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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 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 durch eine Rückstellfeder
auf die Stange ausgeübten
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 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 gemäß dieser
Ausgestaltung realisierter 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 ein Bearbeitungsverfahren
realisiert werden können.
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Die
Erfindung schlägt
eine Ausgestaltung vor, die eine Beseitigung dieser Nachteile ermöglicht, bei
der die Leitungen 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 Ausge staltung, die Mehrzahl der Servomotorelemente
mit Hilfe eines Tiefziehverfahrens zu realisieren, das kostengünstiger
ist 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 außerhalb
des Tauchkolbens, das axial beweglich ist, elastisch zur beweglichen
Wand zurückgestellt
ist und bei dem quer verlaufende, axial versetzte Flächen erste
Dichtelemente der axialen Ventile für den Einlass und den Ausgleich
aufweisen,
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement des axialen
Einlassventils, das von dem hinteren Ende des Tauchkolben getragen
ist,
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement des axialen
Ausgleichsventils, das mindestens aus einem Teilstück der hinteren Fläche der
beweglichen Wand besteht.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung:
- – besteht mindestens ein erstes
Dichtelement aus einer Dichtung, die von einer röhrenförmigen, angesetzten Hülse getragen
ist, welche gleitend in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element angebracht ist,
- – weist
das röhrenförmige, schwimmende
Element folgendes auf:
- • einen
röhrenförmigen Zwischenabschnitt,
der gleitend in einem Zwischenabschnitt des im Wesentlichen zylindrischen
Kolbens und um einen röhrenförmigen Bereich
der beweglichen Wand angebracht ist, welcher den Tauchkolben gleitend aufnimmt,
- • einen
röhrenförmigen Abschnitt
am vorderen Ende, der einen größeren Durchmesser
als der Zwischenabschnitt besitzt, der in einem vorderen, ausgesparten
Abschnitt des Kolbens an dem Anschluss zwischen dem Kolben und der
beweglichen Wand aufgenommen ist, der innen eine Dichtung aufnimmt,
bei der eine vordere Fläche das
erste Dichtelement des Ausgleichsventils bildet und die unter Bildung
des zweiten Dichtelements des Ausgleichsventils mit dem Teilstück der hinteren
Fläche
der beweglichen Wand zusammenwirken soll, wobei das Teilstück radial
außerhalb
mindestens eines Verbindungslochs zwischen der vorderen Kammer und
der hinteren Kammer angeordnet ist,
- • einen
röhrenförmigen Abschnitt
am hinteren Ende, der einen kleineren Durchmesser als der Zwischenabschnitt
besitzt, der innen die röhrenförmige Hülse aufnimmt,
bei der eine quer verlaufende Fläche
am vorderen Ende unter Bildung des ersten Dichtelements des Einlassventils
eine Dichtung trägt,
wobei das erste Dichtelement mit dem zweiten, von dem Tauchkolben
getragenen Dichtelement zusammenwirken soll, und bei der eine Bohrung
in dichter Weise eine axiale Einlassleitung des Kolbens umgibt,
die mit der Druckquelle verbunden ist, welche dem Druck ausgesetzt
ist, der höher
ist als der erste Druck.
- – ist
der Tauchkolben in einem röhrenförmigen Bereich
geführt,
welcher sich ausgehend von der hinteren Fläche der beweglichen Wand axial
erstreckt, und die bewegliche Wand weist mehrere winkelmäßig verteilte
Löcher
durch die quer verlaufende Wand um den Anschluss zwischen ihrem
röhrenförmigen Bereich
und ihrer hinteren Fläche
auf,
- – liegt
an einer Absatzfläche,
die den röhrenförmigen Zwischenabschnitt
und den röhrenförmigen Abschnitt
des röhrenförmigen Elements
begrenzt, das Ende einer Rückstellfeder
an, deren anderes Ende an einer Absatzfläche des röhrenförmigen Kolbens anliegt,
- – durchquert
ein radialer Anschlagstift, dessen Enden außerhalb des Kolbens an dem
Gehäuse des
Servomotors anliegen können,
ein Loch des Tauchkolbens, zwei diametral gegenüberliegende Langlöcher des
röhrenförmigen Bereichs
der beweglichen Wand, zwei diametral gegenüberliegende Langlöcher des
Elements und zwei diametral gegenüberliegende Langlöcher des
Kolbens,
- – sind
die diametral gegenüberliegenden
Langlöcher
des Kolbens Teil der Aussparungen des Kolbens,
- – weist
der einen bestimmten Durchmesser aufweisende Zwischenabschnitt des
Kolbens die Einlassleitung auf, die einen kleineren Durchmesser als
der bestimmte Durchmesser besitzt und mit der er einstückig ausgebildet
ist, und die Einlassleitung ist mit dem Zwischenabschnitt verbunden durch
eine einstückig
ausgebildete, quer verlaufende Wand, bei der eine vordere Fläche die
Absatzfläche
bildet, an welcher die Rückstellfeder des
röhrenförmigen Elements
anliegt, und deren hintere Fläche
eine Absatzfläche
bildet, an welcher die Rückstellfeder
der Steuerstange anliegt,
- – ist
das zweite, quer verlaufende Dichtelement des axialen Einlassventils
von einer Schale getragen, welche fest auf dem hinteren Ende des
zylindrischen Tauchkolbens angebracht ist und bei der eine hintere,
quer verlaufende Fläche
sich gegenüber
der Dichtung, welche das erste, quer verlaufende Dichtelement bildet,
erstreckt,
- – sind
die bewegliche Wand, das röhrenförmige, schwimmende
Element, die röhrenförmige, fest mit
dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element verbundene Hülse, der Kolben und die fest
mit dem Tauchkolben verbundene Schale durch Stanz- und Tiefziehverfahren
realisiert,
- – ist
eine Rückstellfeder
axial in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element zwischen dem Tauchkolben und dem hinteren Abschnitt
des röhrenförmigen Kolbens
zwischengeschaltet, um eine Rückstellkraft
auf die Steuerstange auszuüben,
- – 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 Abschnitt 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 Steuertange 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 ist, 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 den 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 den 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
an der gegenüberliegenden
Seite das Ende der Rückstellfeder,
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.
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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
perspektivische Ansicht der Elemente, die sich im Gehäuse eines
Servomotors gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung befinden;
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4 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisierten Servomotors, wobei der Tauchkolben
nicht im Betrieb ist, das Ausgleichsventil geöffnet und das Einlassventil
geschlossen ist;
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5 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisierten Servomotors, wobei der Tauchkolben
betätigt
ist und das Ausgleichsventil und das Einlassventil geschlossen sind;
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6 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisierten Servomotors, wobei der Tauchkolben
betätigt,
das Ausgleichsventil geschlossen und das Einlassventil geöffnet ist;
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7 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäß realisierten
Servomotors, wobei der Tauchkolben wieder gelöst, das Ausgleichsventil erneut
geöffnet
und das Einlassventil wieder geschlossen ist;
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8 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisierten Servomotors in einer Ruhelage,
wobei der Tauchkolben nicht im Betrieb ist und das Ausgleichsventil
und das Einlassventil geschlossen sind;
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9 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisierten Servomotors in einer Gleichgewichtsposition,
wobei der Tauchkolben betätigt
ist und das Ausgleichsventil und das Einlassventil geschlossen sind;
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10 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung realisierten Servomotors in einer Sättigungsposition,
wobei der Tauchkolben betätigt, das
Ausgleichsventil geschlossen und das Einlassventil geöffnet ist;
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11 eine
detaillierte, axiale Schnittansicht eines gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung 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 11 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 Kraftfahrzeugmotors 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. Der bewegliche Kolben 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 eines
im Wesentlichen zylindrischen Tauchkolbens 46 aufgenommen,
der gleitend in dem beweglichen Kolben 22 angebracht ist.
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Wie
insbesondere in 2 dargestellt 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 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 realisiert werden können.
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Um
diesen Nachteil zu beseitigen, schlägt die Erfindung einen Servomotor 11 des
zuvor genannten Typs, bei dem die Einlass- und Ausgleichsleitungen
in röhrenförmigen Elementen
des Servomotors 11 gebildet sind.
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Wie
in den 3 bis 7 dargestellt ist, weist dazu
der Servomotor 11 gemäß einer
ersten Ausführungsform
folgendes auf:
- – ein röhrenförmiges, schwimmendes Element 76 außerhalb
des Tauchkolbens 46, das axial beweglich ist, elastisch
zur beweglichen Wand zurückgestellt
ist und bei dem quer verlaufende, axial versetzte Flächen 78, 80 erste
Dichtelemente 82 bzw. 84 des axialen Einlassventils 52 und
des axialen Ausgleichsventils 50 aufweisen,
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement 86 des
axialen Einlassventils 52, das von dem hinteren Ende des
Tauchkolbens 46 getragen ist,
- – eins
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement 88 des
axialen Ausgleichsventils 50, das mindestens aus einem
Teilstück
der hinteren Fläche 90 der
beweglichen Wand besteht.
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Erfindungsgemäß besteht
mindestens ein erstes Dichtelement aus einer Dichtung, die von einer röhrenförmigen,
angesetzten Hülse 92 getragen
ist, die gleitend in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element 76 angebracht ist. In der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist dieses erste Dichtelement das erste Dichtelement 82 des
axialen Einlassventils und die Hülse 92 gleitend
in dem hinteren Ende des röhrenförmigen Elements 76 angebracht.
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Wie
in den 4 bis 7 dargestellt ist, weist das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 insbesondere einen röhrenförmigen Zwischenabschnitt 94 auf,
der gleitend in einem Zwischenabschnitt 96 des im Wesentlichen
zylindrischen Kolbens 22 und um einen röhrenförmigen Bereich 98 der beweglichen
Wand angebracht ist, welcher den Tauchkolben 46 gleitend
aufnimmt. Der röhrenförmige Bereich 98 erstreckt
sich axial ausgehend von der hinteren Fläche 90 der beweglichen
Wand 14.
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Das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 weist auch einen röhrenförmigen Abschnitt 100 am
vorderen Ende auf, der einen größeren Durchmesser
als der Zwischenabschnitt 94 besitzt, der in einem vorderen,
ausgesparten Abschnitt 102 des Kolbens 22 an dem
Anschluss zwischen dem Kolben 22 und der beweglichen Wand
aufgenommen ist. Der vordere Abschnitt 102 nimmt innen eine
Dichtung 104 auf, bei der eine vordere Fläche das
erste Dichtelement 84 des Ausgleichsventils 50 bildet.
Die vordere Fläche 84 der
Dichtung 104 soll unter Bildung des zweiten Dichtelements
des Ausgleichsventils 50 mit dem Teilstück 88 der hinteren
Fläche 90 der
beweglichen Wand 14 zusammenwirken, wobei das Teilstück radial
außerhalb
mindestens eines Verbindungslochs 106 zwischen der vorderen
Kammer 16 und der hinteren Kammer 18 angeordnet
ist, um die Verbindung zwischen der vorderen 16 und der
hinteren Kammer 18 zu unterbrechen. Außerdem gleitet ein innerer
Bereich 83 der Dichtung 104 beim Kontakt mit dem
röhrenförmigen Bereich 98 der
beweglichen Wand, um den Durchgang der Luft lediglich zwischen der
vorderen Fläche 84 der
Dichtung 104 und dem Teilstück 88 der hinteren
Fläche 90 der
beweglichen Wand 14 zu gestatten.
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Zu
diesem Zweck weist die bewegliche Wand 14 mehrere Löcher 106 auf,
die winkelmäßig in gleichmäßiger Weise
durch die bewegliche Wand 14 verteilt sind und die im Wesentlichen
um den Anschluss zwischen dem röhrenförmigen Bereich 98 und
der hinteren Fläche 90 münden.
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Das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 weist schließlich einen röhrenförmigen Abschnitt 108 am
hinteren Ende auf, der einen kleineren Durchmesser als der Zwischenabschnitt 94 besitzt, der
innen die röhrenförmige Hülse 92 aufnimmt,
bei der die quer verlaufende Fläche 78 am
vorderen Ende unter Bildung des ersten Dichtelements des Einlassventils 52 die
Dichtung 82 trägt,
wobei das erste Dichtelement mit dem zweiten, von dem Tauchkolben 46 getragenen
Dichtelement 86 zusammenwirken soll. Eine Bohrung 110 der
Hülse 92 umgibt
in dichter Weise eine axiale Einlassleitung 112 des Kolbens 22,
die mit der Druckquelle verbunden ist, die dem Druck „Pa" ausgesetzt
ist, der höher
ist als der erste Druck „P1".
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Man
stellt fest, dass für
eine zufriedenstellende Dichtigkeit das hintere Ende der Hülse 92 eine
innere Nut 116 aufweist, in der eine Dichtung 114 aufgenommen
ist, welche so angeordnet ist, dass sie den Außenumfang 118 der
Leitung 112 berührt.
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Um
das elastische Zurückstellen
des Elements 76 zur beweglichen Wand 14 zu gewährleisten,
liegt vorteilhafterweise an einer Absatzfläche 120, die den röhrenförmigen Zwischenabschnitt 94 und
den röhrenförmigen Abschnitt 108 am
hinteren Ende des röhrenförmigen Elements
abgrenzt, das Ende einer Rückstellfeder 122 an,
deren anderes Ende an einer Absatzfläche 124 des röhrenförmigen Kolbens 22 anliegt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der einen bestimmten Durchmesser aufweisende
Zwischenabschnitt 96 des Kolbens 22 die Einlassleitung 112 auf,
die einen kleineren Durchmesser als der bestimmte Durchmesser besitzt
und mit der er einstückig
ausgebildet ist, und die Einlassleitung 112 ist mit dem
Zwischenabschnitt 96 verbunden durch eine einstückig ausgebildete,
quer verlaufende Wand 126, bei der eine vordere Fläche die
Absatzfläche 124 bildet,
an welcher die Rückstellfeder 122 des
röhrenförmigen Elements
anliegt, und deren hintere Fläche
eine Absatzfläche 128 bildet,
an welcher die Rückstellfeder 40 der
Steuerstange 38 anliegt.
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Vorteilhafterweise
ist das Zurückstellen
auf Anschlag des Tauchkolbens 46 in seine Ruhelage durch
einen radialen Anschlagstift 134 gewährleistet, dessen Enden 136 außerhalb
des Kolbens 22 an dem Gehäuse 12 des Servomotors
anliegen können. Der
Stift 134 durchquert ein Loch 138 des Tauchkolbens 46,
zwei diametral gegenüberliegende
Langlöcher 140 des
röhrenförmigen Bereichs 98 der
beweglichen Wand 14, zwei diametral gegenüberliegende Langlöcher 142 des
Elements 76 und zwei diametral gegenüberliegende Langlöcher 144 des
Kolbens 22.
-
Vorteilhafterweise
sind die diametral gegenüberliegenden
Langlöcher 144 des
Kolbens 22 Teil der Aussparungen des Kolbens 22,
welche den Durchgang der Luft von der vorderen Kammer 16 zur hinteren
Kammer 18, wenn das Ausgleichsventil 50 geöffnet ist,
oder den Durchgang der Luft von dem Außenbereich aus der Leitung 112 gestatten,
wenn das Einlassventil 52 geöffnet ist.
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Es
ist klar, dass die Aussparungen des Kolbens 22 und der
vordere Abschnitt 102 des Kolbens 22 zusätzliche
Langlöcher
aufweisen können,
beispielsweise wie in 3 dargestellte Langlöcher 145.
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In
allgemeinerer Weise kann das Element 76 ebenfalls zusätzliche
Langlöcher 147 für die Verbindung
mit der hinteren Kammer 18 aufweisen, wie in 3 dargestellt
ist.
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Das
zweite, quer verlaufende Dichtelement 86 des axialen Einlassventils
besteht aus einer hinteren Fläche
einer Schale 130, die fest auf dem hinteren Ende 132 des
zylindrischen Tauchkolbens 46 angebracht ist. Die quer
verlaufende, hintere Fläche 86 der
Schale erstreckt sich gegenüber
der Dichtung 82, die das erste, quer verlaufende Dichtelement
bildet.
-
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 Hülse 92,
die gleitend in dem röhrenförmigen,
schwimmenden Element 76 angebracht ist und durch die Wirkung
der Feder 122 mit ihm in Kontakt gehalten ist, des Kolbens 22 und
der fest mit dem Tauchkolben 46 verbundenen Schale 130 die
Strömung
der Luft durch Ventile gefördert
wird, wodurch die Ansprechzeiten des Servomotors 11 verkürzt und gleichzeitig
sein geräuschsarmer
Betrieb gewährleistet
werden.
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All
diese Elemente können
außerdem
durch Stanz- und Tiefziehverfahren realisiert werden. Diese Ausgestaltung
ist besonders vorteilhaft, da sie es ermöglicht, einen Servomotor 11 mit
geringen Herstellungskosten zu realisieren.
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Bei
dieser Ausgestaltung können
die inneren Elemente des Servomotors 11 vier verschiedene Ausgestaltungen
annehmen, die in den 4 bis 7 dargestellt
wurden.
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Wie 4 darstellt,
kann die Steuerstange 38 eine Ruhelage einnehmen. In dieser
Position ist das Lufteinlassventil 52 geschlossen und das
Ausgleichsventil 50 geöffnet,
so dass die vordere 16 und hintere Kammer 18 dem
gleichen Druck „P1" ausgesetzt
sind. Die bewegliche Wand ist somit starr. Der Kolben 22 wird
durch den Stift 134, der an dem Gehäuse 12 anliegt, in
seiner Ruhelage gehalten.
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Ausgehend
von dieser Position bewirkt eine Vorwärtsbewegung der Steuerstange 38 die
Vorwärtsbewegung
des Tauchkolbens 46 und der damit verbundenen Schale 130,
wie in 5 dargestellt ist. Durch seine Vorwärtsbewegung
verhindert der Tauchkolben 46 nicht mehr die Vorwärtsbewegung der
Hülse 92 und
des röhrenförmigen Elements 76, welches
dann mittels der Rückstellfeder 122 zur
beweglichen Wand 14 zurückgestellt
wird. Während
der Vorwärtsbewegung
des Elements 76 bleibt das Einlassventil 52 geschlossen,
da die Dichtung 82 mit der hinteren Fläche 86 der fest mit
dem Tauchkolben 46 verbundenen Schale 130 in Berührung bleibt.
Anschließend
bewirkt die Vorwärtsbewegung
des röhrenförmigen Elements 76 das
Schließen
des Ausgleichsventils 50 und isoliert somit die vordere
Kammer 16 von der hinteren Kammer 18, sobald die
vordere Fläche 84 der
Dichtung 104 mit dem Teilstück 88 der hinteren
Fläche 90 der
beweglichen Wand 14 in Kontakt gelangt. Der von der Steuerstange 38 und der
Rückstellfeder 40 zurückgedrückte Kolben 22 wird
in Anlage an die Fläche 90 der
beweglichen Wand 14 gehalten.
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Während die
Vorwärtsbewegung
der Steuerstange 38 fortfährt, schiebt sich, wie in 6 dargestellt,
der Tauchkolben 46 vor und nimmt dabei die Schale 130 mit,
deren Fläche 86 sich
von der Dichtung 82 ablöst,
wodurch das Öffnen
des Einlassventils 52 bewirkt wird. Die Luft mit dem atmosphärischen
Druck „Pa" dringt
in die hintere Kammer 18 ein, wodurch eine Druckdifferenz
auf der einen und auf der anderen Seite der beweglichen Wand 14 erzeugt und
somit die Vorwärtsbewegung
der beweglichen Wand 14 bewirkt wird. Der Kolben 22 fährt mit
seiner Vorwärtsbewegung
mit Unterstützung
der auf die bewegliche Wand 14 ausgeübten Kraft fort, und der Stift 134 verlässt seine
Anlageposition am Gehäuse 12 des
Servomotors 11.
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Wenn,
wie in 7 dargestellt, die Steuerstange wieder gelöst ist,
bewirkt die umgekehrte Bewegung des Tauchkolbens 46 zunächst das
Schließen
des Einlassventils 52 und dann das erneute Öffnen des
Ausgleichsventils 50. Die in der hinteren Druckkammer 18 enthaltene
Luft mit dem atmosphärischen
Druck „Pa" wird
in die vordere Druckkammer 16 abgeleitet, welche dem Unterdruck „P1" ausgesetzt
ist.
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Die 8 bis 11 stellen
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Servomotors 11 dar,
der folgendes aufweist:
- – ein röhrenförmiges, schwimmendes Element 76, das
gleitend auf einem hinteren Abschnitt 23 des röhrenförmigen Kolbens 22 angebracht
ist, 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,
- – ein
zweites, quer verlaufendes, komplementäres Dichtelement 88 des
axialen Ausgleichsventils 50, das mindestens aus einem
Teilstück
der Fläche 90 besteht,
die den vorderen Abschnitt 21 und den hinteren Abschnitt 23 des
Kolbens 22 abgrenzt,
und der eine Rückstellfeder 150 aufweist,
die axial zwischen 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 an dem hinteren Ende einer
inneren Kammer 25 des röhrenförmigen Kolbens 22 angebracht,
die in dem hinteren Abschnitt 23 des Kolbens 22 gebildet
ist und radial mit der hinteren Kammer 18 verbunden ist,
wobei das erste, quer verlaufende 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, das mit der inneren Kammer 25 verbunden
ist.
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Das
axiale Ausgleichsventil 50 ist seinerseits außerhalb
des röhrenförmigen Kolbens 22 angebracht.
Es ist radial außerhalb
mindestens einer Ausgleichsleitung 106 des röhrenförmigen Kolbens 22 angeordnet,
welche die vordere Kammer 16 und die hinteren Kammer 18 verbindet.
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Das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 weist insbesondere 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,
das 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 angeordnet,
welches den vorderen Abschnitt 21 des Kolbens 22 durchquert.
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Das
röhrenförmige, schwimmende
Element 76 weist ebenfalls 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 Abschnitt 23 des
Kolbens 22 angeordnet ist, das 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 Lang löcher, 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 Gleichgewichtspositionen 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.
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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 9 bis 11 dargestellt
wurden.
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Wie
in 8 dargestellt, die eine Ruheposition des Servomotors
zeigt, 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 Gleichgewichtsposition des Servomotors,
die in 9 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 Steuertange 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 10 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 11 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 4 dargestellt wurde.
-
Die
Rückstellzeit
des Servomotors 11 in der Ruheposition ist somit aufgrund
der verkürzten
Ausgleichsphase der Drücke
zwischen der vorderen 16 und der hinteren Kammer 18 stark
verkürzt.
-
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.