Elektromechanický posilňovač riadenia s pohonom guľových skrutiek - THYSSENKRUPP PRESTA AG
1. Elektromechanický posilňovač riadenia s pohonom guľových skrutiek (1), ktorý obsahuje:
- Motor s dutým hriadeľom so statorom (3) pripevneným k puzdru a otočne uloženým rotorom (4), ktorý je usporiadaný koaxiálne s pozdĺžnou osou (2) a je hnane spojený s dutým hriadeľom (7),
- Matica (13) s guľovou skrutkou, ktorá je usporiadaná koaxiálne s pozdĺžnou osou (2) a ktorá poháňa vreteno (20) s guľovou skrutkou cez guľky (21), charakterizovaný, že
- rotor (4) poháňa maticu s guľovou skrutkou cez redukčný prevod.
2. Posilňovač riadenia podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že
- Dutý hriadeľ (7) má vnútorné ozubenie (6), ktoré tvorí ozubené koleso planétového prevodu (11),
- Že matica s guľovou skrutkou (13) je spojená s planétovým nosičom nesúcim planétové prevody (10) a
- Že planétové prevody (10) planétového prevodu (11) zaberajú so slnečným kolesom (15) pripevneným k puzdru.
3. Posilňovač riadenia podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že vreteno (20) guľovej skrutky preniká centrálnym kolesom (15) koaxiálne k pozdĺžnej osi (2).
4. Posilňovač riadenia podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že planétové prevody (10) sú namontované na čapoch (12) matice (13) guľovej skrutky.
5. Posilňovač riadenia podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že matica (13) guľovej skrutky so skrutkami (12) je vyrobená z jedného kusu.
6. Posilňovač riadenia podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že rotor (4) je vyrobený z jedného kusu s ozubeným kolesom.
7. Posilňovač riadenia podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že centrálne koleso (15) je upevnené medzi skriňou (17) a skriňou riadenia (18).
8. Posilňovač riadenia podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že motorom s dutým hriadeľom je trvale budený elektrický motor.
[0001] Predložený vynález sa týka elektromechanického posilňovača riadenia s pohonom guľovej skrutky podľa preambuly nároku 1.
Guličkové skrutky sa používajú vo vozidlách predovšetkým v prevodoch riadenia. Úlohou pohonu s guľovou skrutkou je previesť rotačný pohyb pohonu elektromotora na pohyb translačný. Aby sa dosiahol posuvný pohyb spojovacej tyče, je v kormidlovom zariadení potrebná premena rotačného pohybu na translačný pohyb.
V doterajšom stave techniky je to opísané napríklad v DE 10 2006 061 949 Al a EP 1553006 Al.
V DE 10 2006 061 949 Al je rotačný pohyb generovaný elektrickým servomotorom. Rotačný pohyb je privádzaný do spojky cez hriadeľ rotora a potom priamo do prevodovky. Hriadeľ rotora je navrhnutý ako dutý hriadeľ. Zabudovaný prevod je navrhnutý ako guľový prevod s recirkuláciou. Rotačný pohyb servomotora sa pomocou recirkulačného guľového prevodu prevádza na translačný pohyb vretena guľovej skrutky. Servomotor má pomerne veľké nároky na priestor, pretože musí bežať pomaly a s veľkým krútiacim momentom v dôsledku priameho pohonu guľovej matice. Hmotnosť servomotora je navyše pomerne vysoká, čo má nepriaznivý vplyv na spotrebu paliva vozidla.
V EP 1553006 Al sa sila na translačný pohyb vretena guľovej skrutky prenáša na vreteno guľovej skrutky pomocou kladky ovládanej hnacím remeňom cez maticu a guľky guľovej skrutky. Hnacia sila sa prenáša na hnací remeň pomocou elektromotora. Tento variant pohonu vretena s guľovou skrutkou má tú nevýhodu, že ozubený remeň je drahý komponent z dôvodu vysokých nárokov na jeho životnosť.
Úlohou vynálezu je preto vytvoriť pohon na translačný pohyb vretena guľovej skrutky, ktorý zaberá menej miesta, ktorého motor má nižšiu hmotnosť a ktorý musí zaisťovať nižší hnací moment.
Úloha je dosiahnutá systémom posilňovača riadenia podľa nároku 1, ďalšie vedľajšie nároky špecifikujú užitočný vývoj.
Riešenie podľa vynálezu poskytuje elektromechanický posilňovač riadenia s pohonom guľôčkovej skrutky, ktorý má motor s dutým hriadeľom so statorom pripevneným k puzdru a otočne uložený rotor, ktorý je usporiadaný koaxiálne k pozdĺžnej osi a je hnaco spojený s dutým hriadeľom, matica s guľovou skrutkou usporiadaná koaxiálne s pozdĺžnou osou, ktorá je cez guľky poháňa vreteno s guľovou skrutkou, pričom rotor poháňa maticu s guľovou skrutkou cez redukčný prevod.
Použitie redukčného prevodu zaisťuje, že na pohon vretena s guľovou skrutkou je potrebný nižší hnací moment ako v prípade riešení dokumentovaných v doterajšom stave techniky. Pohonný motor s nižšou spotrebou energie môže preto poháňať posilňovač riadenia. Pretože krútiaci moment, ktorý dodáva elektrický motor, je zhruba úmerný priemeru jeho kotvy, hmotnosť posilňovača riadenia sa zníži, ak je zvolený elektromotor s nižším výkonom a nižším krútiacim momentom. To vedie k úsporám paliva. Ďalej je potrebný menší inštalačný priestor pre menší elektromotor.
V posilňovači riadenia má dutý hriadeľ vnútorné zuby, ktoré tvoria prstencové koleso planétového prevodu, matica s guľovou skrutkou je spojená s planétovým nosičom nesúcim planétové prevody a planétové prevody planetového prevodu zaberajú so slnečným kolesom pripevneným k puzdru.
Jednou z možností na generovanie redukcie je použitie planétového prevodu ako redukčného prevodu. Planétový prevod v posilňovači riadenia podľa vynálezu má najmenej dva planétové prevody. Kompaktný dizajn sa dosiahol hlavne použitím planétovej prevodovky.
Guľové vreteno vretena preniká centrálnym kolesom koaxiálne k pozdĺžnej osi.
Táto konštrukcia umožňuje umiestniť slnečné koleso spolu s planétovými prevodmi, prstencovým kolesom, rotorom a kotvou kompaktne do jedného krytu. To vedie k úspore miesta.
Planétové kolesá sú namontované na skrutkách nosiča planét, ktoré sú otočne spojené s maticou guľovej skrutky alebo sú jednodielne.
Konštrukcia má výhodu v tom, že rotačný pohyb planétových prevodov sa prenáša priamo na maticu guľovej skrutky cez skrutky. Neexistujú žiadne ďalšie komponenty, ktoré by znižovali účinnosť posilňovača riadenia.
Vreteno guľovej skrutky je - v závislosti od smeru otáčania motora s dutým hriadeľom - pohyblivé v rovine obrázku pozdĺž pozdĺžnej osi doprava R alebo doľava L.
Smer otáčania motora s dutým hriadeľom závisí od polarity. Preto je možné ľahko zmeniť smer otáčania zmenou polarity.
Matica s guľovou skrutkou je vyrobená z jedného kusu so skrutkami.
Táto konštrukcia má výhody z hľadiska výrobnej technológie a pevnosti. Jednodielny dizajn umožňuje výrobu ako odliatok. Pevnosť matice s guľovou skrutkou je pozitívne ovplyvnená skutočnosťou, že vrcholy napätia - napríklad tie, ktoré sa vyskytujú napríklad pri zváraných obrobkoch - sa nevyskytujú alebo v podstatne menšej miere v dôsledku použitej technológie výroby. Úlohou mechanického dodatočného spracovania - napríklad frézovaním - je priviesť obrobok na nominálnu veľkosť.
Rotor je vyrobený z jedného kusu.
Má tvar priameho dutého valca, na jednom konci ktorého je vytvorený dutý hriadeľ. Dutý hriadeľ má záberovú oblasť, ktorá má na vnútornej strane čelné zuby. Alternatívne môže mať dutý hriadeľ v oblasti záberu špirálové zuby. Jednodielny dizajn umožňuje lacnú výrobu, napríklad odlievaním a následným obrábaním frézovaním. To má pozitívny vplyv na priebeh mechanických napätí v rotore, pretože to znižuje výskyt špičiek napätia.
Centrálne koleso je pripevnené medzi skriňou a skriňou riadenia. Centrálne koleso je pripevnené pomocou skrutiek k stojinám krytu a krytu riadenia. Časť centrálneho kolesa, ktorá má zuby, vyčnieva do puzdra a prebieha koaxiálne s pozdĺžnou osou.
Posilňovač riadenia má ložisko, ktoré má za úlohu okrem matice s guľovou skrutkou absorbovať aj radiálne sily. To znižuje zaťaženie matice guľovej skrutky.
Ďalej bude s odkazom na výkresy opísané príkladné uskutočnenie vynálezu. Ukázať:
1: pozdĺžny rez elektromechanickým posilňovačom riadenia s pohonom guľovej skrutky;
2: priečny rez kolmý na pozdĺžnu os elektromechanického posilňovača riadenia s pohonom guľovej skrutky; ako napr
3: zväčšená oblasť vyznačená prerušovanými čiarami na obrázku 1.
1 zobrazuje pozdĺžny rez elektromechanickým systémom posilňovača riadenia s pohonom 1 guľovou skrutkou pozdĺž jeho pozdĺžnej osi 2.
Pohon elektromechanického posilňovača riadenia s pohonom guličkovej skrutky 1 pozostáva z trvale budeného motora s dutým hriadeľom. Motor s dutým hriadeľom má dutý valcový tvar. Skladá sa zo statora 3 a kotvy 4. Kotva 4 sa vpustí do štartéra 3. Stator 3 a kotva 4 sú koaxiálne s pozdĺžnou osou 2. Kotva 4 je otočná okolo pozdĺžnej osi 2 a má tvar dreveného valca. Kotva 4 má záberovú oblasť 5, ktorá je opatrená vnútornými zubami 6. Vnútorné ozubenie 6 je prednostne vytvorené ako čelné ozubenie. Alternatívne môže byť navrhnutý ako špirálový prevod. Kotva 4 sa otáča okolo pozdĺžnej osi 2. Pri pohľade na posilňovač riadenia z polohy 8 môže kotva vykonávať 4 otáčky doprava r alebo doľava l okolo pozdĺžnej osi 2. Vnútorné ozubenie 6 kotvy 4 zaberá s ozubením 9 planétových prevodov 10, ktoré sú súčasťou planétového prevodu 11. Na tomto obrázku je znázornený iba jeden z najmenej dvoch planétových prevodov 10. Ozubenie 9 je tiež vytvorené ako čelné ozubenie. Alternatívne môže byť ozubenie 9 vytvorené ako špirálové ozubenie.
Planétové kolesá 10 sú otočne namontované na skrutkách 12 matice 13 s guľovou skrutkou. Matica guľovej skrutky 13 je vyrobená z jedného kusa so skrutkou 12.
Planétové kolesá 10 zaberajú do ozubenia 14 centrálneho kolesa 15, ktoré je súčasťou planétového kolesa 11. Ozubenie 14 je výhodne vytvorené ako čelné ozubenie. Alternatívne je možné implementovať špirálové ozubenie.
Centrálne koleso 15 je pripevnené medzi skriňou 17 a skriňou riadenia 18 pomocou uvoľniteľného spojenia, ktoré je vytvorené ako skrutkové spojenie 16. Centrálne koleso 15 je namontované v kryte 17 koaxiálne s pozdĺžnou osou 2. Ozubená oblasť centrálneho kolesa 15 vyčnieva úplne do puzdra 17 .
Centrálne koleso 15 má v strede priechodný otvor 19. Cez priechodný otvor 19 vedie vreteno s guľovou skrutkou 20 s guľkami 21. Vreteno 20 s guľovou skrutkou je usporiadané koaxiálne s pozdĺžnou osou 2. Vreteno 20 guľovej skrutky preniká maticou 13 guľovej skrutky koaxiálne k pozdĺžnej osi 2 .
Krútiaci moment sa prenáša z matice 13 guľovej skrutky cez guľky 21 na vreteno 20 guľovej skrutky.
Na tomto znázornení guľová skrutka vyčnieva v rovine obrázku na oboch stranách, vpravo a vľavo, cez okrajové oblasti krytu 17 a krytu riadenia 18.
Okrem statora 3, kotvy 4, matice 13 guľovej skrutky, planétového prevodu 11, vretena 20 guľovej skrutky a guľôčok 21 má puzdro 17 tiež ložisko 22, ktoré je s výhodou vytvorené ako guľkové ložisko s hlbokou drážkou. Alternatívne sú možné valčekové a ihlové ložiská. Na ilustrácii je ložisko 22 nasunuté na osazení 23 matice 13 guľovej skrutky na ľavom konci matice 13 guľovej skrutky. Okrem vretena 20 s guľovou skrutkou slúži ložisko 22 na absorbovanie síl, ktoré pôsobia kolmo na pozdĺžnu os 2. Guľkové ložisko 22 je zabezpečené proti pozdĺžnym pohybom doľava L v rovine obrázku pomocou drážkovej matice 24, ktorá je naskrutkovaná na maticu 13 guľovej skrutky. Guličkové ložisko 22 je zabezpečené proti pozdĺžnemu posunutiu doprava R v rovine obrázku dorazom na stene 25 puzdra 17.
V tomto elektromechanickom systéme posilňovača riadenia s pohonom guličkovej skrutky 1 sa rotačný pohyb motora s dutým hriadeľom prevádza na translačný pohyb vretena 20 s guličkovou skrutkou. V závislosti od smeru otáčania motora s dutým hriadeľom má vreteno s guľovou skrutkou 20 translačný pohyb smerujúci doprava R alebo doľava L.
Keď sa motor s dutým hriadeľom otáča, kotva 4 sa spočiatku otáča okolo pozdĺžnej osi 2. V závislosti na polarite motora s dutým hriadeľom sa kotva 4 otáča doprava r alebo doľava l okolo pozdĺžnej osi 2 z pohľadu 8 pozorovateľa, ktorý sa pozerá na vreteno 20 guľovej skrutky. Rotačný pohyb sa prenáša na planétové kolesá 10 prostredníctvom vnútorného ozubenia 6 patriaceho ku kotve 4. Planétové kolesá 10 prenášajú rotačný pohyb na maticu 13 guľovej skrutky pomocou skrutiek 12. Matica 13 guľovej skrutky prenáša krútiaci moment na vreteno 20 guľovej skrutky pomocou guľôčok 21. V závislosti na smere otáčania matice 13 guľovej skrutky vykonáva vreteno 20 guľovej skrutky translačný pohyb doľava L alebo doprava R v rovine obrázku. Smer otáčania matice 13 guľovej skrutky je určený smerom otáčania kotvy 4.
Keď je vreteno 20 s guľovou skrutkou poháňané motorom s dutým hriadeľom, ako je opísané vyššie, dochádza k prenosu pohybu s - konštantnou redukciou. Zníženie je tvorené vnútorným ozubením 6 kotvy 4 s planetovými prevodmi 10. Planétový prevod 11 zaisťuje kompaktný dizajn tohto zariadenia. Táto konštrukcia znižuje hmotnosť a šetrí tak palivo. Ako alternatívu k použitiu planétového prevodu 11 je možné použiť aj iný redukčný prevod.
Prevodovky vyššie opísaného typu majú kompaktnejšiu konštrukciu ako bežné kormidlové zariadenie EPS alebo pohony s hnacími remeňmi. Výsledná úspora hmotnosti spĺňa dopyt po úspore paliva. Použitie planétového prevodu 11 umožňuje použitie motora - v tomto prípade použitia motora s dutým hriadeľom - ktorý vyžaduje nižší krútiaci moment ako motor v konvenčnom prevodovom stupni riadenia EPS. Krútiaci moment elektromotora je zhruba úmerný jeho priemeru. Vďaka masívnej konštrukcii týchto motorov to vedie k zníženiu hmotnosti elektromotorov s menším priemerom.
2 ukazuje prierez elektromechanickým systémom posilňovača riadenia s pohonom 1. guľovou skrutkou. Tento obrázok je zobrazený sústredne v karteziánskom súradnicovom systéme 27. Stred 28 tohto karteziánskeho súradnicového systému 27 je označený priemetom pozdĺžnej osi 2.
Prierez 26 prebieha kolmo na pozdĺžnu os 2. Obrázok zobrazuje rez plášťom 17 v najvzdialenejšej oblasti. Bezprostredne pod puzdrom 17 je znázornená kotva 4 s okolitou záberovou oblasťou 5, ktorá má vnútorné ozubenie 6.
Vnútorné ozubenie 6 kotvy 4 zaberá s ozubením 9 planetových prevodov 10 usporiadaných vo vnútornej oblasti kotvy 4. Na tomto obrázku sú zobrazené tri planétové kolesá 10. V riešení podľa vynálezu musia byť dve planétové kolesá 10 spojené najmenej s vnútorným ozubením 6. Tri planétové prevody 10 sú súčasťou planetového prevodového mechanizmu 11 .
V pozdĺžnom reze 1 je zobrazené iba jedno planétové koleso 10, pretože ďalšie dve planétové kolesá 10 nie sú v rovine úseku.
Skrutky 12, na ktoré sú umiestnené planétové kolesá 10, sú znázornené na obrázku 2 ako sústredné kruhy. Zuby 9 planétových prevodov 10 zapadajú do zubov 14 centrálneho kolesa 15. Ozubenie 9 planetových prevodov 10 a ozubenie 14 centrálneho kolesa 15 sú na tomto obrázku nakreslené ako plné čiary.
Nešrafovaná kruhová oblasť 29 predstavuje rovinu rotácie planétových ozubených kolies 10 okolo centrálneho kolesa 15.
Kruhová oblasť 30 v tvare oblúka predstavuje guľové vlákna, v ktorých sa guľky 21 prepravujú. Na tomto obrázku nie je zobrazená žiadna z guľôčok 21.
Na obrázku 3 sú prvky ohraničené prerušovanými čiarami na obrázku 1 a označené znakom X zobrazené ako zväčšené ako detail.
Záberová oblasť 5, dutý hriadeľ 7 kotvy 4 s vnútorným ozubením a ozubenie planetových ozubených kolies 9 sú týmto znázornením znázornené zvlášť zreteľne.
1 Elektromechanický posilňovač riadenia s pohonom guľových skrutiek - pozdĺžny rez 2 Pozdĺžna os 3 Stator 4 Rotor 5 Kotva oblasti záberu - vnútorná 6 Vnútorné ozubenie oblasti záberu 5 7 Dutý hriadeľ 8 Poloha: Pohľad na posilňovač riadenia z jednej strany 9 Ozubenie planétového prevodu 10 Planétový prevod 11 Planétový prevod 12 Skrutka 13 Guľová skrutka matica so skrutkou 14 Ozubené koleso centrálneho kolesa 15 15 Centrálne koleso 16 Skrutkové spojenie 17 Teleso 18 Teleso riadenia 19 Skrz otvor 20 Vreteno guľovej skrutky 21 Gule 22 Ložisko 23 Rameno matice guľovej skrutky 13 24 Poistná matica 25 Stena 26 Elektromechanický posilňovač riadenia s pohonom guľovej skrutky - prierez 27 Kartézsky súradnicový systém 28 Stredový bod 29 Rovina rotácie planétových kolies 10 30 Závity guľových skrutiek
CENOVÉ PONUKY UVEDENÉ V POPISE
Tento zoznam dokumentov uvedených žiadateľom bol vygenerovaný automaticky a je zahrnutý iba pre lepšiu informáciu čitateľa. Zoznam nie je súčasťou nemeckého patentu alebo prihlášky úžitkového vzoru. DPMA nepreberá zodpovednosť za chyby alebo opomenutia.
- - DE 102006061949 Al [0003 0004]
- - EP 1553006 Al [0003 0005]