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CN112969629A - 循环球式转向装置 - Google Patents

循环球式转向装置 Download PDF

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CN112969629A
CN112969629A CN201980072344.4A CN201980072344A CN112969629A CN 112969629 A CN112969629 A CN 112969629A CN 201980072344 A CN201980072344 A CN 201980072344A CN 112969629 A CN112969629 A CN 112969629A
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A·科根
J-H·米勒
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Abstract

本发明涉及一种循环球式转向装置(1)，用于将转向运动传递到转向摆臂(30)上，所述循环球式转向装置具有：壳体(10)，所述壳体具有布置在所述壳体(10)内的转向活塞(20)，其中，所述转向活塞(20)包括球丝杠传动机构(27)并且能沿着其纵轴线移动；和电致动器(40)，用于支持所述转向活塞(20)的运动。

Description

循环球式转向装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆、尤其是商用车的循环球式转向装置，用于将转向运动传递到转向摆臂上。本发明还涉及一种车辆、尤其是商用车，其包括根据本发明的循环球式转向装置。
背景技术
循环球式转向装置尤其用在轻型和重型商用车中，并且形成转向传动装置的部分，该转向传动装置视结构形式而定或者直接地或者间接地通过连杆将方向盘的旋转运动传递到横拉杆上。循环球式转向装置是一种螺杆转向装置，其中，螺杆与螺母之间的力由在螺道中循环的球来传递。
这种转向传动装置早已公知，并且可在多种实施方案中获得。例如，文献DE 102014 106 488 A1和DE 10 2014 106 493 A1描述了循环球式转向装置，其中，通过使用液压来获得转向支持。
然而，液压系统具有复杂的基础结构。因此，除了昂贵的液压管道外，还需要其他部件，例如泵、软管或密封件。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种与现有技术相比改进的循环球式转向装置，尤其是提供一种具有明显简化的基础结构的循环球式转向装置。
根据本发明，该任务通过具有独立权利要求1的特征的循环球式转向装置来解决。在从属权利要求中给出有利的其他构型。
根据本发明的循环球式转向装置具有壳体，该壳体具有布置在壳体内的转向活塞，其中，该转向活塞包括球丝杠传动机构并且可以沿着其纵轴线移动。此外，根据本发明的循环球式转向装置包括电致动器，用于支持转向活塞的运动。
发明人已经认识到，通过至少一个球丝杠传动机构与电致动器的组合可以实现不需要液压部件就能实现的循环球式转向装置。转向运动所需的助力支持以纯电的方式进行。
因为可以因此省去昂贵的液压系统并且简单的插头足以对电致动器供应电能，所以在用户侧显著简化了根据本发明的循环球式转向装置的装配。
此外已经表明，利用这种布置可以实现特别紧凑的循环球式转向装置。
在一个优选的实施变型中，转向活塞具有第二球丝杠传动机构，该第二球丝杠传动机构与电致动器耦合，尤其是在该电致动器中将球丝杠传动机构的螺母与电致动器的转子组合。因为球丝杠传动机构具有非常高的效率，所以通过将螺母与转子组合可以使用功率更低的电致动器，这对循环球式转向装置的尺寸具有特别有利的影响。
在另一优选的实施变型中，电致动器通过力传递器件与转向活塞连接。力传递器件能够实现电致动器与转向活塞之间的空间分隔，从而循环球式转向装置可以在空间几何尺寸方面专门地匹配于用户规定。
在另一优选的实施变型中，转向活塞包括第二球丝杠传动机构，该第二球丝杠传动机构通过力传递器件与电致动器耦合。
力传递器件优选地从以下组中选出，所述组包括齿带传动装置、链传动装置、齿轮传动装置、锥齿轮传动装置、准双曲面齿轮传动装置、冠状齿轮传动装置或蜗轮蜗杆传动装置。
在一个特别优选的实施变型中，循环球式转向装置不具有液压单元，从而对转向活塞的运动的支持仅以电的方式进行。
根据另一方面，本发明涉及一种车辆、尤其是商用车，其具有根据本发明的循环球式转向装置。
根据本发明的装置的其他优点和特征由从属权利要求得出，这些从属权利要求涉及本发明的有利构型并且不应被理解为限制性的。本发明也包括不同从属权利要求的特征的组合，只要这些从属权利要求在技术上是可能的，即使这些从属权利要求彼此不相关或者这些从属权利要求属于不同权利要求类别。这也适用于以下讨论的实施例的各个特征，只要这些特征对于本领域技术人员而言不被认为是强制性属于彼此。
附图说明
下面描述的实施例设置用于为本领域技术人员进一步阐释本发明。借助附图来阐释实施例。在附图中示出：
图1根据本发明的循环球式转向装置的第一实施变型的横截面；
图2根据本发明的循环球式转向装置的第二实施变型的横截面；
图3根据本发明的循环球式转向装置的第三实施变型的横截面；
图3a图3中的根据截面A-A的实施变型的图示；
图4根据本发明的循环球式转向装置的第四实施变型的横截面；
图4a图4中的根据截面A-A的实施变型的图示；
图5根据本发明的循环球式转向装置的第五实施变型的横截面；
图6根据本发明的循环球式转向装置的第六实施变型的横截面；
图6a示出图6中的根据截面A-A的实施变型的图示；
图7根据本发明的循环球式转向装置的第七实施变型的横截面；
图7a示出图7中的根据截面A-A的实施变型的图示；
图8根据本发明的循环球式转向装置的第八实施变型的横截面；
图9根据本发明的循环球式转向装置的第九实施变型的横截面；
图10根据本发明的循环球式转向装置的第十实施变型的横截面；
图11根据本发明的循环球式转向装置的第十一实施变型的横截面；
图12根据本发明的循环球式转向装置的第十二实施变型的横截面；
图13根据本发明的循环球式转向装置的第十三实施变型的横截面；
图13a图13中的根据截面A-A的实施变型的图示；和
图13b根据本发明的循环球式转向装置的第十四实施变型的横截面。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于将转向运动从方向盘(未示出)传递到转向摆臂30上的循环球式转向装置1的第一实施变型。
循环球式转向装置1具有壳体10，该壳体具有布置在壳体10内的转向活塞20，该转向活塞可以沿着纵轴线X-X运动。转向活塞20由多个单个部件组成，并且还包括转向螺母21、转向蜗杆26和球循环部27，其中，转向螺母21、转向蜗杆26和球循环部27构成第一球丝杠传动机构27，进而构成第一作用点，利用该第一作用点将旋转运动转换为平移运动。
转向螺母21滑动地布置在壳体10内，从而可以实施转向活塞20的轴向纵向移动。转向螺母21在外侧具有齿部区域22，转向轴24的齿23啮合到该齿部区域中。转向轴24在此与转向摆臂30连接，从而转向活塞20沿着纵轴线X-X的纵向移动引起转向轴24的扭转，进而引起转向摆臂30的扭转。转向活塞20的纵向移动由驾驶员通过旋转的驱动轴25引起，该驱动轴将未示出的转向发生器、例如方向盘与转向蜗杆26连接。
此外，循环球式转向装置1包括横向于纵轴线X-X布置的电致动器40，该电致动器可以通过控制器50来操控。在当前实施变型中，电致动器40实施为电动机、尤其是横向电动机，并且布置在壳体10内。通过提供转矩，所述电致动器支持转向活塞20的纵向移动。为此，电致动器40包括围绕转向蜗杆26布置的与壳体10固定连接的定子41并且包括与转向蜗杆26固定连接的转子42。因此，转向蜗杆26具有第二作用点，通过该作用点可以将转矩传递到转向蜗杆26上。
根据由定位在驱动轴25上的、例如用于检测旋转角度或转矩的传感器80检测到的驾驶员转向指令并且必要时根据其他车辆参数，通过控制器50来操控电致动器40。电致动器40在此提供转矩，该转矩支持转向蜗杆26的旋转运动，并且因此导致转向螺母21沿着纵轴线X-X的纵向移动，这又引起转向轴24的扭转，进而引起转向摆臂30的扭转。
在图2中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第二实施变型。与第一实施变型不同，循环球式转向装置1具有与前部区域12相对置地布置的后部区域11。在前部区域12中例如布置驱动轴25，该驱动轴延伸穿过壳体10并且可以与转向发生器连接。
此外，在当前实施变型中，转向活塞20具有活塞状延长部21a，该活塞状延长部包括第二球丝杠传动机构28并且延伸到循环球式转向装置1的后部区域11中。因此，转向活塞20在循环球式转向装置1的前部区域12中具有第一球丝杠传动机构27，并且在后部区域11中具有第二球丝杠传动机构28。
此外，在循环球式转向装置1的后部区域11中将电致动器40布置在壳体10内，该电致动器在当前实施变型中实施为电动机、尤其实施为空心轴伺服电动机。通过提供转矩，所述电致动器在此支持转向活塞20的纵向移动。布置在后部区域11中的定子41围绕活塞状延长部21a同心地布置并且与壳体10固定连接。在活塞状延长部21a与定子41之间布置转子42，该转子与第二球循环部29和活塞状延长部21a形成第二球丝杠传动机构28。由于这种特殊布置，活塞状延长部21a充分地在壳体10内受支承，从而省去了活塞状延长部21a的附加支承、例如借助于球轴承的支承。
此外，在后部区域11中将控制器50布置在壳体10外。
根据驾驶员转向指令，通过控制器50以及必要时通过其他车辆参数来操控电致动器40，该转向指令通过传感器80来检测。电致动器40在此提供转矩，该转矩在第二作用点上通过第二球丝杠传动机构28传递到转向活塞20上，并且支持转向活塞20沿着纵轴线X-X的纵向移动。
在图3和3a中示出根据本发明的用于将转向运动从方向盘(未示出)传递到转向摆臂30上的循环球式转向装置1的第三实施变型。
该循环球式转向装置1与第一实施变型的结构基本相同，不同之处在于，电致动器40的转矩通过力传递器件60、尤其是齿带传动装置610传递到转向蜗杆26上。在当前实施变型中，电致动器40布置在壳体10外并且实施为电动机、尤其实施为伺服电动机。
齿带传动装置610包括传动装置轮611和齿带612(图3a)。传动装置轮611与转向蜗杆26固定连接，并且因此具有第二作用点，通过该第二作用点可以将电致动器40的转矩传递到转向蜗杆26上。齿带612通过传动装置轮611和电致动器40的轴43被张紧。
在图4和图4a中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第四实施变型，其与第二实施变型的结构基本相同，不同之处在于，电致动器40的转矩通过力传递器件60、尤其是齿带传动装置610传递到转向活塞20上。在当前实施变型中，电致动器40布置在壳体10外并且实施为电动机、尤其实施为伺服电动机。
齿带传动装置610包括传动装置轮611和齿带612(图4a)。传动装置轮611通过传动螺母21b与活塞状延长部21a连接，并且因此具有第二作用点，通过该第二作用点可以将电致动器40的转矩传递到转向活塞20上。齿带612通过传动装置轮611和电致动器40的轴43被张紧。
传动螺母21b通过支承装置70、例如球轴承与壳体10连接，从而转向活塞20支承在壳体10内的至少两个彼此远离的点上并且在径向运动方面受限制。
在当前实施例中，电致动器40以及控制器50相对彼此布置成使得整个循环球式转向装置1是紧凑的结构单元。
替代地，电致动器40以及控制器50也可以相对彼此布置成使得整个循环球式转向装置1是长形的结构单元(图5)。
在图6和6a中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第六实施变型，其与第三实施变型的结构基本相同，不同之处在于，将链传动装置620用作力传递器件60。
链传动装置620包括多个链轮621、622、623以及链624(图4a)。链轮621与转向蜗杆26固定连接，并且因此具有第二作用点，通过该第二作用点可以将电致动器40的转矩传递到转向蜗杆26上。另一链轮622位于轴43上并且与其固定连接。链624在链轮621、622上运行并且通过链张紧轮623被张紧。
在图7和7a中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第七实施变型，其与第四实施变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括链传动装置620。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图4的实施变型中那样布置在后部区域11中。链轮621通过传动螺母21b与活塞状延长部21a连接，并且因此具有第二作用点，通过该第二作用点可以将电致动器40的转矩传递到转向活塞20上。另一链轮622位于电致动器40的轴43上并且与其固定连接。链624在链轮621和链轮622上运行并且通过链张紧轮623被张紧。
在图8中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第八实施变型，其与第三实施变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括齿轮传动装置630。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图3的实施变型中那样布置在壳体10的前部区域12中，并且包括多个齿轮631、632、633，这些齿轮彼此啮合并且因此将电致动器40的转矩传递到转向蜗杆26上。
在图9中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第九实施变型，其与第四实施变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括齿轮传动装置630。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图4的实施变型中那样布置在壳体10的后部区域11中，并且包括多个齿轮631、632、633，这些齿轮彼此啮合并且由此将电致动器40的转矩传递到转向活塞20上。
在图10中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第十实施变型，其与第三实施变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括锥齿轮传动装置640。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图3的实施变型中那样布置在壳体10的前部区域12中，并且包括两个传动装置轮641、642，这两个传动装置轮彼此啮合并且因此将电致动器40的转矩传递到转向蜗杆26上。
在图11中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第十一实施变型，其与第四实施变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括锥齿轮传动装置640。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图4的实施变型中那样布置在壳体10的后部区域11中，并且包括两个传动装置轮641、642，这两个传动装置轮彼此啮合并且因此将电致动器40的转矩传递到转向活塞20上。
在图12中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第十二实施变型，其与第三实施变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括冠状齿轮传动装置650。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图3的实施变型中那样布置在壳体10的前部区域12中，并且包括两个传动装置轮651、652，这两个传动装置轮彼此啮合并且因此将电致动器40的转矩传递到转向蜗杆26上。
在图13和13a中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第十三变型，其与第四变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括蜗轮传动装置650。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图4的实施变型中那样布置在壳体10的后部区域11中，并且包括两个传动装置轮661、662，这两个传动装置轮彼此啮合并且因此将电致动器40的转矩传递到转向活塞20上。
最后，在图13b中示出根据本发明的循环球式转向装置1的第十四变型，其与第三变型的结构基本相同，不同之处在于，力传递器件60包括蜗轮传动装置660。
在当前实施变型中，力传递器件60如在根据图3的实施变型中那样布置在壳体10的前部区域12中，并且包括两个传动装置轮661、662，这两个传动装置轮彼此啮合并且因此将电致动器40的转矩传递到转向蜗杆26上。
附图标记列表
1 循环球式转向装置
10 壳体
11 后部区域
12 前部区域
20 转向活塞
21 转向螺母
21a 活塞状延长部
21b 传动螺母
22 齿部区域
23 齿
24 转向轴
25 驱动轴
26 转向蜗杆
27 第一球循环部
27a 第一球丝杠传动机构
28 第二球丝杠传动机构
29 第二球循环部
30 转向摆臂
40 电致动器
41 定子
42 转子
43 轴
50 控制器
60 力传递器件
70 支承装置
80 传感器
610 齿带传动装置
611 传动装置轮
612 齿带
620 链传动装置
621 链轮
622 链轮
623 链张紧轮
624 链
630 齿轮传动装置
631 齿轮
632 齿轮
633 齿轮
640 锥齿轮传动装置
641 传动装置轮
642 传动装置轮
650 冠状齿轮传动装置
651 传动装置轮
652 传动装置轮
660 蜗轮传动装置
661 传动装置轮
662 传动装置轮

Claims (6)

1.一种循环球式转向装置(1)，用于将转向运动传递到转向摆臂(30)上，所述循环球式转向装置具有：
-壳体(10)，所述壳体具有布置在所述壳体(10)内的转向活塞(20)，其中，所述转向活塞(20)包括球丝杠传动机构(27)并且能沿着其纵轴线移动；和
-电致动器(40)，用于支持所述转向活塞(20)的运动。
2.根据权利要求1所述的循环球式转向装置(1)，其中，所述转向活塞(20)包括第二球丝杠传动机构(28)，所述第二球丝杠传动机构与所述电致动器(40)耦合。
3.根据权利要求1或2所述的循环球式转向装置(1)，其中，所述电致动器(40)通过力传递器件(60)与所述转向活塞(20)连接。
4.根据权利要求3所述的循环球式转向装置(1)，其中，所述力传递器件(60)从以下组中选出，所述组包括齿带传动装置(610)、链传动装置(620)、齿轮传动装置(630)、锥齿轮传动装置(640)、准双曲面齿轮传动装置、冠状齿轮传动装置(650)或蜗轮蜗杆传动装置(660)。
5.根据上述权利要求之一所述的循环球式转向装置(1)，其中，所述循环球式转向装置不包括液压单元，并且对所述转向活塞(20)的运动的支持仅以电的方式进行。
6.一种具有根据权利要求1至5之一所述的循环球式转向装置(1)的车辆。
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