KR20210095119A - 피봇 베어링을 갖는 조향 장치 시스템 - Google Patents

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KR20210095119A
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위르겐 게프하르트
제뤼아스 모하마트
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 웜 휠(3) 및 웜 샤프트(4)를 포함한 웜 기어 세트(2)를 갖는 차량용 조향 장치 시스템(1)에 관한 것으로서, 웜 샤프트(4)는, 피봇 베어링(6)에 의해 웜 기어 세트(2)의 하우징 내의 적어도 하나의 베어링 포인트(5)에서 회전식으로 장착된다. 피봇 베어링(6)은, 단일 행 표준 딥 그루브 볼 베어링을 이용한 피봇 베어링과 비교하면, 증가된 하중 역량을 갖는다. 본 발명은 내부 링(11)과 외부 링(12)용 피봇 베어링(6)에 또한 관한 것으로, 복수의 롤링 요소(17)가 내부 링(11)과 외부 링(12) 사이에 배열된다. 베어링 링(11, 12) 중 하나는 완전 링으로 설계되고 다른 베어링 링(11, 12)은 분할 베어링 링(21)으로 설계되며, 분할 베어링 링(21)은 제1 링 요소(22)와 제2 링 요소(23)를 갖는다.

Description

피봇 베어링을 갖는 조향 장치 시스템
본 발명은, 독립 청구범위의 전제부에 따라 피봇 베어링을 갖는 차량용 조향 장치 시스템에 관한 것이다.
현대식 자동차는, 운전자가 조향 장치를 움직이는 동안에 해당 조향력 보조 장치에 의해 조향력을 감소시키는, 조향 장치 시스템을 사용한다. 이것은, 유압식 서보 보조 조향력에 의하거나 전기식 또는 전자 유압식 보조 조향력의 알려진 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 차량 측에 조향 토크를 발생시켜 차량 운전자에게 권장 조향 이동을 알리는 조향 장치 시스템이 공지되어 있다. 전기식 보조 조향 장치 시스템에서는 전기 구동 모터를 통상 사용하며, 이는, 차량 휠을 돌리는 데 상응하는 높은 조향 토크를 생성하도록, 웜 기어 세트를 통해 조향 장치 샤프트에 작용한다.
피봇 베어링으로 설계된, 하우징 내의 제1 롤링 베어링을 통해, 웜 샤프트가 구동 샤프트를 대면하는 측에 장착되고 웜 샤프트의 축 방향에 가로질러 특정 틸팅 이동을 허용하는 해결책이 종래 기술로 알려져 있다. 웜 샤프트는 제2 롤링 베어링에 의해 이의 대향 말단 섹션에서 지지되고, 이는 웜 휠 방향으로 웜 샤프트에 예압력을 유발하는 예압 요소를 통해. 웜 기어 세트의 기어 하우징에 연결된다. 따라서, 웜 샤프트는, 웜 휠과 웜 샤프트 상의 톱니와의 일정한 체결을 실질적으로 달성하기 위해, 필요에 따라 피봇 베어링 주위로 틸팅할 수 있다.
DE 10 2016 221 076 A1은, 웜 휠과 상호 작용하는 웜 샤프트를 포함한, 웜 기어 세트를 갖는 차량용 조향 장치 시스템을 개시한다. 웜 샤프트와 웜 휠 사이의 체결을 최적화하기 위해, 회전 베어링을 조향 장치 시스템의 하우징에 대해 틸팅할 수 있다. 이 경우, 회전 베어링과 하우징 사이에 고무 탄성 요소가 제공되고, 이는 하우징에서 로커 베어링의 반경 방향 및 축 방향 지지를 유발한다. 또한, 축 방향의 예압력을 생성하기 위해, 스프링 요소가 제공된다.
그러나, 공지된 해결책의 단점은, 사용 가능한 설치 공간과 관련하여 피봇 베어링의 하중 용량이 제한되어서 잘못 사용하는 경우에 높은 하중으로 인해 피봇 베어링을 손상시킬 수 있는 점이다.
본 발명의 목적은, 종래 기술로부터 알려진 조향 장치 시스템과 비교하면, 베어링 설치 공간의 변화 없이 더 높은 하중 용량을 갖는 피봇 베어링을 이용한 조향 장치 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은, 웜 휠과 웜 샤프트를 갖는 웜 기어 세트를 갖는, 차량용 조향 장치 시스템에 의해 달성되며, 상기 웜 샤프트는, 상기 웜 기어 세트의 하우징에서 피봇 베어링에 의해 적어도 하나의 베어링 포인트에 회전식으로 장착된다. 상기 피봇 베어링은 외부 링, 및 제1 링 요소와 제2 링 요소를 갖는 분할 내부 링을 갖는다. 이러한 구조는, 단일 행 표준 볼 베어링을 갖는 피봇 베어링과 비교하면, 상기 피봇 베어링으로 하여금 하중 용량 또는 정격 하중을 증가시킬 수 있다. 이러한 맥락에서, 표준 딥 그루브 볼 베어링(standard deep groove ball bearing)은 단일편 내부 링과 단일편 외부 링을 갖는 볼 베어링으로 이해되며, 여기서 볼에 대한 볼 레이스는 베어링 링에 형성되고, 복수의 볼은 내부 링과 외부 링 사이에 배열되고, 이들은 베어링 링의 볼 레이스에서 가이딩된다. 단일편 베어링 링을 이용하면, 내부 링을 외부 링에 삽입하고, 볼을 충진하고 난 다음 탄성적으로 외부 링을 변형시킴으로써 딥 그루브 볼 베어링이 설치되기 때문에, 볼 개수 및 베어링 링의 볼 레이스의 숄더 높이 및 표준 딥 그루브 볼 베어링의 관련 하중 용량은 제한된다. 이 방법을 사용하면, 최대 가능한 탄성 링 변형에 따라, 사용 가능한 레이스 갭의 최대 약 60%의 볼 충진 레벨 수준이 원주 방향에서 달성된다. 본 발명에 따른 피봇 베어링은, 이 충진도를 최대 100%까지 증가시킬 수 있으며, 이에 의해 정격 하중은 피봇 베어링의 표준 딥 그루브 볼 베어링과 비교하면 따라서 증가되고, 피봇 베어링의 하중 용량은 동일한 설치 공간을 이용하여 증가시킬 수 있도록 한다. 분할 내부 링은 롤링 요소, 특히 볼을 피봇 베어링 안으로 충진하는 것을 단순화한다. 결과적으로, 분할 내부 링이 폐쇄되기 전에 롤링 요소를 충진할 수 있고, 그 결과 단일편 베어링 링을 갖는 동일한 크기의 롤링 베어링을 이용하는 것보다 더 많거나 더 큰 롤링 요소를 충진할 수 있다.
대안적으로, 피봇 베어링이 내부 링과 분할 외부 링을 갖는, 피봇 베어링도 생각할 수 있다. 분할 내부 링에 대안적인 것으로서, 롤링 베어링용 분할 외부 링을 사용하는 것이 가능하다. 분할 가능한 외부 링은 또한, 베어링 링이 폐쇄되기 전에 롤링 요소를 피봇 베어링에 충진하는 것이 가능할 수 있다. 결과적으로, 더 많거나 더 큰 롤링 요소를 또한 사용할 수 있고, 피봇 베어링의 하중 용량을 증가시킬 수 있다.
종속 청구범위에 나열된 특징부로 인해, 독립 청구범위에 언급된 롤링 베어링의 유리한 개선과 추가 발전도 가능하다.
축 방향 외부에 있는 분할 내부 링의 숄더가, 0.2 초과의 숄더 높이 인자로 증가된 숄더 높이를 갖는 것이 특히 바람직하다. 돌출된 숄더는, 피봇 베어링이 축 방향으로 더 큰 힘을 흡수할 수 있게 하여, 결과적으로 피봇 베어링의 베어링 하중을 더 증가시킬 수 있다. 분할 베어링 링은, 베어링 링이 폐쇄하기 전에 볼을 충진하고 외부 링의 탄성 변형을 통해 폐쇄가 일어나지 않기 때문에, 더 높은 숄더가 따라서 가능하다.
조향 장치 시스템의 바람직한 구현예에서, 피봇 베어링은, 동일한 직경의 단일 행 표준 딥 그루브 볼 베어링과 비교하면, 더 많은 수의 볼을 갖는 볼 베어링을 포함한다. 내부 링 또는 외부 링으로서 분할 베어링 링을 사용하면, 피봇 베어링의 트랙에 볼을 더 쉽게 충진할 수 있다. 또한, 볼의 수가 베어링 링의 탄성에 의해 제한되지 않기 때문에, 피봇 베어링에 더 많은 볼을 충진하는 것이 가능하다. 추가 볼에 의해 피봇 베어링의 하중 용량이 증가할 수 있고, 이는 하중이 증가하는 경우에 조향 장치 시스템에 손상을 줄 위험을 감소시킨다.
대안적으로, 피봇 베어링은, 동일한 직경의 단일 행 표준 볼 베어링과 비교하면, 더 큰 볼을 갖는 볼 베어링을 포함한다. 피봇 베어링의 하중 용량은 또한, 더 큰 볼을 사용함으로써 증가할 수 있다. 그러나 더 큰 볼을 사용하려면, 베어링 링 중 적어도 하나가 베어링 링 사이의 레이스에 볼을 충진하기 위해 분할 베어링 링으로 설계됨을 가정한다.
조향 장치 시스템을 유리하게 개선하려면, 조향 장치 시스템은, 운전자의 조향력 또는 조향 토크를 증대시키기 위한, 전기식 조향 보조 장치를 갖는다. 운전자의 조향력은, 전기식 조향 보조 장치를 통해 증가할 수 있다. 대안적으로 조향력을 위한 유압식 서보 보조 장치도 가능하다. 그러나, 전기식 조향 보조 장치는, 추가적인 작동 유체가 필요하지 않고 조향 보조 장치가 전반적으로 더 쉽게 수행될 수 있는, 장점을 제공한다.
본 발명에 따라, 내부 링과 외부 링을 갖는 조향 장치 시스템용 피봇 베어링이 제안되며, 여기서 복수의 롤링 요소는 내부 링과 외부 링 사이에 배열되고, 베어링 링 중 하나는 단일편 베어링 링으로 설계되고, 다른 하나는 분할 베어링 링으로 설계되고, 상기 분할 베어링 링은 제1 링 요소와 제2 링 요소를 갖는다. 단일편 제1 베어링 링과 분할 제2 베어링 링을 갖는 피봇 베어링은 조향력, 조향 토크, 및 피봇 베어링의, 특히 조향 장치 시스템에 웜 샤프트를 장착하기 위한 피봇 베어링의 하중 용량을 증가시킬 수 있거나 내구성을 증가시킬 수 있거나 손상 위험을 감소시킬 수 있다.
피봇 베어링을 유리하게 개선하려면, 분할 베어링 링의 숄더는, 단일편 베어링 링과 비교하여 0.2 초과의 숄더 높이 인자로 증가된 숄더 높이를 갖는다. 숄더 높이가 높을수록, 축 방향으로 피봇 베어링의 하중 용량을 향상시킬 수 있어서, 축 방향 하중을 더 많이 전달할 수 있다.
레이스 기하 형상은, 바람직하게는 10°보다 큰 압력 각도의 4-포인트 베어링으로 설계된다.
본 출원에 인용된 본 발명의 다양한 구현예는, 달리 개별적인 경우로 나타내지 않는 한, 유리하게 조합될 수 있다.
다음에서, 본 발명은 바람직한 예시적 구현예 및 해당 도면에 의해 보다 상세하게 설명된다. 도면 중,
도 1은, 본 발명에 따라 피봇 베어링을 갖는 본 발명에 따른 조향 장치 시스템의 예시적인 구현예를 나타낸다.
도 2는, 조향 장치 시스템용 본 발명에 따른 피봇 베어링의 바람직한 예시적 구현예를 나타낸다.
도 1에, 본 발명에 따라 피봇 베어링(6)을 갖는 본 발명에 따른 조향 장치 시스템(1)의 예시적인 구현예를 나타낸다. 조향 장치 시스템은 웜 기어 세트(2)를 갖고, 이를 이용해 조향 토크가 웜 샤프트(4)에서 웜 휠(3)로 전달된다. 이런 목적으로 톱니(7)가 웜 휠(3)에 형성되고, 이는 웜 샤프트(4)의 톱니 섹션(8)과 맞물린다. 웜 샤프트(4)는 웜 기어 세트(2)의 하우징 내의 적어도 하나의 베어링 포인트(5), 바람직하게는 적어도 두 개의 베어링 포인트(5)에 회전식으로 장착된다. 조향 장치 시스템(1)은, 전기식 조향 보조 장치 시스템(1)으로 바람직하게 설계된다. 이를 위해, 조향 장치 시스템(1)은, 조향 각도를 변경하기 위해 운전자의 조향력을 지지하는, 전기식 조향 보조 시스템(9)을 포함한다. 웜 샤프트(5)는 본 발명에 따라 피봇 베어링(6)에 의해 구동 측면에 장착된다. 구동 측면으로부터 멀리 대면하는 측면 상에, 웜 샤프트(5)는, 플로팅 베어링(25)으로 설계된 제2 롤링 베어링(24)에 의해 장착된다. 플로팅 베어링(25)은 예압 요소에 의해 웜 샤프트(5) 상에 반경 방향으로 가압되어, 웜 샤프트(5) 상의 톱니 섹션(8)과 웜 휠(3) 상의 톱니 섹션(7) 사이의 톱니 역할을 제로로 감소시킨다.
도 2에서, 본 발명에 따른 피봇 베어링(6)은 이러한 조향 장치 시스템(1)에 대해 스페셜 베어링(10)으로 나타나 있다. 피봇 베어링(6)은, 제1 링 요소(22)와 제2 링 요소(23)를 포함한, 분할 내부 링을 갖는다. 피봇 베어링(6)은 또한, 단일편 외부 링(12)으로 설계된, 외부 링(12)을 갖는다. 분할 내부 링(21)과 외부 링(12) 사이에, 복수의 롤링 요소(17)가 있고, 이는 예시적인 구현예에서 볼(18)로 설계된다. 그러나, 다른 공지된 형태의 롤링 요소, 특히 테이퍼형 롤러도 또한 가능하다. 롤링 요소(17)용 레이스가 외부 링(12) 상에 형성되어, 가능하면 적은 마찰로 외부 링(12)상에서 롤링 요소를 굴릴 수 있다. 롤링 요소용 제1 레이스(15)는 제1 링 요소(22) 상에 형성되고, 제2 레이스(16)는 제2 링 요소(23) 상에 형성되고, 이는, 외부 링(12)의 레이스와 함께 롤링 요소(17)를 가이딩 한다. 피봇 베어링(6)의 외부 링(12)은 피봇 베어링(6)의 피봇 링에 틸팅 가능하게 수용되고, 이는 피봇 이동 또는 틸팅 이동시켜 피봇 베어링(6)의 축 방향을 보상한다. 이를 위해, 외부 링(12)은, 이의 반경 방향 외부 표면이 볼록한 형상을 갖고, 피봇 링은 반경 방향 내부 표면이 오목한 형상을 갖고 있어, 외부 링(12)과 피봇 링 사이에서 보상 이동이 가능하다. 피봇 링(6)은 또한, 서로에 대해 롤링 요소(17)를 위치 설정하는 케이지(13)를 갖는다. 또한, 피봇 베어링(6)은, 먼지가 롤링 요소(17)의 레이스(15, 16) 부위로 침투하는 것을 방지하고 윤활제가 이 부위로부터 탈출하는 것을 방지하도록 하는, 밀폐 요소(14)를 포함한다. 분할 내부 링(21)으로 인해, 두 개의 링 요소(22, 23) 상의 숄더를 단일편 내부 링(11)보다 높게 만들 수 있으며, 이에 따라 피봇 베어링의 하중 용량이 증가한다. 또한, 내부 링(21)이 볼(18)을 충진하기 위해 분할될 수 있고 볼(18)의 충진이 이런 식으로 더 용이해지기 때문에, 표준 딥 그루브 볼 베어링과 비교하면 동일한 직경을 갖고 더 많은 볼 및/또는 더 큰 볼을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 분할 내부 링(21)의 두 개의 링 요소(22, 23) 상의 더 높은 숄더는 더 큰 축 방향 하중이 전달되도록 한다. 분할 내부 링을 갖는 롤링 베어링의 조립 공정은, 단일편 베어링 링(11, 12)을 갖는 단일 행 롤링 베어링의 조립 공정과 다음과 같이 상이하다. 분할 내부 링(21)의 외부 링(12)과 제1 링 요소(22)는, 롤링 요소(17)로 충진되고, 케이지(13)가 장착된 다음에 비로소 분할 내부 링(21)의 제2 링 요소(23)가 부착된다.
1 조향 장치 시스템
2 웜 기어 세트
3 웜 휠
4 웜 샤프트
5 베어링 포인트
6 피봇 베어링
7 톱니
8 톱니 섹션
9 전기식 조향 보조 장치
10 스페셜 베어링
11 내부 링
12 외부 링
13 케이지
14 밀폐 요소
15 제1 레이스
16 제2 레이스
17 롤링 요소
18 볼
21 분할 내부 링
22 제1 링 요소
23 제2 링 요소
24 롤링 베어링
25 플로팅 베어링

Claims (7)

  1. 웜 휠(3) 및 웜 샤프트(4)를 포함한 웜 기어 세트(2)를 갖는 차량용 조향 장치 시스템으로서, 웜 샤프트(4)는, 웜 기어 세트(2)의 하우징 내에 적어도 하나의 베어링 포인트(5)에서 피봇 베어링(6)에 의해 회전식으로 장착되고, 피봇 베어링(6)은 외부 링(12), 및 제1 링 요소(22)와 제2 링 요소(23)을 갖는 분할 내부 링(21)을 갖는 것을 특징으로 하는, 조향 장치 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 축 방향으로 분할 내부 링(21) 또는 외부 링(12) 상의 외부 숄더는, 0.2 초과의 숄더 높이 인자로 증가된 숄더 높이를 갖는 것을 특징으로 하는, 조향 장치 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피봇 베어링(6)은, 동일한 직경의 단일 행 표준 딥 그루브 볼 베어링과 비교하면 더 많은 수의 볼(18)을 갖는 볼 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는, 조향 장치 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 조향 장치 시스템(1)은, 조향력 또는 조향 토크를 증대시키는 전기식 조향 보조 장치(9)를 갖는 것을 특징으로 하는, 조향 장치 시스템(1).
  5. 내부 링(11)과 외부 링(12)을 갖는 조향 장치 시스템용 피봇 베어링(6)으로서, 복수의 롤링 요소(17)는 내부 링(11)과 외부 링(12) 사이에 배열되고, 베어링 링(11, 12) 중 하나는 완전 링으로 설계되고, 다른 베어링 링(11, 12)은 분할 베어링 링(21)으로 설계되며, 분할 베어링 링(21)은 제1 링 요소(22)와 제2 링 요소(23)를 갖는 것을 특징으로 하는, 피봇 베어링(6).
  6. 제5항에 있어서, 분할 내부 링(21) 상의 숄더는, 0.2 초과의 숄더 높이 인자로 증가된 숄더 높이를 갖는 것을 특징으로 하는, 피봇 베어링(6).
  7. 제5항 및 제6항에 있어서, 트랙 기하 구조는 10° 초과의 압력 각도를 갖는 4-포인트 베어링으로 설계되는 것을 특징으로 하는, 피봇 베어링(6).
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