DE102008002176A1

DE102008002176A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE102008002176A1
Application number: DE200810002176
Authority: DE
Inventors: Jürgen HÖRSCH; Arthur Rupp; Andreas Kruttschnitt; Jochen Nussbaumer; Wolfgang Runge
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für ein steer-by-wire Lenksystem zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder, mit einem Servomotor (2), der ein axial verlagerbares Bauteil (3) in einem Getriebegehäuse (4) antreibt, wobei das axial verlagerbare Bauteil (3) mit einer Einrichtung (5) zur Verdrehsicherung verdrehgesichert in dem Getriebegehäuse (4) gelagert ist. Um einen Aktuator für ein steer-by-wire Lenksystem anzugeben, dessen axial verlagerbares Bauteil auf einfache Weise verdrehgesichert ist, ist vorgesehen, dass die Einrichtung (5) zur Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteiles (3) durch zumindest eine erste Führungsbuchse (6) für das axial verlagerbare Bauteil (3) in dem Getriebegehäuse (4) oder einem Gehäusedeckel (7) für das Getriebegehäuse (4) gebildet ist, wobei die Führungsbuchse (6) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, der Führungsflächen beinhaltet, die die Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteiles (3) bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für ein steer-by-wire Lenksystem zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder eines Fahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für zukünftige Kraftfahrzeuge werden Lenksysteme entwickelt, die nach dem Konzept steer-by-wire-arbeiten. Solche Lenksysteme zeichnen sich dadurch aus, dass bei Normalbetrieb mit einer Lenkhandhabe über eine sich ständig auf korrekte Funktion sich überprüfende elektronische Regelungsanordnung Aktuatoren zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder ansteuert. Derartige Systeme bieten den grundsätzlichen Vorteil, dass sie zumindest hinsichtlich der Regelanordnung sowie der zugehörigen Sensorik ohne konstruktive Abänderungen für unterschiedlichste Fahrzeuge geeignet sind. Durch entsprechende Programmierung kann einerseits praktisch jedes Übersetzungsverhältnis zwischen einem Stellhub an der Lenkhandhabe und einem Stellhub beispielsweise eines durch den Aktuator axial verschobenen Bauteils, wie einer Zahnstange oder Spindel und damit verbundenen Rädern verwirklicht werden. Solche Lenksysteme zeichnen sich ferner durch hohe Flexibilität beim Einbau in Motorräume von Kraftfahrzeugen in Bezug auf den Bauraumbedarf aus. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Regelanordnung mit zusätzlichen Sensoren zu verbinden um Fahrtparameter selbstätig zu berücksichtigen oder auszuregeln.
Die DE 198 05 015 C1 beschreibt ein solches steer-by-wire-Lenksystem, dessen axial verlagerbares Bateil eine Zahnstange ist, die mit einer aufwändigen Einrichtung zur Verdrehsicherung mit Druckstück verdrehgesichert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator für ein steer-by-wire-Lenksystem anzugeben, dessen axial verlagerbares Bauteil auf einfache Weise verdrehgesichert ist.
Die Aufgabe wird mit einem Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch daß die Einrichtung zur Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteils des Aktuators durch eine ohnehin notwendige Führungsbuchse für das axial verlagerbare Bauteil in einem Getriebegehäuses des Aktuators bewirkt wird, ist eine konstruktiv einfache Lösung bewirkt. Die Führungsbuchse kann auch in einem Gehäusedeckel für das Getriebegehäuse angeordnet sein und zeichnet sich durch einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aus. Der Querschnitt zu Führung des axial verlagerbaren Bauteils weist Führungsflächen auf, die in Anlage mit Führungsflächen an dem axial verlagerbaren Bauteil sind und die Verdrehsicherung bewirken.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das axial verlagerbare Bauteil in der Führungsbuchse kann durch eine geeignete Wahl des Querschnittsprofils der Führungsbuchse in einer Linienführung geführt sein. Dazu eignet sich ein Polygonprofil oder die Ausbildung der Führungsbuchse als Rollenlager. Durchmessertoleranzen des vorzugsweise als Zahnstange gebildeten axial verlagerbaren Bauteiles lassen sich hierdurch in gewissen Bereichen kompensieren.
In gleicher Weise kann eine zweite Führungsbuchse in dem Gehäusedeckel und/oder in dem Getriebegehäuse angeordnet werden.
Bevorzugt hat die erste und/oder zweite Führungsbuchse ein Verhältnis ihres größten Führungsdurchmessers zur Breite der Führungsbuchse zwischen 0,3 und 3,5. Ferner ist bevorzugt ein Verhältnis der Wandstärke der ersten und/oder zweiten Führungsbuchse zu ihrem Außendurchmesser von 0,01 bis 0,3 gewählt, um ein Klemmen der Zahnstange bei Biegung zu vermeiden. Die Führungsbuchsen sind bevorzugt einteilig gebildet und haben eine Axialanschlagsfunktion für die Zahnstange.
Es kann zweckmäßig sein, die Führungsbuchse in dem Gehäusedeckel und/oder in dem Getriebegehäuse radialelastisch zu lagern oder mit Spiel in dem Gehäusedeckel oder dem Getriebegehäuse zu lagern, wobei unter Last die Führungsbuchse dann an dem Gehäusedeckel oder dem Getriebegehäuse anliegt.
Die Führungsbuchsen lassen sich auch radial positionieren und fixieren, wobei insbesondere eine Einrichtung zur Einstellung und Feststellung der radialen Position in dem Gehäusedeckel oder dem Getriebegehäuse angewandt ist, die beispielsweise aus drei Stellschrauben mit tangentialem Abstand relativ zu der Mantelfläche der Führungsbuchse die radiale Position der Führungsbuchsen in dem Gehäusedeckel bestimmen können.
Vorzugsweise sind die Führungsflächen der ersten und/oder zweiten Führungsbuchse so geformt, dass sie ein von der Kreisform so abweichendes Querschnittsprofil haben, dass sie eine Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteils bewirken. Zudem kann das Querschnittsprofil der äußeren oder inneren Mantelflächen der Führungsbuchsen so gestaltet sein, dass eine linienförmige Anlage des axial verlagerbaren Bauteils an der jeweiligen Führungsbuchse oder eine linienförmige Anlage der Führungsbuchse an dem Gehäusedeckel oder Getriebegehäuse bewirkt ist.
Die äußeren und/oder inneren Mantelflächen der Führungsbuchsen können auch ballig gebildet sein, sodaß eine Schiefstellung des axial verlagerbaren Bauteils oder der Zahnstange bei Biegung und ein Folgen der Führungsbuchse der Biegelinie der Zahnstange ermöglicht ist. Die Führungsbuchsen sind bevorzugt dauergeschmiert mit Schmiernuten oder Schmiertaschen. Als Werkstoff für die Führungsbuchsen eignet sich ein Kunststoff, wie Polyamide, Polyoxymethylen, Polyphenylenether, Polyethylenterephtalat und Polybutylenterephtalat, wobei Verbundwerkstoffe aus Metall und Kunststoff oder geeignete Lagermetalle angewandt sein können.
Die Führungsbuchsen lassen sich nach der Positionierung mit Schrauben verspannen oder vernieten, verstemmen, verschweißen oder verkleben. Ein Hohlraum radial zwischen der äußeren Mantelfläche der Führungsbuchsen und dem Gehäusedeckel eignet sich zum Einbringen einer elastomer auspolymerisierenden oder -kondensierenden Masse, oder einer erstarrenden Masse, um die Führungsbuchsen abschließend radial und axial zu fixieren.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktuator für ein steer-by-wire Lenksystem.
In 1 ist in einem Längsschnitt ein Aktuator 1 für ein steer-by-wire-Lenksystem eines Personenkraftwagens gezeigt. In einem zylinderförmigen Getriebegehäuse 4 ist ein als Zahnstange 8 gebildetes, axial verlagerbares Bauteil 3 gelagert. Parallel zu der Zahnstange 8 ist an einem Radialflansch 9 des Getriebegehäuses 4 ein elektrischer Servomotor 2 festgelegt, der von einer nicht gezeigten Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung nach Maßgabe eines an einer Lenkhandhabe des Personenkraftwagens eingegebenen Soll-Lenkwinkels und nach Maßgabe von Fahrzeug- und Fahrtparametern angesteuert ist.
Die Zahnstange 8 weist ein Gewinde 10 an einem Spindelabschnitt 11 auf, welches in Eingriff mit einem Kugelumlaufgewinde 12 einer Mutter 13 eines Kugelumlaufgetriebes 14 ist. Die Mutter 13 ist drehfest mit einer Zahnriemenscheibe verbunden, die Teil eines im Bereich des Radialflansches 9 untergebrachten Zugmittelgetriebes ist. In einem annährend so langen Gehäusedeckel 7, der zylinderförmig gebildet ist, ist ein Radiallager 15 für die Mutter 13 gehalten.
In einem axial äußeren Beriech 16 des einstückig als Leichtmetallgußteil gebildeten Gehäusedeckels 7 ist eine erste Führungsbuchse 6, die als Radialführung für die Zahnstange 8 dient, in dem Gehäusedeckel 7 integriert. Die Führungsbuchse 6 hat einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt und dient als Einrichtung 5 zur Verdrehsicherung für die mit in ihrem Gleitbereich mit einem ebenfalls von der Kreisform abweichenden Querschnitt versehene Zahnstange 8. Die Führungsbuchse 6 ist zylinderartig mit einem Bund 17 gebildet. Die Führungsbuchse 6 ist als Einlegeteil aus Metall in einer Kokillenform gelegt und wird von Leichtmetall, das den Gehäusedeckel 7 bildet, umgossen, sodaß sie formschlüssig mit dem Gehäusedeckel 7 verbunden ist und in diesem integriert ist.
Der größte Führungsdurchmesser D ist im Verhältnis zur Breite b der Führungsbuchse 6 etwa im Verhältnis 0,3 bis 3,5 gewählt. Die Wandstärke W der Führungsbuche 6 ist im Verhältnis zu ihrem Außendurchmesser DA zwischen 0,01 bis 0,3 gewählt. Ohne daß eine aufwändige Montage und Justange der Führungsbuchse 6 nötig wäre, lässt sich diese zusammen mit dem Gehäusedeckel 7 rasch montieren und durch den Gehäusedeckel 7 an dem Radialflansch 9 justieren.
Die Führungsbuchse 6 ersetzt aufwändige Einrichtungen zur Verdrehsicherung der Zahnstange 8 wie etwa federbeaufschlagte Druckstücke und Führungen an Gleitsteinen.

1: Aktuator
2: Servomotor
3: Bauteil, axial verlagerbar
4: Getriebegehäuse
5: Einrichtung zur Verdrehsicherung
6: Führungsbuchse, erste
7: Gehäusedeckel
8: Zahnstange
9: Radialflansch
10: Gewinde
11: Spindelabschnitt
12: Kugelumlaufgewinde
13: Mutter
14: Kugelumlaufgetriebe
15: Radiallager
16: Bereich, äußerer
17: Bund
D: Führungsdurchmesser, größter
b: Breite
W: Wandstärke
D_A: Außendurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19805015 C1 [0003]

Claims

Aktuator für ein steer-by-wire Lenksystem zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder, mit einem Servomotor (2) der ein axial verlagerbares Bauteil (3) in einem Getriebegehäuse (4) antreibt, wobei das axial verlagerbare Bauteil (3) mit einer Einrichtung (5) zur Verdrehsicherung verdrehgesichert in dem Getriebegehäuse (4) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteiles (3) durch zumindest eine erste Führungsbuchse (6) für das axial verlagerbare Bauteil (3) in dem Getriebegehäuse (4) oder einem Gehäusedeckel (7) für das Getriebegehäuse (4) gebildet ist, wobei die Führungsbuchse (6) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, der Führungsflächen beinhaltet, die die Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteils bewirken.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil der Führungsbuchse (6) so gebildet ist, dass eine Linienberührung des axial verlagerbaren Bauteils (9) ermöglicht ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit axialem Abstand zu der ersten Führungsbuchse (6) eine zweite Führungsbuchse in dem Gehäusedeckel (7) und/oder indem Getriebegehäuse (4) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Führungsbuchse (6) ein Verhältnis ihres größten Führungsdurchmessers (D) zu ihrer Breite (b) von 0,3 bis 3,5 aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) ein Verhältnis ihrer Wandstärke (W) zu ihrem Außendurchmesser (D_A) von 0,01 bis 0,3 aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Führungsbuchse (6) einteilig gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Führungsbuchse (6) einen Axialanschlag für das axial verlagerbare Bauteil (3) bilden.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Führungsbuchse (6) radialelastisch gelagert ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) in radialer Richtung zu dem axial verlagerbaren Bauteil (3) positionierbar und fixierbar in dem Gehäusedeckel (7) und/oder in dem Getriebegehäuse (4) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) eine in Umfangsrichtung ihrer Mantelflächen linienförmige Anlage des axial verlagerbaren Bauteils (3) an der ersten und/oder zweiten Führungsbuchse (6) und/oder eine linienförmige Anlage der ersten und/oder zweiten Führungsbuchse (6) an dem Gehäusedeckel (7) oder Getriebegehäuse (4) ermöglicht.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) ballig gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) aus einem Kunststoff oder Verbundkunststoff aus Metall und Kunststoff oder aus Metall gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) in dem Gehäusedeckel (7) und/oder in dem Getriebegehäuse (4) mit Schrauben verspannt ist, oder vernietet ist, oder verstemmt ist, oder verschraubt ist oder verklebt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial um die erste und/oder die zweite Führungsbuchse (6) angeordneter Hohlraum zwischen der ersten und/oder zweiten Führungsbuchse (6) und dem Gehäusedeckel (7) und/oder in dem Getriebegehäuse (4) mit einer elastisch oder unelastisch erstarrenden Masse gefüllt ist.