KR20130064056A - 보조 조향 장치 - Google Patents

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KR20130064056A
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슈테펜 트루트만
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체트 에프 렝크시스테메 게엠베하
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Abstract

본 발명은 축방향으로 이동 불가능하게 프레임(3) 내에 지지되는 너트(4)와 축방향으로 이동 가능하고 나사선(6)이 너트(4)의 암나사선(7)과 맞물리는 부품(5)으로 구성되고 서보 모터에 의해 구동되는 이동 나사(2)를 구비한 보조 조향 장치(1), 특히 차량용 파워 스티어링 장치에 관한 것이며, 이때 너트(4)는 롤러 베어링(8)에 의해 프레임(3) 내에 지지된다. 롤러 베어링 내에서 힘의 전달이 최적화되고 작동 소음이 최소화된 보조 조향 장치를 제공하기 위해, 적어도 롤러 베어링(8)의 한쪽 측면에서 외부 링(9)에는 적어도 각각 하나의 베어링 디스크(10)가 제공되고, 이러한 베어링 디스크에서 외부 링(9) 반대편 측면(11)에는 외부 링(9)의 반경 방향 영역(12)에 탄성 중합체 재료로 이루어진 링(13) 또는 링형 부품이 제공되며, 이러한 링(13)은 롤러 베어링(8)이 조립되지 않은 상태에서 축방향으로 각각의 베어링 디스크(10)의 외부면(14) 위로 돌출된다.

Description

보조 조향 장치{SERVO STEERING SYSTEM}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따라 축방향으로 이동 불가능하게 프레임 내에 지지되는 너트 및 축방향으로 이동 가능한 부품으로 구성되어 서보 모터에 의해 구동되는 이동 나사를 구비한 보조 조향 장치, 특히 차량용 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
트랙션 구동 장치를 통해 회전수 및 토크를 너트에, 특히 볼 회전식 너트에 전달하는 서보 모터를 구비한 보조 조향 장치, 특히 승용차용 전기식 파워 스티어링 장치는 선행 기술에 공지되어 있다. 이 경우, 서보 모터와, 너트에 의해 구동되는 래크 또는 스핀들 섹션은 통상적으로 축평행하게 배치되어 있다.
이와 같이, DE 103 10 492 A1호에는 전기식 보조 조향 장치가 공지되어 있고, 이 공보에서 전동기는 조향 매커니즘 하우징 내에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 부품을 구동시킨다. 이러한 부품은 래크로서 형성되고, 이러한 부품의 볼 나사선은 조향 매커니즘 하우징으로 형성된 프레임 내에 축방향으로 이동 불가능하게 지지된 암나사선과 맞물린다. 이러한 너트는 서보 모터와 이와 같이 형성된 이동 나사 사이의 트랙션 구동 장치의 밸트 풀리와 회전 불가능하게 연결된다. 이러한 너트는 반경 방향 스러스트 베어링, 즉 롤러 베어링을 통해 조향 매커니즘 하우징에 지지되고 장착된다. 레이디얼 베어링은 빈번하게 4점 베어링으로서 형성되는데, 특히 축방향 힘도 수용할 수 있기 때문이다. 이 경우, 롤러 베어링의 내부 링은 너트 상에 조립된 부품들, 예를 들어 밸트 풀리에 축방향 지지되고, 링 또는 스냅링의 형태를 갖는 스토퍼에 축방향 지지된다. 이 경우, 레이디얼 베어링은 빈번하게 베어링 디스크를 통해 보조 조향 장치의 부품에 대해 축방향으로 경계가 형성되며, 이러한 베어링 디스크의 기능은 부분적으로 보조 조향 장치의 다른 부품이 담당하기도 한다. 이는, 종종 레이디얼 베어링의 외부 링에 대한 틸팅 토크의 형성과 결부된다. 또한, 베어링 디스크는 소음이 전파되기 쉬운 재료로 이루어지고, 빈번하게 보조 조향 장치의 하우징에 바로 접하므로, 소음이 보조 조향 장치의 바로 주변에서 발생될 수 있다.
DE 103 10 492 A1호에는 축방향으로 이동 불가능하게 프레임 내에 지지되는 너트 및 축방향으로 이동 가능한 부품으로 구성되어 서보 모터에 의해 구동되는 이동 나사를 구비한 전기식 파워 스티어링 장치가 공지되어 있으며, 이러한 이동 가능한 부품의 나사선은 너트의 암나사선과 맞물리고, 너트는 조향 매커니즘 하우징으로 형성된 프레임 내에 롤러 베어링에 의해 지지된다. 롤러 베어링의 외부 링은 보조 조향 장치의 구동 장치 커버에 직접 지지된다.
본 발명의 목적은 이러한 선행 기술로부터, 볼 나사선 구동에 있어서 힘의 전달이 최적화되고 작동 소음이 최소화된 보조 조향 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구 범위 제1항의 특징을 갖는 보조 조향 장치에 의해 달성된다.
바람직하게는 롤러 베어링의 양 측면에서 외부 링에 적어도 각각 하나의 베어링 디스크가 제공되고, 이러한 베어링 디스크에서 외부 링 반대편 측면에는 외부 링의 반경 방향 영역에 탄성 중합체 재료로 이루어진 링이 제공되며, 이러한 링은 롤러 베어링이 조립되지 않은 상태에서 축방향으로 각각의 베어링 디스크의 외부면 위로 돌출되고, 베어링 디스크 및 외부 링으로부터 멀리 돌출됨으로써, 한편으로는 힘의 흐름을 롤러 베어링을 통해, 특히 외부 링을 통해 선형으로 형성하고 틸팅 토크를 방지하는 구조적인 조치가 제공되는데, 이는 탄성 중합체 재료로 이루어진 링이 외부 링의 반경 방향 영역에 각각 위치하고, 조향 매커니즘 하우징 또는 프레임으로부터 외부 링 내로 그리고 재차 프레임 내로 힘을 도입하기 위해 사용되기 때문이다. 또한, 이에 의해 롤러 베어링은 조립된 상태에서, 초기 응력이 가해지는 탄성 중합체에 지지되고, 예를 들어 금속으로 이루어진 베어링 디스크에는 지지되지 않으므로, 특히 조향 매커니즘의 내부로부터의 소음 전파가 롤러 베어링의 외부 링을 통해 방지된다. 탄성 중합체 재료로 이루어진 링 대신에, 탄성 중합체 재료로 이루어진 개별 세그먼트가 제공될 수도 있으며, 이러한 개별 세그먼트는 링 형상부 내에 배치된다.
바람직한 실시예들은 종속항들에 제시된다.
보조 조향 장치의 특히 바람직한 일 실시예에서, 탄성 중합체 재료로 이루어진 링은 U자 형태로 각각의 베어링 디스크의 외부면으로부터 돌출되며, 종축을 따라 압축될 수 있다. 이러한 링은 고무 재료로 형성되거나, 주변의 연료에 대해 저항성을 갖는 다른 합성 탄성 중합체로 형성될 수 있다. 보조 조향 장치가 조립된 상태에서 각각의 링은 축방향으로 압축되므로, 롤러 베어링은 "유압식"으로 현수되어 프레임 또는 조향 매커니즘 하우징 내에 배치된다.
탄성 중합체 재료로 이루어진 링은 바람직하게 각각의 베어링 디스크 상에서 가황 처리될 수 있다. 이러한 베어링 디스크 또는 롤러 베어링의 하나 이상의 베어링 디스크는 금속 재료, 예를 들어 강으로 형성되거나, 엔지니어링 플라스틱 또는 고성능 플라스틱으로 형성될 수 있다. 베어링 디스크를 제조하기 위해, 폴리아미드나, 폴리옥시메틸렌이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 엔지니어링 플라스틱을 사용하는 것이 권장된다. 폴리아미드(PA)는 가장 중요한 엔지니어링 플라스틱이며, 이러한 엔지니어링 플라스틱들의 기본 재료는 카복실산 아미드 그룹을 통해 서로 결합된다. 폴리아미드는 2개 그룹으로 구분되는데, 즉 기본 원료가 ω-아미노카르본산의 축합 중합에 의해 또는 락탐의 중합에 의해 형성되는 폴리아미드 6-타입이다.
폴리아미드 66-타입의 원료는 디아민 및 디카복실산의 축합 중합을 통해 형성된다. 여러 가지 폴리아미드들 간의 차이는 상이한 결정도와, 폴리머들 내에서 CH2/CONH 그룹들의 비와, 홀수 또는 짝수의 C 원자수의 비와 인접 고분자들의 간격의 비와, 이에 따른 결정화도에 기인한다. 폴리아미드는 굽힘 강도, 표면 경도 등과 같은 특성에 있어서 유리 섬유나, 유리 구슬이나, 미네랄 파우더나, 탄소 섬유와 같은 첨가제를 통해, 또는 마찬가지로 흑연 및 몰리브덴 설파이드에 의해 강한 영향을 받을 수 있다. 부분 결정화 폴리아미드는 고도 내지 중도의 강도 및 중도의 강성과, 낮은 경도와, 양호 내지 탁월한 내충격성과, 양호한 미끄럼 및 마모 특성을 갖는다. 폴리옥시메틸렌(POM)은 중도 내지 고도의 강도(피로 강도) 및 강성을 갖고, 톱니형 휠 등과 같이 허용 오차 범위가 좁은 부품의 제조에 적합하다. 폴리에틸렌테레프타라트(PET)는 고도의 강도 및 경도와, 고도의 내마모성을 갖는다. 또한 작은 열팽창은 본 발명에 따른 밸트 풀리의 제조에 특히 적합하다.
폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 또는 폴리에테르케톤과 같은 고성능 플라스틱은 높은 기계적 피로 강도와 양호한 미끄럼 및 마모 특성을 갖는다. 이러한 고성능 플라스틱은 250℃를 초과하는 온도에 이르기까지 양호한 강도 특성을 유지한다.
또한, 플라스틱은 이에 상응하게 베어링 디스크가 중심으로부터 반경 방향 테두리를 향해 각각 외부 링에 대해 성형되도록 베어링 디스크의 꺾인 횡단면을 형성하기에 적합하다. 이에 의해, 탄성 중합체 재료로 이루어진 링의 배치를 위해 사용될 수 있는 구조 공간이 축방향으로 얻어진다. 베어링 링의 전체 두께는 꺾인 부분을 통해, 꺾인 부분이 없는 경우보다 더 얇아진다.
보조 조향 장치는 바람직하게 서보 모터 및 래크가 축평행하게 배치된 전기식 보조 조향 장치로서 형성된다.
본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세히 설명되고, 첨부 도면에 의해 도시된다.
도 1은 본 발명에 따른 보조 조향 장치를 개략적으로 도시한 부분 종단면도이다.
도 2는 도 1의 부분(Ⅰ)에 대한 세부도이다.
도 1에는 전기식 래크-파워 스티어링 장치(15)로서 형성된 승용차 또는 상용차 용 보조 조향 장치(1)의 부분 종단면도가 도시되어 있다. 실린더 형태의 조향 매커니즘 하우징(16)으로 형성된 프레임(3) 내에는 래크(17)로서 형성된 축방향으로 이동 가능한 부품(5)이 지지된다. 래크(17)에 평행하게 조향 매커니즘 하우징(16)의 반경 방향 플랜지에는 도시되지 않은 전기 서보 모터가 고정된다. 래크(17)는 조향축에 접한 도시되지 않은 피니언에 의해 도시되지 않은 톱니 섹션에 맞물리며, 스핀들 섹션(18)에서는 볼 나사선(19)으로서 형성된 나사선(6)을 포함하며, 이러한 나사선은 볼 회전식 나사선으로서 형성된 너트(4)의 암나사선(7)과 맞물린다. 너트(4)와 스핀들 섹션(18)은 이동 나사(2)를 형성한다. 너트(4)는 톱니형 디스크(도 2와 비교)로서 형성된 밸트 풀리(20)와 회전 불가능하게 연결되고, 레이디얼 베어링으로서 형성된 롤러 베어링(8)을 통해 조향 매커니즘 하우징(16)의 도시되지 않은 하우징 커버 내에 고정된다. 롤러 베어링(8)은 스러스트 베어링으로서 형성되고, 너트(4)로부터 프레임(3)으로 축방향 및 반경 방향 힘을 전달할 수 있다.
도 2의 세부도(I)로도 도시된 바와 같이 너트(4)의 외부 둘레는 2개의 직경 방향 돌출부를 포함하며, 이들 직경 방향 돌출부들 사이에서 너트(4)의 윤곽은 실린더 형태를 갖는다. 외부 둘레측에서 볼 때, 너트(4)는 계단형 실린더를 형성한다. 롤러 베어링(8)의 반경 방향 영역에서 너트(4)의 외부 직경(d1)이 가장 작다. 이러한 외부 직경은 롤러 베어링(8)의 내부 링(21)의 내부 직경에 상응한다. 내부 링(21)은 조립 방향(X)에 의해 도 1 및 도 2의 시선 방향에서 우측으로부터 좌측을 향해 너트(4)에 대해 슬라이딩되고, 스토퍼를 형성하는 제1 직경 방향 돌출부의 단부면(22)에 접한다. 스토퍼의 영역에서 너트(4)는 제1 외부 직경(d1)에 내부 링(21)의 두께의 약 절반을 더한 크기에 상응하는 외부 직경(d2)을 갖는다(도 2와 비교). 시선 방향에서 더욱 좌측으로, 너트(4)의 외부 둘레면에는 더 큰 직경(d3)에 대한 추가의 직경 방향 돌출부가 제공되며, "d2"로부터 "d3"을 향한 직경 방향 확대부는 "d1"으로부터 "d2"을 향한 직경 방향 확대부의 약 절반 크기를 가진다. 외부 직경(d2)으로부터 "d3"을 향한 제2 직경 방향 돌출부는 밸트 풀리(20)를 위한 축방향 스토퍼(23)로서 사용되며, 이로써 이러한 축방향 스토퍼는, 스토퍼의 단부면(24)이 하나의 평면(25)에서 너트(4)의 단부면(26)에 의해 제1 직경 방향 돌출부에 접하도록 너트(4) 상에 위치한다.
이에 따라, 우선 조립시에 밸트 풀리(20)는 조립 방향(X)으로 너트(4)에 대해 슬라이딩될 수 있으며, 이어서 동일한 조립 방향(X)으로 롤러 베어링(8)은 내부 링(21)에 닿을 때까지 단부면(22) 상에 끼워지거나, 너트(4)에 닿을 때까지 동시에 단부면(24) 상에 끼워지거나, 밸트 풀리(20)에 닿을 때까지 끼워질 수 있다.
롤러 베어링(8)의 2개 측면들에 대해 축방향으로 배치되는 베어링 디스크들(10)을 통해, 롤러 베어링(8)은 너트(4) 상에 고정된다. 도 1의 부분(Ⅰ)에 대한 세부도인 도 2에 도시된 바와 같이, 베어링 디스크들(10)이 반경 방향으로 너트(4)로부터 외부 링(9)으로 기울어지므로 베어링 디스크들에는 꺾인 횡단면 연장부가 제공된다. 베어링 디스크들(10)에서 축방향으로 외부 링(9) 반대편의 측면(11)에는 외부 링(9)의 반경 방향 영역(12)에서, 고무 재료로 이루어지고 둘레가 가황 처리된 링(13)이 제공된다. 링(13)은 축방향으로 배향되는 u자 형태의 횡단면을 가지므로, 이러한 링은 각각의 베어링 디스크(10)의 노즈부의 형태로 각각 롤러 베어링 외부 링(9)으로부터 멀리 돌출된다. 각각의 베어링 디스크(10)의 전체 외부면(14)은 링(13)의 탄성 중합체 재료로 덮이며, 반경 방향 내부 영역에서는 각각의 베어링 디스크(10)의 꺾인 부분 전방에서 탄성 중합체 층의 재료 두께가 링(13)의 두께(d)와 비교하여 매우 얇다. 베어링 디스크(10)는 외부 링(9)에 지지되는 반면, 베어링 디스크의 대향 배치된 측면 상에서 탄성 중합체 재료로 이루어진 각각의 링(13)은 조향 매커니즘 하우징(16) 또는 이의 커버에 대한 롤러 베어링의 접촉부로서 사용된다. 이 경우, 링(13)은 조립된 상태에서 자신의 두께(d)의 대략 절반만큼 압축되므로, 롤러 베어링(8)의 외부 링(9)을 통해 각각의 링(13)에 의해 조향 매커니즘 하우징(16)에 대한 각각의 접촉부가 직선의 힘의 흐름을 가능하게 하는 롤러 베어링의 일종의 "유압식" 구조가 얻어진다.
이에 의해, 롤러 베어링(8)은 틸팅 토크가 발생하지 않고, 조향 매커니즘 하우징에 대한 볼 너트-스핀들 구동의 작동 소음의 소음 전파와 관련하여 양호하게 절연되어 현수된다.
1 보조 조향 장치
2 이동 나사
3 프레임
4 너트
5 (축방향으로 이동 가능한) 부품
6 나사선
7 암나사선
8 롤러 베어링
9 외부 링
10 베어링 디스크
11 측면
12 반경 방향 영역
13 링
14 외부면
15 (전기식) 파워 스티어링 장치
16 조향 매커니즘 하우징
17 래크
18 스핀들 섹션
19 볼 나사선
20 밸트 풀리
21 내부 링
22 단부면
23 축방향 스토퍼
24 단부면
25 평면
26 단부면
d (13의) 두께
X 조립 방향
d1 외부 직경
d2 외부 직경
d3 외부 직경

Claims (8)

  1. 축방향으로 이동 불가능하게 프레임(3) 내에 지지되는 너트(4)와 축방향으로 이동 가능하고 나사선(6)이 너트(4)의 암나사선(7)과 맞물리는 부품(5)으로 구성되고 서보 모터에 의해 구동되는 이동 나사(2)를 구비한 보조 조향 장치, 특히 차량용 파워 스티어링 장치이며, 이때 너트(4)는 롤러 베어링(8)에 의해 프레임(3) 내에 지지되는 보조 조향 장치에 있어서,
    적어도 롤러 베어링(8)의 한쪽 측면에서 외부 링(9)에는 하나의 베어링 디스크(10)가 제공되고, 상기 베어링 디스크에서 외부 링(9) 반대편 측면(11)에는 외부 링(9)의 반경 방향 영역(12)에 탄성 중합체 재료로 이루어진 링(13) 또는 링형 부품이 제공되며, 상기 링(13)은 롤러 베어링(8)이 조립되지 않은 상태에서 축방향으로 각각의 베어링 디스크(10)의 외부면(14) 위로 돌출되는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 링(13)은 각각의 베어링 디스크(10)의 외부면(14)으로부터 U자 형태의 횡단면으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링(13)은 고무 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링(13)은 각각 보조 조향 장치(1)가 조립된 상태에서 축방향으로 압축되는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 롤러 베어링(8)의 각각의 측면에는 각각의 베어링 디스크(10) 상에서 각각 가황 처리된 링(13)이 제공되는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 베어링 디스크(10)는 금속 재료로 형성되거나, 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 베어링 디스크(10)의 횡단면은 외부 링(9) 쪽으로 꺾인 연장부를 갖는 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 보조 조향 장치(1)는 서보 모터 및 축방향으로 이동 가능한 부품(5)이 축평행하게 배치된 전기식 파워 스티어링 장치(15)인 것을 특징으로 하는 보조 조향 장치.
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