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Servomotor Die Erfindung betrifft einen Servomotor und hat ihr dauptsächliches,
aber nicht ausschließliches Anwendungsgebiet bei der Servosteuerung mittels Zahnstange
und Ritzel bei kotorfahrzeugen.
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Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und verläßliche Ventilanordnung
zur Servosteuerung von Fanrzeugen zu scooffen.
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die aufgate wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß @@ der daß eihem
B@@@@ Zylihaed und eine Holeenanordnung
besteht, die einen gleitend
in dem Zylinder befestigten Kolben und eine Kolbenstange aufweist, auf welcher der
Kolben befestigt ist, der Zylinder ein erstes Endteil hat, durch welches sich die
Kolbenstange erstreckt ufid welches mit der Stange eine Dichtung bildet, ein ringförmiges
Ventilteil in dem Zylinder und um die Kolbenstange angeordnet ist, das Ventil auf
einer Welle befestigt ist, die sich gleitend durch das andere Endteil des Zylinders
erstreckt und mit diesem eine Dichtung bildet, wobei das Ventilteil zusammen mit
der Kolbenanordnung ein Ventil zur Steuerung des Servomotors bildet, und dao eine
Peder das Ventilteil in eine axial zentrale Steuerlage relativ zu der Kolbenanordnung
bringt und eine begrenzte axiale Bewegung des Ventilteils relativ zur Kolbenanordnung
in beiden Richtungen von der zentralen Lage aus zuläßt, wobei das Ventilteil so
vorgesehen ist, daß es in Abhängigkeit von der Bewegung der Welle die Zufuhr von
Druckflüssigkeit steuert, um das Ventilteil in der einen oder anderen Richtung von
der zentralen Lage relativ zum Kolben aus zu steuern und den Kolben in der gleichen
Richtung wie die ursprüngliche Bewegung des Ventilteils relativ zum Kolben zu bewegen
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Ventil zwei
veränderliche Drosselstellen in Reihe zwischen einem Einlaß, der in Verbindung mit
einer Drucflüssigkeitsquelle steht, und einem Auslaß aufweist, und Drucflüssigkeit
auf der Oberstromseite der zwei Drosselstellen der einen Seite des Kolbens zugeführt
una die Druckflüssigkeit von zwischen den beinen Drosselsteilet der anderen Seine
des Kolbens
zugeführt wird, wodurch eine Bewegung des Ventilteils
in Leiden axialen Richtungen von der Mittellage aus erfolge, um dit zwei Drosselstellen
im entgegengesstzten Sinne zueinander einzustellen.
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Eine weitert bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß das Vernältnis
der wirkssmen Oberflächen des Kolbens auf beiden Seiten des Kolbens gleich dem Verhältnis
des Druckabfalls uber der ersten Drosseistelle zum Gesamtdruckabfall über beiden
Drosselstellen ist, wenn das Ventilteil in der Yittellage atebt.
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In bevorzugten Anordnungen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so
ausgeführt, daß der Zylinder einen Einlaß für die Zufunr von Durckflüssigkeit in
einen Zylinderraum zwischen dem Kolben und dem zweiten Endteil des Zylinders aufweist,
und daß das Ventilteil zusammen mit der Kolbenanordnung die zwei Drosselstellen
una eine zwischen den Drosselstellen liegende Kammcr bildet, woLei ein Durchlaß
zwischen dieser Kammer und eicem Zylinderraum zwischen dem Kolben und dem einen
Endteil vorgesehen ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Leinhaltet,
daß auf dam Ventilteil ein ringförmiger Steg ausgebildet ist und einer ringförmigen
Rille in der Stange gegenüberliegt, ringförmige Vertiefunen auf beiden axialen Seiten
des Stets ausgebildet sina, die in dauernder offener VerLindung mit einer Flüssigkeitsdruckquelle
bzw. der Auslaßverbindung stehen, und daß der Steg axial kürzer als die Rille ist,
so daX die beiden axialen Endsanten des Steges mit den zwei axialen End@anten der
Rille zusammenwirken, um die zwei Drosselstellen zu bilden.
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Durch die Erfindung wird auch ein Steuermechanismus fur ein Motorfahrzeug
mit Zahnstange und Ritzel geschaffen in dem ein erfindungsgemäßer Servomotor enthalten
ist, wobei die Kol-Benstange eine Spurstange darstellt und an der Welle zur Betbtigung
eine Zahnstange befestigt ist oder die Zähne einer Zahnstange auf der Welle selbst
ausgeformt sind.
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Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind als Beispiel in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden nbäher beschrie ben, wobei euch naher auf die
Vorteile der Erfindung eingegangen wird.
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Es zeigen Fig. 1 einen axialen Teilquerschnitt einer Servosteuervorrichtung
init Zahnstange und Ritzel entsprechend der Erfindung, Fig. 1a eine vergrößerte
Teilansicht aus Fig. 1 im Schnitt, Fig. 2 und 3 entsprechende 8chnittansichten längs
der Linien II-II bzw. III-III in Fig. 1, und Fig. 4 eine Ansicht wie Fig. 1 einer
zweiten Ausführungsform eintr Servosteuerung entsprechend der Erfindung Unter Bezugnahme
auf Fig. 1 bis 3 der Zeichnung besteht die Spurstange zur Übertragung voh Steuerbewegen
auf die steuerbaren Rader eines Motorfahrzeuges aus einem Mittelteil Ao und Seitenteilen
11, die an entgegengesetzten Enden des Mittelteils 10 durch Kugelgelenkkupplung
12 mit diesem drchbeweglich verbungen sind. Die anderen Enden der Seitenteile 11
sind durch geeignete Mittel mit nicht gezeigten drehbar gelagerten Spurhebeln
drehbeweslich
verbunden, die ihrerseits fest mit Stummelwellen für die steuerbaren Räder verbunden
sind. Durch die Steuerbewegungen eines nicht gezeigten Steuerrades wird ein drehbar
am Fahrgestell des Fahrzeugs befestigtes Ritzel 13 gedreht. Dieaes Ritzel steht
in Verbindung mit einer Zahnstange 14, welche auf dem Mittelteil 10 der Spurstange
ruht, jedoch nicht an dieser befestigt ist. An einem Ende ist die Zahnstange z.B.
durch Hartlöten mit dem einen Ende einer hohlen Welle 15 verbunden. Dieses Ende
der Welle 15 ist gleitend auf dem Mittelteil lo der Spurstange gelagert, und die
Welle erstreckt sich in einem Zylinder 16 zur Betätigung.
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Der Zylinder 16 ist koaxial mit dem Mittelteil 10 der Spurstange
und ist fest auf dem Fahrgestell des Fahrzeugs auf geeignete Weise befestig. Das
Mittelteil lo der Spurstange erstreckt sich zentral durch die volle Lange des Zylinders
16.
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An seinem von der Zanhstange entfernten Ende weist der Zylinder 16
eine Endkappe 17 auf, in welcher das Mittelteil 10 der Spurstane gleitend und dichtend
befestigt ist. Einschmiegsamer Balg 18 ist zwischen diesem Ende des Zylinders 16
und der nächst gelesenen Kugelgelenkkupplung 12 verbunden, um Staub und andere abreibende
Materalien dem Mittelteil 10 der Sprustange fernzuhalten. An seinem Ende näher zu
der Zahnstange 14 weist der Zylinder 16 ein innen befestigtes ringförmiges Endteil
19 auf, welches eine gleitende Lagerung und Dichtung mit der äußeren Oberfläche
der ringförmigen Welle 15 bildet. Ein festes Rohr 2o ist einstellbar in das Ende
des Zylinders 16 geschraubt und Lann in ausgewählten Einstellagen mittels einer
Sperrmutter 21 gehalten werden. Die hohle Welle 15 weist einen peripheren Flansch
15a an dem mit der Zahnstange verbundenen Ende auf.
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Dieser Plansch hat einen Dichtungaring 15b, dtr eie gleitende Dichtung
mit der inneren Oberfläche des Rohres 20 bildet. Am einen Ende des Rohres 20 ist
eine rchrförmige Erweiterung 23 befestigt, und ein zweiter stauLdichter Balg cc
ist zwischen dem entgegengesetzten Ende der Erweiterung 23 und der benachbarten
Kugelgelenkkupplung befestigt.
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Ein Kolben 25 ist gleitend in dem Zylinder 16 angetracht und ist
durch Sprengringe loa in Rillen im Mittelteil 10 der Spurstange auf dieser befestigt.
Der KolLen 25 weist eine ringförmige axiale Erweiterung 25a auf, welche sicn in
Richtung des Endteils 19 erstreckt und auf welcher z.E. durch ein Scnraub gewinde
26 eine Hülse c7 befestigt ist.
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Ein Ventilteil 29 ist beispielsweise durch ein Schraubgewinde 30
am inneren Ende der ringförmigen Welle 15 befestigt und radial zwischen dem Mittelteil
10 der Spurstange und dem KolLen 25 und der Hülse 27 axial gleitteweglich Angetracht.
Das freie Ende des Ventilteils 29 steht gleitend mit der Erseiterung 23a des Kolbens
in Verbindung, und eine Kammer 28 wird zwiscnen 8 diesem Ende des Ventilteils und
des Kolbens 25 bildet Um ein Lecken in die Kammer 28 zu verhindern, sind Dichtungeringe
31 und 32 in inneren bzw. äußeren Rillen auf dem Ventilteil angebracht; durch Durchlässe
28a, welche sich durch das Ventilteil erstrecken, wird die Kammer jedoch zu einem
Bereich niedrigen Drucks entlüftet.
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Ein nach außen gerichteter quadratischer Kanal wird durch die Welle
15 und das Ventilteil und ein entsprechender nach innen gerichteter Kanal wird durch
die Hülse 27 und den Kolben 25 gebildet. Die zwei Kanäle bilden zusammen ein gehäuse
fur eine Druckfeder 33, wobei Stützringe 34 zwischen den entsprechenden
Enden
der Feder und des Gehäuses angeordnet sind. Die Druckfeder 33 spannt das Ventilteil
in eine zentrale axiale Labe relativ zum KolLen 25 und zur Hülse 27 vor, das Ventil
kann jedoch in beiden axiale Richtungen relativ zum Kolben und zur Hulse gegen die
Wirkung der Feder verschoben werden.
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Das Ventilteil 29 ist ein 8pulenventil und hat auseinanderliegende
inhere ringförmige Stege 36a und 36b. Der Steg 36a liegt bebenuter einer ringförmigen
Rille 37 in der äußered Oberfläche des Mittelteils lo der ßpurstanbe, ist jedoch
axial etwas kürzer als die Rille 3?. Zwischen den Stegen 36a und 36b weist das Ventilteil
eine innere ringförmige Rille 3b auf, welche über radiale Durchlässe 39 im Ventilteil,
das Federgehäuse und radiale Durchlässe 40 in der Hülse c7 mit einem Zylinderraum
41 zwischen dem Zylinder 16 und der Welle 15 auf der linken Seite des Kolbens in
Vertindung steht. Dem Zylinderraum 41 wird durch eine Einlaßverbindung 43 auf der
Euseren Oberfläche des Zylindem 16 Druckflüssigkeit zugef2hrt. Der Dichtungaring
31 liegt am Steb 30L an. Auf der Rille 38 entgegengesetzten Seite des Steges 30a
wird zwischen dem Mittelteil 10 der Spurstange und der Welle 15 eine ringformige
Kammer 4o bildet, welche durch radiale Löcher 43 am linken Ende der Welle 19 mit
einem ringförmiben Raum zwischen dem Rohr So und der Welle 15 in Verbindung steht.
Dieser ringförmige Raum fahrt seinerseits zu einer Auslaßverbindung 44, die nahe
der Einlaßverbindung 45, jedocd auf der entgegengesetzten Seite des Endteils 19
angeordnet ist. Entlüftungsöffnungen 2öa öffnen sich von der Kammer 2d in die ringförmige
Kammer 42.
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Ein geneigter Durchlaß 46 erstreckt sich durch den Mit teil teil
10 der Spurstange von der Rille 37 zu einem Zylinderraum 47 auf der entgtgengesetzten
Seite des Kolbens 25. Die Querschnittsfläche
des Zylinderraums
47 ist doppelt so groß wie die des Zylindtrraums 41.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Wenn dem Steuerrad keine Kraft
zugeführt wird, bleitt das Ventilteil 29 in der zentralen Lage, wie es in der Zeichnung
gezeigt ist. Druckilüssigkeit, die durch die Einlaßverbindung 45 eintriLt, fließt
entlang des Zylinderraumes 41, durcn die radialen Durchlässe 4c, die Federkammer
und die radialen Durchlässe 39 in die Rille 38 und dringt von hier in die Rille
37 und die ringförmige Kammer 42 vor, von wo die Flüssigkeit durch die radialen
Löcher 43 zur Auslaßverbindung 44 zuruckkehrt. Auf der linken Seite des KolLens
wird der Druck der Kolbenfläche zugeführt, die den Zylinderraum 41 begrenzt. Die
Kammer 28 nimmt alle Leckflussigkeit auf, die über die O-Ringe 31 und 32 durchdringt,
und diese Kammer weist den gleichen Druck auf wie die Kammer 42, welche den Rückdruck
zum Pumpenvorratsbehälter aufweist und am Rande den Atmospharendruck übersteigen
sollte. Die Wirkung diesem Drucks auf das Ventil und den Druckkolten ist normalerweise
vernachlässigbar. Da die Rille 37 zwischen 2 in Reihe liegendeen gleichen Drosselstellen
im Weg des Flüssigkeitsflusses vom zylinderraum 41 angeordnet ist, ist der Druck
in der Rille 37 und daher in dem Zylinderraum 47 halb so groß wie der Durck Zylinderraum
41. Da die wirkssme Flache des ringförmigen Kolbens, wo er den Zylinderraum 47 begrenst,
doppelt so groß ist als dort, wo tr den Zylinderraum 41 begrenzt, und da der der
gesamten Oberfläche des ringförmigen Kolbens auf der rechten Seite über den geneigten
Durchlaß 46 zugefüarte Druck halt so groß wie der Wert des Druckes auf der linsen
Seite des Zylinderraumes 41 ist, sind so die auf den golben entgegengesetzt wirkenden
Kräfte gleich und der Kolben und die Spurstange bleiten in der Ruhelage. Natürlien
tritt ein stetiger Fluß von Druckflüssigkeit von der Einlaßverbindung 45 zur Auslaßverbindung
44 auf.
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Wenn die Zahnstange 14 nach links bewegt wird, bewegt sich auch das
Ventilteil 2 nach linKs unddrückt die Durckfeder 33 zusammen, und der Steg 36a bewegt
sich so,daß er die Verbindung zwischen der Rille 37 und der ringförmigen Kammer
42 sperrt. Gleiche Drücke werden daher dem Zylinderraum 41 und durch die Wirkung
des Durchlasses 46 dem Zylinderraum 47 zugeführt. Da die wirksame Fläche auf der
rechten Seite des Kolbens gröber ist als auf der linken Seite, und die Kammer 28
sich auf niedrigem Durck befindet, werden der Kolben 25 und der Mittelteil 10 der
Spurstange mit der Welle 15 und der Zahnstange nach links bewegt, Die durch diese
Bewegung aus dem Zylinderraum 41 verdrängte Flüssigkeit fließt über den Durchalß
46 in den Zylinderraum 47 auf der rechten Seite.
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Wenn die Zannstange nach rechts bewegt wird, sperrt der Steg 3ba
die Vtrbindun zwischen den Rillen 38 und 37, so daß sich DrucK im Zylinderraum 41
auf Laut und den Kolben 25 und das Mittelteil lo der Spurstange nach rechts schiebt.
Flüssigxeit, die vom Zylinderraum 47 auf der recnten Seite verdrängt wird, läuft
durcn den Durchlaß 46 und von dort über die Rille 37 zur ringfömigen Kammer 42 und
zur Auslaßverbindung 44.
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Wenn die momentan wirkende Kraft von der Zahnstange wieder entfernt
wird, bewegt die Druckfeder 33, ob nun die Zahnstange nach links oder rechts bewegt
wird, das Ventilteil r? in seine zentrale neutrale Lage und die Kräfte auf den entgegengesetzten
Seiten des Kolbens 25 werden wieder gleich.
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Da die Querschnittsfläche des Zylinderraums 4? doppelt so grob ist
wie die des Zylinderraums 41, ist der Fluß in den Zylinderraum 41, wenn sich der
Kolben nach rechts bewegt, unter Vernachlässigung des Leckflusses durch das Ventil
gleich der
Querschnittsfläche des Zylinderraume 41 multipliziert
mit dem Weg des Kolbens 25. Wenn sich der Kolben nach links bewegt, ist der Fluß
in den Zylinderraum 41 unter Vernachlässigung des Leckflusses durch des Ventil gleich
dem Produkt des Weges des Kolbens 2> und der Differens zwischen den Querschnittsflächen
des Zylinderraumes 47 und des Zylinderraumes 41. Dieses Verhaltnis von Flächen der
Zylinderraume 4/ und 41 macht es aucn möglich, daß die maximale Kraft in beiden
Arbeitsrichtungen dem Kolben zugeführt werden kann, unter Vernachlässigung der vorerwanhten
Wirkung des Druckes in der mit der Ausleßverbindung 44 verbundenen Kammer, dessen
Wirkung gewöhnlich klein ist. Die Entlüftungeöffnung 28a zwischen der Kammer 28
und der ringförmigen Kammer 42 verhindert, daß diese Wirkung durch das Lecken von
Flüssigkeit an den Dichtungsringen 31 und 32 vorbei unterbunden wird.
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Für den Fall eines Druckverlustes bewirkt die Bewegung dtr Zahnstange
in beiden Richtungen ein weiteres Zusammendrucken der DrucKfeder 33 und hierauf
eine di"ete Übertragung der Steuerkröfte auf den Mittelteil 10 der Sprustange.
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In anderen Anordnungen kann das Verhaltnis der wirksamen Fläcnen
der zwei Seiten des golcens von dem des dargestellten Aufbaus verschieden sein.
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Ein nicnt gezeigtes Ablaßrohr erstreckt sich zwischen den Balg 18
und den Flüssigkeitsoehälter, um den Aufsau von Druck in dem Falg infolge des Leckens
entlang dem Mittelteil 10 der Spurstange und vorbei an der Endkappe in den Balg
hinein zu verhindern.
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In einem anderen Aufbau ist der Balg 22 durch eineteleskopische Röhrenanordnung
ersetzt.
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In der in Fig. 4 gezeigten modifizierten Ausführungsform, in weicher
einander entsprechende Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist
die Abreißfeder am linken Ende des Mittelteils der Spurstange anstatt in der Kolbenanordnung
wie im Auibau nach Fig. 1 bis 3 angeordnet, Zu diesem Zweck sind die Zahne der Zahnstange
auf einer ringförmigen Erweiterung 60 der honieß Welle 15 ausgetildet, und das benachbarte
Endteil des Mittelteils 10 der Spurstange ist an der Stelle 61 im Durchmesser verringert
und weist ein Schrautgewinde am Ende auf, welchts mit einem Versindungsstuck 62
in Verbindung steht, das seinerseits einen Kuppelblock 12a der Kupplung 12 geschrautt
ist. Eine Euchse @3 ist aul dem reduzierten Teil 61 des Mittelteils 10 der Spurstange
angeordnet und endet bündig mit dem Ende der Zannstange. Zwei Kraget 64 und 65 umgeten
den Teil 61 anstodend an das Verbindungsstück 62 und die bundigen Enden der Zannstange
bzw. der Fuchse 63. Eine Feder 68 umgitt den reduzierter. Teil 61 zwischen den Kragen.
Eine Hülse 67 ist auf das Bnde der Zanhstange geschrautt und weist eine inhere Schulter
67a auf, die an die Endflache der Zahnstange anstößt. Das entgegengesetzte Ende
der Hülse weist einen nach inhen gerichteten Flansen auf, welcher an dem äußeret.
Teil am Umfang des Kragens 64 bündig mit der anschließenden Endfläche des Verbindungsstücks
62 ansteht. Die Hülse weist Entlüftungslöcher 66 auf, welche sich von dem die Feder
enthaltenden ringförmigen Raum in den Raum innerhalt des Falgs öffnen.
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Anstelle des geneigten Durchlasses 46 hat das rechte Ende des Mittelteils
10 der Sprustange eine zentrale Gegenbonrung 70, deren rechtts Ende durch ein Vertindungsstück
'71 abgedichtet ist und welche sich über eine geneigte Bohrung 72 in die Rille 3/
und durch radiale Bohrungen /3 in den Zylinderraum 47 öffnet.
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Axiale Schlitze 74 in der Zahnstange bringen die ringförmige Kammer
42 in standig offene Verbindung mit einer ringförmigen Vertiefung 75 in der Zahnstange,
von welcher die Entlüftungsöffnungen 28a zur Kammer 28 führen.
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Es ist zu erkenhen, daß die Foder 66 genau die gleichen Funktionen
wie die Druckfeder 33 in der Anordnung nach Fig.1 bis 3 dadurch erfüllt, daß sie
die Welle 15 und die Zannstange und daner die Stege 36a und 3bb des Ventils in eine
zentrale Lae in Bezug auf den Mittelteil lo der Spurstange und seine Rille 37 drückt,
und daß die Anordnung genau auf die gleiche Weise wie die vorher beschriebene Anordnung
arbeitet Dieser Aufbau vereinfacht den KolLen und den Kolbenendteil der Welle 15,
da an dieser Stelle keine Federkammer i. t, und radiale Durchlässe 39 in der Welle
15, deren rechtes Endteil selbst das Bervoventilteil darstellt, erstrecken sich
von dem Zylinderraum 41 zu der Rille 38.
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In dem AufLau nach Fis. 4 tragt die Erweiterung 23 des Zylinders
16 ein Druckstück bo, das durch eine Feder 81 Lelastet wird, die sich gegen einen
Stöpsel 82 abstützt, der in die Krweisterung geschrault ist. Das Durckstück stützt
die Zahnstanbe gegen Ablenkung vom Ritzel 13. In diesem Aufbau hat der Zylinder
außerdem Teile 16a und 16b, mit welchen er am Rahmen eines Fahrzeuge beftstist werden
kann.
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Bei jedem der oben bescnriebenen Aufbauten kann sich die Zahnteilung
der Zahnstange progressiv von der Mitte der Zahnstange zu ihren Enden hin ändern,
woLei die Zähne des Ritzel eine konstante Teilung aufweisen. So nimmt in einem Aufbau
die Zahnteilung der Zahnstange progressiv von der Mitte zu beiden Enden der Zahnstange
zu. In einem anderen Auftau jedoch, bei welchem geringere mechanische Vorteile,
aber größere Steuerwinkel bevorzugt werden, nimmt die Zannteilung der Zahnstange
progressive
von der Mitte zu den beiden Enden der Zahnstange ab.
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Durcn die dargestellten Konstruktionen wird eine sehr einfacne Ventilanordnuns
vorgesehen, die verläßlich und verhaltnismäßig billig ist. Weiter hat die Betätigungsvorrichtung
glattere äußere Abmessungen und beansprucht folglich weniger Platz unter dem Fahrzeug,
da das Ventil innerhalb der Betätigungakolben- und Zylinderanordnung angeordnet
ist. Weiter kann die Betätigungsvorrichtung mit geringen Einstellungen in Bezug
auf Gesamtlange und Hub einem weiten Bereich von Zannstangen-und Ritzelsystemen
mit wenig Änderungen am Fahrzeug angepaßt werden, da der für den Anbau erforderliche
Platz nur wenig größer als der für eine normale von Hand bstätigte Anordnung erforderliche
ist.