JP4834070B2 - 電動モータ式のブレーキアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式のアクチュエータに関する。

パーキングブレーキ又はいわゆる駐車ブレーキを操作するための、電動モータによって駆動可能な伝動装置を備えたこのような形式のアクチュエータは、欧州特許公開第１３６４８５０号明細書により、モータとトルク変換器との間にベルト伝動装置を有するものが公知である。トルク変換器は有利には、多段式の最後のプラネットキャリアに配置された被駆動軸を備えた遊星歯車伝動装置として形成されている。プラネットキャリアは、中空円筒状の伝動装置ケーシングの内側歯列において転動する。このような伝動装置により、著しく回転数を減じることにより、このような形式のアクチュエータのために所望されるトルク上昇をもたらし、これにより、相応に小さい出力トルクの小型の高トルク電動モータを使用することができる。公知のアクチュエータの伝動装置ケーシングは、戻しばね力に抗して回動可能に支承されていて、これにより回転角度位置を介して、その都度、伝達されるトルクを測定技術的に検出することができる。伝動装置の支承のための、特にトルクとともに増大する材料負荷を支配するための、場合によっては構造的な観点については、この公知のものには何も記載されていない。

特開２００１−１７３７３３号公報により、駆動モータの直後に多段式に軸方向で段状に配置された遊星歯車伝動装置が公知である。その第１のサンギアとして、片持ち式で伝動装置内に突入するモータの出力軸上のピニオンが機能する。相前後して配置された伝動装置段のプラネットギアはそれぞれ、全長にわたって一定の内径を有する、中空円筒状の伝動装置ケーシングの、斜めに歯列が設けられた内周面において転動する。各プラネットキャリアにおいては１つのピニオンが、次の伝動装置段のプラネットギアのためのサンギアとして働き、最後の伝動装置段には、伝動装置ケーシングの端壁において半径方向で支承され、そこから突出している出力軸としての軸端部が設けられている。この出力軸には、後方に向かって、片持ち式にケーシング内に突入するピンが回動不能に同心的に固定されていて、このピンはモータ軸の手前で軸方向に間隔をおいて第１のサンギアで終わっている。各ピン上には、自由に回転可能にプラネットキャリアのサンギアが配置されている。これらのプラネットキャリアが負荷に基づき軸方向で互いに衝突しないために、ピンはそれぞれ、サンギアの端部と、次の伝動装置段として軸方向で隣接しているプラネットキャリアとの間に、移動不能かつ回動不能に、スペーサとしての軸方向ストッパが設けられている。従ってこのような伝動装置の組み付けは極めて困難である。負荷の下で、出力軸にしか保持されていないそれぞれ中央の軸受ピンの機械的応力は極めて危険なものとなり、互いに向かい合って自由に突出するピン端部の周囲では、プラネットギアがケーシング内側歯列に係合することはもはや保証されていない。従って既にこのような形式の構造によっては、重複規定された支承を行わない構造原理に従うならば、中空円筒状の伝動装置ケーシングの長手方向でトルクが上昇するにつれて運転中に生じる負荷を、片側でしか支承されていない中央ピンによって十分に支承することはできない。

モータと伝動装置との間のベルト伝動装置を備えた冒頭で述べた形式のアクチュエータは、ドイツ連邦共和国特許第１９７３２１６８号明細書もしくはドイツ連邦共和国特許第１９７４８３１８号明細書により、液圧的なもしくは機械的なパーキングブレーキのためのものが公知である。著しく減速する、自縛式の伝動装置としてここでは、ハーモニックドライブまたはスワッシュプレート伝動装置が設けられている。極めて高い回転数の減少によりこのようなトルク上昇の運動学によりやはり、極めて高く負荷可能な、従ってコストのかかる材料の使用が必要である。

しかしながら伝動装置で生じる力を支配するために、強度の高い特別な材料を使用することによりコストがかかり、これにより、自動車産業で自動車の供給のために求められるコストは殆ど維持不可能である。

このような条件をふまえて本発明の根底を成す技術的課題は、冒頭で述べた形式のアクチュエータを改良して、確実な機能に関する実際の要求を、高い伝動装置減速にも関わらず、即ち著しいトルク上昇にも関わらず、構造的に僅かな手間でありながら運転中に高負荷可能なプラネットキャリア支承により満たすことである。

このような課題は本発明によれば、請求項１に記載された主要な特徴の組み合わせ構造により解決されている。これによると、入力軸と出力軸との間に同軸的にカスケード状に配置された遊星段のために、一般的に認められている構造のルールに反して、１つの又は多重の重複規定された支承が選択されている。このために、入力軸と出力軸との間で伝動装置によって同心的に、延びるこの場合いわゆるセンタピンが、両端部において半径方向で支承された中央の支承軸として働き、この支承軸に沿って、中央でも、軸方向で互いにずらされた個所でも周面の支承個所が生じる。このためにセンタピンは、第１のサンギアと最後のプラネットキャリアとの間のほぼ真ん中に支承されたプラネットキャリアに相対回動不能に結合されているが、その他では、サンギアを備えた別のプラネットキャリアに対してだけでなく、両端部支承部でも回転可能である。このような構成により、極端に負荷可能な材料の使用を省くことができ、特に、端面に歯列が設けられたプラネットギアと、ケーシングに固定された内側に歯列を有する支持リングとを繊維強化プラスチックから安価に射出成形することができる。

本発明の手段のさらなる詳細、別の構成、ヴァリエーションは、別の請求項に記載されており、さらなる利点に関しても、図面につき主要な構成に限って示した、伝動装置領域でほぼ正確な縮尺で示した有利な実施例の以下の記載から明らかである。

唯一の図面には、小型に構成された高速電動駆動モータと、回転速度を減速するベルト伝動装置を介して前記駆動モータによって駆動される多段カスケード型遊星歯車伝動装置とを平行に収容するためのアクチュエータケーシングが縦断面図で主に機能する部材に限って示されている。この遊星歯車伝動装置は、自動車のパーキングブレーキ機構の手前における運動変換器のトルクの強い回転操作のためのものである。

制動させたい車輪と一緒に回転しない車体１１の部分に、駐車ブレーキ又はパーキングブレーキ１２が固定されている。このような回転不能な機械的固定は図面ではそれぞれ「ｘ」の印で示されている。このブレーキ１２はアクチュエータ１５によって直接的に操作可能である。またはこのブレーキ１２は、スピンドルロッドまたは類似のスラストロッド１３を介して、同様に車体固定の、回転運動を直線運動に変換するための運動変換器１４から操作され得る。ブレーキ操作のために必要なトルクはアクチュエータ１５から、電動モータ２２とこれに従動する減速伝動装置１０とを介して、さらに組み込み条件に応じて、不動の枢着的または屈曲可能な軸１６とを介して供給される。

アクチュエータ１５のケーシング１７も回動不能に車体１１に保持されている。ケーシングは、軸方向横断面（即ち図平面に対して横方向）で見て、主として、互いに軸平行に、即ちその母線に沿って互いに結合された２つの中空円筒体のほぼ８の字状の配置から成っていて、これら２つの中空円筒体は異なる軸方向の長さと直径を有していて良い。一方の中空シリンダはモータ収容部１８として用いられ（図面では長手方向で省略されて示されている）、他方の中空シリンダは伝動装置収容部１９として用いられる。両収容部１８，１９は駆動側、即ちブレーキ１２とは反対の側で、有利には共通の横方向平面で開かれて終わっており、ここで、これらの収容部１８，１９は摩擦接続的または形状接続的に収容部１８，１９上に固定された１つのカバー２０によって閉鎖可能である。このカバー２０はモータ収容部１８に向かって形状接続的に挿入されているか、または図示したように一体成形されたプロフィール２１を有していて、これらのプロフィール２１によりモータ２２はポケット状の収容部１８内で回転不能にロックされる。

モータ２２の図示されていないロータに相対回動不能に結合されたモータ軸２４には図示の実施例では、横方向にリブの設けられたベルト２６のために歯が設けられた伝動装置２５が設けられている。ベルト２６は、相対的に極めて大きな円周のベルトプーリ２７に巻き掛けられていて、このようなトランスミッション２８を介してモータ２２の回転速度の第１の減速を行っている。ベルトプーリ２７は被駆動側で回転不能に、伝動装置１０の入力軸として働く軸根を支持しており、これはピニオン３０として端面の歯列を自由端部に有している。

有利には、入力軸はピニオン３０と共に、場合によってはベルトプーリ２７とともに一体的に燒結金属から製造されており、被駆動側で係合するプラネットギア３４と、場合によっては駆動側で係合する歯付きベルト２６とがプラスチックから成っているならば、燒結金属の周りにもプラスチックが射出成形されている。

入力軸、即ち入力軸のピニオン３０はセンタピン２９を中心として回転する。このセンタピン２９は、その隣接端部で、ケーシング１７またはそのカバー２０に設けられた袋孔状の開口内で半径方向でガイドされている。ピン２９は、多段式のカスケード型遊星歯車伝動装置１０の、プラネットキャリア３８におけるサンギアのためにも中央支承軸として働く。ピン２９は一体的かつ同心的に、入力軸の手前の半径方向支承部から、出力軸２３における半径方向支承部まで、伝動装置１０全体を貫通して延びている。

センタピン２９によって貫通される入力軸は付加的に、ポット状の伝動装置ケーシング３３の駆動側の端部で半径方向に支承されている。このために、ピン２９を中心として回転する軸区分はピニオン３０の手前で、支承リングとして作用する、伝動装置ケーシング３３の底面３２に設けられた中央の開口３１を通って伝動装置ケーシング３３に係合する。入力軸は、開口３１におけるこのような半径方向支承に加えて付加的に、この軸区分の反対側の端部において、ピニオン３０がサンギアとしてプラネットギア３４を介してケーシング３３のリング状の内周面に半径方向で支持されていることにより、伝動装置ケーシング３３において半径方向で支承される。即ち、駆動側で入力軸に加えられる半径方向の負荷は、ピン２９に沿った重複規定された支承により、軸方向で互いにずらされた半径方向の複数の支持個所へと分配される。

伝動装置ケーシング３３は、アクチュエータ１５において構造的に回動不能に固定するために、アクチュエータケーシング１７内に軸方向で導入されており、このケーシング１７内で、軸方向の目標位置に達した際に、挟み込みによって摩擦接続的に、または有利には、一体成形された屈曲ばねと係止フックとのスナップ結合によりにより形状接続的に回動不能に固定される。このことは図面に「ｘ」の印で示されている。

伝動装置ケーシング３３の内側では、入力軸に形成された、即ち、第１のピニオン３０．１が直接に、第１の遊星歯車伝動段３５．１の少なくとも１つの、静かな回転のためには有利には２つまたは３つの、同様に端面に歯列が設けられたプラネットギア３４．１（図の断面ではそのうち１つのみが示されている）のためのサンギアとして働く。この遊星歯車伝動段３５．１内では、各プラネットギア３４．１は、ケーシング固定の支持リング３７．１のリングギア内歯３６．１と噛み合う。支持リング３７．１は伝動装置ケーシング３３が図示のように形成されている（または別個に回動不能に設けられている）。

少なくとも支持リング３７は、有利には、伝動装置ケーシング３３全体とも同様に、プラスチック射出成形部品である。いずれにせよ、軸方向で連続する伝動装置ケーシング３３として示された構成では、支持リング３７の列は、軸方向で遊星歯車伝動段３５を介して増大されるトルクを確実に受け止め、導出することができるように、流し込まれた繊維により強化されている。いずれにせよ第１の遊星歯車伝動段３５では、プラネットギア３４もプラスチック射出成形で形成されていて、挿入された繊維により機械的に強化されている。

伝動装置ケーシング３３では、プラネットギア３４を備えた１つの伝動装置段３５につきプラネットキャリア３８が、伝動装置１０を貫通して延びる軸受または支承ピンまたはセンタピン２９に沿って、軸方向でプラネットギア３４に対してずらされて回転している。プラネットキャリア３８は、駆動側またはサンギア側で、各プラネットギア３４の片持ち支承のために軸平行なピン３９を備えている。プラネットギア３４の支承により機械的に高い負荷を受ける、ウエブとも言われるこのようなプラネットキャリア３８は、有利には燒結金属から成る成形体である。この燒結金属は、プラスチック成形体と噛み合っていないので、周囲にプラスチックを射出成形して埋め込む必要はない。

同時に伝動装置段３５．１の後方では、この伝動装置段のプラネットキャリア３８．１が、このプラネットキャリア３８．１に設けられたピニオン３０．２で、次の伝動装置段３５．２のための被駆動装置として働く。次の伝動装置段３５．２は、このサンギア（ピニオン３０．２）と、内側歯列を有する支持リング３７．２との間で回転する、端面側に歯列が設けられたプラネットギア３４．２を有している。次の段におけるプラネットギア３４の数は、その前の段３５におけるプラネットギア３４の数と少なくとも同じであって、有利には、トルクが高くなるため、より多い。従っていずれにせよ、その前の段３５におけるプラネットギア３４の数より少ないことはない。図面ではやはり、４つのプラネットギア３４．２のうち１つしか示されていない。トルクの上昇に応じて、相前後して位置する伝動装置段のプラネットギア３４は、直径のより大きな支持リング３７において転動する。プラネットギア３４はその軸受ピン３９．２で、次のプラネットキャリア３８．２等を、伝動装置ケーシング３３内に配置された最後のプラネットキャリア３８．ｉ（図面ではｉ＝２）まで回転させる。いずれにせよ、最後のキャリア３８．ｉにおけるプラネットギア３４．ｉは、プラネットキャリア３８．ｉと同様に、ここで達した最も高いトルクのため、むき出しの（または射出成形によって埋め込まれた）燒結金属から成っている。

キャリア−ピニオン３０を介してこのようにカスケード化された伝動装置段３５のうち最後の伝動装置段（３５．ｉ）は、ピニオンではなく直接的に中央の出力軸２３がトルク放出のために設けられている。このために、入力軸における図示の支承手段と比較可能な出力軸２３は、軸方向でずらされて、やはり同様に重複規定されて半径方向で支承されている。即ち、；一方では最後のプラネットキャリア３８．ｉによって、ポット状の伝動装置ケーシング３３の被駆動側の開かれた端部で（図面では軸受リングとしての段付けされたプロフィールにより示されている）、；さらには、ケーシング３３の内部に向かって軸方向でずらされて、最後のキャリア３８．ｉを介して、プラネットギア３４．ｉの半径方向の支持作用により内側リング３６．ｉにおいて、；最後に、半径方向の滑り軸受として回転可能に最後のプラネットキャリア３８．ｉに係合し、またはこれに続く出力軸２３に到るまで係合するセンタピン２９のこちら側の端部を介して支承されている。他方ではピン２９は相対回動不能に、入力軸と出力軸との間のほぼ真ん中でその手前に支承されたプラネットキャリア３８において保持されていて、幾分、プレス嵌めされている。これによりプラネットキャリア３８は、プラネットギア３４を介して軸方向で、その手前で、ケーシング不動の支持リング３７において半径方向で支承されている。

伝動装置の組み付けのためには一方では、ピニオン３０．１を備えた入力軸を外部から、ケーシング底面３２に設けられた開口３１に通して導入し、他方では、反対側で開かれた伝動装置ケーシング３３の内部から、回転不能に支持されたプラネットキャリア３８と、場合によってはその手前で回転可能に支持された別のいくつかのプラネットキャリアを備えたピン２９を入力軸に設けられた中央孔に通して差し込み、反対側では自由端部に場合によっては別の伝動装置段３５を設ける。ケーシング固定の支持リング３７の直径が被駆動側で段状に拡大していることにより、既にギアを装着されたプラネットキャリア３８を備えた遊星歯車伝動装置１０を問題なく、開かれたポット側から（図面では下方から上方へ）、段付けされた減径していく伝動装置ケーシング３３内に組み付けることができ、完全に装着された伝動装置ケーシング３３自体がアクチュエータケーシング１７の収容部に導入される前にその機能をテストすることができる。最後にカバー２０の、半径方向支承部として内部に設けられた開口が、センタリングされた支承ピン２９の、入力軸を貫通する自由端部に被せられる。

収容部１８内で休止しているモータ２２への伝動的な接続は、カバー２０の下方で、ギアセットまたは図示されたベルト伝動装置２８によって行われる。

従って要するに、特に乗用車における駐車ブレーキ又はパーキングブレーキ１２の電動モータ的な操作のためのアクチュエータ１５は、供給可能なトルクを相応に上昇させながら回転数を下げるために、軸方向で多段にカスケード化された遊星歯車伝動装置１０を有している。この場合、内側歯列が設けられたケーシングに固定された支持リング３７の軸方向の１つの列に応じて、それぞれ１つのピニオン３０を備えたプラネットキャリア３８が設けられており、このピニオン自体は、次の伝動装置段３５のプラネットキャリア３８上のプラネットギア３４のためのサンギアとして形成されていて、最後の伝動装置段３５．ｉのプラネットキャリア３８．ｉの中央の軸根はもはやサンギアとしてではなく、トルク放出のための出力軸２３として働く。入力軸と、出力軸２３にまで同心的に伝動装置１０を貫通して、本発明によれば、両端部で半径方向に支承されているセンタピン２９が延びている。このセンタピン２９自体は、入力軸と出力軸２３の重複規定された半径方向の支承のため、ならびに入力軸と出力軸２３の間に支承された、軸方向で互いにずらされたプラネットキャリア３８もしくは、個々の伝動装置段３５のサンギアの半径方向の支承のために働く。この場合、センタピン２９は、中央領域における付加的な半径方向の支承のために回動不能にプラネットキャリア３８の１つに結合されていて、そのうえ、伝動装置ケーシング３３はその両端部でそれぞれ、センタピン２９上にも支承された第１のサンギアを備えた入力軸のための支承リングとして、もしくは、出力軸２３上にセンタピン２９も支承している最後のプラネットキャリア３８のための支承リングとして形成されているまたは設けられている。

小型高速電動モータと、減速ベルト伝動装置を介して前記モータによって駆動される多段カスケード型遊星歯車伝動装置とを平行に収容するためのアクチュエータケーシングを主に機能する部材に限って示した縦断面図である。

Claims (10)

1. 多段式の遊星歯車伝動装置（１０）が設けられた、該伝動装置の最後の段のプラネットキャリア（３８．ｉ）の手前に出力軸（２３）を有している、電動モータ式のブレーキアクチュエータ（１５）において、
   遊星歯車伝動装置（１０）を貫通して出力軸（２３）にまで延びているセンタピン（２９）の端部のための半径方向の支承部を備えたケーシング（１７）を有しており、軸方向で互いにずらされたプラネットキャリア（３８）に、同心的にカスケード状に配置された複数の遊星歯車伝動装置段（３５）が半径方向で支承されていて、遊星歯車伝動装置段のプラネットキャリア（３８）にはそれぞれ１つのピニオン（３０）が、ケーシングに固定された支持リング（３７）内で転動する、この遊星歯車伝動装置段の次の段の遊星歯車伝動装置段のプラネットギア（３４）のためのサンギアとして設けられており、センタピン（２９）がプラネットキャリア（３８）の１つに相対回動不能に配置されており、該プラネットキャリアは、最初のサンギアと最後のプラネットキャリア（３８）との間のほぼ真ん中に位置するものであることを特徴とする、電動モータを備えたブレーキアクチュエータ。
2. 支持リング（３７）とともに形成された、または支持リング（３７）が備えられた伝動装置ケーシング（３３）の両端部がそれぞれ、センタピン（２９）上にも支承された第１のサンギアのための支承リングもしくはセンタピン（２９）をも支承する最後のプラネットキャリア（３８）のための支承リングとして形成されている、または設けられている、請求項１記載のアクチュエータ。
3. 第１の遊星歯車伝動装置段（３５．１）に少なくとも２つのプラネットギア（３４）が、それぞれ次の遊星歯車伝動装置段（３５）に、それぞれ拡大された直径を有する支持リング（３７）の内側で、少なくとも前段（３５）と同じ数のプラネットギア（３４）が、センタピン（２９）に半径方向で支承されたプラネットキャリア（３８）上に配置されている、請求項１または２記載のアクチュエータ。
4. センタピン（２９）に半径方向で支承された入力軸のサンギアに、伝動装置ケーシング（３３）の外側で、モータ（２２）のトランスミッション（２８）のベルトプーリ（２７）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
5. 端面側に第１のサンギアを備えた、センタピン（２９）上に半径方向で支承された入力軸が、入力軸のための別の半径方向支承部として働く、ポット状の伝動装置ケーシング（３３）に設けられた底面開口（３１）に係合する、請求項１から４までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
6. センタピン（２９）を端面側で半径方向で支承するケーシングカバー（２０）に、モータ収容部（１８）にモータ（２２）を保持するための成形部（２１）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
7. 軸方向で互いに相前後して設けられた伝動装置段（３５）のプラネットギア（３４）のための、内側歯列が設けられた支持リング（３７）が、伝動装置ケーシング（３３）において繊維強化プラスチックから形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
8. 少なくとも最初の遊星歯車伝動装置段（３５．１）のプラネットギア（３４．１）が繊維強化プラスチックから製造されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
9. 少なくとも最後の遊星歯車伝動装置段（３５．ｉ）のプラネットキャリア（３８）と、さらにはプラネットギア（３４．ｉ）とが焼成金属から製造されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
10. 第１のサンギアが焼成金属から製造されていて、その周囲にプラスチックが射出成形されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のアクチュエータ。

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