ITTO20060110A1 - Attuatore elettromeccanico lineare per un freno di stazionamento. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Attuatore elettromeccanico lineare per un freno di stazionamento"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un attuatore elettromeccanico lineare per un freno di stazionamento di un veicolo a motore.

Sono noti dispositivi frenanti associati ad attuatori elettromeccanici lineari comprensivi di un motore elettrico e di un gruppo di trasmissione che converte il movimento rotatorio impartito al rotore del motore elettrico in un movimento lineare di un organo in uscita che applica una forza frenante ai freni di stazionamento del veicolo tramite un cavo Bowden. Si vedano, ad esempio, WO-A-98/56633 e WO-A-2005/061293 . Gli attuatori sono associati a sensori che forniscono segnali indicativi dell'entità della forza frenante applicata.

Uno scopo generale dell'invenzione è di realizzare un attuatore costruttivamente semplice, che permetta di ottenere segnali precisi ed affidabili circa l'applicazione della forza frenante richiesta. Uno scopo particolare dell'invenzione è di ottenere tali segnali anche quando l'attuatore è associato ad un sistema di controllo elettronico estremamente semplificato, anche in caso di guasto o assenza di un sensore del tipo suddetto.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo l'invenzione da un attuatore elettromeccanico avente le caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse .

Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di una forma di realizzazione preferita ma non limitativa di un attuatore secondo l'invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica parzialmente sezionata di un attuatore secondo l'invenzione; la figura 2 è una vista prospettica parzialmente sezionata e ingrandita di una parte dell'attuatore della figura 1;

la figura 3 è una vista prospettica parzialmente sezionata e ulteriormente ingrandita della parte illustrata nella figura 2;

la figura 4 è una vista in sezione assiale della parte dell'attuatore illustrata nella figura 2; e

la figura 5 è una vista prospettica parzialmente sezionata di alcuni componenti illustrati nella figura 2.

Facendo riferimento inizialmente alle figura 1, con 10 è indicato nel suo insieme un attuatore elettromeccanico secondo l'invenzione, destinato ad azionare i freni di stazionamento (non illustrati) di un veicolo a motore. L'attuatore 10 include un motore elettrico 11 che, tramite un gruppo di riduzione ad ingranaggi 12 ed un associato meccanismo a vite 13, impartisce movimenti lineari ad un cavo Bowden C collegato ai freni di stazionamento e comprendente un filo metallico W ed una guaina S.

Il motore elettrico 11 è preferibilmente un motore a corrente continua e a magneti permanenti che può ruotare selettivamente in due sensi di rotazione a seconda di un segnale di comando ricevuto da un modulo elettronico di comando (non illustrato). Un albero 15 in uscita dal motore comanda in rotazione, attraverso il gruppo di riduzione 12, una madrevite 16 del meccanismo a vite 13. Questo meccanismo a vite può essere un meccanismo a vite ad attrito, oppure un meccanismo a vite a ricircolo di sfere o di rulli.

Il meccanismo a vite converte il movimento rotatorio della madrevite 16 in movimento di traslazione lineare di una vite 17 accoppiata ad un'estremità al filo metallico W del cavo Bowden C. Nella figura 4 la vite 17 è illustrata nella sua posizione assialmente retratta che provoca il tensionamento del filo W e l'azionamento dei freni di stazionamento. Nelle figure 1-3, la vite 17 è illustrata nella sua posizione assialmente estesa che provoca il detensionamento del filo W ed il rilascio dei freni.

L'attuatore 10 ha un involucro, indicato complessivamente con 20, comprendente alcune parti di materiale plastico ed alcune parti di materiale metallico, come spiegato più avanti. Il motore elettrico 11 ed il gruppo di riduzione ad ingranaggi 12 sono accolti all'interno di un corpo cilindrico 21 dell'involucro di materiale plastico con un coperchio 22. La madrevite 16 è supportata in modo girevole tramite un cuscinetto 30 all'interno di un corpo tubolare 23 di materiale plastico fissato al coperchio 22 o formato integralmente con questo.

In alternativa al meccanismo a vite qui descritto, l'invenzione può essere ugualmente attuata con un meccanismo a vite telescopico del tipo descritto in WO-A-2005/005212, dove l'organo traslante in uscita è accoppiato ad una vite tubolare che effettua un movimento di avvitamento attorno a e lungo un asse longitudinale.

Il corpo tubolare 23 si estende assialmente per una lunghezza tale da contenere la vite 17 nella sua posizione completamente estesa (figura 1). Nella sua posizione assialmente retratta (figura 4), la vite rimane contenuta in una camera 24 dell'involucro, a fianco del motore elettrico 11. Un tubo guida 25 di rinforzo, fatto di materiale metallico, è fissato coassialmente all'interno del corpo tubolare plastico 23, e si estende dall'estremità libera del corpo tubolare 23 al cuscinetto 30, per trasferire a questo i carichi assiali durante il funzionamento dell'attuatore, come spiegato nel seguito. Nell'esempio illustrato nei disegni, il tubo guida 25 è fissato ad un elemento conico 26 di lamiera metallica che appoggia contro l'anello stazionario esterno del cuscinetto 30. Come illustrato nella figura 5, il tubo guida 25 forma una scanalatura rettilinea assialmente estesa 27 nella quale scorre un perno 19 sporgente trasversalmente dall'estremità assialmente esterna della vite 17 per impedire rotazioni della vite attorno al suo asse di traslazione x.

Come usati qui, termini ed espressioni indicanti posizioni ed orientamenti, quali "assiale", "radiale" e "trasversale", vanno interpretati con riferimento all'asse di traslazione x della vite 17. Analogamente, espressioni quali "assialmente esteso" ed "assialmente retratto" vanno interpretate relativamente all'involucro fisso 20 dell'attuatore .

La vite 17 è collegata in modo amovibile al filo W mediante un dispositivo di bloccaggio 40 (figura 3). Sull'estremità assialmente esterna della vite è fissato un manicotto 41 con uno o più fori radiali passanti 42 nei quali sono trattenute sfere 43 che si impegnano in una gola G formata nella testa di estremità H del filo W. Le sfere sono trattenute nella posizione di bloccaggio illustrata nella figura 3 da un anello 44 disposto attorno al manicotto 41 e trattenuto in posizione di bloccaggio attorno alle sfere da una molla 45 interposta tra uno spallamento 46 del manicotto e l'anello 44 stesso. Per collegare o scollegare il filo W dalla vite 17 occorre spingere manualmente l'anello 44 comprimendo la molla 45 fino a portare una parte internamente allargata dell'anello in corrispondenza dei fori 42, per cui le sfere 43 si spostano radialmente verso l'esterno, di simpegnandosi dalla gola G e liberando quindi la testa H dalla vite 17.

Un'estremità della guaina S del cavo C (figure 2 e 4) appoggia contro una superficie di spallamento radiale o trasversale 51 di un elemento a bicchiere 50 avente un'apertura 52 per il passaggio del filo W. L'elemento a bicchiere 50 è montato assialmente scorrevole rispetto all'involucro dell'attuatore, vantaggiosamente sull'esterno dell'involucro in una posizione facilmente accessibile. Come illustrato nella figura 3, l'elemento a bicchiere 50 è montato coassialmente in modo scorrevole su un secondo bicchiere a doppio diametro 54, preferibilmente metallico, fissato all'estremità assialmente esterna del tubo guida 25. Il primo elemento a bicchiere 50 può scorrere sull'estremità libera del corpo tubolare 23. Una molla di compressione 53 è interposta tra il bicchiere scorrevole 50 ed una superficie trasversale di contrasto 18 fissa rispetto all'involucro 20. Nell'esempio illustrato nei disegni, la superficie di contrasto 18 è formata dal secondo bicchiere fisso 54.

Il bicchiere scorrevole 50 porta un perno 55 sporgente in direzione radialmente interna che scorre in una fenditura longitudinale 56 del bicchiere interno fisso 54. Il perno 55 costituisce un elemento di arresto per trattenere il bicchiere scorrevole 50 sull'involucro quando la molla 53 e la guaina S non sono assialmente compresse.

Quando la vite 17 è in una posizione assialmente estesa (figure 1-3), che corrisponde al rilascio del freno di stazionamento, il filo W è detensionato e la molla 53 spinge il bicchiere scorrevole 50 in allontanamento dall'involucro dell'attuatore. Quando la vite 17 è in una posizione assialmente retratta (figura 4) , che corrisponde all'azionamento del freno, il filo W è tensionato; la guaina S è assialmente compressa e spinge il bicchiere scorrevole 50 verso l'involucro dell'attuatore, comprimendo la molla 53 fino a raggiungere la battuta tra la superficie trasversale posteriore 57 del bicchiere scorrevole 50 e la superficie trasversale anteriore 58 del bicchiere fisso 54. Si noterà che la posizione del bicchiere scorrevole 50 rispetto all'involucro dell'attuatore è indicativa dell'entità della forza frenante applicata tramite il cavo Bowden.

Il bicchiere scorrevole 50 può portare un magnete permanente 60 che genera un campo magnetico che può essere rilevato da un sensore lineare fisso 61 (figura 4), ad esempio un sensore ad effetto Hall, montato sul corpo tubolare 23 dell'involucro e collegato elettricamente al modulo di comando del motore elettrico. Rilevando la variazione di intensità del campo magnetico che si verifica per effetto dello scorrimento del bicchiere 50 quando il cavo viene tensionato e rilasciato, il sensore 61 genera un segnale elettrico che consente di rilevare con precisione l'entità della forza applicata dall'attuatore ai freni.

Come si potrà apprezzare, questo risultato è ottenibile con un attuatore costruttivamente semplice, costituito da un basso numero di componenti, pochi dei quali sono elementi mobili.

Si apprezzerà inoltre che la battuta tra i bicchieri 50 e 54 permette di rilevare in modo estremamente semplice che la forza di azionamento dei freni richiesta è stata applicata. Infatti, quando il filo W viene teso e la molla 53 viene progressivamente compressa, la corrente assorbita dal motore elettrico aumenta quasi proporzionalmente al grado di compressione della molla. Raggiunta la battuta tra i bicchieri 50 e 54, la molla 53 non viene compressa ulteriormente, e la corrente assorbita dal motore elettrico 11 aumenta bruscamente. Tale aumento, indicativo del fatto che la forza frenante è stata applicata, può essere rilevato dal modulo di comando elettronico anche in caso di assenza o guasto del sensore 61, semplicemente monitorando la corrente assorbita dal motore elettrico. Mediante un algoritmo, nota la rigidezza della molla 53, si può stimare il valore della forza frenante applicata ai freni. Da un lato, quindi, l'attuatore della presente invenzione si presta ad essere utilizzato con un sistema di controllo elettronico poco sofisticato (e quindi economico); dall'altro lato, la battuta suddetta fornisce al sistema di controllo elettronico un dato ridondante, che informa il sistema di controllo circa l'applicazione della forza frenante anche in caso di mancato funzionamento del sensore. Si noterà inoltre che il magnete ed il sensore 60, 61, se previsti, sono situati un posizioni facilmente accessibili per effettuarne la manutenzione o sostituzione in caso di guasto. Anche la molla 53 è facilmente intercambiabile, per cui uno stesso attuatore può essere prontamente adattato ad applicazioni diverse, a seconda della forza frenante richiesta dal costruttore di automobili.

L'involucro 20, grazie alle parti metalliche 25, 26 e 54, realizza un percorso ad anello attraverso componenti metallici capaci di sopportare eventuali temperature elevate che possono presentarsi in caso di guasto o incidente all'interno del veicolo. Gli sforzi assiali passano infatti dal filo W alla vite 17, alla madrevite 16, attraverso il cuscinetto 30, il cono 26, il tubo di rinforzo 25, il bicchiere a doppio diametro 54, la molla 53, il bicchiere scorrevole 50, per ritornare alla guaina S.

Si intende che l'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio dell'attuatore; l'invenzione è invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento, come risulterà agli esperti del settore. Ad esempio, in una forma di attuazione alternativa, la superficie di arresto per il bicchiere scorrevole 50 potrà essere costituita da uno spallamento 28 formato dal corpo tubolare 23. Analogamente, il bicchiere fisso 54 potrà essere realizzato come un pezzo singolo con il tubo metallico 25. In una forma di realizzazione ancora diversa, l'arresto assiale del bicchiere scorrevole 50 potrà essere determinato dalla stessa molla 53 nella sua condizione completamente compressa ed assialmente interposta tra il bicchiere 50 e la superficie fissa 18.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore elettromeccanico lineare per un freno di stazionamento, comprendente: un motore elettrico (11); un meccanismo a vite (13) avente un primo elemento filettato (16) girevole per mezzo del motore elettrico attorno ad un asse longitudinale (x) ed un secondo elemento filettato (17) traslabile lungo detto asse tra una posizione assialmente estesa ed una posizione assialmente retratta, dove il secondo elemento filettato (17) è collegabile ad un filo (W) di un cavo Bowden (C) avente una guaina esterna (S); un involucro (20) con una prima superficie trasversale fissa (18); caratterizzato dal fatto che 1'attuatore comprende inoltre: un elemento (50) montato in modo assialmente scorrevole sull'involucro (20) ed avente una seconda superficie trasversale (51) atta ad appoggiare contro un'estremità della guaina (S); ed mezzi elastici (53) agenti tra la prima superficie trasversale fissa (18) e l'elemento scorrevole (50); dove l'elemento scorrevole (50) è in grado di raggiungere una posizione assialmente estesa, corrispondente ad una condizione di rilascio del freno, ed una posizione assialmente retratta verso la prima superficie trasversale fissa (18), in contrasto alla forza dei mezzi elastici (53), corrispondente ad una condizione di azionamento del freno.
2. 2. Attuatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elemento scorrevole (50) è montato scorrevolmente su un'estremità di una porzione assialmente allungata (23, 25) dell'involucro (20) .
3. 3. Attuatore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la porzione assialmente allungata (23, 25) dell'involucro comprende un tubo metallico (25).
4. 4. Attuatore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il tubo metallico (25) ha estremità opposte rispettivamente cooperanti in relazione di spinta assiale con la prima superficie trasversale fissa (18) e con un cuscinetto (30) montato nell'involucro (20) per supportare in modo girevole il primo elemento filettato (16) del meccanismo a vite (13).
5. 5. Attuatore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la porzione assialmente allungata dell'involucro comprende un corpo esterno di materiale plastico (23) disposto coassialmente all'esterno del tubo metallico (25).
6. 6. Attuatore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il tubo metallico (25) forma una guida rettilinea assialmente estesa (27) per l'impegno a scorrimento assiale di un elemento (19) sporgente trasversalmente dal secondo elemento filettato (17).
7. 7. Attuatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elemento scorrevole (50) porta un magnete permanente (60) operativamente accoppiato con un sensore o trasduttore magneticoelettrico (61) fissato all'involucro ed atto a rendere disponibile un segnale elettrico indicativo della posizione assiale dell'elemento scorrevole (50) rispetto all'involucro (20).
8. 8. Attuatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'involucro presenta un'ulteriore superficie trasversale fissa (58, 28) costituente una superficie di battuta per arrestare il movimento assiale dell'elemento scorrevole (50) nella sua posizione assialmente completamente retratta.
9. 9. Attuatore secondo le rivendicazioni 3 e 8, caratterizzato dal fatto che la prima superficie trasversale fissa (18) e l'ulteriore superficie trasversale di battuta (58) sono formate da un elemento metallico (54) solidale o integrale al tubo metallico (25).
10. 10. Attuatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elemento scorrevole (50) ha sostanzialmente la forma di un bicchiere con un'apertura (52) per consentire il passaggio del filo (W) del cavo Bowden (C).
11. 11. Attuatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elemento scorrevole (50) è disposto sull'esterno dell'involucro (20).
12. 12. Attuatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il primo elemento filettato (16) è una madrevite assialmente stazionaria montata in modo girevole nell'involucro (20) per mezzo di un cuscinetto (30), e che il secondo elemento filettato (17) è una vite assialmente traslabile rispetto all'involucro (20).
13. 13. Attuatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il meccanismo a vite (13) è un meccanismo a vite ad attrito, oppure un meccanismo a vite a ricircolo di sfere o di rulli.