ITMI20011263A1

ITMI20011263A1 - OPERATOR

Info

Publication number: ITMI20011263A1
Application number: IT2001MI001263A
Authority: IT
Inventors: Hermann Blaser
Original assignee: Zf Lenksysteme Gmbh
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-15
Also published as: FR2812704B1; ITMI20011263A0; FR2812704A1; DE10037486A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Attuatore" Description of the industrial invention entitled: "Actuator"

Riassunto del trovato Summary of the finding

Attuatore (1) con una unità di cassa (2), in cui un albero (7) porta almeno un pistone di lavoro (13) ed almeno due pistoni di centraggio (9, 10), laddove il pistone di lavoro (13) presenta almeno due cave di guida (20), nelle quali si impegna una unità di trascinamento (16) collegata con l'albero (7). Actuator (1) with a casing unit (2), in which a shaft (7) carries at least one working piston (13) and at least two centering pistons (9, 10), where the working piston (13) has at least two guide slots (20), in which a dragging unit (16) connected to the shaft (7) engages.

(Figura 1) (Figure 1)

Descrizione del trovato Description of the finding

Gli attuatori vengono impiegati frequentemente per una regolazione attiva dell'autotelaio, ossia per la compensazione attiva del rollio per mezzo di uno stabilizzatore di precarica variabile. Al riguardo ha luogo una variazione della precarica dello stabilizzatore, rispettivamente una rotazione relativa di due metà dello stabilizzatore. Questa rotazione relativa può avvenire tramite un motore di orientamento, integrato nella parte posteriore dello stabilizzatore, oppure mediante sostegni di stabilizzatore realizzati regolabili. Actuators are frequently used for active chassis control, i.e. for active roll compensation by means of a variable preload stabilizer. In this case, a change in the pre-charge of the stabilizer takes place, respectively a relative rotation of two halves of the stabilizer. This relative rotation can take place by means of an orientation motor, integrated in the rear part of the stabilizer, or by means of stabilizer supports made adjustable.

Nel EP 344 183 B1 viene descritto un attuatore nella forma di un giunto d'albero di vincolo geometrico, in cui risulta possibile un rapido accoppiamento, rispettivamente disaccoppiamento, di due parti d'albero, in guanto almeno una di due metà del giunto è dotata di organi di trascinamento, che si impegnano in rientranze dell'altra metà del giunto oppure di una parte collegata con essa, e la posizione relativa degli organi di trascinamento è variabile in due posizioni di commutazione, cosicché è possibile impostare differenti angoli di rotazione fra le parti dell'albero da accoppiare. Le metà del giunto presentano, distribuiti sul contorno, organi di trascinamento nella forma di perni di trascinamento portanti rulli. Questi si impegnano in rientranze di un manicotto del giunto eseguite come cave di guida. In EP 344 183 B1 an actuator is described in the form of a geometrically constrained shaft coupling, in which it is possible to quickly couple, or uncouple, two shaft parts, provided that at least one of two coupling halves is provided of driving members, which engage in recesses of the other half of the joint or of a part connected to it, and the relative position of the driving members is variable in two switching positions, so that it is possible to set different angles of rotation between the parts of the shaft to be coupled. The halves of the joint have, distributed on the contour, drive members in the form of drive pins carrying rollers. These engage in recesses of a coupling sleeve formed as guide slots.

In questo stato della tecnica è svantaggioso il fatto che in seguito al principio costruttivo con gli organi di trascinamento distribuiti sul contorno è necessario un grande spazio di montaggio radiale, il che limita soprattutto l'altezza libera dal suolo nel caso di veicoli off-road, e inoltre che in seguito alla pluralità di elementi costruttivi relativamente piccoli sussiste un'elevata sensibilità all'insudiciamento in grado di pregiudicare il funzionamento. Inoltre è necessario un elevato fabbisogno di energia per la regolazione e l'accoppiamento rigido, cosicché nel caso di una caduta di energia non è garantito un ritorno automatico dello stabilizzatore nella sua posizione originaria. A disadvantage in this state of the art is that a large radial mounting space is required as a result of the construction principle with the driving elements distributed around the contour, which mainly limits the ground clearance in the case of off-road vehicles. and furthermore that due to the plurality of relatively small constructive elements there is a high sensitivity to fouling capable of compromising operation. In addition, a high energy requirement is required for regulation and rigid coupling, so that in the event of a power failure, an automatic return of the stabilizer to its original position is not guaranteed.

Inoltre le proprietà dell'attuatore possono essere variate soltanto con costose variazioni costruttive. Furthermore, the properties of the actuator can only be changed with costly construction changes.

La presente invenzione si pone il compito di realizzare un attuatore disaccoppiabile, di piccola costruzione nella sua estensione radiale, che possa essere commutato indipendentemente dalla posizione e facilmente adattato a diversi tipi di veicolo e scopi di impiego. The present invention has the task of realizing a decoupled actuator, of small construction in its radial extension, which can be switched independently of the position and easily adapted to different types of vehicle and purposes of use.

Il compito posto a base dell'invenzione viene risolto mediante un attuatore presentante le caratteristiche della rivendicazione principale. The aim of the invention is solved by means of an actuator having the characteristics of the main claim.

L'attuatore secondo l'invenzione nel traffico stradale normale sostituisce il convenzionale stabilizzatore meccanico e ne assume i compiti di molleggio e di guida. L'attuatore si trova fra le metà dello stabilizzatore e, in caso di forti inclinazioni del veicolo, provoca un disaccoppiamento delle due metà dello stabilizzatore. Di conseguenza viene escluso l'effetto dello stabilizzatore ed il veicolo viene stabilizzato mediante una migliore distribuzione delle forze di appoggio fra ruote del veicolo in molleggio di compressione e di estensione, il che porta ad una migliore trazione. The actuator according to the invention in normal road traffic replaces the conventional mechanical stabilizer and assumes its springing and guiding tasks. The actuator is located between the stabilizer halves and causes the two stabilizer halves to uncouple in the event of strong vehicle inclinations. Consequently, the effect of the stabilizer is excluded and the vehicle is stabilized by means of a better distribution of the support forces between the wheels of the vehicle in compression and extension suspension, which leads to better traction.

Le metà dello stabilizzatore possono essere nuovamente accoppiate indipendentemente dalla loro posizione momentanea. Tramite pistoni di centraggio le metà dello stabilizzatore vengono centrate centralmente. Nella posizione centrale l'attuatore può essere bloccato meccanicamente, il che, in primo luogo, è energeticamente vantaggioso, in quanto non è necessario compensare perdite di olio per difetto di tenuta e, d'altro canto, esso può essere utilizzato come piano di ricaduta nel caso dell'avaria dell'impianto idraulico. The stabilizer halves can be re-paired regardless of their momentary position. The stabilizer halves are centered centrally via centering pistons. In the central position the actuator can be mechanically locked, which, first of all, is energetically advantageous, as it is not necessary to compensate for oil leaks due to leaks and, on the other hand, it can be used as a fallback plane. in case of failure of the hydraulic system.

Per evitare coppie inammissibilmente alte in corrispondenza delle metà dello stabilizzatore, che possono portare ad eccessivi serraggi nell'attuatore e quindi ad una limitata funzionalità, l'attuatore può essere precaricato idraulicamente. A tale scopo si imposta una pressione di immagazzinamento su un valore limite e pertanto si imposta specificamente la rigidezza dell'attuatore. To avoid inadmissible high torques at the stabilizer halves, which can lead to excessive tightening in the actuator and therefore to limited functionality, the actuator can be hydraulically preloaded. To do this, a storage pressure is set to a limit value and thus the stiffness of the actuator is specifically set.

L'attuatore si compone di una unità di cassa (formata da fondo della cassa, coperchio della cassa e da un tubo cilindrico) , di un pistone di lavoro (guidato nell'unità di cassa) , di pistoni di centraggio (che vengono parimenti guidati nell'unità di cassa e in posizione centrale poggiano sul pistone di lavoro) e di un albero (che è collegato con una flangia, con una unità di trascinamento e con una guida assiale). L'unità di trascinamento preferibilmente è formata da tre perni di trascinamento impegnantisi in corrispondenti cave di guida nel pistone di lavoro. Il pistone di lavoro è protetto contro rotazioni relative e l'albero è protetto contro il movimento assiale. Di conseguenza una rotazione relativa dell'albero rispetto all'unità di cassa porta ad un movimento longitudinale del pistone di lavoro. Con adeguata conformazione delle cave di guida nel pistone di lavoro è possibile scegliere liberamente la caratteristica dell'attuatore. Così con l'attuatore secondo l'invenzione è possibile produrre anche caratteristiche di rigidezza variabili ed adattarle individualmente ad ogni tipo di veicolo. The actuator consists of a casing unit (formed by a casing bottom, casing lid and a cylindrical tube), a working piston (guided in the casing unit), centering pistons (which are also guided in the case unit and in the central position they rest on the working piston) and a shaft (which is connected with a flange, with a drive unit and with an axial guide). The driving unit is preferably formed by three driving pins engaging in corresponding guide slots in the working piston. The working piston is protected against relative rotation and the shaft is protected against axial movement. Consequently, a relative rotation of the shaft with respect to the casing unit leads to a longitudinal movement of the working piston. With an adequate conformation of the guide slots in the working piston it is possible to freely choose the characteristic of the actuator. Thus, with the actuator according to the invention it is also possible to produce variable stiffness characteristics and to adapt them individually to each type of vehicle.

Utilizzando una struttura secondo l'invenzione su ogni assale del veicolo è possibile, mediante un'applicazione attiva di una coppia sulle metà dello stabilizzatore, raddrizzare artificialmente il veicolo, per contrastare un movimento di rollio. Connettendo un attuatore secondo l'invenzione con una valvola proporzionale è possibile contrastare attivamente un movimento di rollio dell'autoveicolo. Già al verificarsi di una tendenza al rollio si interviene attivamente mediante sollecitazione a pressione del rispettivo spazio di pressione e viene applicata una controcoppia equivalente. By using a structure according to the invention on each axle of the vehicle it is possible, by means of an active application of a torque on the stabilizer halves, to artificially straighten the vehicle, to counteract a rolling movement. By connecting an actuator according to the invention with a proportional valve it is possible to actively counteract a rolling movement of the motor vehicle. Already when a rolling tendency occurs, active action is taken by pressing the respective pressure space and applying an equivalent counter torque.

Vantaggiose ed opportune esecuzioni dell'invenzione sono indicate nelle sottorivendicazioni. Però l'invenzione non è limitata alla combinazione di caratteristiche delle rivendicazioni ma anzi per il tecnico si hanno ulteriori opportune possibilità di combinazione di rivendicazioni e singole caratteristiche delle rivendicazioni derivanti dal compito dell'invenzione. Advantageous and suitable embodiments of the invention are indicated in the sub-claims. However, the invention is not limited to the combination of characteristics of the claims but on the contrary for the skilled person there are further suitable possibilities of combining claims and individual characteristics of the claims deriving from the aim of the invention.

In seguito in base ai disegni sono descritti in via di principio diversi esempi di realizzazione delle presente invenzione. In the following, on the basis of the drawings, various examples of embodiment of the present invention are described in principle.

In particolare: In particular:

la figura 1 mostra un esempio di realizzazione costruttivo di un attuatore secondo l'invenzione, Figure 1 shows a constructive example of an actuator according to the invention,

la figura 2 mostra una sezione lungo la linea II-II dell'attuatore secondo l'invenzione rappresentato in figura 1, Figure 2 shows a section along the line II-II of the actuator according to the invention represented in Figure 1,

la figura 3 mostra un esempio di applicazione di un attuatore secondo l'invenzione, e figure 3 shows an example of application of an actuator according to the invention, e

la figura 4 mostra un attuatore secondo l'invenzione con relativo schema idraulico. figure 4 shows an actuator according to the invention with relative hydraulic diagram.

Le figure 1 e 2 mostrano un attuatore 1 secondo l'invenzione formato da una unità di cassa 2. L'unità di cassa 2 si compone di un tubo cilindrico 3, di un fondo 4 della cassa e di un coperchio 5 della cassa. Il fondo 4 ed il coperchio 5 della cassa sono collegati rigidamente con il tubo cilindrico 3. Una flangia 6 tramite un albero 7 è collegata con il fondo 4 della cassa. L'albero 7 presenta una guida assiale 8 garantente assenza di giuoco in direzione assiale. Sull'albero 7 sono supportati scorrevoli assialmente limitatamente due pistoni di centraggio 9 e 10. La scorrevolezza assiale del pistone di centraggio 9 viene definita dal coperchio 5 della cassa e da un elemento di fissaggio 11. Il pistone di centraggio 10 può essere mosso assialmente fra il fondo 4 della cassa ed un elemento di fissaggio 12. Un pistone di lavoro 13 tramite elementi di fissaggio 15 è collegato con un coperchio 14. In posizione centrale i pistoni di centraggio 9, 10 poggiano sul pistone di lavoro 13. Nel pistone di lavoro 13 è integrata una unità di trascinamento 16. Una raggiera di trascinamento 17, accoppiata rigidamente con l'albero 7, presenta più perni di trascinamento 18 guidati in cuscinetti ad aghi 19. Questi perni di trascinamento 18, guidati nei cuscinetti ad aghi 19, si impegnano in cave di guida 20 nel pistone di lavoro 13. Nella raggiera di trascinamento 17 è contenuto un perno di arresto 25 che è precaricato tramite una molla 24 e in caso di avaria dell'impianto idraulico porta ad un bloccaggio centrale. Nel pistone di lavoro 13 è integrata una cava longitudinale di guida 21, in cui è montata una chiavetta di accoppiamento 22. La chiavetta di accoppiamento 22, tramite un elemento di fissaggio 23, è accoppiata solidale alla rotazione con il tubo cilindrico 3. Alternativamente si può prevedere anche un pacchetto di guida 26 a sfere per la protezione contro rotazioni relative. Figures 1 and 2 show an actuator 1 according to the invention formed by a cash unit 2. The cash unit 2 consists of a cylindrical tube 3, a bottom 4 of the box and a lid 5 of the box. The bottom 4 and the lid 5 of the box are rigidly connected to the cylindrical tube 3. A flange 6 by means of a shaft 7 is connected with the bottom 4 of the box. The shaft 7 has an axial guide 8 ensuring the absence of play in the axial direction. Two centering pistons 9 and 10 are supported axially slidably on the shaft 7. The axial smoothness of the centering piston 9 is defined by the housing cover 5 and a fastening element 11. The centering piston 10 can be moved axially between the bottom 4 of the case and a fastening element 12. A working piston 13 by means of fastening elements 15 is connected to a cover 14. In the central position the centering pistons 9, 10 rest on the working piston 13. In the working piston 13 a drive unit 16 is integrated. A drive ring 17, rigidly coupled to the shaft 7, has several drive pins 18 guided in needle bearings 19. These drive pins 18, guided in the needle bearings 19, are engage in guiding slots 20 in the working piston 13. A stop pin 25 is contained in the driving spoke 17 which is preloaded by means of a spring 24 and in case of failure of the hydraulic system leads to a central locking. A longitudinal guide groove 21 is integrated in the working piston 13, in which a coupling key 22 is mounted. it can also provide a guide package 26 with balls for protection against relative rotations.

Nella figura 3 è descritto più dettagliatamente un esempio di applicazione di un attuatore 1 secondo l'invenzione. L'attuatore 1 qui descritto come compito supplementare ha integrata una soppressione automatica del rollio. Prolungando il fondo 4 della cassa si ottiene spazio a sufficienza per integrare una valvola a cassetto girevole 27. La valvola a cassetto girevole 27 è formata da un cassetto girevole 28 e da una boccola di comando 29 presentanti rispettivamente cave di comando 30 e 31. Il cassetto girevole 28, rispettivamente le sue cave di comando 30, possono essere ricavati anche in un prolungamento di un tronco di guida assiale dell'albero 7. La boccola di comando 29 calzata sul cassetto girevole 28 dovrà essere unicamente assicurata assialmente sul cassetto girevole 28 e fissata rispetto al fondo 4 della cassa contro rotazioni relative. In tal modo il prolungamento dell'albero 7, non più sollecitato da coppia, trasmette una rotazione relativa delle metà dello stabilizzatore simultaneamente al cassetto girevole 28. Questo alimenta quindi spazi di pressione 33, 34 con la pressione necessaria per contrastare lo spostamento del pistone di lavoro 13 che avviene parallelamente alla rotazione relativa dei, non rappresentati, stabilizzatori. Tramite il cassetto girevole 28 ha luogo un centraggio di mezzeria, cosicché in questo caso di applicazione è possibile fare a meno dei pistoni di centraggio, il che porta a risparmi di lunghezza costruttiva dell'attuatore 1. Figure 3 describes in more detail an example of application of an actuator 1 according to the invention. Actuator 1 described here as an additional task has integrated automatic roll suppression. By extending the bottom 4 of the case, sufficient space is obtained to integrate a revolving slide valve 27. The revolving slide valve 27 is formed by a revolving slide 28 and a control bushing 29 having respectively control slots 30 and 31. The revolving drawer 28, respectively its drive slots 30, can also be obtained in an extension of an axial guide section of shaft 7. The drive bushing 29 fitted on the revolving drawer 28 must only be axially secured on the revolving drawer 28 and fixed with respect to the bottom 4 of the case against relative rotations. In this way, the extension of the shaft 7, no longer stressed by torque, transmits a relative rotation of the stabilizer halves simultaneously to the revolving drawer 28. This therefore supplies pressure spaces 33, 34 with the pressure necessary to oppose the displacement of the piston of work 13 which occurs parallel to the relative rotation of the stabilizers, not shown. Centering of the center line takes place via the turntable 28, so that in this application case it is possible to dispense with the centering pistons, which leads to savings in the constructive length of the actuator 1.

La figura 4 mostra un attuatore 1 secondo l'invenzione con relativo schema idraulico. Una pompa 36 che è azionata da un motore 35 ed è protetta tramite un pressostato 37 ed una valvola di ritenuta 38, alimenta 1'attuatore 1 con fluido in pressione. Mediante alimentazione elettrica di una valvola 44 spazi di pressione 39 e 40 vengono depressurizzati e collegati con il condotto di ritorno 45 del serbatoio. Spazi di pressione 41 e 42 sono collegati parimenti con il condotto di ritorno 45 del serbatoio per mezzo di una valvola 46 non alimentata elettricamente e centrata in posizione mediana. Uno spazio di pressione 43 mediante alimentazione elettrica di una valvola 48 viene sollecitato con pressione, cosicché i perni di arresto 25 vengono aperti in antagonismo alla carica della molla 24 e liberano il pistone di lavoro 13. Figure 4 shows an actuator 1 according to the invention with relative hydraulic diagram. A pump 36 which is driven by a motor 35 and is protected by a pressure switch 37 and a check valve 38 supplies the actuator 1 with pressurized fluid. By powering a valve 44 pressure spaces 39 and 40 are depressurized and connected to the return line 45 of the tank. Pressure spaces 41 and 42 are likewise connected with the return pipe 45 of the tank by means of a valve 46 which is not electrically powered and centered in the middle position. A pressure space 43 by the electrical supply of a valve 48 is stressed with pressure, so that the stop pins 25 are opened against the charge of the spring 24 and free the working piston 13.

Nel normale esercizio di marcia la valvola 44 viene diseccitata e quindi la pressione di immagazzinamento viene portata verso gli spazi di pressione 39 e 40. Di conseguenza entrambi i pistoni di centraggio 9 e 10 vengono spinti contro le loro battute meccaniche nella forma di elementi di fissaggio 11 e 12 e il pistone di lavoro 13 viene quindi centrato in posizione centrale. La coppia sull'albero 7 può essere aumentata fino a quando la forza assiale formantesi nel pistone di lavoro 13 è pari alla forza antagonista che, per effetto della pressione di immagazzinamento, agisce negli spazi di pressione 39 e 40 sui pistoni di centraggio 9 e 10. Con l'ulteriore aumento della coppia il pistone di lavoro 13 si mette in movimento e fluido in pressione dagli spazi di pressione 39 e 40 viene spinto in un immagazzinatore 47. Gli spazi di pressione 41 e 42 possono essere alternativamente sollecitati a pressione tramite la valvola 46. I pistoni di centraggio 9 e 10 si portano quindi sulla loro battuta meccanica esterna. Mediante uno spostamento del pistone di lavoro 13 è pertanto possibile influenzare assali del veicolo per migliorare la trazione. Mediante il pressostato 37 è possibile regolare la pressione di immagazzinamento anche durante la marcia. In normal running operation the valve 44 is de-energized and thus the storage pressure is brought to the pressure spaces 39 and 40. As a result, both centering pistons 9 and 10 are pushed against their mechanical stops in the form of fastening elements 11 and 12 and the working piston 13 is then centered in the central position. The torque on the shaft 7 can be increased until the axial force forming in the working piston 13 is equal to the antagonist force which, due to the effect of the storage pressure, acts in the pressure spaces 39 and 40 on the centering pistons 9 and 10 . With the further increase of the torque the working piston 13 is set in motion and the pressurized fluid from the pressure spaces 39 and 40 is pushed into a storer 47. The pressure spaces 41 and 42 can alternatively be pressurized by means of the valve 46. The centering pistons 9 and 10 then move to their external mechanical stop. By a displacement of the working piston 13 it is therefore possible to influence the vehicle axles to improve traction. By means of the pressure switch 37 it is possible to adjust the storage pressure even while driving.

Legenda Legend

1 Attuatore 1 Actuator

2 Unità di cassa 2 Cash unit

3 Tubo cilindrico 3 Cylindrical tube

4 Fondo della cassa 4 Fund of the cash register

5 Coperchio della cassa 5 Case cover

6 Flangia 6 Flange

Albero Tree

Guida assiale Axial guide

Pistone di centraggio Pistone di centraggio Elemento di fissaggio Elemento di fissaggio Pistone di lavoro Coperchio Centering piston Centering piston Fastening element Fastening element Working piston Cover

Elemento di fissaggio Unità di trascinamento Raggiera di trascinamento Perno di trascinamento Cuscinetto ad aghi Fastener Drive unit Drive spoke Drive pin Needle bearing

Cave di guida Driving quarries

Cava longitudinale di guida Chiavetta di accoppiamento Elemento di fissaggio Molla Longitudinal guide groove Coupling key Fastening element Spring

Perno di arresto Stop pin

Pacchetto di guida a sfere Valvola a cassetto girevole Cassetto girevole Ball guide package Swivel slide valve Swivel drawer

Boccola di comando Drive bushing

Cave di comando Command quarries

32 Tronco di guida assiale 32 Axial guide section

33 Spazio di pressione 33 Pressure space

34 Spazio di pressione 34 Pressure space

35 Motore 35 Engine

36 Pompa 36 Pump

37 Pressostato 37 Pressure switch

38 Valvola di ritenuta 38 Check valve

39 Spazio di pressione 39 Pressure space

40 Spazio di pressione 40 Pressure space

41 Spazio di pressione 41 Pressure space

42 Spazio di pressione 42 Pressure space

43 Spazio di pressione 43 Pressure space

44 Valvola 44 Valve

45 Condotto di ritorno del serbatoio 46 Valvola 45 Tank return line 46 Valve

47 Immagazzinatore 47 Storage unit

48 Valvola 48 Valve

Claims

Claims 1. Actuator (1) with a housing unit (2), in which a shaft (7) carries at least one working piston (13) and at least two centering pistons (9, 10), whereas the working piston (13 ) has at least two guide slots (20), in which a dragging unit (16) connected to the shaft (7) engages.

2. Actuator (1) according to claim 1, characterized in that half of the stabilizer can be centered independently of the position by means of the centering pistons (9, 10).

Actuator (1) according to claim 1, characterized in that the actuator (1) is mechanically lockable in the central position.

4. Actuator (1) according to claim 1, characterized in that the actuator (1) to avoid excessive tightening is preloadable to regulate torques on the stabilizer halves.

5. Actuator (1) according to claim 1, characterized in that the working piston (13) is protected against relative rotation and the shaft (7) is protected against axial movement.

Use of at least one actuator (1) made according to one of the preceding claims, which is combined with a swivel spool valve (27) and can be used by actively applying a torque to the stabilizer halves to suppress body rolling movements of motor vehicles.