DE102007037484A1

DE102007037484A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE102007037484A1
Application number: DE200710037484
Authority: DE
Inventors: Martin Heilig; Jochen Nussbaumer
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) für eine elektrische Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs, mit einem Elektromotor (2), dessen Abtriebswelle (3) mit einem Umlaufgetriebe (4) getrieblich verbunden ist, wobei das Umlaufgetriebe (4) zur Axialverschiebung eines axialverschieblichen Bauteils (5) des Aktuators (1) dient. Um einen Aktuator für ein elektrisches Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem zu schaffen, der bei gleichem Bauraumbedarf an verschiedene Lenksysteme in Bezug auf Antriebsmoment und Kennlinienverlauf anpassbar ist, ist vorgesehen, das das Umlaufgetriebe (4) ein Planetengetriebe (6) ist, dessen Sonnenrad (7) mit einer über ein Gewinde (8) mit dem axialverschieblichen Bauteil (5) wirkverbundenen Mutter (9) drehfest verbunden ist, oder dass das Umlaufgetriebe (4) ein Wellgetriebe ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine elektrische Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stellantriebe oder Aktuatoren für elektrische Hilfskraft – oder Fremdkraftlenkungen sind in mannigfacher Bauweise bekannt. Sie bestehen aus einem in der Regel pulsweitengesteuerten Elektromotor, dessen Abtriebswelle über eine Mutter, Schraube und dergleichen mit einem axial verschieblichen Bauteil wirkverbunden ist. An dem oft als Spindel oder Zahnstange gebildeten axialverschieblichen Bauteil sind Spurstangen und an diesen wiederum Radlenkhebel gelenkig angeordnet und dienen zur Lenkwinkelverstellung gelenkter Räder eines Fahrzeugs. Häufig sind nicht schaltbare Wellenkupplungen zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und der Mutter angeordnet, die ein Spiel und/oder radialen Versatz der Mutter ausgleichen. Bei derartigen Aktuatoren ist das Antriebsmoment über die Wahl verschiedener Elektromotorengrößen an den Lenkleistungsbedarf anpassbar. Dies hat den Nachteil dass eine große Zahl von Modellvarianten für die Aktuatoren nötig ist. Zudem sind solche Kupplungen aufwändig zu montieren.
Es sind Aktuatoren für elektrische Hilfskraft- und Fremdkraftlenkungen bekannt, die ein Umlaufgetriebe, wie etwa ein Planetengetriebe zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und der Mutter aufweisen. Solche Aktuatoren weisen ein vordefiniertes Untersetzungsverhältnis auf und sind nicht in der Lage, bei gleichem Bauraumbedarf auf einfache Weise verschiedene Übersetzungsverhältnisse und damit eine einfache Anpassung ihres Antriebsmoments an die jeweiligen Verhältnisse zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Aktuator für ein elektrisches Hilfskraft- oder Fremdkraftsystem zu schaffen, der bei gleichem Bauraumbedarf an verschiedene Lenksysteme in Bezug auf Antriebsmoment und Kennlinienverlauf anpassbar ist.
Die Aufgabe wird mit einem Aktuator für eine Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Dadurch dass das Umlaufgetriebe zwischen dem Elektromotor und der Mutter als Planetengetriebe ausgeführt ist, dessen Sonnenrad mit einer Mutter oder Kugelumlaufmutter drehfest verbunden ist, wobei die Mutter mit einem Außengewinde des axialverschieblichen Bauteils kämmt, können bei gleichem Bauraum verschiedene Übersetzungsverhältnisse realisiert werden, indem verschiedene Bauteile des Planetengetriebes gehäusefest oder beweglich vorgesehen sein können. Es kann auch zweckmäßig sein, das Umlaufgetriebe als Wellgetriebe auszuführen, da dieses ein besonders hohes Übersetzungsverhältnis ins Langsame ermöglicht und damit eine gewisse Abstufung des Übersetzungsverhältnisses möglich ist, indem entweder dessen radialflexible Abrollbuchse (flex spline) oder dessen, die radialflexible Abrollbuchse umgebendes Hohlrad (circular spline) gehäusefest in Bezug auf ein Gehäuse des Aktuators vorgesehen werden kann.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist zweckmäßig, die Achsen von zwischen einem Hohlrad und dem Sonnenrad laufenden Planetenrädern entweder gehäusefest an dem Aktuatorgehäuse oder drehfest mit der Abtriebswelle des Elektromotors zu verbinden. Aufgrund variierbarer Zahnraddurchmesser der Planetenräder zu dem Sonnenrad lassen sich so verschiedene Übersetzungsverhältnisse bei gleichem Bauraumbedarf realisieren. Mit der Abtriebswelle des Elektromotors lässt sich auch das Hohlrad drehfest verbinden, wobei eine Abstufung des Übersetzungsverhältnisses dadurch erzielbar ist, dass das Hohlrad entweder radial und axial die Planetenräder übergreift, oder das Hohlrad als außenverzahntes Hohlrad die Wälzkreise der Planetenräder von seiner Drehachsenseite radial innen schneidet. Das axialverschiebliche Bauteil, insbesondere eine Gewindespindel, durchragt den Elektromotor axial und zentral, wodurch eine kompakte Bauform des Aktuators erzielbar ist.
Besonders große Übersetzungsverhältnisse ins Langsame lassen sich durch die Anwendung eines Wellgetriebes (harmonic drive) erzielen, wobei die Abtriebswelle des Elektromotors drehfest mit einem exzentrischen Antriebskern verbunden ist , der in eine radialflexible Abrollbuchse greift und diese in an sich bekannter Weise aufweitet, wobei sich diese an einem innenverzahnten Zahnrad (circular spline) abwälzt. Die Mutter oder Kugelumlaufmutter, welche mit dem axialverschieblichen Bauteil wirkverbunden ist, kann drehfest mit dem innenverzahnten Zahnrad oder mit der radialflexiblen Abrollbuchse verbunden sein, wodurch geringe Abstufungen des Übersetzungsverhältnisses möglich sind. Es können auch mehrere Wellgetriebe ineinandergeschachtelt und in Reihe geschaltet in dem Gehäuse des Aktuators angeordnet sein, wobei eine erste radialflexible Abrollbuchse drehfest mit einem exzentrischen Antriebskern verbunden ist, der wiederum in eine zweite radialflexible Abrollbuchse greift und diese radial, zyklisch und umlaufend aufweitet, wobei sich auch die zweite radialflexible Abrollbuchse mit einer Verzahnung an ihrer Aussenumfangsfläche an einer Innenverzahnung eines zweiten Zahnrads (circular spline) abwälzt. Dadurch ist eine sehr große Drehzahlreduktion der Abtriebswelle des Elektromotors ermöglicht.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 Einen schematischen Längsschnitt durch einen Aktuator einer elektrischen Hilfskraftlenkung,
2 einen Querschnitt durch den Aktuator in 1 entlang der Linie II-II,
3 einen schematischen Längsschnitt durch einen weiteren Aktuator einer elektrischen Hilfskraftlenkung,
4 einen Querschnitt durch den Aktuator in 3 entlang der Linie IV-IV,
5 einen schematischen Längsschnitt durch eine weiteren Aktuator einer elektrischen Hilfskraftlenkung,
6 eine Querschnitt durch den Aktuator in 5 entlang der Linie VI-VI.
In 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen Aktuator 1 einer elektrischen Hilfskraftlenkung eines Personenkraftwagens gezeigt. Er ist im Wesentlichen aus einem zylinderförmigen Gehäuse 12 gebildet, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Lenkgetriebegehäuse ist. In dem Gehäuse 12 ist ein als Hohlwellenmotor gebildeter PWM-Elektromotor 2 angeordnet, der ein axial in dem Gehäuse 1 verschieblich gelagertes Bauteil 5 antreibt. Das Bauteil 5 ist als Zahnstange mit einem Gewindespindelteil gebildet, wobei die Gewindespindel mit einer Mutter 9, die drehfest mit einen Sonnenrad 7 eines Umlaufgetriebes 4 oder Planetengetriebes 6 verbunden ist, kämmt.
Eine Abtriebswelle 3 des Elektromotors 2 ist als Hohlwelle gebildet und ist drehfest mit einem drei Achsen 10 von Planetenrädern 11 tragenden Planetenradträger 14 (vgl. 2) verbunden. Die Planetenräder 11 wälzen auf dem Sonnenrad und auf einem radial um sie angeordneten, gehäusefesten Hohlrad 13. Bei gleichem Bauraumbedarf des Aktuators 1 können die Übersetzungsverhältnisse durch Variation der Durchmesserverhältnisse von Planetenrad zu Sonnenrad und Hohlrad geändert werden.
3 zeigt in einem weiteren schematischen Längsschnitt durch einen Aktuator 1 oder Lenkgetriebe ein Planetenradgetriebe 6, dessen Planetenräder 11 mit ihren Achsen 10 an dem Gehäuse 12 festgelegt sind. Ein Hohlrad 13 ist drehfest mit der Abtriebswelle 3 des Elektromotors 2 verbunden und kämmt mit einer Außenverzahnung mit den Planetenrädern 11 (vgl. 4). Die Planetenräder 11 kämmen mit dem Sonnenrad 7, das wiederum drehfest mit der Mutter 9 verbunden ist. Das Planetengetriebe 6 ermöglicht bei gleichem Bauraumbedarf verschiedenste Übersetzungsverhältnisse durch die Durchmesserwahl der einzelnen Räder.
Das in einem schematischen Längsschnitt in 5 und in einem Querschnitt in 6 gezeigte Planetenradgetriebe eines Aktuators 1 für eine elektrische Hilfskraftlenkung unterscheidet sich von dem in den 4 und 5 gezeigten durch ein Hohlrad, das mit einer Innenverzahnung, die Planetenräder 11 radial und axial umschließen und mit diesen kämmt. Für gleiche Bauteile gelten dieselben Bezugszeichen.

1: Aktuator
2: Elektromotor
3: Abtriebswelle
4: Umlaufgetriebe
5: Bauteil, axialverschiebbar
6: Planetengetriebe
7: Sonnenrad
8: Gewinde
9: Mutter
10: Achse
11: Planetenrad
12: Gehäuse
13: Hohlrad
14: Planetenradträger

Claims

Aktuator für eine elektrische Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs, mit einem Elektromotor (2), dessen Abtriebswelle (3) mit einem Umlaufgetriebe (4) getrieblich verbunden ist, wobei das Umlaufgetriebe (4) zur Axialverschiebung eines axialverschieblichen Bauteils (5) des Aktuators (1) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe (4) ein Planetengetriebe (6) ist, dessen Sonnenrad (7) mit einer über ein Gewinde (8) mit dem axialverschieblichen Bauteil (5) wirkverbundenen Mutter (9) drehfest verbunden ist, oder dass das Umlaufgetriebe (4) ein Wellgetriebe ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Achsen (10) von Planetenrädern (11) des Umlaufgetriebes (4) an einem Gehäuse (12) des Aktuators (1) gehalten sind.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3) des Elektromotors (2) drehfest mit einem Hohlrad (13) des Planetengetriebes (6) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (13) radial um die Planetenräder (11) oder zwischen die Planetenräder (11) greift.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das axialverschiebliche Bauteil (5) axial durch den Elektromotor (2) geführt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenradträger (14) oder Steg des Planetengetriebes (6) drehfest mit der Abtriebswelle (3) des Elektromotors (2) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (3) des Elektromotors (2) drehfest mit einem exzentrischen Antriebskern des Wellgetriebes verbunden ist und eine Muter oder Kugelumlaufmutter, welche mit dem axialverschieblichen Bauteil wirkverbunden ist, drehfest mit einer radialflexiblen Abrollbuchse (flex spline) des Wellgetriebes verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, ineinander angeordnete und in Reihe geschaltete Wellgetriebe in dem Gehäuse (12) des Aktuators (1) angeordnet sind.