FR2854856A1

FR2854856A1 - Piston assembly for hydraulic power assisted steering (PAS) system has piston body of pressed sheet metal fixed by rolling to rod or rack and annular web with over-moulded seal

Info

Publication number: FR2854856A1
Application number: FR0305745A
Authority: FR
Inventors: Philippe Durand
Original assignee: Koyo Steerring Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-11-19
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: FR2854856B1

Abstract

The piston assembly (12), mounted on a rod (11) forming part of the steering rack (6), consists of a pressed sheet metal body (21) with a first portion (22) in the shape of a sleeve fixed by rolling to the rod or rack, and a second portion (23) comprising an annular web extending in a plane perpendicular to the central axis (A) of the first portion. The outer edge of the web has an over-moulded annular seal (27) of rubber or a synthetic material with two lips (30, 31) and a pair of anti-extrusion rings (35, 36).

Description

II

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction des véhicules automobiles. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, aux directions assistées hydrauliques, dans lesquelles un vérin, alimenté en fluide hydraulique, permet d'exercer sur la crémaillère un 5 effort qui amplifie la force exercée manuellement par le conducteur sur le volant. Encore plus particulièrement, I'invention s'intéresse à la structure du piston du vérin hydraulique d'assistance, et des moyens d'étanchéité prévus à la périphérie de ce piston. The present invention relates, in general, to motor vehicle steering systems. This invention relates, more particularly, to hydraulic power steering, in which a jack, supplied with hydraulic fluid, makes it possible to exert on the rack a force which amplifies the force exerted manually by the driver on the steering wheel. Even more particularly, the invention is concerned with the structure of the piston of the hydraulic assistance cylinder, and the sealing means provided at the periphery of this piston.

Il est rappelé que dans une direction assistée hydraulique de 10 véhicule automobile, d'une manière généralement connue, le mouvement de translation de la crémaillère, commandé par la rotation du volant, est soutenu par l'action d'un vérin à double effet alimenté en fluide hydraulique sous pression au moyen d'une pompe, et par l'intermédiaire d'une valve d'assistance liée à la colonne de direction. Le corps du vérin hydraulique d'assistance se 15 confond avec le carter de la direction, dans lequel la crémaillère est montée coulissante, tandis que la tige de ce vérin n'est autre qu'une portion de la crémaillère, sur laquelle est monté un piston qui divise le corps du vérin en deux chambres. Des conduits hydrauliques relient la valve d'assistance aux deux chambres ainsi délimitées, de manière à alimenter le vérin hydraulique 20 d'assistance et à déplacer son piston dans un sens ou dans l'autre. It is recalled that in a hydraulic power steering of a motor vehicle, in a generally known manner, the translational movement of the rack, controlled by the rotation of the steering wheel, is supported by the action of a double-acting jack supplied in hydraulic fluid under pressure by means of a pump, and via an assistance valve linked to the steering column. The body of the hydraulic assistance cylinder merges with the steering housing, in which the rack is slidably mounted, while the rod of this cylinder is none other than a portion of the rack, on which a piston which divides the cylinder body into two chambers. Hydraulic conduits connect the assistance valve to the two chambers thus delimited, so as to supply the hydraulic assistance cylinder 20 and to move its piston in one direction or the other.

Dans les réalisations habituelles, le piston du vérin hydraulique d'assistance et les moyens d'étanchéité prévus à la périphérie de ce piston, sont constitués par un "empilage" d'un certain nombre de composants coaxiaux, ce qui rend l'ensemble relativement complexe et coûteux, en raison 25 du nombre de pièces nécessaires, et de la complication correspondante du procédé d'assemblage de toutes ces pièces. De plus, les montages de piston actuels n'acceptent que difficilement des flexions importantes de la crémaillère, qui constitue aussi la tige de vérin. In the usual embodiments, the piston of the hydraulic assistance cylinder and the sealing means provided at the periphery of this piston, consist of a "stacking" of a number of coaxial components, which makes the assembly relatively complex and expensive, due to the number of parts required, and the corresponding complication of the method of assembling all these parts. In addition, current piston assemblies accept only with great flexion of the rack, which also constitutes the cylinder rod.

La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en 30 fournissant un ensemble piston de coût réduit, grâce à une diminution du nombre des pièces constitutives et une simplification des opérations de montage, mais qui assure toutefois très convenablement ses fonctions notamment d'étanchéité vis-à-vis du fût du vérin, et qui accepte en outre des flexions plus importantes de la crémaillère. The present invention aims to eliminate these drawbacks, by providing a piston assembly of reduced cost, by reducing the number of component parts and simplifying the assembly operations, but which nevertheless very adequately performs its functions, in particular sealing opposite the cylinder barrel, and which also accepts greater flexions of the rack.

A cet effet, I'invention a pour objet un ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique, cet ensemble étant monté sur une tige constituée par une portion de la crémaillère de la direction, et étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il se compose, d'une part, d'un corps de piston en tôle, comprenant une première partie en forme de manchon prévue pour être fixée par roulage sur la tige ou crémaillère, et une seconde 5 partie en forme de voile annulaire, qui s'étend dans un plan perpendiculairement à l'axe de la première partie, et d'autre part, d'un joint annulaire à double lèvre d'étanchéité, le joint étant solidarisé par surmoulage avec la périphérie de la seconde partie en forme de voile annulaire du corps de piston en tôle. To this end, the invention relates to a piston assembly of a hydraulic power steering cylinder, this assembly being mounted on a rod constituted by a portion of the steering rack, and being essentially characterized in that it is composed on the one hand, of a sheet metal piston body, comprising a first part in the form of a sleeve intended to be fixed by rolling on the rod or rack, and a second part in the form of an annular web, which extends in a plane perpendicular to the axis of the first part, and on the other hand, of an annular seal with double sealing lip, the seal being secured by overmolding with the periphery of the second part in the form of an annular web of sheet metal piston body.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le joint annulaire est de section symétrique et il possède une zone centrale surmoulée, qui traverse des ouvertures ménagées vers la périphérie de la partie en forme de voile du corps de piston en tôle, et deux lèvres annulaires symétriques, dirigées vers l'extérieur, situées de part et d'autre de la zone centrale. In a preferred embodiment of the invention, the annular seal is of symmetrical section and it has a central overmolded zone, which passes through openings made towards the periphery of the sail-like part of the sheet metal piston body, and two symmetrical annular lips, directed outwards, located on either side of the central zone.

Si nécessaire, I'ensemble piston objet de l'invention comprend aussi deux bagues anti-extrusion, disposées symétriquement de part et d'autre de la partie en forme de voile annulaire du corps de piston en tôle, autour de la zone centrale du joint annulaire et entre les deux lèvres de ce joint. If necessary, the piston assembly which is the subject of the invention also comprises two anti-extrusion rings, arranged symmetrically on either side of the annular web-shaped part of the sheet metal piston body, around the central area of the seal. annular and between the two lips of this joint.

Dans une variante, la zone centrale du joint annulaire s'étend 20 autour du bord extérieur de la partie en forme de voile annulaire de corps de piston en tôle, la périphérie de ladite zone centrale présentant des lèvres secondaires ou des nervures, qui forment des chicanes présentes entre les deux lèvres annulaires précitées. Alternatively, the central area of the annular seal extends around the outer edge of the annular web-shaped portion of the sheet metal piston body, the periphery of said central area having secondary lips or ribs, which form baffles present between the two aforementioned annular lips.

On obtient ainsi un ensemble piston de structure simple, se limitant 25 à deux composants principaux réunis par surmoulage, le corps de piston étant en particulier une simple pièce en tôle, formée par emboutissage et fixée par roulage sur la crémaillère, sans aucun organe d'assemblage. Les opérations de montage sont ainsi limitées, et l'on obtient globalement une réduction sensible des coûts. Le joint annulaire peut comporter toutes formes et tous 30 aménagements, pour optimiser les fonctions d'étanchéité, de raclage, de guidage et de reprise d'effort sur le fût du vérin, tout en acceptant des flexions relativement importantes de la crémaillère de la direction. A piston assembly of simple structure is thus obtained, limiting itself to two main components joined by overmolding, the piston body being in particular a simple sheet metal part, formed by stamping and fixed by rolling on the rack, without any member of assembly. The assembly operations are thus limited, and an overall reduction in costs is obtained. The annular seal can include any shape and any arrangement, to optimize the sealing, scraping, guiding and force recovery functions on the cylinder barrel, while accepting relatively large flexions of the steering rack .

De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, 35 à titre d'exemples, deux formes d'exécution de cet ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique: Figure 1 est une représentation très schématique d'une direction assistée hydraulique, dont le vérin est pourvu d'un ensemble piston conforme à la présente invention; Figure 2 est une vue partielle, en demi-coupe longitudinale, du 5 vérin hydraulique d'assistance de la direction selon la figure 1, montrant le détail de l'ensemble piston; Figure 3 est une vue similaire à la figure 2, illustrant une variante de cet ensemble piston. Anyway, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended diagrammatic drawing representing, by way of examples, two embodiments of this piston assembly of hydraulic power steering cylinder : Figure 1 is a very schematic representation of a hydraulic power steering, the cylinder is provided with a piston assembly according to the present invention; Figure 2 is a partial view, in longitudinal half-section, of the hydraulic steering assistance cylinder according to Figure 1, showing the detail of the piston assembly; Figure 3 is a view similar to Figure 2, illustrating a variant of this piston assembly.

La figure 1 représente, sous la forme d'un schéma de principe, une 10 direction assistée hydraulique de véhicule automobile. Figure 1 shows, in the form of a block diagram, a hydraulic power steering of a motor vehicle.

La direction comprend un volant de conduite 2 lié à une colonne de direction 3, dont l'extrémité éloignée du volant 2 porte un pignon 4 qui vient en prise avec la denture 5 d'une crémaillère 6. Les deux extrémités opposées de la crémaillère 6 sont munies de rotules, respectivement 7 et 8, pour 15 I'articulation de biellettes de direction (non représentées) qui sont associées, respectivement, aux roues directrices gauche et droite du train avant du véhicule concerné, et qui commandent l'orientation de ces roues. The steering comprises a steering wheel 2 linked to a steering column 3, the end remote from the steering wheel 2 carries a pinion 4 which comes into engagement with the teeth 5 of a rack 6. The two opposite ends of the rack 6 are provided with ball joints, respectively 7 and 8, for the articulation of steering rods (not shown) which are associated, respectively, with the left and right steering wheels of the front axle of the vehicle concerned, and which control the orientation of these wheels.

S'agissant ici d'une direction assistée hydraulique, celle-ci comprend un vérin hydraulique d'assistance 9, dont le corps 10 est constitué 20 par une portion du carter de direction, et dont la tige 11 est constituée par une portion non dentée de la crémaillère 6. La tige 11 porte un ensemble piston 12, qui coulisse avec cette tige 11 à l'intérieur du corps 10 du vérin 9, I'ensemble piston 12 divisant l'intérieur du vérin 9 en deux chambres 13 et 14. In this case, a hydraulic power steering, this comprises a hydraulic assistance cylinder 9, the body 10 of which is constituted by a portion of the steering casing, and the rod 11 of which consists of a non-toothed portion of the rack 6. The rod 11 carries a piston assembly 12, which slides with this rod 11 inside the body 10 of the jack 9, the piston assembly 12 dividing the inside of the jack 9 into two chambers 13 and 14.

Le système hydraulique d'assistance comprend une pompe 15, qui 25 alimente une valve d'assistance 16 liée à la colonne de direction 3, à partir d'un réservoir 17 de fluide hydraulique, un accumulateur 18 pouvant compléter ce circuit hydraulique. Deux conduits hydrauliques 19 et 20 relient la valve d'assistance 16, respectivement, aux deux chambres 13 et 14 du vérin hydraulique d'assistance 9. La valve d'assistance 16 envoie sélectivement le 30 fluide hydraulique sous pression, par le conduit 19 ou 20, vers la chambre 13 ou 14, selon que le conducteur du véhicule commande, par le volant 2, un braquage à gauche ou un braquage à droite. The hydraulic assistance system comprises a pump 15, which supplies an assistance valve 16 linked to the steering column 3, from a reservoir 17 of hydraulic fluid, an accumulator 18 which can complete this hydraulic circuit. Two hydraulic conduits 19 and 20 connect the assistance valve 16, respectively, to the two chambers 13 and 14 of the assistance hydraulic cylinder 9. The assistance valve 16 selectively sends the hydraulic fluid under pressure, through the conduit 19 or 20, towards chamber 13 or 14, depending on whether the driver of the vehicle controls, by the steering wheel 2, a left turn or a right turn.

La figure 2 représente, en demi-coupe, le détail de l'ensemble piston 12, porté par la tige 11 du vérin hydraulique d'assistance 9, dans une 35 première forme de réalisation. FIG. 2 shows, in half-section, the detail of the piston assembly 12, carried by the rod 11 of the hydraulic assistance cylinder 9, in a first embodiment.

L'ensemble piston 12 comprend un corps de piston 21 en tôle, à symétrie de révolution autour de l'axe central A de la tige 11. Le corps de piston 21 en tôle se divise en une première partie 22 en forme de manchon, montée autour de la tige 11, et une seconde partie 23 en forme de voile 5 annulaire, qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe A, en prolongeant la première partie 22 à l'une de ses extrémités, les deux parties 22 et 23 se raccordant par un arrondi 24. La première partie 21 en forme de manchon est fixée par roulage, comme indiqué en 25, dans une gorge annulaire 26 de la tige 11. The piston assembly 12 comprises a piston body 21 made of sheet metal, with symmetry of revolution about the central axis A of the rod 11. The piston body 21 made of sheet metal is divided into a first part 22 in the form of a sleeve, mounted around the rod 11, and a second part 23 in the form of an annular veil 5, which extends in a plane perpendicular to the axis A, extending the first part 22 at one of its ends, the two parts 22 and 23 being connected by a rounded 24. The first part 21 in the form of a sleeve is fixed by rolling, as indicated at 25, in an annular groove 26 of the rod 11.

L'ensemble piston 12 comprend aussi, à sa périphérie, un joint annulaire 27 à double lèvre d'étanchéité, en matière synthétique ou en caoutchouc, solidarisé par surmoulage avec la seconde partie 23 en forme de voile annulaire du corps de piston 21. Le joint annulaire 27, de section symétrique, possède une zone centrale 28, qui traverse des ouvertures 29 15 ménagées vers la périphérie de la partie 23 en forme de voile annulaire. De part et d'autre de sa zone centrale 28, le joint annulaire 27 possède deux lèvres annulaires symétriques 30 et 31, dirigées vers l'extérieur. Si nécessaire, les deux lèvres annulaires 30 et 31 sont pressées, par des éléments annulaires élastiques respectifs 32 et 33, contre la paroi intérieure cylindrique 34 du corps 20 10 du vérin 9. Dans certains cas, les deux lèvres 30 et 31 peuvent être appliquées contre la paroi 34 sous l'effet de la seule pression. The piston assembly 12 also comprises, at its periphery, an annular seal 27 with double sealing lip, of synthetic material or rubber, secured by overmolding with the second part 23 in the form of an annular veil of the piston body 21. The annular seal 27, of symmetrical section, has a central zone 28, which passes through openings 29 15 made towards the periphery of the part 23 in the form of an annular web. On either side of its central zone 28, the annular seal 27 has two symmetrical annular lips 30 and 31, directed outwards. If necessary, the two annular lips 30 and 31 are pressed, by respective elastic annular elements 32 and 33, against the cylindrical inner wall 34 of the body 20 of the jack 9. In certain cases, the two lips 30 and 31 can be applied against the wall 34 under the effect of the single pressure.

Facultativement, I'ensemble piston 12 selon la figure 2 comprend encore deux bagues anti-extrusion 35 et 36, disposées symétriquement de part et d'autre de la partie 23 en forme de voile annulaire, autour de la zone 25 centrale 28 du joint annulaire 27 à double lèvre, et entre les deux lèvres 30 et 31 de ce joint. Optionally, the piston assembly 12 according to FIG. 2 further comprises two anti-extrusion rings 35 and 36, arranged symmetrically on either side of the part 23 in the form of an annular web, around the central zone 28 of the annular seal. 27 with double lip, and between the two lips 30 and 31 of this seal.

La figure 3, sur laquelle les éléments correspondant à ceux décrits précédemment (en référence à la figure 2) sont désignés par les mêmes repères, montre une variante de l'ensemble piston 12. Cet ensemble comprend 30 d'une part un corps de piston 21 en tôle, analogue à celui décrit ci-dessus, et lui aussi fixé par roulage dans une gorge annulaire 26 de la tige 11, et d'autre part un joint annulaire 27 en matière synthétique ou en caoutchouc, solidarisé par un surmoulage avec la partie 23 en forme de voile annulaire du corps de piston 21. Le joint annulaire 27 diffère en partie de celui précédemment décrit: 35 il comprend ici encore une zone centrale 28, traversant des ouvertures 29 de la partie 23, et deux lèvres annulaires symétriques 30 et 31, auxquelles sont associés si nécessaire des éléments annulaires élastiques respectifs 32 et 33. FIG. 3, in which the elements corresponding to those described above (with reference to FIG. 2) are designated by the same references, shows a variant of the piston assembly 12. This assembly comprises on the one hand a piston body 21 made of sheet metal, similar to that described above, and also fixed by rolling in an annular groove 26 of the rod 11, and on the other hand an annular seal 27 made of synthetic material or rubber, secured by overmolding with the part 23 in the form of an annular web of the piston body 21. The annular seal 27 differs in part from that previously described: here again it comprises a central zone 28, crossing openings 29 of the part 23, and two symmetrical annular lips 30 and 31, with which, if necessary, respective elastic annular elements 32 and 33 are associated.

Aucune bague anti-extrusion n'entoure ici la zone centrale 28 du joint annulaire 27, et cette zone centrale 28 s'étend autour du bord extérieur de la partie 23 en forme de voile annulaire. La zone centrale 28 peut présenter, à sa périphérie, 5 des lèvres annulaires secondaires 37, qui forment des chicanes entre les deux lèvres annulaires principales 30 et 31. No anti-extrusion ring here surrounds the central zone 28 of the annular seal 27, and this central zone 28 extends around the outer edge of the part 23 in the form of an annular web. The central zone 28 can have, at its periphery, 5 secondary annular lips 37, which form baffles between the two main annular lips 30 and 31.

Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet ensemble piston de vérin de direction assistée hydraulique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au 10 contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, quels que soient notamment: le détail des formes de l'ensemble piston, qu'il s'agisse du corps de piston en tôle ou du joint annulaire, par exemple: adjonction d'empreintes ou de nervures disposées de manière à rigidifier la tôle du piston dans sa partie 15 en forme de voile annulaire, ou modification du profil des lèvres du joint; - les matériaux constitutifs de cet ensemble piston, en particulier de son joint annulaire; - les dispositions complémentaires prévues, par exemple pour la réduction des efforts de coulissement du piston; - les particularités de la direction assistée hydraulique à laquelle est appliqué cet ensemble piston. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiments of this piston assembly of hydraulic power steering cylinder which have been described above, by way of examples; on the contrary, it embraces all the variant embodiments and applications respecting the same principle, whatever in particular: the detail of the shapes of the piston assembly, whether it be the sheet metal piston body or of the annular seal, for example: adding impressions or ribs arranged so as to stiffen the sheet of the piston in its part 15 in the form of an annular veil, or modification of the profile of the lips of the seal; - the constituent materials of this piston assembly, in particular of its annular seal; - the additional provisions provided, for example for reducing the sliding forces of the piston; - the particularities of the hydraulic power steering to which this piston assembly is applied.

Claims

1. Hydraulic power steering cylinder piston assembly, this assembly (12) being mounted on a rod (11) constituted by a portion of the steering rack (6), characterized in that it consists of a part, of a piston body (21) made of sheet metal, comprising a first part (22) in the form of a sleeve intended to be fixed by rolling (25) on the rod (11) or rack (6), and a second part (23) in the form of an annular web, which extends in a plane perpendicular to the central axis (A) of the first part 10 (22), and secondly, of an annular seal (27) to double sealing lip (30, 31), the seal (27) being secured by overmolding with the periphery of the second part (23) in the form of an annular web of the sheet metal piston body (21).

2. Piston assembly according to claim 1, characterized in that the annular seal (27), of symmetrical section, has a central zone (28) overmolded, which passes through openings (29) formed towards the periphery of the part (23 ) in the form of an annular web of the piston body (21) made of sheet metal, and two symmetrical annular lips (30, 31), directed towards the outside, located on either side of the central zone (28).

3. Piston assembly according to claim 2, characterized in that it comprises two anti-extrusion rings (35, 36), arranged symmetrically on either side of the part (23) in the form of an annular web of the piston body (21) in sheet metal, around the central zone (28) of the annular seal (27) and between the two lips (30, 31) of this seal (27).

4. Piston assembly according to claim 2, characterized in that the central zone (28) of the annular seal (27) extends around the outer edge of the part (23) in the form of an annular web of the piston body (21) in sheet metal, the periphery of said central zone (28) having secondary lips (37) or ribs, which form baffles present between the two abovementioned annular lips (30, 31).