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Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatischen
Servomotor zur Bremsunterstützung unter Anwendung einer ersten und
einer zweiten Luftdruckquelle, die einen ersten bzw. einen
zweiten, sich unterscheidenden Druck liefern, wobei dieser
Servomotor enthält: ein starres Gehäuse, zumindest eine
bewegliche, dichte Wand, die das starre Gehäuse in zumindest eine
erste und eine zweite Kammer unterteilt, einen zumindest
teilweise zylinderförmigen Pneumatikkolben, der in dichter Weise im
Gehäuse gleitet und einen Innenraum begrenzt, ein
Ventilelement, das vom Pneumatikkolben getragen und im Innenraum
aufgenommen ist, einen Reinigungsfilter, der zwischen der zweiten
Quelle und dem Innenraum eingesetzt ist, zumindest einen ersten
Lufteinlaß, der durch einen Durchgang gebildet ist, welcher die
zweite Kammer mit der zweiten Druckquelle verbindet,
Verschließmittel zum selektiven Öffnen, die am ersten Lufteinlaß
angeordnet sind, und Federmittel, die den Verschließmitteln
zugeordnet sind, wobei die erste Kammer mit der ersten Quelle
verbunden ist, wobei die zweite Kammer durch das Ventilelement
selektiv mit einer der beiden Quellen verbindbar ist, und wobei
die bewegliche Wand mit einer durch Betätigung des
Ventilelements bewirkten Druckdifferenz zwischen den an den
Kammern angelegten Drücken beaufschlagbar ist, um den
Pneumatikkolben mitzunehmen.
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Eine Vorrichtung dieser Art ist in der EP-A-405 603
beschrieben.
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Trotz des technisch traditionellen Merkmals der Servomotoren,
werden weiterhin weitgehende Untersuchungen angestrengt, um die
Funktionseigenschaften zu optimieren.
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Bei diesen Untersuchungen werden insbesondere Versuche
unternommen, um den Geräuschpegel beim Betrieb der Servomotoren und
zugleich die Ansprechzeiten nach einer Beaufschlagung zu
redu
zieren, wobei die gleichzeitige Reduzierung dieser beiden
Parameter dadurch erschwert wird, daß ein Servomotor um so leiser
ist, je mehr die in die hintere Kammer eingesaugte Luft
gefiltert wird, wohingegen die Ansprechzeit um so kürzer ist, je
weniger die eingesaugte Luft gefiltert wird.
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Zu diesem Zweck haben die in der genannten EP-A-405 603
offenbarten Mittel zum Vermindern der Ansprechzeit des beschriebenen
Servomotors sich als ungeeignet herausgestellt, um hierfür eine
Lösung zu finden, da der erhaltene Geräuschpegel und die
erhaltene Ansprechzeit beide eng und unabdingbar von der Auswahl des
am Eingang des Servomotors angeordneten Reinigungsfilters
abhängig sind.
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Da ferner statistische Untersuchungen gezeigt haben, daß
Zusammenstöße zwischen Fahrzeugen zu einem nicht zu vernachlässigen
Teil durch eine weniger zögerliche Bremsung seitens der Fahrer
vermieden werden könnten, erkennt man bei der Konstruktion von
derzeitigen Bremssystemen die Notwendigkeit, Auswirkungen einer
eventuellen Zögerung seitens des Fahrers zum Bremszeitpunkt zu
beseitigen.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Servomotor vorzuschlagen, der den Erwartungen der Benutzer
hinsichtlich der Minderung des Geräuschpegels im Betrieb
entspricht und dabei eine zumindest ebenso zufriedenstellende
Ansprechzeit bietet wie vorbekannte Servomotoren, und zwar
immer dann, wenn der Bedarf nach einer kurzen Ansprechzeit sich
bemerkbar macht, wobei eine erhöhte Bremssicherheit
gewährleistet ist.
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Dazu zeichnet sich der erfindungsgemäße Servomotor im
wesentlichen dadurch aus, daß der erste Lufteinlaß den Durchtritt
durch den Filter und durch das Ventilelement umgeht, daß die
Verschließmittel zwischen der zweiten Druckquelle und dem
Innenraum des Pneumatikkolbens angeordnet sind und daß die
Federmittel auf einen Druckabbau reagieren, der zwischen
zumindest einem Teil des Innenraums des Kolbens und der zweiten
Druckquelle entsteht, um selektiv das Öffnen der
Verschließmittel dann zu gestatten, wenn dieser Druckabbau einen
bestimmten Schwellenwert übersteigt.
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Bei einer möglichen Ausführungsvariante kann der
erfindungsgemäße Servomotor ferner einen zweiten Lufteinlaß enthalten, der
durch einen Durchgang gebildet ist, welcher durch das
Ventilelement die zweite Kammer selektiv mit der zweiten Druckquelle
verbindet, indem er den Durchtritt durch den Filter umgeht,
wobei dieser zweite Lufteinlaß das Ventilelement selbst
permanent durchdringen und einen Querschnitt einschließen kann, der
dem ersten und dem zweiten Lufteinlaß gemein ist, an welchem
Querschnitt die Verschließmittel zum selektiven Öffnen
angeordnet sind.
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Wird das Ventilelement durch eine Steuerstange gesteuert, was
gewöhnlich der Fall ist, wird der erfindungsgemäße Servomotor
vorzugsweise so ausgelegt, daß der Filter die Form eines die
Steuerstange umschließenden Zylinders annimmt, daß die
Verschließmittel einen Ventilsitz, der am Innenumfang des Kolbens
gebildet ist, und eine nachgiebige Ringdichtung enthalten, die
einen Freiraum zwischen dem Filter und dem Ventilsitz
verschließt, indem sie am letztgenannten anliegt, und daß die
Federmittel eine Feder enthalten, welche die Dichtung an den
Ventilsitz andrückt, und zwar gegen eine Kraft, die durch die
Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Kolbens und der
zweiten Druckquelle auf diese Dichtung ausgeübt werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich
beispielhaft und keineswegs einschränkend versteht, anhand der
beiliegenden Zeichnungen, worin zeigen:
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- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Bremssystems
mit pneumatischer Bremsunterstützung unter Anwendung eines
gewöhnlichen Servomotors,
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- Fig. 2 eine Teilschnittansicht eines Servomotors nach einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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- Fig. 3 eine Teilschnittansicht eines Servomotors nach einer
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
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- Fig. 4 eine Teilschnittansicht eines Servomotors nach einer
dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Soweit die Erfindung nur eine Weiterentwicklung von
Bremssystemen mit pneumatischer Bremsunterstützung betrifft, und soweit
der allgemeine Aufbau und die Arbeitsweise dieser Systeme dem
Fachmann wohl bekannt sind, seien diese Systeme hier nur kurz
in Erinnerung gerufen, um so ein Gesamtverständnis für die
Weiterentwicklung, welche die Erfindung darstellt, zu ermöglichen.
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Schematisch enthält ein System dieser Art einen Servomotor 1
und einen Hauptzylinder 2.
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Der Servomotor selbst enthält ein starres Gehäuse 3, das in
dichter Weise in zwei Kammern 3a und 3b mittels einer
beweglichen Wand 4 unterteilt ist, durch welche ein Pneumatikkolben 5
mitgenommen werden kann, der zumindest teilweise zylinderförmig
und gegenüber dem Gehäuse 3 beweglich ist.
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Die vordere Kammer 3a, deren Vorderseite in dichter Weise durch
den Hauptzylinder 2 verschlossen ist, ist durch ein
Rückschlagventil 6 permanent mit einer Niederdruckquelle D verbunden.
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Dagegen ist die hintere Kammer 3b wahlweise entweder mit der
Niederdruckquelle D oder mit einer Hochdruckquelle,
beispielsweise der Atmosphäre A, verbindbar.
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Dazu wird der Zugang zur hinteren Kammer 3b durch ein
Ventilelement 7 und einen Tauchkolben 8 gesteuert, die beide im
Kolben 5 aufgenommen sind, wobei der Tauchkolben durch eine
Steuerstange 10 mit einem Bremspedal 9 verbunden ist.
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Ist die Steuerstange 10 in der Ruhestellung, im vorliegenden
Fall nach rechts gezogen, stellt das Ventilelement 7 gewöhnlich
eine Verbindung zwischen den beiden Kammern 3a und 3b des
Servomotors her.
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Wenn die hintere Kammer 3b dann dem gleichen Unterdruck wie die
vordere Kammer 3a unterliegt, wird der Kolben 5 durch eine
Rückholfeder 11 nach rechts in die Ruhestellung verschoben.
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Die Betätigung des Tauchkolbens 8, die durch eine Bewegung der
Steuerstange 10 (in den Figuren nach links) hervorgerufen wird,
bewirkt, daß zunächst das Ventilelement 7 so verlagert wird,
daß es die Kammern 3a und 3b voneinander trennt, wonach dieses
Ventilelement so verlagert wird, daß es die hintere Kammer 3b
zum Umgebungsdruck A hin öffnet.
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Die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern, welche sodann
durch die bewegliche Wand 4 bemerkt wird, übt auf diese einen
Schub aus, der bestrebt ist, sie nach links zu verschieben,
damit sie den Kolben 5 mitnehmen kann, der sich seinerseits
verlagert, wobei er die Feder 11 zusammendrückt.
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Die durch die Steuerstange 10 auf den Tauchkolben 8 ausgeübte
Bremskraft oder "Eingangskraft" und die
Bremsunterstützungskraft oder "Unterstützungskraft", die sich aus dem Schub der
beweglichen Wand 4 ergibt, vereinen sich an einer
Reaktionsscheibe 12 zur Bildung einer Betätigungskraft, die durch eine
Schubstange 13 zum Hauptzylinder übertragen wird.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält der Servomotor in
herkömmlicher Weise einen Reinigungsfilter 14 zur Vermeidung jeglicher
Verschmutzung des Innenraums 50 des Pneumatikkolbens, des
Ventilelements 7 und der hinteren Kammer 3b durch die Atmosphäre
A.
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Obwohl ein derartiger Filter zumindest zur Lärmminderung im
Betrieb des Servomotors erforderlich ist, führt er zu einer
Verzögerung der für diesen verwendbaren Luftströmung und
ver
längert die Ansprechzeit des Servomotors um so mehr, als die
Schalldämmung verstärkt wird.
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Durch den erfindungsgemäßen Servomotor wird nicht nur dieses
Problem gelöst, sondern er ermöglicht außerdem, von dem
vorhandenen Filter zur Steigerung der Bremssicherheit zu profitieren.
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Dazu enthält der erfindungsgemäße Servomotor neben den
vorangehend beschriebenen Mitteln (Fig. 2 bis 4) zumindest einen
ersten Lufteinlaß 15, der durch einen Durchgang 15a, 15b, 15c
gebildet ist, welcher die zweite Kammer 3b mit der zweiten
Druckquelle A verbindet, indem er den Durchtritt durch den
Filter 14 und durch das Ventilelement 7 umgeht, Verschließmittel
16, 51 zum selektiven Öffnen, die am ersten Lufteinlaß 15
zwischen der zweiten Druckquelle A und dem Innenraum 50 des
Kolbens angeordnet sind, und Federmittel 17, die auf einen
Druckabbau zwischen zumindest einem Teil des Innenraums 50 des
Kolbens und der zweiten Druckquelle A reagieren, um selektiv das
Öffnen der Verschließmittel 16 dann zu gestatten, wenn dieser
Druckabbau einen bestimmten Schwellenwert übersteigt.
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Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, kann der Filter 14 die Form
eines die Steuerstange 10 umschließenden Zylinders annehmen,
wobei die Verschließmittel dann vorzugsweise einen Ventilsitz
51, der am Innenumfang des Kolbens gebildet ist, und eine
nachgiebige Ringdichtung 16 enthalten, die einen Freiraum zwischen
dem Filter 14 und dem Ventilsitz 51 verschließt, indem sie am
letztgenannten anliegt, und wobei die Federmittel eine Feder 17
enthalten, welche die Dichtung 16 an den Ventilsitz 51
andrückt, und zwar gegen eine Kraft, die durch die Druckdifferenz
zwischen dem Innenraum 50 des Kolbens und der zweiten
Druckquelle A auf diese Dichtung ausgeübt werden kann.
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Bei einer ersten möglichen Ausführungsform (Fig. 2) kann der
erfindungsgemäße pneumatische Servomotor außer den Teilen, die
ein gewöhnlicher Servomotor enthält, zusätzlich nur den ersten
direkten Lufteinlaß 15 aufweisen, wobei das Ventilelement 7 von
diesem Lufteinlaß 15 durch ein oder mehrere rohrförmige
Abschnitte getrennt ist, welche eine durchgehende Wand 18 bilden.
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Bei einer zweiten möglichen Ausführungsform (Fig. 3) kann der
erfindungsgemäße pneumatische Servomotor dagegen zusätzlich zum
ersten Lufteinlaß 15 einen zweiten Lufteinlaß 150 aufweisen,
der durch einen Durchgang gebildet ist, welcher das
Ventilelement 7 enthält, wenn dieses geöffnet ist, sowie den Innenraum
50 des Kolbens 5 und den Freiraum zwischen der Dichtung 16 und
dem Ventilsitz 51, wenn dieser offen steht, wobei dieser zweite
Lufteinlaß 150 somit selektiv die zweite Kammer 3b mit der
zweiten Druckquelle A über das Ventilelement 7 verbindet, indem
er den Durchtritt durch den Filter 14 umgeht.
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Bei einer dritten möglichen Ausführungsform (Fig. 4) kann der
erfindungsgemäße pneumatische Servomotor schließlich mit einem
an sich bekannten Ventilelement 7 versehen sein, dessen
rohrförmiger Abschnitt 70 eine Bohrung 151a aufweist, die den
Aussenraum 151b des rohrförmigen Abschnitts 70 permanent mit der
hinteren Kammer 3b verbindet. Dieser Servomotor kann somit
zusätzlich zum ersten Lufteinlaß 15 einen zweiten Lufteinlaß 151
enthalten, der durch einen Durchgang 151a, 151b, 15b, 15c
gebildet ist, welcher durch das Ventilelement 7 die zweite Kammer
3b selektiv mit der zweiten Druckquelle A verbindet, indem er
das Ventilelement 7 permanent durchdringt und den Durchtritt
durch den Filter 14 umgeht, wobei dieser zweite Lufteinlaß 151
einen Querschnitt 15b, 15c einschließt, der dem ersten und dem
zweiten Lufteinlaß gemein ist und an dem die Verschließmittel
16, 51 zum selektiven Öffnen angeordnet sind.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Servomotors ist wie
folgt:
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Wird der Servomotor schlagartig beaufschlagt, bewirkt die durch
die Unterdruckquelle D auf die bewegliche Wand 4 ausgeübte
Saugkraft im Innenraum 50 des Kolbens 5 einen starken
schlagartigen Druckabbau, der im übrigen um so stärker ist, je größer
der Widerstand des Filters 14 gegenüber dem Luftdurchtritt ist.
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Unter diesen Umständen unterliegt die nachgiebige Dichtung 16,
deren beide Seiten einem unterschiedlichen Druck ausgesetzt
sind, einer Kraft, die, wenn sie größer als die durch die Feder
17 ausgeübte Kraft ist, die Umfangsfläche der Dichtung 16 vom
Ventilsitz 51 abhebt, und zwar gegen eine Kraft, die von dieser
Feder ausgeübt wird, und dadurch den ersten Lufteinlaß 15 und,
wenn vorhanden, den zweiten Lufteinlaß, wie etwa 150, 151,
öffnet.
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Wird dagegen der Servomotor allmählich beaufschlagt, bleibt die
Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 50 des Servomotors und
der zweiten Druckquelle A gering und die von der nachgiebigen
Dichtung 16 aufgenommene Kraft reicht nicht aus, um die Kraft
zu überwinden, welche die Feder 17 auf diese Dichtung ausübt,
indem sie sie an den Ventilsitz 51 andrückt.
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Wie für den Fachmann leicht verständlich ist, ermöglichen diese
Anordnungen eine Optimierung der Ansprechzeit und des
Geräuschpegels im Betrieb des Servomotors, wobei eine minimale
Ansprechzeit bei Bremsnotsituationen, die eine solche
Ansprechzeit erfordern und bei denen ein unangenehmer Geräuschpegel
keine Rolle spielt, erreicht wird und wobei der Geräuschpegel
in Situationen vermindert wird, bei denen eine erhöhte
Ansprechzeit aufgrund des Durchtritts der Luft durch den Filter
mit keinerlei Folgen behaftet ist und bei denen die
Beaufschlagung des Servomotors ohnehin zu langsam erfolgt, um von einer
sehr kurzen Ansprechzeit profitieren zu können.
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Andererseits führt jegliche rasche Betätigung des Bremspedals
zu einer zusätzlichen direkten Lufteinsaugung durch den ersten
Lufteinlaß 15 in die hintere Kammer 3b und bewirkt somit
automatisch eine erhöhte Bremsunterstützung, die sich in einer
eigentlichen Erhöhung der Bremskraft auswirkt, und zwar
unabhängig von der späteren Absicht des Fahrers, diese Bremskraft
zu vermindern.