DE1155982B

DE1155982B - Rotary servo motor and process for its manufacture

Info

Publication number: DE1155982B
Application number: DEF28681A
Authority: DE
Inventors: John Lawrence Fowler; Frederick James Fuell
Original assignee: Fairey Engineering Ltd
Current assignee: WFEL Ltd
Priority date: 1958-06-12
Filing date: 1959-06-12
Publication date: 1963-10-17

Description

Drehservomotor und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft einen Drehservomotor, bei dem das Zylindergehäuse eine zylindrische Abdichtungsfläche von großem Radius und eine dieser diametral gegenüberliegende zylindrische Abdichtungsfläche von kleinem Radius, aber gleicher Krümmungsachse besitzt und ein exzentrisch gelagerter Flügelkolben vorgesehen ist.Rotary Servo Motor and Method of Manufacture The invention relates to a rotary servo motor in which the cylinder housing has a cylindrical sealing surface of large radius and one of these diametrically opposite cylindrical sealing surface has a small radius but the same axis of curvature and an eccentrically mounted Vane piston is provided.

Ein solcher Drehservomotor ist bereits, z. B. zum Verstellen einer Regelventilklappe in der Druckmittelzuführungsleitung einer Kraftmaschine, bekannt. Der exzentrisch gelagerte, in einem begrenzten Winkelbereich um die gemeinsame Krümmungsachse verschwenkbare Flügelkolben betätigt mit seiner Schwenkwelle unmittelbar das zu betätigende Organ wie die Ventilklappe. Der Flügelkolben dichtet dabei entlang seines Umfanges gegen die zylindrischen Dichtflächen und die Stirnflächen des Zylindergehäuses ab. Zum Verschwenken des Flügelkolbens können die beiden Kolbenflächen über entsprechende Ein- und Auslässe dem Differenzdruck eines Druckmittels ausgesetzt werden.Such a rotary servo is already, for. B. to adjust a Control valve flap in the pressure medium supply line of an engine, known. The eccentrically mounted, in a limited angular range around the common axis of curvature pivotable vane piston actuates this directly with its pivot shaft actuating organ such as the valve flap. The wing piston seals along its Circumference against the cylindrical sealing surfaces and the end faces of the cylinder housing away. To pivot the vane piston, the two piston surfaces can use corresponding Inlets and outlets are exposed to the differential pressure of a pressure medium.

Im Gegensatz zu den sonst üblichen Drehservomotoren mit zylindrischem Gehäuse und konzentrisch ausgebildeten und angeordneten Flügelkolben ist die Herstellung eines Drehservomotors der hier in Frage stehenden Gattung außerordentlich schwierig, da einerseits die miteinander abdichtenden Flächen von Gehäuse und Kolben möglichst genau aufeinander abgestimmt werden müssen und andererseits eine genaue Bearbeitung wegen der unregelmäßigen Querschnittsform nur mit sehr großem Aufwand möglich ist. Diese Schwierigkeiten stehen der Anwendung dieser Servomotoren in vielen Fällen entgegen, obwohl ansonsten dieser Servomotor gegenüber den rotationssymmetrisch ausgebildeten Motoren erhebliche Vorteile aufweist.In contrast to the otherwise common rotary servo motors with cylindrical Housing and concentrically designed and arranged vane pistons is the production a rotary servo motor of the type in question is extremely difficult, because on the one hand the sealing surfaces of the housing and piston as possible must be precisely coordinated and, on the other hand, precise processing because of the irregular cross-sectional shape is only possible with a great deal of effort. These difficulties face the application of these servomotors in many cases contrary, although otherwise this servomotor is rotationally symmetrical compared to the trained engines has significant advantages.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, um diese Schwierigkeiten auf einfache und billige Weise zu überwinden und damit dieser Gattung von Servomotoren ein breiteres Anwendungsfeld zu öffnen.It is the object of the invention to show a way to overcome these difficulties to overcome in a simple and cheap way and thus this type of servo motors to open up a wider field of application.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Drehservomotor der bekannten Gattung vor, daß das Zylindergehäuse in an sich bekannter Weise aus einem äußeren Metallgehäuse mit abnehmbaren Stirndeckeln besteht und daß das Zylindergehäuse mit einer gegossenen Auskleidung aus Kunstharz versehen ist, die mit dem Umfang des Flügelkolbens abdichtend zusammenwirkt. Bei dem Drehservomotor nach der Erfindung wirken nicht mehr der Flügelkolben mit der Innenfläche des Zylindergehäuses unmittelbar abdichtend zusammen. Die Abdichtung erfolgt viehnehr zwischen dem Kolben und einer durch Gießen leicht herstellbaren Kunstharzauskleidung. Durch diese Auskleidung wird eine genaue Bearbeitung der Innenflächen des Zylindergehäuses entbehrlich, da die Auskleidung alle Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten ausgleicht.To achieve this object, the invention provides a rotary servo motor of the known genus that the cylinder housing is made in a manner known per se an outer metal housing with removable end caps and that the cylinder housing is provided with a molded synthetic resin liner, which corresponds to the perimeter of the wing piston cooperates in a sealing manner. In the rotary servo motor according to the invention the vane pistons no longer act directly with the inner surface of the cylinder housing sealing together. The seal is much more between the piston and a synthetic resin lining that is easy to manufacture by casting. Through this lining a precise machining of the inner surfaces of the cylinder housing is unnecessary, because the lining compensates for all bumps and irregularities.

Besonders vorteilhaft kommt diese Maßnahme der Erfindung dann zur Geltung, wenn auch der Flügelkolben aus einem verformbaren plastischen Material hergestellt wird und mit der zylindrischen Abdichtfläche in direkter, gleitender Berührung steht. Dadurch wird eine sehr gute Abdichtung bei großer Genauigkeit der zusammenwirkenden Dichtflächen erzielt.This measure of the invention is then particularly advantageous Applicability, even if the wing piston is made of a deformable plastic material is made and with the cylindrical sealing surface in direct, sliding Touch stands. This creates a very good seal with great accuracy cooperating sealing surfaces achieved.

Zur Herstellung des neuen Drehservomotors ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das äußere Zylindergehäuse aus Metall auf dem Wege des Gießens mit den die endgültigen Maße übersteigenden inneren Abmessungen hergestellt wird, daß dann in das fertige Metallgehäuse ein Gießkern mit den endgültigen Maßen entsprechend genau bearbeiteter Außenfläche zentriert wird und daß schließlich der Zwischenraum zwischen dem Kern und dem Gehäuse mit der Kunstharzauskleidung ausgegossen wird. Auf diese Weise wird trotz der komplizierten Gestalt des Zylinderraumes auf einfachem Wege die für eine ausreichende Abdichtung erforderliche große Maßgenauigkeit erzielt. Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Drehservomotor, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 den Drehservomotor nach Fig.1 und 2 in auseinandergezogener Darstellung.To manufacture the new rotary servomotor is according to the invention provided that the outer cylinder housing made of metal on the way of casting with the internal dimensions exceeding the final dimensions is produced that then in the finished metal housing a casting core with the final dimensions accordingly precisely machined outer surface is centered and that finally the gap is filled with the synthetic resin lining between the core and the housing. In this way, despite the complicated shape of the cylinder space, it is easy Ways the great dimensional accuracy required for a sufficient seal is achieved. the In the following, the invention is illustrated by means of schematic drawings of an exemplary embodiment explained in more detail. 1 shows a longitudinal section through the rotary servo motor, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 according to the rotary servomotor Fig. 1 and 2 in an exploded view.

Der Drehservomotor umfaßt ein rohrförmiges, als Gußstück aus Metall ausgebildetes Gehäuse 10 von allgemein sektorförmigem Querschnitt mit stirnseitigen Abschlußplatten 11 und 11 a und einem damit zusammenarbeitenden, in dem Gehäuse auf einer Welle 14 gelagerten exzentrischen Flügelkolben 13 aus Metall.The rotary servo motor comprises a tubular, cast metal piece formed housing 10 of generally sector-shaped cross-section with end faces End plates 11 and 11 a and a cooperating therewith in the housing eccentric vane piston 13 made of metal and mounted on a shaft 14.

Das als rohrförmiges Gußstück aus Metall ausgebildete, im Inneren mit einem geformten überzug 12 aus einem synthetischen Harz ausgekleidete Gehäuse 10 besitzt eine einen Teil eines Zylinders bildende Hauptabdichtungsfläche 15 mit einem größeren Radius sowie eine ebenfalls einen Teil eines Zylinders bildende Hilfsabdichtungsfläche 16 mit einem erheblich kleineren Krümmungsradius von z. B. etwa 15 mm. Die Hauptabdichtungsfläche 15 und die Hilfsabdichtungsfläche 16 erstrecken sich an ihrer gemeinsamen Achse 17 beide über einen Winkel von 90° und sind durch zwei ebene Gehäusewände 18 miteinander verbunden; jede dieser ebenen Wände verläuft an einem ihrer Enden tangential zu der Hilfsabdichtungsfläche 16 und geht an ihrem anderen Ende längs einer zügig gekrümmten Verbindungsfläche 19 in die Hauptabdichtungsfiäche 15 über. Das rohrförmige Gehäuse 10 ist mit den beiden stirnseitigen Abschlußplatten 11 und 11 a mittels durchgehender Schrauben 20 verbunden, und um die Teile genau in der richtigen Lage zu halten, sind außerdem Paßstifte 21 vorgesehen.The housing 10, designed as a tubular casting made of metal and lined inside with a molded coating 12 made of a synthetic resin, has a main sealing surface 15, which forms part of a cylinder and has a larger radius, and an auxiliary sealing surface 16, which also forms part of a cylinder, with a considerably smaller radius of curvature from Z. B. about 15 mm. The main sealing surface 15 and the auxiliary sealing surface 16 both extend on their common axis 17 over an angle of 90 ° and are connected to one another by two flat housing walls 18; Each of these flat walls runs at one of its ends tangentially to the auxiliary sealing surface 16 and merges at its other end along a rapidly curved connecting surface 19 into the main sealing surface 15 . The tubular housing 10 is connected to the two end plates 11 and 11 a by means of through screws 20, and dowel pins 21 are also provided in order to keep the parts exactly in the correct position.

Die Kolben- bzw. Flügelwelle 14 ist in den Stirnplatten 11 und 11 a des Gehäuses gleichachsig mit der Hauptachse 17 der beiden Abdichtungsflächen 15 und 16 gelagert, und die den Flügel tragende Welle 14 ragt an einem Ende bei 22 aus dem Gehäuse heraus, so daß sie mit einem sich radial erstreckenden Arm 24 oder einem anderen Bauteil verbunden werden kann, um die Bewegung des Kolbens des Drehservomotors auf eine Last zu übertragen. Der Radius der Welle 14 ist etwas kleiner als der Krümmungsradius der Hilfsabdichtungsfläche 16, und die Welle trägt auf einer Seite einen sich in der Längsrichtung erstreckenden Abdichtungsstreifen 25, der in abdichtende Berührung mit der Hilfsabdichtungsfläche 16 tritt und sich gleitend quer zu dieser Fläche bewegt, um die Abdichtung während der Drehbewegung der Welle 14 innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs von weniger als 90° gegenüber dem Gehäuse aufrechtzuerhalten. Alternativ kann ein einziger Abdichtungsstreifen oder können zwei in einem gegenseitigen Abstand angeordnete parallele Abdichtungsstreifen an der kleineren Abdichtungsfiäche 16 selbst so vorgesehen sein, daß sie mit der zylindrischen Rückseite der Welle 14 zusammenarbeiten, statt daß der Abdichtungsstreifen in der aus den Zeichnungen ersichtlichen Weise auf der Welle angeordnet ist.The piston or vane shaft 14 is mounted in the end plates 11 and 11 a of the housing coaxially with the main axis 17 of the two sealing surfaces 15 and 16, and the shaft 14 carrying the wing protrudes from the housing at one end at 22, so that it can be connected to a radially extending arm 24 or other component to transmit the movement of the piston of the rotary servo motor to a load. The radius of the shaft 14 is slightly smaller than the radius of curvature of the auxiliary sealing surface 16, and the shaft carries on one side a longitudinally extending sealing strip 25 which comes into sealing contact with the auxiliary sealing surface 16 and slides across this surface to maintain the seal during the rotational movement of the shaft 14 within a limited angular range of less than 90 ° with respect to the housing. Alternatively, a single sealing strip or two spaced apart parallel sealing strips may be provided on the smaller sealing surface 16 itself so that they cooperate with the cylindrical back of the shaft 14 , rather than having the sealing strip on the shaft as shown in the drawings is arranged.

Die Kolbenwelle 14 trägt auf ihrer dem Abdichtungsstreifen 25 diametral gegenüberliegenden Seite einen rechteckigen Flügelkolben 13, der längs einer Längskante an der Welle befestigt ist und sich gemäß den Zeichnungen radial von der Welle weg erstreckt. Entlang seiner äußeren Längskante und seiner beiden Stirnkanten trägt der Flügel 13 einen U-förmigen Abdichtungsstreifen 27, der an der Hauptabdichtungsfläche 15 und den Innenflächen der beiden Abschlußplatten 11 und 11 a angreift und sich in Berührung mit diesen Flächen gleitend bewegen kann, wobei er eine Abdichtung zwischen dem Flügelkolben 13 und den erwähnten Gehäuseflächen aufrechterhält, während die Kolbenwelle 14 innerhalb des erwähnten begrenzten Winkelbereichs gedreht wird. Der Flügel 13 ist mit zwei Paaren von Vorsprüngen 28 versehen, die sich von seinen entgegengesetzten Flachseiten aus erstrecken und als Begrenzungsanschläge wirken, die jeweils mit der betreffenden ebenen Seitenfläche 18 des Gehäuses 10 zusammenarbeiten, um die Drehbewegung des Flügelkolbens längs der Hauptabdichtungsfläche 15 zu begrenzen.The piston shaft 14 carries the sealing strip 25 diametrically on its opposite side a rectangular wing piston 13, which is along a longitudinal edge is attached to the shaft and radially away from the shaft as shown in the drawings extends. Bears along its outer longitudinal edge and both of its front edges the wing 13 has a U-shaped sealing strip 27, which is attached to the main sealing surface 15 and the inner surfaces of the two end plates 11 and 11 a engages and itself can slide in contact with these surfaces, creating a seal between the vane piston 13 and the mentioned housing surfaces is maintained while the piston shaft 14 is rotated within the mentioned limited angular range. The wing 13 is provided with two pairs of projections 28 extending from its extend from opposite flat sides and act as limit stops, which each work together with the relevant flat side surface 18 of the housing 10, in order to limit the rotary movement of the vane piston along the main sealing surface 15.

Der Drehservomotor ist mit geeigneten Öffnungen bzw. Kanälen 29 und 30 versehen, die in der einen Stirnplatte 11 a ausgebildet sind und sich durch diese Platte zu den beiden Ecken des Innenraums des Gehäuses in der Nähe der Hauptabdichtungsfläche 15 auf den entgegengesetzten Seiten des Flügelkolbens 13 erstrecken. Die Öffnungen 29 und 30 sind mit Innengewinde versehen, so daß man sie über Hochdruckrohrleitungen an ein geeignetes Servoventil anschließen kann, das dazu dient, die Kanäle 29 und 30 wahlweise an eine Quelle für ein hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel oder an eine Rückleitung anzuschließen, damit der Drehservomotor betätigt werden kann. Wenn das Innere des Gehäuses über die Öffnung 29 auf einer Seite des Flügelkolbens 13 mit Druck beaufschlagt wird, während die andere COffnung 30 mit einer Rückleitung verbunden ist, ruft der auf den Flügel wirkende Differentialdruck eine Drehbewegung der Welle 14 in einer Richtung um die Achse 17 hervor, und dieser Vorgang spielt sich im umgekehrten Sinne ab, wenn die Verbindungen zu den Öffnungen 29 und 30 durch das Servoventil miteinander vertauscht werden.The rotary servo motor is with suitable openings or channels 29 and 30 provided, which are formed in one end plate 11 a and through this Plate to the two corners of the interior of the housing near the main sealing surface 15 extend on the opposite sides of the wing piston 13. The openings 29 and 30 are internally threaded so that they can be reached via high pressure pipelines can connect to a suitable servo valve that serves to control channels 29 and 30 optionally to a source for a hydraulic or pneumatic pressure medium or to a return line to operate the rotary servo motor can. When the inside of the housing via the opening 29 on one side of the vane piston 13 is pressurized, while the other CO opening 30 with a return line is connected, the differential pressure acting on the wing causes a rotary motion the shaft 14 protrudes in a direction about the axis 17, and this process plays in the opposite sense when the connections to the openings 29 and 30 through the servo valve can be interchanged.

Es sei bemerkt, daß es wegen der sektorförmigen Gestalt des Gehäuses 10 außerordentlich schwierig sein würde, die Innenflächen des aus Metall bestehenden Gehäuseteils innerhalb der erforderlichen Toleranzen mit der nötigen Oberflächengüte zu bearbeiten. Aus diesem Grunde wird das rohrförmige Gehäuseteil 10 aus Metall zunächst so gegossen, daß seine Innenabmessungen etwas zu groß sind, und dann wird ein verchromter Kern von entsprechender Form, dessen Querschnittsabmessungen genau den Abmessungen des fertigen Gehäuses entsprechen, in das gegossene Metallgehäuse 10 eingesetzt und darin so befestigt, daß zwischen der verchromten Oberfläche des Kerns und der rauhen Innenfläche des Gußstücks ein ringförmiger Raum verbleibt. Dieser Raum wird an seinen Enden mit Hilfe geeigneter Blinddeckel verschlossen, und hierauf wird in den Zwischenraum ein synthetisches Harz eingespritzt, das an Ort und Stelle nachbehandelt bzw. gehärtet wird, um eine Auskleidung aus geformtem plastischem Material auszubilden, die fest an dem Metallgehäuse 10 haftet und im nachbehandelten Zustand Innenflächen von hoher Oberflächengüte und mit den richtigen Abmessungen bildet. Als Beispiel für ein zur Herstellung der Auskleidung 12 des Gehäuses 10 geeignetes synthetisches Harzmaterial sei Polytetrafluoräthylen genannt; ein weiteres brauchbares Material, bei dem es sich um ein Epoxyharz handelt, ist unter der Handelsbezeichnung »Araldite« erhältlich.It should be noted that because of the sector-shaped shape of the housing 10 it would be extremely difficult to machine the inner surfaces of the metal housing part within the required tolerances with the required surface quality. For this reason, the tubular metal housing part 10 is first cast in such a way that its internal dimensions are somewhat too large, and then a chrome-plated core of the appropriate shape, the cross-sectional dimensions of which correspond exactly to the dimensions of the finished housing, is inserted into the cast metal housing 10 and therein attached so that an annular space remains between the chrome-plated surface of the core and the rough inner surface of the casting. This space is closed at its ends with the aid of suitable dummy covers, and a synthetic resin is then injected into the space, which is after-treated or cured on site to form a lining of molded plastic material which adheres firmly to the metal housing 10 and in the aftertreated condition forms inner surfaces of high surface quality and with the correct dimensions. As an example of a synthetic resin material suitable for producing the lining 12 of the housing 10, polytetrafluoroethylene may be mentioned; Another useful material, which is an epoxy resin, is available under the trade name "Araldite".

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Flügel 13 aus Metall und ist mit Abdichtungsstreifen 25 und 27 versehen, um die erforderliche Abdichtung gegenüber den damit zusammenarbeitenden Flächen des Gehäuses und der stirnseitigen Abschlußplatten zu bewirken. In manchen Anwendungsfällen ist es jedoch möglich, auf die Abdichtungsstreifen ganz zu verzichten und eine ausreichende Abdichtungswirkung zu erzielen, wenn ein geringes Spiel zwischen den Wänden des Gehäuses und den Kanten des Flügelkolbens sowie der Rückseite der Welle vorgesehen ist, denn es läßt sich auch dann ein ausreichender Druckunterschied zum Betätigen der Vorrichtung aufrechterhalten, wenn das Druckmittel in begrenztem Ausmaß längs der Kanten des Flügels und an der Rückseite der Welle 14 entweichen kann.In the exemplary embodiment described above, the wing 13 is made of metal and is provided with sealing strips 25 and 27 in order to effect the required seal with respect to the surfaces of the housing and the end-face end plates that cooperate therewith. In some applications, however, it is possible to dispense with the sealing strips entirely and to achieve a sufficient sealing effect if there is little play between the walls of the housing and the edges of the vane piston and the back of the shaft, because it can then also be used maintaining a sufficient pressure differential to operate the device when the pressure medium can escape to a limited extent along the edges of the wing and at the rear of the shaft 14.

Ferner kann man den Flügel 13 aus einem verformbaren plastischen Material wie Polytetrafluoräthylen herstellen, um gleitende Bewegungen zwischen dem Flügel und dem Gehäuse zu ermöglichen, ohne daß besondere Abdichtungsstreifen vorgesehen zu sein brauchen.Furthermore, the wing 13 can be made of a deformable plastic material such as polytetrafluoroethylene to allow sliding movements between the wing and the housing without the need for special sealing strips.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Rotary servo motor in which the cylinder housing is a cylindrical sealing surface of large radius and one diametrically opposed to it cylindrical sealing surface with a small radius but the same axis of curvature possesses and an eccentrically mounted, in a limited angular range around the common axis of curvature pivotable wing piston is provided along the its circumference against the cylindrical sealing surfaces and the end faces of the cylinder housing seals and its two piston surfaces via corresponding inlets and outlets Differential pressure of a pressure medium can be exposed, characterized in that, that the cylinder housing in a known manner from an outer metal housing (10) with removable end caps (11, 11 a) and that the cylinder housing with a molded liner (12) made of synthetic resin, which is provided with the perimeter of the wing piston (13) cooperates in a sealing manner.

2. Rotary servo motor according to claim 1, characterized in that the vane piston (13) made of deformable plastic Material consists and with the cylindrical sealing surface in sliding contact stands.

3. Rotary servo motor according to claim 1 or 2, characterized in that the Piston shaft (14) on one side in a manner known per se with the cylindrical Sealing surface (15) with the larger radius sealingly cooperating wing pistons (13) carries and with its other side directly to the cylindrical sealing surface (16) cooperates in a sealing manner from the smaller radius.

4. Method of manufacture of a rotary servo motor according to Claims 1 to 3, characterized in that the outer Cylinder body made of metal in the process of casting with the final dimensions exceeding internal dimensions is made that in the finished metal housing a casting core centered with the final dimensions according to the precisely machined outer surface and the space between the core and the housing is then covered with the synthetic resin lining is poured out. Publications considered: German Patent No. 404 384.