DE1040395B

DE1040395B - Pressure medium operated servomotor, in particular for steering devices of motor vehicles

Info

Publication number: DE1040395B
Application number: DET10475A
Authority: DE
Inventors: Edward J Herbenar; Richard Cass
Original assignee: Thompson Products Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1954-04-21
Filing date: 1955-01-20
Publication date: 1958-10-02
Also published as: GB774020A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Servomotor, der insbesondere für mit Hilfskraft arbeitende Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen bestimmt ist. Es sind bereits Servomotoren mit umlaufender oder hin- und hergehender Bewegung bekannt. Die bisherigen Bauarten haben jedoch den Nachteil, daß sie für die Abgabe des erforderlichen Drehmoments entweder einen hohen Druck des Druckmittels erfordern oder verhältnismäßig groß ausgeführt werden müssen.The invention relates to a fluid-operated servomotor, which is particularly suitable for with auxiliary power working steering devices of motor vehicles is intended. There are already servomotors with rotating or reciprocating motion known. However, the previous designs have the Disadvantage that they either have a high pressure of the pressure medium for the delivery of the required torque require or have to be carried out relatively large.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Servomotor mit einem im Zylinder durch das Druckmittel verschiebbaren Kolben. Beim Verschieben des Kolbens wird die drehbar in den Zylinderdeckeln gelagerte Ausgangswelle über ein Gewinde in Drehung versetzt. Erfindungsgemäß ist der Kolben im Zylinder durch Führungsmittel geführt, die im Zylinder unabhängig von der Ausgangswelle angeordnet sind und den Kolben gegen Drehung sichern. Dadurch wird eine einwandfreie Übertragung des Druckes des Druckmittels auf die sich drehende Ausgangswelle des Servomotors ermöglicht. Ferner ist die Anordnung vereinfacht, weil sich die Führungsmittel für den Kolben im Innern des Zylinders befinden.The invention relates to a servomotor with a displaceable in the cylinder by the pressure medium Pistons. When the piston is moved, it is rotatably mounted in the cylinder cover Output shaft set in rotation via a thread. According to the invention, the piston in the cylinder is through Guided means, which are arranged in the cylinder independently of the output shaft and the piston secure against rotation. This will make a flawless Transmission of the pressure of the pressure medium to the rotating output shaft of the servo motor enables. Furthermore, the arrangement is simplified because the guide means for the piston are inside of the cylinder.

Es ist an sich bekannt, Kolben von Servomotoren gegen Drehung zu sichern. Handelt es sich um hin- und hergehende Kolben, so wird die Sicherung schon automatisch dadurch erreicht, daß die Gelenkverbindungen ein Drehen verhindern. Es ist aber auch bekannt, äußere Führungsstangen an der Kolbenstange vorzusehen, die in Schlitzen einer an den Zylinder angesetzten Hülse gleiten.It is known per se to secure pistons of servomotors against rotation. Is it about and reciprocating pistons, the safety is already achieved automatically in that the articulated connections prevent turning. But it is also known to have outer guide rods on the piston rod provide that slide in slots of a sleeve attached to the cylinder.

In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht. Es zeigtThe invention is illustrated in the drawing. It shows

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Servomotors, der an ein Gehäuse einer Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge angeschlossen ist,Fig. 1 is a perspective view of a servomotor which is attached to a housing of a steering device for Motor vehicle is connected,

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht, aus der der Anschluß eines anderen Servomotors an einer üblichen Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge ersichtlich ist,Fig. 2 is a perspective view showing the connection of another servo motor to a conventional Steering device for motor vehicles can be seen,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Servomotor nach Fig. 2,3 shows a longitudinal section through the servo motor according to FIG. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Servomotor nach Fig. I₁ FIG. 4 shows a longitudinal section through the servomotor according to FIG. ₁

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.FIG. 5 shows a section along the line V-V in FIG. 4.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Servomotor 10 direkt auf der Lenkwelle 11 einer Lenkvorrichtung angeordnet, um die Welle 11 direkt in Drehung zu versetzen, wie weiter unten noch beschrieben werden soll. Nach Fig. 2 ist eine andere Ausführung vorgesehen, wobei der Servomotor 10' mit seiner zentralen, drehbaren Welle stirnseitig zur üblichen Querwelle 12 der Lenkvorrichtung liegt, um diese Querwelle 12 direkt zu Druckmittelbetätigter Servomotor,In the embodiment of the invention shown in Fig. 1, the servo motor 10 is directly on the Arranged steering shaft 11 of a steering device to directly set the shaft 11 in rotation, such as to be described below. According to Fig. 2, another embodiment is provided, wherein the servomotor 10 'with its central, rotatable shaft on the front side to the usual transverse shaft 12 of the steering device is to this cross shaft 12 directly to pressure medium operated servo motor,

insbesondere für Lenkvorrichtungenespecially for steering devices

von Kraftfahrzeugenof motor vehicles

Anmelder:Applicant:

Thompson Products, Inc.,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)Thompson Products, Inc.,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, und DipL-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,Representative: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, and Dipl.-Ing. H. Tischer, Munich 2, Tal 71,

PatentanwältePatent attorneys

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. April 1954Claimed priority:
V. St. v. America April 21, 1954

Edward J. Herbenar, Detroit, Mich.,Edward J. Herbenar, Detroit, Mich.,

und Richard Cass, Dearborn, Mich. (V. St. A.),and Richard Cass, Dearborn, Mich. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

drehen, wie ebenfalls weiterhin noch beschrieben wird.turn, as will also be further described.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 hat der Servomotor 10' ein im allgemeinen rohrförmiges Gehäuse bzw. einen Zylinder 14 mit einem oberen und unteren Zylinderdeckel 15 bzw. 16. Deckelschrauben 17 gehen durch den oberen und unteren Zylinderdeckel hindurch und sind bei 18 in das Gehäuse 50 des Lenkgetriebes eingeschraubt, so daß die Deckel 15 und 16 fest gegen die Enden des Zylinders 14 gehalten werden. Der Zylinder 14 und die Deckel 15 und 16 sind mit Mitteln zur gegenseitigen Verriegelung versehen, um eine genaue Lage der Zylinderdeckel relativ zueinander zu gewährleisten. Diese Verriegelungsmittel bestehen für den Deckel 16 aus einem axialen Vorsprung 19 an der Grundplatte 16 und einem entsprechenden Einschnitt 20 am Zylinder 14. Eine ähnliche Anordnung ist zwischen dem Zylinder 14 und dem Deckel 15 vorgesehen.In the embodiment of FIG. 3, the servo motor 10 'a generally tubular housing or cylinder 14 having an upper and lower Cylinder cover 15 or 16. Cover screws 17 go through the upper and lower cylinder covers and are screwed at 18 into the housing 50 of the steering gear, so that the covers 15 and 16 firmly against the ends of the cylinder 14 are held. The cylinder 14 and the covers 15 and 16 are provided with means provided for mutual locking in order to obtain an exact position of the cylinder cover relative to one another guarantee. These locking means consist of an axial projection 19 on the cover 16 Base plate 16 and a corresponding notch 20 on cylinder 14. A similar arrangement is between the cylinder 14 and the cover 15 are provided.

Die Deckelschrauben 17 gehen durch Führungsbohrungen 22 in einem Kolben 21 hindurch, der im Zylinder 14 axial verschiebbar angeordnet ist. Im Querschnitt kreisförmige Dichtungsringe 23 sind in jeder Bohrung 22 vorgesehen, um während des Arbeitens des Servomotors den Übergang von Druckmittel aus der Kammer 25, die zwischen dem Deckel 15 und einer Seite des Kolbens 21 gebildet wird, in die Kammer 26 zwischen dem Deckel 16 und derThe cover screws 17 go through guide bores 22 in a piston 21 which is in the Cylinder 14 is arranged to be axially displaceable. Sealing rings 23 circular in cross section are shown in FIG each bore 22 is provided for the transition of pressure medium during operation of the servomotor from the chamber 25 formed between the lid 15 and one side of the piston 21 in the chamber 26 between the lid 16 and the

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anderen Kolbenseite zu verhindern, und umgekehrt. Übliche Dichtungsringe 27 sind am Kolbenumfang vorhanden, um den Kolben 21 gegenüber der Zylinderinnenfläche abzudichten.to prevent the other side of the piston, and vice versa. Usual sealing rings 27 are on the piston circumference present in order to seal the piston 21 against the cylinder inner surface.

Im Servomotor ist eine Welle 13 drehbar gelagert, indem sie gegenüber dem Deckel 15 bei 30 durch ein Paar entgegengesetzt wirkende Druckrollenlager 31 und 32 gegen axiale Verschiebung festgelegt ist. Beide Druckrollenlager 31 und 32 haben einen gemeinsamen mittleren Laufring 33, der seinerseits in dem Deckel durch einen Absatz 34 und einen Haltering 35 befestigt ist. Die Welle 13 ist am Ende mit Gewinde 36 versehen, und eine Verriegelungsmutter 37 ist auf dieses Wellenende gegen den äußeren Laufring des Lagers 32 aufgeschraubt, wodurch die Drucklager 31 und 32 gegenüber der Welle 13 festgelegt werden. Da der Servomotor nach Fig. 3 zur Benutzung als Verlängerung der Querwelle 12 konstruiert ist, sind am oberen Ende der Welle 13 außer einer üblichen Schraubkappe 38 keine weiteren Dichtungsteile erforderlich.A shaft 13 is rotatably mounted in the servomotor by being opposite the cover 15 at 30 through a Pair of oppositely acting pressure roller bearings 31 and 32 is fixed against axial displacement. Both Pressure roller bearings 31 and 32 have a common middle race 33, which in turn is in the Lid is fastened by a shoulder 34 and a retaining ring 35. The shaft 13 is threaded at the end 36, and a lock nut 37 is on that shaft end against the outer race of the bearing 32 is screwed on, whereby the thrust bearings 31 and 32 are fixed with respect to the shaft 13 will. Since the servo motor according to FIG. 3 is designed for use as an extension of the transverse shaft 12, are at the upper end of the shaft 13 apart from a conventional screw cap 38 no further sealing parts necessary.

Die Welle 13 geht durch eine Bohrung 42 des Kolbens 21 hindurch, und die Hin- und Herbewegung des Kolbens wird in die Drehbewegung der Welle 13 durch eine bzw. mehrere Gewindegänge 40 auf der Welle 13 umgesetzt, die mit einer bzw. mehreren entsprechenden Gewindegängen 41 in der Bohrung zusammenwirken. Wie im Falle der Bohrungen 22 ist auch hier der Kolben 21 mit einer Dichtung 43 zwischen der Bohrung 42 und der Welle 13 in Form eines üblichen Dichtungsringes mit kreisförmigem Querschnitt versehen. Ohne weiteres ist ersichtlich, daß eine axiale Bewegung des Kolbens im Zylinder in der einen oder anderen Richtung durch die Gewindegänge 40 und 41 so übertragen wird, daß die Welle 13 in der einen oder anderen Richtung gedreht wird. Das Ausmaß der Drehung der Welle 13 bei einer gegebenen Bewegung des Kolbens 21 hängt von dem Steigungswinkel der Gewindegänge 41 ab. Bei der Ausführung des Servomotors 10' nach Fig. 2 wird eine verhältnismäßig steile Steigung bevorzugt, um je Drehung der Welle 13 ein Maximum an Hin- und Herbewegung des Kolbens 21 zu erhalten. Dies ist notwendig, weil die Querwelle 12 bei ihrer Lenkbetätigung nur um einen Teil einer Umdrehung gedreht wird und diese Teildrehung von einem verhältnismäßig hohen Drehmoment begleitet sein muß. Durch einen großen Steigungswinkel der Gewindegänge wird also eine wesentliche Bewegung des Kolbens 21 erforderlich, um eine Teildrehung der Welle 13 zu bewirken, und daher wird eine hohe Übersetzung erreicht. Wenn aber der Servomotor in der Ausführung 10 nach Fig. 1 benutzt wird, so ist ein verhältnismäßig kleiner Steigungswinkel der Gewindegänge 41 erforderlich, weil vier oder fünf Umdrehungen der Lenkwelle 11 ausgeführt werden müssen, um die Teildrehung der Querwelle 12 hervorzubringen. Im Hinblick auf die Übersetzung zwischen der üblichen Getriebeschnecke auf der Lenkwelle und dem Schneckenrad auf der Querwelle 12 ist an der Welle 11 nur ein nominelles Drehmoment erforderlich; mithin wird der kleine Steigungswinkel der Gewindegänge 41 die Wirksamkeit des Servomotors nicht verkleinern, da die Verminderung der Übersetzung und mithin die Verminderung im Drehmoment, die durch die Anwendung eines kleinen Steigungswinkels verursacht werden, nicht genügt, um wirksame Arbeiten des Servomotors zu verhindern, wenn dieser direkt auf der Lenkwelle 11 angesetzt wird.The shaft 13 passes through a bore 42 of the piston 21, and the reciprocating movement of the piston is in the rotary movement of the shaft 13 by one or more threads 40 on the Shaft 13 implemented, which cooperate with one or more corresponding threads 41 in the bore. As in the case of the bores 22, the piston 21 is also here with a seal 43 between the bore 42 and the shaft 13 in the form of a conventional sealing ring with a circular cross-section Mistake. It is readily apparent that an axial movement of the piston in the cylinder in the one or the other direction through the threads 40 and 41 is transmitted so that the shaft 13 in rotated in one direction or the other. The amount of rotation of the shaft 13 for a given Movement of the piston 21 depends on the pitch angle of the threads 41. In the Execution of the servo motor 10 'according to FIG. 2, a relatively steep slope is preferred in order to to obtain a maximum of reciprocating movement of the piston 21 per rotation of the shaft 13. This is necessary because the transverse shaft 12 rotates only part of a revolution when it is actuated by the steering and this partial rotation must be accompanied by a relatively high torque. A large pitch angle of the thread turns a substantial movement of the piston 21 is required to cause a partial rotation of the shaft 13, and therefore a high gear ratio achieved. If, however, the servo motor is used in the embodiment 10 according to FIG. 1, then a relatively small helix angle of the threads 41 required because four or five revolutions the steering shaft 11 must be carried out in order to bring about the partial rotation of the transverse shaft 12. With regard to the translation between the usual worm gear on the steering shaft and the worm gear on transverse shaft 12 only requires nominal torque on shaft 11; hence the small helix angle of the threads 41 becomes the effectiveness of the servo motor do not decrease, because the reduction in the translation and therefore the reduction in torque, caused by the use of a small angle of incline is not sufficient, in order to prevent the servo motor from working effectively if it is placed directly on the steering shaft 11 will.

Bei der abgeänderten Ausführungsform des Servomotors nach Fig. 4 wird ein Zylinder 14a in genau ausgerichteter Lage zwischen einem oberen Zylinderdeckel 15 a und einem unteren Zylinderdeckel 16 a durch äußere, axial liegende Deckelschrauben 17a gehalten. Im Zylinder 14a ist ein Kolben 21a verschiebbar angeordnet, und zur Verhinderung der Drehung des Kolbens 21 α während seiner Hin- und Herbewegung sind Führungen 45 am Deckel 16 a vorhanden. Diese Führungen 45 wirken mit sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten 46 in einer Nabe 47 des Kolbens 21 α zusammen. Obwohl keine besonderen Mittel dargestellt sind, ist es klar, daß die Zylinderdeckel 15 a und 16 a durch übliche Maßnahmen so gegenüber dem Zylinder eingestellt sind, daß zwischen ihnen und dem Zylinder eine genaue Ausrichtung gewährleistet wird.In the modified embodiment of the servo motor shown in FIG. 4, a cylinder 14a is exactly aligned position between an upper cylinder cover 15 a and a lower cylinder cover 16 a held by outer, axially lying cover screws 17a. A piston 21a is displaceable in the cylinder 14a arranged, and to prevent the rotation of the piston 21 α during its reciprocating movement guides 45 are available on the cover 16 a. These guides 45 act with them in the longitudinal direction extending grooves 46 in a hub 47 of the piston 21 α together. Although no special means are shown are, it is clear that the cylinder cover 15 a and 16 a by conventional measures as compared to the Cylinders are adjusted to ensure accurate alignment between them and the cylinder.

Der Kolben ist mit Schraubengewinde 42 a in der Bohrung 41 α versehen, das in ein entsprechendes auf der Welle 11 vorgesehenes Gewinde 40a eingreift. Die Abdichtung zwischen den Kammern 25 a und 26 a wird bei der abgeänderten Ausführung nach Fig. 4 durch übliche Kolbenringe 27a am Umfang des Kolbens 21 α und durch einen elastischen Dichtungsring 43 a mit kreisförmigem Querschnitt in der Bohrung 41a vorgenommen. Eine Abdichtung zwischen dem unteren Zylinderdeckel 16 a und dem Getriebegehäuse 50 wird wie bei der Bauart nach Fig. 3 durch einen üblichen Dichtungsring 51 α mit kreisförmigem Querschnitt bewirkt.The piston is provided with screw thread 42 a in the bore 41 α, which is in a corresponding one the shaft 11 provided thread 40a engages. The seal between the chambers 25 a and 26 a is in the modified embodiment according to FIG. 4 by conventional piston rings 27a on the circumference of the piston 21 α and through an elastic sealing ring 43 a with a circular cross-section in the bore 41a made. A seal between the lower cylinder cover 16 a and the transmission housing 50, as in the case of the type according to FIG. 3, is provided by a conventional sealing ring 51 with a circular cross-section causes.

Bei der Ausführung nach Fig. 1, wo der Servomotor 10 direkt auf der Lenkwelle 11 sitzt, sind keine Drucklager im Servomotor erforderlich, da bei allen üblichen Lenkvorrichtungen die Lenkwelle 11 durch Kegelrollenlager oder durch ähnliche Maßnahmen an der Lenkschnecke axial festgelegt ist. Daher sind bei der Bauart nach Fig. 4 die Kegelrollenlager 32, 33 und die Schraubkappe 38 der Fig. 3 entbehrlich, und statt dessen ist eine übliche Abdichtung vorgesehen, wie bei 52 dargestellt.In the embodiment according to FIG. 1, where the servomotor 10 is seated directly on the steering shaft 11, there are none Thrust bearing in the servomotor is necessary because the steering shaft 11 passes through in all conventional steering devices Tapered roller bearings or by similar measures on the steering worm is axially fixed. Therefore are at 4, the tapered roller bearings 32, 33 and the screw cap 38 of FIG. 3 can be dispensed with, and instead, a conventional seal is provided, as shown at 52.

Es ist klar, daß bestimmte Konstruktionseinzelheiten, beispielsweise die Art der Befestigung der Deckel am Gehäuse 50 oder die Art der Führung des Kolbens, bei jedem der in Fig. 3 und 4 dargestellten Servomotoren angewendet werden können.It is clear that certain details of the construction, for example the type of attachment of the Lid on housing 50 or the manner in which the piston is guided, in each of the cases shown in FIGS. 3 and 4 Servomotors can be used.

Im Betrieb arbeiten die beiden in Fig. 3 und 4 dargestellten Servomotoren in einer im wesentlichen identischen Weise. Druckmittel wird über ein Steuerventil (nicht dargestellt) in die Kammer 25 und 25 a durch eine öffnung 53 oder 53 a im Deckel 15 oder 15 a eingeführt. Gleichzeitig wird die Kammer 26 oder 26 a durch eine öffnung 54 oder 54 a im Zylinder 14 oder 14 a zum Ansauggefäß einer Druckmittelpumpe (nicht dargestellt) hin entlastet. Der auf beide Kolbenseiten sich auswirkende Druckunterschied verursacht eine Bewegung des Kolbens 21 oder 21 α in einer vom Deckel 15 oder 15 α wegführenden Richtung, wodurch die Welle 13 (Fig. 3) oder die Lenkwelle 11 (Fig. 4) gedreht wird. Eine Drehung dieser Wellen in der entgegengesetzten Richtung wird durch die Zuführung des Druckmittels in die Kammer 26 oder 26a und durch Entlasten der Kammer 25 oder 25 α bewirkt. In operation, the two servomotors shown in FIGS. 3 and 4 operate in essentially one identical way. Pressure medium is fed into the chamber 25 and 25 a via a control valve (not shown) introduced through an opening 53 or 53 a in the cover 15 or 15 a. At the same time the chamber 26 or 26 a through an opening 54 or 54 a in the cylinder 14 or 14 a to the suction vessel of a pressure medium pump (not shown) relieved. The pressure difference acting on both sides of the piston causes a movement of the piston 21 or 21 α in a direction away from the cover 15 or 15 α, whereby the shaft 13 (Fig. 3) or the steering shaft 11 (Fig. 4) is rotated. One rotation of these shafts in the opposite direction is caused by the supply of the pressure medium into the chamber 26 or 26a and by relieving the chamber 25 or 25 α caused.

Wie bereits erwähnt, kann die Steigung des Gewindes 40 oder 40a verändert werden. In der Praxis liegt der Steigungswinkel innerhalb des Bereichs von 12 bis 75°, wobei der größere Steigungswinkel bei der Anordnung des Servomotors gemäß Fig. 2 angewendet wird, wo ein hohes Drehmoment mit einem Minimum an Drehung der Welle gewünscht wird. Umgekehrt wird da, wo eine große DrehbewegungAs already mentioned, the pitch of the thread 40 or 40a can be changed. In practice the pitch angle is within the range of 12 to 75 °, with the larger pitch angle being the arrangement of the servo motor shown in FIG. 2 is applied, where a high torque with a Minimum rotation of the shaft is desired. The reverse is done where there is a large rotary movement

bei einem verhältnismäßig kleineren Drehmoment gewünscht wird, wie dies bei der Anordnung gemäß Fig. 1 der Fall ist, wo der Servomotor direkt auf der Lenkwelle sitzt, ein verhältnismäßig kleiner Steigungswinkel benutzt, um einen verhältnismäßig kurzen Servomotorzylinder zu ermöglichen, wobei ungefähr fünf Umdrehungen der Lenkwelle stattfinden können.is desired at a relatively smaller torque, as is the case with the arrangement according to FIG Fig. 1 is the case where the servomotor sits directly on the steering shaft, a relatively small pitch angle used to allow a relatively short servo motor cylinder, wherein about five turns of the steering shaft can take place.

Claims

Claims: IO

1. Pressure medium-operated servomotor, in particular for steering devices of motor vehicles, whose piston, which is displaceable in the cylinder by the pressure medium, causes the output shaft rotatably mounted in the cylinder covers to rotate when moving via a thread, characterized in that the piston. (21, 21a) in the cylinder (14, 14 a) is guided by guide means (17, 45, 46) which are arranged in the cylinder independently of the output shaft and which secure the piston against rotation.

2. Servomotor according to claim 1, characterized in that the two cylinder covers (15)

are fastened in the cylinder by means of continuous screws (17, 17 a) common to both, which are screwed directly into the housing (50) of the steering gear, if necessary, and that the cover screws (17) pass through the cylinder (14) and through bores (22 ) of the piston (21) go through, so that they also serve as a guide and fastening means.

3. Servomotor according to claim 1, characterized in that the cover screws (17 a) are outside the cylinder and the guide means for preventing the piston from rotating consist of a number of guides (45) which are attached to a cylinder cover (16 a), according to extend internally into the cylinder and slidingly engage in longitudinally extending grooves (46) of the piston (21a) .

Considered publications:
German Patent Nos. 529 178, 828 637;
British Patent No. 451 224;
U.S. Patent Nos. 2,587,495, 2,634,708.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings