ITMI940135A1 - Servosterzo per veicoli - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

"Servosterzo per veicoli".

Descrizione

L'invenzione concerne un servosterzo per veicoli, in particolare per motoscafi, con un organo di comando e con un dispositivo di comando che può essere da esso azionato, attraverso un tirante a fune dotato di un'anima e di una guaina, essendo collegate con il dispositivo di comando stesso, l'a nima , in modo diretto per via meccanica, e la guaina per via idraulica, attraverso una valvola di comando ed un cilindro di regolazione.

I dispositivi di questo tipo, come noti per esempio dai testi US-PS 4295 833, avvero DE-A1 40 39 425, vengono utilizzati, per esempio, per i motoscafi di maggiore potenza, che possono essere fatti curvare soltanto in modo assai difficoltoso in assenza dell'ausilio dinamico ottenuto in questo modo per via idraulica. Questi servosterzi operano secondo il principio del confronto fra forze, cosi£ chè, a fronte dell'azionamento dell'organo di cornar^ do (in particolare l'azionamento manuale di un volantino di comando o simili), viene non solo esercì tato un momento torcente sul dispositivo di comando in virtù del collegamento meccanico esistente attra verso l’anima del tirante a fune, bensì viene anche al tempo stesso governato il collegamento del mezzo in pressione verso la camera di lavoro di volta in volta desiderata del cilindro di regolazione, ovvero dalla medesima, cosicché la forza di sterzatura esercitata sull'organo di comando, ovvero sull'apposito volantino viene incrementata nella direzione necessaria. L'azionamento della valvola di comando ha luogo, a tale proposito, per effetto della defor inazione del tirante a fune verificatasi; allorché, ad avvenuto spostamento del dispositivo di comando, viene nuovamente eliminata la deformazione del tirante a fune, attraverso l'organo di comando, la valvola di comando ritorna nuovamente nella sua posizione centrale, e dunque lo spostamento del disp£ sitivo di comando stesso risulta nuovamente conclusa.

Uno svantaggio dei dispositivi di questo tipo è quello per cui, in particolare in conseguenza di accelerazioni oppure rallentamenti del veicolo così equipaggiato, si possono in molti casi mani_ testare forze relativamente intense che reagiscono a partire dall'unità di azionamento, attraverso il dispositivo di comando, sull'anima del tirante a fune. Poiché, quantomeno a causa della presenza delle guarnizioni se non, addirittura, delle molle di richiamo, ovvero di centraggio, per la valvola di comando posta in collegamento, la guaina del tirante a fune, ovvero i componenti con esso collegati per via meccanica, non possono venire trascinati nello spostamento insieme all'anima del tirante medesimo, che viene spostata da questo movimento di reazione, gli spostamenti del servosterzo di questo tipo, cau sati da movimenti di reazione, non possono venire compensati. Da ciò risulta uno scostamento, avviato attraverso l'accelerazione ovvero il rallentamento del veicolo e la conseguente reazione sul servoster zo, rispetto alla traiettoria rettilinea del veicolo, il che di norma risulta indesiderato. Inoltre, il volantino di comando gira, ove esso non venga trattenuto con la mano.

L'obiettivo proposto alla presente invenzione è quello di migliorare un servosterzo del tipo richiamato all'inizio in modo tale da evitare gli svantaggi indicati a carico dei dispositivi di questa tipo già conosciuti, ed in modo tale da impedire con mezzi semplici in particolare una reazione sul servosterzo conseguente alle fasi di accelerazione, ovvero di rallentamento del veicolo.

Questo obiettivo viene raggiunto, secondo la presente invenzione, considerando un dispositivo del tipo richiamato all'inizio, in virtù del fatto che fra l'anima e la guaina del tirante a fune, ovvero fra i componenti con esso collegati per via meccanica, è interposta un'unità di frenatura che ostacola per attrito il loro movimento relativo. In questo modo, a fronte di una reazione meccanica del tipo sopra indicato, sviluppata dal dispositivo di comando sull'anima del tirante a fune, con il conse guente suo spostamento, vengono ora corrispondentemente trascinate anche la guaina del tirante a fune stesso e quindi la valvola di comando, cosicché in conseguenza del funzionamento della valvola di comando medesima, si può ottenere un'azione di cantra sto per via idraulica, opposta alla reazione effettuata mediante il cilindro di regolazione. Si può in tal modo impedire in maniera assai agevole una indesiderata variazione di traiettoria del veicolo in fase di accelerazione, senza che risulti necessa rio trattenere l'organo di comando nel corso di una fase di accelerazione, avvero di rallentamento del veicolo stesso.

E' opportuno che l’unità di frenatura debba produrre attrito rispetto all'anima del tirante a fune, ovvero rispetto ad un componente collegato per via meccanica quantomeno in misura tale per cui vengano superate la forza d'attrito esercitata da guarnizioni, cuscinetti e simili, ed anche la forza di richiamo eventualmente anche in questo caso eser citata da parte di un dispositivo di richiamo ovvero di centraggio agente sulla valvola di comando. A partire da questa soglia, risulta assicurato che la reazione meccanica sull’anima del tirante a fune possa comportare anche uno spostamento idraulico, finalizzato alla sua compensazione, del cilindro attraverso la valvola di comando.

A tale proposito è degno di nota anche il fatto che le molle di richiamo ovvero di centraggio fino ad oggi generalmente presenti nei dispositivi del tipo descritto all'inizio non risultano necessarie propriamente per il funzionamento del servosterzo, ma servono unicamente per far percepire, in fase di sterzo, sull'organo di comando, ovvero sul volantino o simili, le forze di reazione, il che agevola notevolmente l'utilizzo manuale dei sistemi di sterzo di questo tipo. Nel caso in questione si può senz'altro evitare conseguentemente una molla di richiamo, ovvero di centraggio di questo tipo, in quanto ora la resistenza attesa dall’utilizzatore a fronte dell'intervento del servosterzo viene apportata mediante l'unità di frenatura.

Secondo un ulteriore sviluppo dell'invenzione, ove l'anima del tirante a fune passa rigidamente attraverso il pistone della valvola di comando, collegato con la guaina e realizzato a forma di bussola, è previsto che l'unità di frenatura sia installata ad un'estremità del pistone a bussola della valvola di comando stessa. Ciò comporta una forma esecutiva assai semplice, che può essere in gene re installata, anche in un secondo tempo, su dispositivi già noti del tipo indicato.

Secondo una forma esecutiva preferita del l'invenzione, l'unità di frenatura può presentare, nella condizione richiamata per ultima, un alloggia mento fissato al pistone a bussola e preferibilmente configurato sotto forma di dado a risvolto, nel quale è bloccato, quantomeno in ampia misura in assenza di gioco, in direzione assiale, un corpo di frizione applicato sull'anima rigida. Ciò comporta la realizzazione di una esecuzione assai semplice, in cui, in virtù della configurazione e dell'instal_ lazione del corpo di frizione, si può agevolmente variare la funzione di trascinamento della valvola di comando, con l'anima del tirante a fune influenzata attraverso la reazione per via meccanica.

Il corpo di frizione può infine essere re alizzato, secondo una forma esecutiva particolarmente preferita dell'invenzione, sotto forma di anello di frizione diviso ovvero separato quantomeno su di un lato, che può essere fissato sull'anima rigida a mezzo di una rosetta elastica esterna. Ciò consente un ulteriore miglioramento dell’influenza esercitata sul comportamento di richiamo della valvola di comando mediante l'anima del tirante a fune, potendo essere utilizzati componenti semplici ed agevolmente disponibili, ovvero modificabili.

La presente invenzione viene qui di segui to più dettagliatamente commentata in base all'esem pio esecutivo rappresentato schematicamente nei disegni , ove :

la figura 1 rappresenta, a tale proposito, una sezione trasversale schematica di un servoster so oggetto dell'invenzione; e

la figura 2 rappresenta il particolare II di figura 1, ingrandito.

Il servosterzo rappresentato schematicamente in figura 1 è essenzialmente costituito da un volantino 1, che funge in questo caso da organo di comando, da un'unità costruttiva 2, che serve per coadiuvare per via idraulica lo sterzo, e da un dispositivo di comando 3, per esempio il timone o il cosiddetto propulsore bi-elica di un motoscafo. A prescindere da ciò, il dispositivo di comando 3 potrebbe essere anche naturalmente integrato nel sistema di sterzo di un veicolo stradale, ovvero potrebbe agire su di esso. Per quanto riguarda l'esempio esecutivo qui rappresentato, sia il dispositivo di comando 3, che anche l'unità costruttiva 2, sono alloggiati in modo orientabile ciascuno attorno ad un esse 4, stabilmente installato per esempio nel corpo di un motoscafo non qui ulteriormente rappresentato.

Il volantino 1 è installato in posizione fissa , anche in questo caso in modo non qui rappresentato, per esempio nel "corpo dello scafo. A partire dal volantino 1, un tirante a fune 5, che dispone di una guaina 6 e di un'anima 7, porta all'unità costruttiva 2, la quale è essenzialmente costituita dalla valvola di comando 8 e da un cilindro di rego lazione 9. Nel cilindro di regolazione 9 stesso sono installati un pistone di regolazione 10 e la relativa biella 11. Questa biella 11 è portata all'esterno ermeticamente attraverso l'alloggiamento 12, in modo non qui ulteriormente rappresentato, ed è collegata per accoppiamento geometrico con una leva 13, la quale si trova, per parte sua, in collegamen to, attraverso una vite 14, con il dispositivo di comando 3.

Il pistone 15 installato nel corpo 12 della valvola di comando 8 è realizzato in questo caso sotto forma di cursore, ed è collegato, attraverso un dado filettato 16, con la guaina 6 del tirante a fune 5. Coassialmente al pistone 15 è prevista una bussola di arresto 17, la quale viene fissata per mezzo di due anelli di sicurezza 18. Un ulteriore anello di sicurezza 19 è, a tale porposito, installato nell'alloggiamento 12, cosicché il pistone 15 si possa spostare in direzione assiale soltanto in ragione della corsa necessaria, ovvero ammessa.

La tenuta del pistone 15 verso l'esterno viene ottenuta per mezzo di una guarnizione 20, prevista sia sul lato superiore che su quello inferiore illustrati in figura. A prescindere dalla forma esecutiva qui rappresentata, il pistone 15 e la bussola d'arresto 17 potrebbero naturalmente essere an che realizzati in un corpo unico, e dunque gli anel li di sicurezza 18 potrebbero essere evitati.

Sul lato del pistone 15 opposto al dado filettato 16 è installata un'unità di frenatura 21, che è rappresentata in figura 2 in scala ingrandita. L'alloggiamento 22 realizzato sotto forma di dado a risvolto, è collegato con il pistone 15 attraverso una filettatura. Fra questo alloggiamento 22 ed il pistone 15 è interposto un corpo di frizione 23, il quale viene premuto contro l'anima, in questo caso rigida, del tirante a fune 5 per mezzo di una rosetta elastica 24 esterna. Una vite 25 collega inoltre la leva 13 con l'anima 7, realizzando in tal modo un collegamento rigido fra l'anima 7, la leva 13 e la biella 11.

L'alloggiamento 12 è provvisto dei necessari collegamenti con una pompa 26 per il mezzo in pressione e di un collegamento 27 che porta al serbatoio non qui illustrato più in dettaglio. Per mez zo di un canale 28, la camera anulare 29 è collegata con la camera 3Q del cilindro, che è realizzata sul lato del cilindro di regolazione 9 opposto alla biella 11. Un ulteriore canale 31 collega, per parte sua, la camera anulare 32 nella valvola di comando 8, con la camera 33 del cilindro posta sul lato della biella 11 stessa. Le due camere anulari 34 e 25 per il collegamento al serbatoio sono collegate l'una all'altra attraverso un foro, non qui rappresentato.

Il servosterzo qui illustrato funziona in base al principio del confronto fra forze. A seguito dell'azionamento del volantino 1, viene non solo esercitato sul dispositivo di comando 3 un momento torcente in virtù del collegamento meccanico esistente per mezzo dell'anima 7, bensì vengono anche governati al tempo stesso, a seconda delle esigenze del caso, l'alimentazione, ovvero il prelievo del mezzo in pressione, verso la camera 30 del cilindro ovvero rispettivamente dalla camera 33 del cilindro stesso, cosicché la forza di sterzatura venga incre mentata nella direzione desiderata. L'azionamento del pistone 15 della valvola di comando 8 viene, a tale proposito, ottenuto mediante una deformazione del tirante a fune 5. Quando, una volta avvenuto lo spostamento del dispositivo'di comando 3, viene eliminata la deformazione del tirante a fune 5, il pistone 15 ritorna nuovamente nella sua posizione centrale, cosicché risulta concluso lo spostamento del dispositivo di comando 3.

Nella posizione centrale del pistone 15, le due camere 30 ovvero 33 del cilindro sono collegate, ciascuna in assenza di pressione, con il collegamento 27 al serbatoio, attraverso i due canali 28 e 31 e le camere anulari 34 e 35.

L'azionamento del servosterzo attraverso il tirante a fune 5 avviene nel modo appresso descritto. Se il volantino 1 viene ruotato verso sinistra in senso antiorario, l'anima 7 del tirante a fune viene sollecitata a trazione, venendo esercitata sul pistone di regolazione, attraverso la vite 25, la leva 13 e la biella 11, una forza agente nella direzione di "ingresso". Allo stesso modo, il di spositivo di comanda 3 si muove quindi nel desiderato verso di rotazione in senso orario. L'anima 7 del tirante a fune 5 tende ora ad assumere, all'interno della guaina 6, una condizione di distensione, adattandosi, la guaina 6 stessa, a questa condizione, mentre il pistone 15 viene spostato verso il basso nella rappresentazione in figura. In questa posizione è attivato il'collegamento 26 del mez zo in pressione, attraverso la camera anulare 36, il canale 31 e la camera 33 del cilindro; allo stes so modo, la camera del cilindro è collegata con il collegamento al serbatoio 27. Ciò ha per conseguenza il fatto che il mezzo in pressione che affluisce nella camera 33 del cilindro provoca lo spostamento del pistone di regolazione 11, parimenti nella dirie zione di "ingresso". Il desiderato azionamento del servosterzo ha quindi luogo con l'ausilio del cilindro di regolazione 9.

In caso di movimento in senso orario del volantino 1, vanno unicamente invertite le direzioni di spostamento sopra descritte, venendo spostato, il pistone di regolazione 10, nella direzione di "uscita".

Con particolare riguardo ad una accelerazione o ad un rallentamento del veicolo equipaggiato con un servosterzo siffatto, dall'unità di azionamento agiscono sulla leva 13, e quindi sul pistone di regolazione 10 nonché, attraverso la vite 25, sull'anima 7 del tirante a fune 5, forze notevoli. Giacché le due guarnizioni 20 esercitano sul pistone 15 a forma di bussola una forza d'attrito, esso non si può liberamente muovere in senso assiale, e viene quindi contrastata questa forza di accelerazione.

In dettaglio, si verifica quanto segue. Si assume che la forza di accelerazione FE agisca nel modo rappresentato sul dispositivo di comando 3. Si verifica conseguentemente un momento agente in senso orario sul dispositivo di comando 3, il quale provoca lo spostamento verso l'alto - e dunque nella direzione di "ingresso" - della leva 13, della biella 11, del pistone di regolazione 10 ed anche dell'anima 7 del tirante a fune 5. L'anima 7 del tirante a fune 5, in fase di spostamento verso l'alto, provoca lo spostamento del volantino 1 in senso antiorario, quando esso non venga invece trattenuto con la mano. Un natante equipaggiato con un sistema di sterzo di questo tipo percorrerebbe dunque una curva verso sinistra incontrollata ed indesiderata .

Considerando una forza di accelerazione (ovvero una forza di rallentamento) FA diretta verso l'alto in figura, il comportamento è corrispondentemente il medesimo, tranne che per il fatto che in tal caso il volantino 1 si muove invece nell'altra direzione.

Questi effetti sopra descritti, conseguen ti all'accelerazione ovvero'al rallentamento secondo le forze FE ovvero FA, vengono impediti grazie all'unità di frenatura già sopra descritta ed illustrata più in dettaglio in figura 2, nel modo qui di seguito descritto. Quando la forza di accelerazione FE agisce nel modo sopra indicato, l'anima 7 del tirante a fune 5 si sposta verso l'alto nella rappresentazione in figura, come già descritto. Poichè tuttavia il corpo di frizione 23, sotto l'effet to di precarico della rosetta elastica 24, genera una forza d'attrito risultante, il pistone 15 della valvola di comando 8 viene anch'esso spostato verso l'alto vincendo la forza d'attrito esercitata dalle guarnizioni 20. Lo spostamento del pistone 15 verso l'alto, nella rappresentazione in figura, provoca, tuttavia, una forza di reazione idraulica nella direzione di "uscita". In questo modo viene impedita una indesiderata variazione della direzione del veicolo, senza che il volantino 1 debba essere trattenuto .

Poiché ora non si dispone nemmeno delle molle di richiamo ovvero di centraggio generalmente preposte al richiamo in posizione centrale del pistone 15, per mezzo del corpo di frizione 23 si deve superare essenzialmente soltanto l'attrito esercitato dalle guarnizioni 20", cosicché lo sterzo funziona sempre in modo relativamente dolce. La bussola d'arresto 17 sopra citata serve, in questo caso, soltanto alla limitazione della corsa del pistone 15 a forma di bussola.

Per quanto riguarda la forma esecutiva rappresentata, risulta decisivo il fatto che fra la parte, in questo caso rigida, dell'anima 7 del tirante a fune 5, ed il pistone 15, ovvero la guaina G del tirante a fune 5 stesso con essa posta in co_l legamento diretto, è presente una forza d'attrito che provoca il trascinamento del pistone 15 medesimo nella corrispondente direzione di spostamento dell'anima 7 del tirante a fune 5 stesso. A prescindere dalla variante rappresentata con il corpo di frizione 23 di forma anulare e con la rosetta elastica 24, si possono naturalmente immaginare e realizzare, nel quadro della presente invenzione, anche altre forme esecutive usuali allo specialista per quanto riguarda unità di frenatura 21 di questo tipo .

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Servosterzo per veicoli, in particolare per motoscafi, con un organo di comando e con un dispositivo di comando che può essere da essa azionato, attraverso un tirante a fune dotato di una anima e di una guaina, essendo collegate con il dispositivo di comando stesso, l'anima, in modo diretto per via meccanica e, la guaina, per via idraulica, attraverso una valvola di comando ed un cilindro di regolazione, caratterizzato dal fatto che fra l'anima (7) e la guaina (6) del tirante a fune, ovvero fra i componenti con esso collegati per via meccanica, è interposta un'unità di frenatura (21) che ostacola per attrito il loro movimento relativo.
2. 2. Servosterzo secondo la rivendicazione 1, in cui l'anima del tirante a fune passa rigidamente attraverso il pistone della valvola di comando, collegato con la guaina e realizzato a forma di bussola, caratterizzato dal fatto che l'unità di frenatura (21) è installata ad un'estremità del pistone a bussola (15) della valvola di comando (8) stessa.
3. 3. Servosterzo seconda la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'unità di frenatura (21) presenta un alloggiamento (22) fissato al pistone a bussola (15) e preferibilmente configurato sotto forma di dado a risvolto, nel quale è bloccato, quantomeno in ampia misura in assenza di gioco, in direzione assiale, un corpo di frizione (23) applicato sull’anima rigida (7).
4. 4. Servosterzo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il corpo di frizione (23) è realizzato sotto forma di anello di frizione diviso ovvero separato quantomeno su di un lato, che può essere fissato sull'anima rigida (7) a mezzo di una rosetta elastica (24) esterna.