ES2312124T3 - Actuador de freno del tipo de motor electrico. - Google Patents

Abstract

Actuador de freno (15) del tipo de motor eléctrico que está equipado con un engranaje planetario multietapa (10) y dotado de un árbol de salida (23) situado delante de su último portasatélites (38.i), caracterizado porque presenta una carcasa (17) con un apoyo radial para un extremo frontal de una espiga de centrado (29) que se extiende a través del engranaje (10) hasta dentro del árbol de salida (23) y sobre la cual están apoyados radialmente unos portasatélites (38) decalados axialmente uno respecto de otro y pertenecientes a varias etapas (35) del engranaje planetario dispuestas en cascada coaxialmente, cuyos portasatélites (38) están equipados cada uno de ellos con un piñón (30) actuante como la rueda solar para los satélites (34) -que ruedan en su anillo de apoyo (37) solidario de la carcasa- de la etapa inmediata siguiente de entre las etapas (35) del engranaje planetario, estando dispuesta la espiga de centrado (29) en forma rígida a la torsión en uno de los portasatélites (38) que está situado en posición aproximadamente centrada entre la primera de las ruedas solares y el último de los portasatélites (38).

Description

Actuador de freno del tipo de motor eléctrico.

La invención concierne a un actuador según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un actuador de esta clase con un engranaje accionable por motor eléctrico para maniobrar un freno de aparcamiento o un llamado freno de estacionamiento es conocido por el documento EP 1 364 850 A1 con una transmisión de correa entre un motor y un convertidor de par de giro. Este último está diseñado preferiblemente como un engranaje planetario multietapa con árbol de salida dispuesto en el último portasatélites. Los portasatélites giran en un dentado interior de la carcasa cilíndrica hueca del engranaje. Este engranaje aporta el aumento de par de giro pretendido para un actuador de esta clase a consecuencia de una fuerte desmultiplicación del par de giro a fin de poder utilizar motores eléctricos de pequeño tamaño y alto número de revoluciones con un par de giro de salida correspondientemente pequeño. La carcasa del engranaje del actuador ya conocido está montada de forma giratoria en contra de una fuerza de un muelle de reposición, de modo que el par de giro momentáneamente transmitido puede ser captado por vía metrotécnica a través de la posición actual del ángulo de giro. No se puede deducir de esa publicación anterior nada referente a eventuales criterios constructivos para el montaje del engranaje, sobre todo para controlar el esfuerzo creciente del material con el par de giro.

Se conoce por el documento JP 2 001 173 733 A un engranaje planetario axialmente escalonado en múltiples etapas, pospuesto directamente a un motor de accionamiento, en el que funciona como su primera rueda solar el piñón dispuesto sobre el árbol de salida del motor que penetra en voladizo dentro del engranaje. Los satélites de las etapas de engranaje consecutivas ruedan cada uno de ellos en la superficie envolvente interior oblicuamente dentada de una carcasa de engranaje cilíndrica hueca que presenta un diámetro interior constante en toda su longitud. En el portasatélites correspondiente un piñón sirve de rueda solar para los satélites de la etapa de engranaje inmediata siguiente, la última de las cuales está equipada con un muñón de árbol en calidad de árbol de salida montado radialmente en la pared frontal de la carcasa del engranaje y que sobresale de ésta. En este árbol está fijada de manera solidaria en rotación y coaxial, en su parte trasera, una espiga que penetra en voladizo dentro de la carcasa y que termina a cierta distancia axial por delante del árbol del motor con su primera rueda solar. Sobre esa espiga descansan en forma libremente giratoria los portasatélites con sus ruedas solares. Para que éstos no choquen axialmente uno con otro debido a la carga, la clavija está equipada con un tope axial actuante como un distanciador indesplazable y no giratorio entre el respectivo extremo frontal de una rueda solar y el portasatélites axialmente contiguo como etapa inmediata siguiente del engranaje. Por este motivo, el montaje de este engranaje tropieza con extraordinarias dificultades. Bajo carga, el esfuerzo mecánico de esa espiga de soporte central sujeta solamente en el árbol de salida es tan crítico que en el entorno del extremo frontal opuesto libremente sobresaliente de la espiga no queda ya garantizado el engrane de los satélites con el dentado interior de la carcasa. Ya por este motivo se tiene que con una construcción de esta clase, debido al apoyo de la espiga central solamente en un lado, no se puede hacer frente a la carga que se presente en funcionamiento con su par de giro creciente en la dirección longitudinal de la carcasa cilíndrica hueca del engranaje, aun cuando dicha construcción corresponda al principio de construcción desarrollado para evitar un apoyo sobredeterminado.

Actuadores de tipo semejante con transmisión de correa entre motor y engranaje son conocidos para un freno de aparcamiento hidráulico o para un freno de aparcamiento mecánico por los documentos DE 197 32 168 C1 o DE 197 48 318 C1. Como engranajes de desmultiplicación extremadamente grande y de acción autorretenedora están previstos aquí engranajes ondulados o engranajes de rueda oscilante. La cinética de este aumento del par de giro a consecuencia de una desmultiplicación muy alta del número de revoluciones requiere nuevamente la utilización de materiales que puedan ser sometidos a cargas sumamente altas y que, por tanto, sean costosos.

No obstante, la utilización de materiales especiales altamente resistentes para controlar las fuerzas que aparecen en el engranaje origina costes con los que apenas se puede mantener todavía el precio imputado por la industria del automóvil a sus proveedores.

En reconocimiento de estas circunstancias, la presente invención se basa en el problema técnico de indicar un actuador de la clase antes citada que satisfaga los requisitos de la práctica respecto de un funcionamiento fiable, a pesar de una alta desmultiplicación del engranaje, es decir, un alto aumento del par de giro, con un montaje de los portasatélites poco costoso en el aspecto constructivo, pero susceptible todavía de ser sometido a grandes cargas en funcionamiento.

Este problema se resuelve según la invención por la combinación de las características esenciales indicadas en la reivindicación principal. Según esto, contrariamente a las reglas de construcción en general reconocidas, se elige para las etapas planetarias coaxialmente escalonadas entre los árboles de entrada y de salida un apoyo sobredeterminado, incluso igual a un múltiplo. A este fin, una llamada aquí espiga de centrado que se extiende coaxialmente entre los árboles de entrada y de salida a través del engranaje sirve de árbol de soporte central montado radialmente en sus dos extremos frontales, a lo largo del cual se presentan tanto puntos de apoyo centrales como puntos de apoyo periféricos axialmente decalados uno respecto de otro. A este fin, la espiga de centrado está unida de manera solidaria en rotación con un portasatélites colocado en posición aproximadamente centrada entre la primera de las ruedas solares y el último de los portasatélites, pero, por lo demás, puede ser hecha girar no sólo con respecto a los demás portasatélites con sus ruedas solares, sino también en sus dos apoyos frontales. Este diseño permite prescindir de la utilización de materiales susceptibles de ser sometidos a cargas extremas, y especialmente los portasatélites dotados de dentado recto y sus anillos de apoyo dotados de dentado interior y solidarios de la carcasa pueden ser piezas baratas obtenidas por inyección de plástico reforzado con fibras.

Otros detalles, perfeccionamientos y modificaciones de la solución según la invención se desprenden de las demás reivindicaciones y, también respecto de otras ventajas, de la descripción siguiente de un ejemplo de realización preferido de la invención fuertemente abstraído en el dibujo con limitación a lo esencial, pero croquizado aproximadamente a escala en la zona del engranaje.

La figura única del dibujo muestra en sección longitudinal axial, abstraída a la parte esencial del funcionamiento, una carcasa de un actuador para recibir en paralelo un motor de accionamiento eléctrico de pequeño tamaño y alto número de revoluciones y un engranaje planetario dispuesto en cascada multietapa, accionado a través de una transmisión de correa desmultiplicadora del número de revoluciones, para la maniobra rotativa de fuerte par de giro de un convertidor de movimiento dispuesto antes del mecanismo de freno de aparcamiento de un vehículo automóvil terrestre.

En una parte de una carrocería 11 de vehículo que no gira con una rueda de vehículo a frenar está fijado un freno de estacionamiento o de aparcamiento 12. Tales fijaciones mecánicas rígidas a la torsión están ilustradas cada una de ellas en el dibujo por medio del símbolo "x". El freno 12 puede ser maniobrado directamente por un actuador 15; o bien puede ser maniobrado a través de un vástago de husillo o un varillaje de empuje similar 13, desde un convertidor de movimiento 14, solidario también de la carrocería, para convertir un movimiento de giro en un movimiento lineal. El par de giro necesario para la maniobra del freno es suministrado por el actuador 15 por medio de un motor eléctrico 22 y un engranaje desmultiplicador 10 que le sigue, así como, según los requisitos de montaje, a través de un árbol rígido, articulado o flexible 16.

La carcasa 17 del actuador 15 está sujeta también a la carrocería 11 de una manera solidaria en rotación. Considerado en sección transversal axial (es decir, transversalmente al plano del dibujo), esta carcasa está constituida sustancialmente por una disposición aproximadamente de forma de 8 de dos cilindros huecos de ejes paralelos uno a otro, unidos uno con otro, concretamente a lo largo de sus generatrices, los cuales pueden presentar longitudes axiales y diámetros diferentes. Un cilindro hueco sirve de alojamiento 18 del motor (croquizado en forma rota en dirección longitudinal en el dibujo) y el otro sirve de alojamiento 19 del engranaje. Estos dos alojamientos 18, 19 terminan abiertos por el lado de accionamiento, es decir, lejos del freno 12, preferiblemente en un plano transversal común, en donde pueden ser cerrados entonces por una tapa 20 susceptible de fijarse sobre ellos en acoplamiento de conjunción de fuerza o de conjunción de forma. La tapa 20 está equipada, hacia el alojamiento del motor, con perfiles insertos en acoplamiento de conjunción de forma o, cono se ha croquizado, con perfiles conformados 21 que inmovilizan el motor 22 de manera resistente a la torsión dentro de su alojamiento 18 de forma de cavidad.

El árbol 24 del motor unido de manera rígida a la torsión con el rotor no dibujado del motor 22 está equipado en el ejemplo de realización representado con un impulsor dentado 25 para una correa 26 transversalmente nervada que abraza a una polea 27 de perímetro sensiblemente mayor para provocar a través de esta transmisión 28 una primera desmultiplicación del número de revoluciones del motor 22. La polea 27 lleva por el lado de salida, de manera solidaria en rotación y en posición coaxial, un muñón de árbol que actúa como árbol de entrada del engranaje 10 y está dotado de un dentado recto que funciona como piñón 30 en su extremo frontal libre.

Preferiblemente, el árbol de entrada juntamente con su piñón 30, eventualmente junto con la polea 27, está fabricado en una sola pieza de metal sinterizado y revestido de plástico inyectado, sobre todo cuando los satélites 34 que engranan por el lado de salida y eventualmente una correa dentada 26 que engrana por el lado de accionamiento están hechos también de plástico.

El árbol de entrada, es decir, también su piñón 30, gira alrededor de una espiga de centrado 29 que va guiada radialmente con su extremo frontal contiguo en una abertura de forma de agujero ciego de la carcasa 17 o de su tapa 20. La espiga 29 sirve también como árbol de soporte central para las ruedas solares en los portasatélites 38 del engranaje planetario 10 dispuesto en cascada multietapa, cuyo árbol se extiende coaxialmente en una sola pieza a través de todo el engranaje 10 desde su apoyo radial dispuesto antes del árbol de entrada hasta su apoyo radial dispuesto en el árbol de salida 23.

El árbol de entrada atravesado por la espiga de centrado 29 está apoyado además radialmente en el extremo frontal del lado de accionamiento de una carcasa de engranaje 33 de forma de cubeta. El tramo de árbol que gira alrededor de la espiga 29 antes del piñón 30 penetra para ello en la carcasa 33 del engranaje a través de una abertura central 31 que actúa como aro de cojinete en el fondo 32 de dicha carcasa. Además de este apoyo radial en la abertura 31, el árbol de entrada experimenta un apoyo radial en la carcasa 33 del engranaje en el extremo opuesto de ese tramo de árbol debido a que su piñón 30 se apoya radialmente como rueda solar, a través de satélites 34, en la superficie envolvente interior de forma anular de la carcasa 33. Las cargas radiales aplicadas al árbol de entrada por el lado de accionamiento están así distribuidas, debido al apoyo sobredeterminado a lo largo de la espiga 29, sobre varios puntos de apoyo radiales axialmente decalados uno respecto de otro.

La carcasa 33 del engranaje está axialmente introducida en la carcasa 17 del actuador para la inmovilización constructiva de la misma en el actuador 15 en forma rígida a la torsión y queda inmovilizada allí al alcanzarse la posición nominal axial, mediante acoplamiento de conjunción de fuerza por aprisionamiento o preferiblemente mediante acoplamiento de conjunción de forma por abrochado automático de muelles de flexión conformados con ganchos de encastre, tal como se ilustra en el dibujo nuevamente por medio de los símbolos "x".

Dentro de la carcasa 33 del engranaje, el piñón formado en el árbol de entrada, es decir, el primer piñón 30.1, sirve directamente como la rueda solar para al menos un portasatélites o, en interés de una marcha concéntrica suave, preferiblemente para dos o tres portasatélites 34.1 dotados también de un dentado recto (de los cuales solamente se aprecia uno en la representación en sección del dibujo) de una primera etapa 35.1 del engranaje planetario. En ésta engrana el respectivo satélite 34.1 con el dentado interior 36.1 de rueda hueca de un anillo de apoyo 37.1 solidario de la carcasa, con el cual está formada la carcasa 33 del engranaje según se ha croquizado (o bien con el cual ésta es equipada por separado de una manera rígida a la torsión).

Al menos los anillos de apoyo 37 y de preferencia igualmente la carcasa completa 33 del engranaje son piezas de fundición inyectada de plástico. En cualquier caso, en el diseño croquizado como carcasa de engranaje axialmente continua 33, la sucesión de los anillos de apoyo 37 está reforzada por fibras incrustadas para poder absorber y derivar de manera más fiable los pares de giro crecientes en dirección axial a través de las etapas planetarias 35. En cualquier caso, en las primeras etapas planetarias 35 se han construido también los satélites 34 en fundición inyectada de plástico, nuevamente con un refuerzo mecánico por medio de fibras empotradas.

En la carcasa 33 del engranaje gira un portasatélites 38 por cada etapa 35 de dicho engranaje con sus satélites 34 en posición axialmente decalada con respecto a la misma a lo largo de la espiga de apoyo o de centrado 29 que se extiende a través del engranaje 10. Este portasatélites está equipado en su lado de accionamiento o lado de la rueda solar con un muñón 39 de eje paralelo para el montaje flotante del respectivo satélite 34. Estos portasatélites 38, denominados también nervios, que están sometidos a altos esfuerzos mecánicos con el apoyo de los satélites 34, consisten preferiblemente en cuerpos conformados de metal sinterizado que no tienen que ser recubiertos de plástico inyectado, ya que no están en engrane dentado con perfiles de plástico.

Detrás de una etapa 35.1 del engranaje, su portasatélites 38.1 sirve al mismo tiempo, con un piñón 30.2 previsto en el mismo, como salida de fuerza hacia una etapa siguiente 35.2 del engranaje planetario con sus satélites 34.2 dotadas de un dentado recto que giran entre esta rueda solar (piñón 30.2) y su anillo de apoyo 37.2 dotado de un dentado interior. El número de satélites 34 en la etapa siguiente es al menos igual al de la etapa precedente 35 y preferiblemente, a causa del par de giro creciente, es más alto y, por este motivo, en cualquier caso no más bajo que en la etapa precedente 35; en el dibujo se representa nuevamente tan sólo uno de, aquí, cuatro satélites 34.2. En correspondencia con el par de giro creciente, los satélites 34 de etapas de engranaje consecutivas ruedan en anillos de apoyo 37 de diámetros crecientes. Los satélites 34 hacen con su muñones de apoyo 39.2 que gire el portasatélites inmediato siguiente 38.2, y así sucesivamente hasta el último portasatélites 38.i dispuesto en la carcasa 33 del engranaje (se ha dibujado i = 2). En cualquier caso, los portasatélites 34.i del último soporte 38.i están constituidos al igual que este último, a causa del máximo par de giro aquí alcanzado, por metal sinterizado desnudo (o por metal sinterizado revestido por inyección).

Esta última (35.i) de las etapas de engranaje 35 dispuestas así en cascada a través de sus piñones de soporte 30 está equipada directamente con el árbol de salida central 23 para la entrega del par de giro en vez de estar equipada con un piñón. A este fin, el árbol de salida 23, de manera comparable a las medidas de apoyo expuestas en el árbol de entrada, está montado de nuevo en posición axialmente decalada con igualmente una sobredeterminación radial múltiple; es decir, por un lado, por medio del último portasatélites 38.i, en el extremo frontal abierto del lado de salida de la caja de engranaje 33 de forma de cubeta (según se ilustra como aro de cojinete en el croquis del dibujo por medio del perfilado escalonado); además, en forma axialmente decalada hacia el interior de la carcasa 33 a través de este último soporte 38.i y por medio de la acción de apuntalamiento radial de sus satélites 34.i en su anillo interior 36.i; y, finalmente, a través del extremo de este lado de la espiga de centrado 29 que encaja como cojinete de deslizamiento radial en forma no giratoria dentro del último portasatélites 38.i o incluso atraviesa a este último hasta el árbol de salida adyacente 23. Por otro lado, la espiga 29 está sujeta, por ejemplo embutida a presión, de manera rígida a la torsión en un portasatélites 38 colocado delante de ella en posición aproximadamente centrada entre los árboles de entrada y de salida, de modo que dicha espiga está montada otra vez radialmente a través de sus satélites 34, axialmente delante de estos, en el anillo de apoyo 37 de éstos solidario de la carcasa.

Para el montaje del engranaje se introduce, por un lado, el árbol de entrada con su piñón 30.1 desde fuera a través de la abertura 31 del fondo 32 de la carcasa y, por otro lado, se enchufa desde el interior de la carcasa de engranaje 33 abierta en el lado opuesto la espiga 29 con el portasatélites 38 soportado de manera solidaria en rotación y eventualmente con portasatélites adicionales soportados delante de éstos en forma giratoria a través del ánima central del árbol de entrada, y también se equipa dicha espiga en el lado opuesto, en el extremo frontal libre, con eventualmente otras etapas planetarias 35. Como consecuencia del aumento de diámetro escalonado por el lado de salida en sus anillos de apoyo 37 solidarios de la carcasa, el engranaje planetario 10 con sus portasatélites 38 ya equipados con satélites puede ser montado sin problemas desde el lado abierto de la cubeta (de abajo arriba en el dibujo) dentro de la carcasa de engranaje 33 que se estrecha en forma escalonada y puede ser comprobado en cuanto a su funcionamiento antes de que la carcasa de engranaje 33 así completamente equipada sea a su vez introducida en su alojamiento 19 de la carcasa 17 del actuador. Finalmente, se cala tan sólo todavía la tapa 20 con su abertura prevista en ella como apoyo radial sobre el extremo frontal libre de la espiga de apoyo centradora 29 que atraviesa el árbol de entrada.

Un juego de ruedas o el impulsor de correa croquizado 28 dispuesto debajo de la tapa 20 puede servir para la conexión de transmisión de movimiento al motor 22 que descansa en su alojamiento 18.

Por tanto, expresado como resumen, el actuador 15 de maniobra por motor eléctrico del freno de aparcamiento o de estacionamiento 12, especialmente en automóviles de turismo, presenta un engranaje planetario 10 dispuesto axialmente en cascada multietapa para la desmultiplicación del número de revoluciones bajo un aumento correspondiente del par de giro que puede suministrarse. Según una secuencia axial de anillos de apoyo 37 solidarios de la carcasa y dotados de dentado interior, cada portasatélites 38 está provisto aquí de un piñón 30 que a su vez está diseñado como rueda solar para los satélites 34 en el portasatélites 38 de la etapa de engranaje inmediata siguiente 35, mientras que el portasatélites 38.i de la última etapa de engranaje 35.i con su muñón de árbol central ya no sirve de rueda solar, sino de árbol de salida 23 para la entrega del par de giro. A través del árbol de entrada y hasta el árbol de salida 23 coaxialmente a través del engranaje 10 se extiende según la invención una espiga de centrado 29 radialmente apoyada en sus dos extremos frontales, la cual sirve a su vez para proporcionar un apoyo radial sobredeterminado en forma múltiple de los árboles de entrada y de salida 23, así como de los portasatélites 38 o ruedas solares de las distintas etapas de engranaje 35 colocados entre ellos y axialmente decalados uno respecto de otro, estando unida la espiga de centrado 29 de manera solidaria en rotación con uno de los portasatélites 38 para proporcionar un apoyo radial adicional de la misma en su zona central y estando además la carcasa de engranaje 33 formada o equipada en sus dos extremos frontales como sendos aros de cojinete para el árbol de entrada con la primera de las ruedas solares apoyadas también sobre la espiga de centrado 29 y para el último portasatélites 38 que soporta también la espiga de centrado 29 en el árbol de salida 23, respectivamente.

Claims (10)

1. Actuador de freno (15) del tipo de motor eléctrico que está equipado con un engranaje planetario multietapa (10) y dotado de un árbol de salida (23) situado delante de su último portasatélites (38.i), caracterizado porque presenta una carcasa (17) con un apoyo radial para un extremo frontal de una espiga de centrado (29) que se extiende a través del engranaje (10) hasta dentro del árbol de salida (23) y sobre la cual están apoyados radialmente unos portasatélites (38) decalados axialmente uno respecto de otro y pertenecientes a varias etapas (35) del engranaje planetario dispuestas en cascada coaxialmente, cuyos portasatélites (38) están equipados cada uno de ellos con un piñón (30) actuante como la rueda solar para los satélites (34) -que ruedan en su anillo de apoyo (37) solidario de la carcasa- de la etapa inmediata siguiente de entre las etapas (35) del engranaje planetario, estando dispuesta la espiga de centrado (29) en forma rígida a la torsión en uno de los portasatélites (38) que está situado en posición aproximadamente centrada entre la primera de las ruedas solares y el último de los portasatélites (38).

2. Actuador según la reivindicación anterior, caracterizado porque una carcasa (33) del engranaje formada o equipada con los anillos de apoyo (37) está formada o equipada en sus dos extremos frontales como sendos anillos de apoyo para la primera de las ruedas solares apoyadas también sobre la espiga de centrado (29) y para el último portasatélites (38) que soporta también la espiga de centrado (29), respectivamente.

3. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, dentro de anillos de apoyo (37) de respectivos diámetros agrandados, en la primera etapa (35.1) del engranaje planetario están dispuestos al menos dos satélites (34) sobre sus portasatélites (38) radialmente apoyados sobre la espiga de centrado (29) y en la respectiva etapa inmediata siguiente (35) del engranaje planetario están dispuestos sobre sus portasatélites (38) radialmente apoyados sobre la espiga de centrado (29) al menos tantos satélites (34) como en la etapa precedente (35).

4. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rueda solar del árbol de entrada radialmente apoyada en la espiga de centrado (29) está equipada por fuera de la carcasa (33) del engranaje con la polea (27) de una transmisión (28) que viene del motor (22).

5. Actuador según la reivindicación anterior, caracterizado porque el árbol de entrada equipado en su lado frontal con la primera rueda solar y apoyado radialmente sobre la espiga de centrado (29) atraviesa una abertura (31) del fondo de la carcasa (33) de forma de cubeta del engranaje, cuya abertura sirve como apoyo radial adicional para el árbol de entrada.

6. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una tapa (20) de la carcasa que soporta radialmente a la espiga de centrado (29) por su lado frontal está equipada también con perfiles (21) para sujetar el motor (22) en un alojamiento (18) del mismo.

7. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los anillos de apoyo (37) interiormente dentados para los satélites (34) de las etapas (35) del engranaje que se siguen axialmente una a otra están formados en una carcasa (33) del engranaje hecha de plástico reforzado con fibras.

8. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los satélites (34.1) de al menos la primera etapa planetaria (35.1) están fabricados en plástico reforzado con fibras.

9. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los portasatélites (38) y, además, los satélites (34.i) de al menos la última etapa planetaria (35.i) están hechos de metal sinterizado.

10. Actuador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera rueda solar está fabricada en metal sinterizado y lleva un revestimiento de plástico inyectado.