der sich das erste
Ventil 8 in seinem Ruhezustand (siehe Fig. 1) befindet, und die zweite
Endstellung entlang der axialen Richtung X+ bezüglich der ersten Endstellung versetzt
ist, und es ermöglicht, das erste Ventil 8 in seinen Betätigungszustand (siehe Fig.
5) zu bringen.
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Eine Steuerstange 10 ist vorgesehen, um eine Eingangskraft zu empfangen, die
entlang der axialen Richtung X+ wirkt, und um den Tauchkolben 9 zwischen
seiner ersten und seiner zweiten Endstellung zu verstellen.
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Eine Schubstange 11, die in einer Platte 111 endet, fluchtet mit der
Steuerstange 10, um eine Ausgangskraft zu empfangen, die ebenfalls entlang der axialen
Richtung X+ orientiert ist und aus einem Teil der Eingangskraft und der
Unterstützungskraft besteht, und diese auf einen Hauptzylinder (nicht dargestellt) zu
übertragen.
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Wie Fig. 1 zeigt, umfassen die bekannten Servomotoren auch sogenannte
"Reaktions"-Mittel, die zwischen den Tauchkolben 9 und die Schubstange 11
eingesetzt sind, um auf den Tauchkolben entgegen der Eingangskraft eine Reaktion
auszuüben, die mit der Unterstützungskraft anwächst.
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In den Servomotoren der betrachteten Art umfassen diese Reaktionsmittel
genauer drei Abstützflächen 12, 13, 14 und eine Mehrzahl von Kugeln 15, die
zwischen diese Abstützflächen eingespannt sind.
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Die erste Abstützfläche 12 besteht aus einer vorstehenden Fläche des
Tauchkolbens 9, die am vorderen Teil dieses letzteren angeordnet ist und die zumindest
lokal eine ungefähr konische Form aufweist.
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Die zweite Abstützfläche 13 besteht aus einer zurückgesetzten Fläche des
Kolbens 7, die ebenfalls am vorderen Teil des Kolbens um die Abstützfläche 12
des Tauchkolbens angeordnet ist und die auch zumindest lokal eine ungefähr
konische Form aufweist.
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Schließlich besteht die dritte Abstützfläche 14 aus der Oberfläche, die die
Platte 111 bietet und die zur axialen Richtung X+ im wesentlichen senkrecht ist.
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Die Funktion dieser Reaktionsmittel ist folgendermaßen.
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Wenn eine Eingangskraft auf die Steuerstange 10 aufgebracht wird, nähert
sich der Tauchkolben 9 an die Schubstange 11 an, indem er die Kugeln 15
voneinander trennt, die sich somit von der Achse X-X+ des Servomotors entfernen
und die sich in die Richtung X+ vorwärts bewegen, indem sie an der
Abstützfläche 13 des Kolbens 7 aufsteigen.
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Gleichzeitig ruft die Verstellung des Tauchkolbens 9 das Öffnen des Ventils 8
und den Einlaß von Luft auf dem relativ hohen Druck Pa in die hintere Kammer 6
hervor, wobei dieses Phänomen die Verstellung der beweglichen Trennwand 4
und folglich auch jene des Kolbens 7 entlang der Richtung X+ hervorruft.
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Die Verstellung des Kolbens 7 bewirkt wiederum eine
Zusammenlaufbewegung der Kugeln 15, die somit die Tendenz aufweisen, wieder an der
Abstützfläche 12 des Tauchkolbens 9 aufzusteigen, und folglich diesen letzteren entlang der
Richtung X- entgegengesetzt zur Richtung X+ zurückzuschieben.
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Wenn die Verstellung der Schubstange 11 entlang der Richtung X+ auf einen
deutlichen Widerstand trifft, treten folglich die Eingangskraft, die auf den
Tauchkolben 9 durch die Steuerstange 10 ausgeübt wird, und die Unterstützungskraft,
die auf den Kolben 7 durch den Differentialdruck ausgeübt wird, dem die
bewegliche Trennwand 4 ausgesetzt wird, in Konkurrenz, um die radiale Position der
Kugeln 15 zu definieren, wobei die Eingangskraft von dem Teil der
Unterstützungskraft eine Reaktion erfährt, die sie bezwingen muß, um das Ventil 8 offen zu
halten.
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Die Erfindung, die darauf abzielt, diese Reaktionsmittel zu verbessern, sieht
einerseits vor, daß die erste Abstützfläche 12 beispielsweise mindestens zwei
Neigungen P1, P2 aufweist, die mit der entgegengesetzten axialen Richtung
Xjeweilige Winkel a1, a2 bilden, die unterschiedlich und von Null verschieden sind,
wobei die zweite Neigung P2 als jene definiert ist, die auf die andere in der
entgegengesetzten axialen Richtung X- folgt, und sieht andererseits vor, daß der zweite
Winkel a2 kleiner ist als der erste Winkel a1.
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Das Interesse für und die Funktion dieser Eigenschaften sind folgende.
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Wenn der Servomotor durch eine Eingangskraft betätigt wird, die sich in
relativ langsamer Weise ändert, was für eine kontrollierte Bremsung für die
vorausgesehene Kontrolle der Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Fall ist, wirken die
Reaktionsmittel wie vorher angegeben, wobei die Kugeln 15 an der Neigung P1 der
Abstützfläche 12 des Tauchkolbens 9, an der Abstützfläche 13 des Kolbens und
an der Abstützfläche 14 der Platte 111 anliegen.
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Wenn der Servomotor dagegen durch eine Eingangskraft betätigt wird, die
sich in schneller Weise ändert, wie es für eine Notbremsung der Fall ist, gewinnt
der Tauchkolben gegenüber dem Kolben einen deutlichen Vorsprung, was auf die
Zeit zurückzuführen ist, die die hintere Kammer 6 braucht, um sich zu füllen.
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Unter diesen Bedingungen, die die in Fig. 5 dargestellten sind, treffen die
Kugeln 15 nicht mehr auf die Abstützfläche 12 des Tauchkolbens 9 auf der Höhe
ihrer Neigung P1, sondern auf der Höhe ihrer Neigung P2.
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Da der Winkel a2 dieser Neigung kleiner ist als der Winkel a1, wird die
Reaktion, die vom Kolben 7 auf den Tauchkolben 9 durch die Kugeln 15 ausgeübt
wird, nun bezüglich des Werts verringert, den sie im Fall einer normalen
Bremsung annimmt.
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Somit kann nicht nur ein größerer Anteil der Eingangskraft in den
Notbremssituationen ausgenutzt werden, sondern es ist auch möglich zu vermeiden,
daß der Fahrer, der daran gewöhnt ist, die Bremskraft, die er in Abhängigkeit vom
Widerstand, den er antrifft, aufbringt, zu dosieren, nicht instinktiv seine Belastung
in diesen Situationen nachläßt.
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Wie die Fig. 4 bis 6 zeigen, umfaßt der Servomotor der Erfindung auch
vorzugsweise eine gewellte, elastische Scheibe 16, die zwischen den
Pneumatickolben 7 und die Schubstange 11 eingesetzt ist.
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Durch ihre Welligkeit weist diese Scheibe 16 eine axiale Abmessung, das
heißt eine Dicke auf, die scheinbar höher ist als die Dicke des Materials, aus dem
sie besteht.
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Außerdem kann diese Scheibe elastisch zusammengedrückt werden, das heißt,
daß ihre axiale Abmessung um so kleiner ist, je mehr sie der Zusammendrück-
Kraft ausgesetzt wird.
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Unter diesen Bedingungen schafft die Scheibe 16 zwischen der Abstützfläche
13 des Kolbens 7 und der Abstützfläche 14 der Schubstange einen Raum, der sich
verringert, wenn die Unterstützungskraft zunimmt, so daß die Kugeln 15 nur
zwischen den Abstützflächen 12, 13 und 14 eingespannt sind, wenn die
Unterstützungskraft höher ist als die Zusammendrück-Kraft der Scheibe 16, wobei diese
Anordnung es ermöglicht, in der Ansprechkennlinie des Servomotors einen
charakteristischen Sprung des Betriebs der derzeitigen Servomotoren entstehen zu
lassen.
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Wie die Fig. 4 und 6 zeigen, kann der Kolben auf der Scheibe 16 in nur
indirekter Weise durch einen Ring 17 ruhen.
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Es kann auch nützlich sein, den Tauchkolben 9 in zwei Teilen herzustellen,
wobei dieser letztere dann einen vorderen Teil 9a mit erhöhter Festigkeit, an dem
die Abstützfläche 12 definiert ist, und einen hinteren Teil 9b, der nur eine
geringere Festigkeit aufweisen muß, aufweist.
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Wie Fig. 3 zeigt, kann die Abstützfläche 12 in Wirklichkeit in Form von
nicht benachbarten Vertiefungen ausgeführt sein, die gleichzeitig eine Anordnung
einer konischen Konstruktion und ein individuelles zylindrisches Profil
annehmen, um die Kugeln 15 besser zu führen, im vorliegenden Fall in einer Zahl von
drei im dargestellten Beispiel.
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Schließlich kann ein Stift 18 (Fig. 4) zwischen dem Kolben 7 und der Platte
111 vorgesehen sein, um diese zwei Teile in einem Winkel aneinander
festzukeilen und ihre Führung zu vervollkommnen.