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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug,
die ein Schneckenreduktionsgetriebe umfasst.
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Stand der
Technik
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug ist derart aufgebaut,
dass eine Drehausgabe eines Elektromotors als Hilfslenkdrehmoment durch
einen Getriebemechanismus reduziert und auf eine Lenkwelle übertragen
wird, um die auf ein Lenkrad ausgeübte Lenkkraft zum Lenken von
Fahrzeugräder
zu unterstützen.
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Bei
diesem Typ von elektrischer Servolenkvorrichtung wird die Kraft
auf eine Ausgabewelle übertragen,
wobei die Drehung des Elektromotors unter Verwendung des im Gehäuse vorgesehenen Getriebemechanismus
reduziert wird. Als Getriebemechanismus wird gewöhnlich ein Schneckenreduktionsgetriebe
verwendet, weil dieses hervorragende Anordnungseigenschaften aufweist.
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Bei
diesem Typ von Reduktionsgetriebe bringt die Drehmomentübertragung
unvermeidlich ein Spiel mit sich. Und durch das Spiel werden Klappergeräusche zwischen
den Zahnflächen
von Zähnen
erzeugt, wenn diese in der Rückwärtsrichtung gedreht
werden.
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Die
Zähnen
der Schnecke sind aus Metall ausgebildet, während die Zähne des Scheckenrads aus einem
Kunstharz ausgebildet sind, um das Drehmoment glatt zu übertragen
und die Klappergeräusche
zu reduzieren.
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Das
Schneckenreduktionsgetriebe ist ein Mechanismus zum Übertragen
von Drehungen zwischen zwei Wellen, die mit unterschiedlichen Achsenrichtungen
und mit einem Abstand zueinander entfernt angeordnet sind. Die Zahnflächen der Schnecke
und des Schneckenrads sind dabei derart ausgebildet, dass ihre Drehungen über einen
Gleitkontakt übertragen
werden, sodass ein Gleitverlust entsteht. Die Übertragungseffizienz liegt
im Bereich von 90%, auch wenn Getriebespezifikationen angewendet
werden, die einen umgekehrten Betrieb für eine Lenkvorrichtung erlauben.
Es werden also ein Verlust wenigstens 10% erzeugt.
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Dieser
Verlust von 10% äußert sich
in der Form einer Wärmeemission
an einem Kontaktteil zwischen den Zähnen auf, wobei sich die Wärmeerzeugung
proportional mit der Übertragungskraft
erhöht. Außerdem sind
die Zähne
des Schneckenrads aus einem Kunstharz ausgebildet, das im Vergleich
zu Metall einen schlechten Wärmeleitwert
aufweist. Die Zähne
aus Kunstharz leiten die Wärme
also schlecht ab, sodass sich die Temperatur des Kontaktteils zwischen
den Zähnen
der Schnecke und den Zähnen des
Schneckenrads extrem erhöhen
kann.
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Wenn
die Temperatur des Kontaktteils ansteigt, wird die Steifigkeit des
Kunstharzes der Zähne vermindert,
was zu einem starken Abrieb führt.
Außerdem
wird das Schmierfett beeinträchtigt,
sodass Schmiermängel
auftreten können.
Dadurch erhöht sich
der Reibungskoeffizient zwischen den Zahnflächen der Zähne und erhöht sich die Wärmeerzeugung
weiter. Der Abrieb der Zähne
aus Kunstharz verstärkt
sich also rasch, sodass die Zähne
aus Kunstharz eine vergleichsweise kurze Lebensdauer aufweisen.
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Wenn
also eine elektrische Servolenkvorrichtung in einem Fahrzeug mit
einem großen
Gewicht installiert werden soll, das eine große Hilfslenkkraft benötigt, wird
ein Schneckenreduktionsgetriebe mit einer großen Übertragungsleistung in Entsprechung
zu der großen
Hilfslenkkraft verwendet. Und tatsächlich ist ein Schneckenreduktionsgetriebe
mit einer noch größeren Übertragungskraft
erforderlich, weil die Zähne
aus Kunstharz durch die Wärmeerzeugung
beeinträchtigt
sind. Dies führt
zu einer Vergrößerung des
Schneckenreduktionsgetriebe, was wiederum die Montagemöglichkeiten
am Fahrzeug einschränkt.
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Es
besteht also ein Bedarf dafür,
eine durch den Wärmeverlust
verursachte Beeinträchtigung
der Zähne
zu verhindern, wobei die Lebensdauer durch eine Verbesserung der
Dauerhaftigkeit der Zähne verlängert wird
und das Schneckenreduktionsgetriebe verkleinert wird.
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Es
ist zu beachten, dass die offengelegte japanische Patentanmeldung
Nr.
2002-54696 einen Aufbau
angibt, in dem die Schnecke mit einem Schmiermittelreservoir versehen
ist, aus dem bei der Drehung der Schnecke ein Schmiermittel zu den Zähnen zugeführt wird,
um einen Abrieb der Zähne zu
verhindern und eine verbesserte Dauerhaftigkeit zu erreichen. Es
wird jedoch keine Kühlung
des Innenraums in der Getriebekammer des Schneckenreduktionsgetriebes
angegeben.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegenden Erfindung nimmt auf die oben genannten Umstände Bezug,
wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Servolenkvorrichtung
für ein
Fahrzeug anzugeben, mit der die Lebensdauer durch eine Verbesserung
der Dauerhaftigkeit der Zähne
verlängert
werden kann und ein Schneckenreduktionsgetriebe verkleinert werden kann.
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Um
die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird
eine elektrische Servolenkvorrichtung angegeben, die derart aufgebaut
ist, dass eine Drehausgabe einer Antriebsquelle als Hilfslenkdrehmoment
durch ein Schneckenreduktionsgetriebe verlangsamt und auf eine Lenkwelle übertragen
wird, um die auf ein Lenkrad ausgeübte Lenkkraft zum Lenken von
Fahrzeugrädern
zu unterstützen.
Die Servolenkvorrichtung für
ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Kühleinrichtung
zum Kühlen
des Innenraums in einer Getriebekammer des Schneckenreduktionsgetriebes.
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Weil
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kühleinrichtung
zum Kühlen
des Innenraums in der Getriebekammer des Schneckenreduktionsgetriebes vorgesehen
ist, wird die Schnecke gekühlt,
wobei auch die Zähne
des Schneckenrads gekühlt
werden. Dadurch wird eine Beeinträchtigung der Zähne verhindert,
die durch einen Wärmeverlust
veranlasst wird, sodass die Lebensdauer der Zähne durch eine verbesserte Dauerhaftigkeit
derselben verlängert werden
kann und das Schneckenreduktionsgetriebe verkleinert werden kann.
Die Montagemöglichkeiten des
verkleinerten Schneckenreduktionsgetriebes können dadurch verbessert werden.
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In
der Servolenkvorrichtung für
ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Kühleinrichtung
vorzugsweise durch einen Kühlventilator
gebildet werden, der an einer Schnecke des Schneckenreduktionsgetriebes
angebracht ist. Weil der Kühlventilator
an der Schnecke des Schneckenreduktionsgetriebes angebracht ist,
dreht sich der Kühlventilator
im Inneren des Schneckengetriebes, wenn sich die Schnecke dreht,
sodass die Luft in der Kammer zirkuliert und dabei die Schnecke
und die Zähne des
Schneckenrads kühlt.
Dadurch wird eine Verschlechterung der Zähne aufgrund eines Wärmeverlusts
verhindert, sodass die Lebensdauer der Zähne durch die verbesserte Dauerhaftigkeit
derselben verlängert
werden kann und das Schneckenreduktionsgetriebe verkleinert werden
kann. Das verkleinerte Schneckenreduktionsgetriebe bietet verbesserte Montagemöglichkeiten.
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Weiterhin
wird die Wärmeableitung
der Zähne
der Schnecke beschleunigt, indem Luft auf die Oberfläche der
Zähne der
Metallschnecke geblasen wird, die einen vergleichsweise hohen Wärmeleitwert aufweist.
Die Oberfläche
der Zähne
der Schnecke, die folglich eine geringere Temperatur aufweist, wird in
Kontakt mit den Zähnen
des Schneckenrads gebracht, wodurch eine weitere Verminderung der
Temperatur der Zähne
des Schneckenrads ermöglicht wird.
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Weiterhin
steigt die Wärmeerzeugungsmenge
(W) proportional zu der Übertragungsleistung
und kann wie folgt wiedergegeben werden: Zahnflächendrucklast (N) × Reibungskoeffizient × Gleitgeschwindigkeit
(m/s). Die Wärmeerzeugungsmenge
(W) ist auch proportional zu der Drehzahl. Deshalb wird ein Kühlventilator
vorgesehen, der den Luftfluss mit steigender Drehzahl erhöht, wodurch
die Wärme
von einem Kontaktteil der Zähne
effektiv durch die Luftkühlung
abgeleitet werden kann, sodass die Lebenszeit der Zähne des
Schneckenrads verlängert
werden kann.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Servolenkvorrichtung für
das Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Gehäuse des
Schneckenreduktionsgetriebes mit einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren
von Luft in der Getriebekammer versehen werden. Wenn das Gehäuse des Schneckenreduktionsgetriebes
mit einem Zirkulationspfad zum Zirkulieren von Luft in der Getriebekammer
versehen ist, kann die Luftzirkulation in der Getriebekammer beschleunigt
werden.
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Weiterhin
sind in einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Servolenkvorrichtung
für ein Fahrzeug
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise Wärmestrahlungsrippen
auf einer Außenfläche des
Gehäuses
des Schneckenreduktionsgetriebes ausgebildet.
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Indem
die Wärmestrahlungsrippen
auf der Außenfläche des
Gehäuses
des Schneckenreduktionsgetriebes ausgebildet sind, kann die Wärmeableitung
weiter verbessert werden.
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Es
ist zu beachten, dass bei der Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug
gemäß der vorliegenden Erfindung
die Antriebsquelle für
das Hilfslenkdrehmoment nicht auf einen Elektromotor beschränkt ist, sondern
dass auch andere Antriebsquellen verwendet werden können. Weiterhin
ist das Material für
die Zähne
des Schneckenrads nicht auf ein Kunstharz beschränkt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1A ist
eine vertikale Schnittansicht einer Servolenkvorrichtung in einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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1B ist
eine Seitenansicht eines Kühlventilators,
und
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Kühlventilators.
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Ausführungsform
der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Servolenkvorrichtung für ein Fahrzeug in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie
in 1A gezeigt, ist in der elektrischen Servolenkvorrichtung
in der vorliegenden Ausführungsform
eine Ausgabewelle 1 (Antriebswelle) über einen Drehbalken (nicht
gezeigt) mit einer Lenkwelle (nicht gezeigte Eingabewelle) verbunden,
die wiederum mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) verbunden ist. Ein
Schneckenrad 2 eines 5chneckenreduktionsgetriebes ist an
dieser Ausgabewelle 1 befestigt. Die Zähne 2a des Schneckenrads 2 sind
vorzugsweise aus Kunstharz ausgebildet.
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Ein
Elektromotor 4 ist an einem Gehäuse 3 angebracht,
das das Schneckenreduktionsgetriebe enthält. Eine Antriebswelle 5 des
Elektromotors 4 ist mit einem Keilvorsprung (Sägezahnvorsprung)
versehen.
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Eine
Schneckenwelle 7 mit einer Schnecke 6 des Schneckenreduktionsgetriebes
ist einstöckig
mit einem zylindrischen Teil 8 auf der Motorseite verbunden,
wobei eine Innenfläche
des zylindrischen Teils 8 mit einer Keilvertiefung (oder
einer Sägezahnvertiefung)
versehen ist.
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Der
zylindrische Teil 8 ist über den Keil bzw. den Sägezahn mit
der Antriebswelle 5 des Elektromotors 4 verbunden,
sodass sich die Schneckenwelle 7 zusammen mit der Antriebswelle 5 in
der Axialrichtung dreht.
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Die
Schneckenwelle 7 wird drehbar durch Lager 9, 10 an
beiden Seiten im Gehäuse 3 gehalten.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der Kühlventilator 20 an
der Schneckenwelle 7 des Schneckenreduktionsgetriebes angebracht
und kann sich zusammen mit der Schneckenwelle 7 drehen.
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Wie
in 1B und 2 gezeigt, ist der Kühlventilator 20 derart
aufgebaut, dass ein aus Kunstharz gegossener Flügelteil an einem Metallkern 21 befestigt
ist. Der derart aufgebaute Kühlventilator 20 ist
fest auf die Schneckenwelle 7 pressgepasst.
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Das
Gehäuse 3 ist
mit einem Zirkulationspfad 23 versehen, durch den ein Teil
auf der Seite der Schneckenwelle 7 und ein Teil auf der
Seite des Schneckenrads 2 in der Getriebekammer 11 miteinander
kommunizieren. Der Zirkulationspfad 23 dient dazu, die
Luft in der Getriebekammer 11 zu zirkulieren.
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Weiterhin
ist eine Außenfläche des
Gehäuses 3 mit
einer Vielzahl von Wärmestrahlungsrippen 24 versehen.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist
der Kühlventilator 20 an
der Schneckenwelle 7 angebracht. Deshalb dreht sich in
der Schneckengetriebekammer 11 der Kühlventilator 20, wenn
sich die Schneckenwelle 7 dreht, sodass die Luft in der
Getriebekammer 11 zirkuliert wird, wodurch die Schnecke 6 und
auch die Zähne 2a aus
Kunstharz des Schneckenrads 2 gekühlt werden. Dadurch wird eine Beeinträchtigung
der Zähne 2a aus
Kunstharz verhindert, die durch einen Wärmeverlust verursacht wird,
sodass die Lebensdauer der Zähne 2a aus Kunstharz
durch die verbesserte Dauerhaftigkeit verlängert werden kann und das Schneckenreduktionsgetriebe
verkleinert werden kann. Das verkleinerte Schneckenreduktionsgetriebe
bietet bessere Montagemöglichkeiten
am Fahrzeug.
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Die
Wärmeableitung
der Zähne
der Schnecke 6 wird beschleunigt, indem die Luft auf die
Oberfläche
der Zähne
der Metallschnecke 6 geblasen wird, die einen vergleichsweise
großen
Wärmeleitwert
aufweist. Die Oberfläche
der Zähne
der Schnecke 6, deren Temperatur folglich herabgesetzt
ist, wird in Kontakt mit den Zähnen 2a aus
Kunstharz des Schneckenrads 2 gebracht, wodurch eine weitere Herabsetzung
der Temperatur der Zähne 2a aus Kunstharz
des Schneckenrads 2 ermöglicht
wird.
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Dabei
steigt die Wärmerzeugungsmenge (W)
proportional zu der Übertragungsleistung
und kann wie folgt wiedergegeben werden: Zahnflächendrucklast (N) × Reibungskoeffizient × Gleitgeschwindigkeit
(m/s). Die Wärmeerzeugungsmenge
(W) ist auch proportional zu der Drehzahl. Deshalb erhöht der Kühlventilator 20 die
Luftflussrate, wenn die Drehzahl größer wird, wobei die Wärme von
einem Kontaktteil der Zähne 2a effektiv
durch die Luftkühlung
abgeleitet werden kann, sodass die Lebensdauer der Zähne 2a aus
Kunstharz des Schneckenrads 2 verlängert werden kann.
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Weiterhin
ist das Gehäuse 3 mit
dem Zirkulationspfad 23 zum Zirkulieren der Luft in der Getriebekammer 11 versehen,
sodass die Luftzirkulation in der Getriebekammer 11 weiter
verbessert werden kann.
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Wenn
zum Beispiel die Schneckenwelle 7 in einer Richtung gedreht
wird, dreht sich der Kühlventilator 20,
sodass die Luft in der Getriebekammer 11 entlang von etwa
der folgenden Route zirkuliert werden kann: Kühlventilator 20 – Schnecke 6 – Zähne 2a des
Schneckenrads 2 – Außenumfangsteil
des Schneckenrads 2 – Zirkulationspfad 23.
Wenn die Schneckenwelle 7 in der anderen Richtung gedreht wird,
fließt
die Luft in der entgegengesetzten Richtung.
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Weiterhin
ist die Außenfläche des
Gehäuses 3 mit
den Wärmestrahlungsrippen 24 versehen,
wodurch die Wärmestrahlungseigenschaft
weiter verbessert werden kann.
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Es
ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben
beschriebene Ausführungsform
beschränkt
ist und auf verschiedene Weise modifiziert werden kann. Bei der
Servolenkvorrichtung für
ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Antriebsquelle des Hilfslenkdrehmoments nicht auf einen
Elektromotor beschränkt,
sondern es können
auch andere Antriebsquellen verwendet werden. Weiterhin ist das
Material der Zähne des
Schneckenrads nicht auf ein Kunstharz beschränkt.
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Weil
wie oben erläutert
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kühleinrichtung
zum Kühlen
des Innenraums in der Getriebekammer des Schneckenreduktionsgetriebes
vorgesehen ist, wird die Schnecke gekühlt und werden auch die Zähne des
Schneckenrads gekühlt.
Dadurch wird eine Beeinträchtigung
der Zähne
aufgrund des Wärmeverlusts
verhindert, sodass die Lebensdauer der Zähne durch die verbesserte Dauerhaftigkeit
verlängert
werden kann und das Schneckenreduktionsgetriebe verkleinert werden
kann. Die Montagefähigkeiten
des verkleinerten Schneckenreduktionsgetriebes können dadurch verbessert werden.
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Zusammenfassung
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung ist derart aufgebaut, dass eine
Drehausgabe einer Antriebsquelle als Hilfslenkdrehmoment durch ein Schneckenreduktionsgetriebe
verlangsamt und auf eine Lenkwelle übertragen wird, um die auf
ein Lenkrad ausgeübte
Lenkkraft zum Lenken von Fahrzeugrädern zu unterstützen, wobei
die elektrische Servolenkvorrichtung eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Innenraums
einer Getriebekammer des Schneckenreduktionsgetriebes umfasst, die
die Luft in der Getriebekammer zirkuliert.