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Die Erfindung betrifft einen Aktuator, umfassend einen, eine axial verschiebbare Spindel aufweisenden Spindelantrieb, ein Gehäuse, in welchem mindestens ein Gleitlager mit einer einen Polygonquerschnitt aufweisenden Lageröffnung angeordnet ist, wobei die Spindel mindestens einen als Polygonprofil ausgebildeten Gleitlagerabschnitt aufweist, welcher in der Lageröffnung geführt und verschiebbar ist.
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Aktuatoren, auch Stellmotoren genannt, mit Spindelantrieb, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, sind bekannt. Durch die ältere Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2014 206 934.3 ist ein Stellmotor mit einem Spindelantrieb offenbart. Der Stellmotor weist ein Gehäuse auf, welches fahrzeugseitig befestigt ist. Er beinhaltet einen Spindelantrieb, welcher eine axial verschiebbare Spindel und eine im Gehäuse gelagerte, durch einen Elektroantrieb antreibbare Spindelmutter umfasst. Die Spindel weist an ihren beiden Enden Aufschraubzapfen oder Lagerhülsen auf, welche fest mit den Spindelenden verbunden sind. Die Lagerhülsen sind in gehäuseseitig angeordneten Gleitlagern geführt. An den außerhalb des Gehäuses angeordneten Bereichen der Aufschraubzapfen sind Gelenke zur Anlenkung eines Lenkgestänges für die Hinterachslenkung befestigt. Der in der älteren Anmeldung dargestellte Aktuator wirkt in axialer Richtung nach beiden Seiten, d. h. gleichzeitig auf beide Hinterräder. Bekannt sind auch Stellmotoren, die jeweils nur nach einer Seite wirken und nur Stellbewegungen auf ein Hinterrad ausüben.
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Durch die
DE 10 2013 107 827 A1 wurde ein einfach wirkender Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrisch angetriebenen Spindelantrieb bekannt. Der Spindelantrieb umfasst eine gehäuseseitig gelagerte, über einen Riementrieb antreibbare Spindelmutter sowie eine über ein Bewegungsgewinde mit der Spindelmutter in Eingriff stehende, mit einer Schubstange verbundene Spindel, welche eine Axialbewegung ausführt und eine Verdrehsicherung aufweist. Die Verdrehsicherung ist als gehäuseseitig abgestütztes Gleitlager ausgebildet, welches einen als Polygonprofil ausgebildeten Abschnitt der Schubstange aufnimmt. Aufgrund des Polygonprofils der Schubstange und der Lageröffnung des Gleitlagers wird ein Formschluss erreicht und ein Verdrehen der Schubstange respektive der Spindel verhindert, jedoch eine Axialbewegung zugelassen.
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Ein der Erfindung zu Grunde liegendes Problem besteht darin, dass sich bei der Verstellung der Spindel in axialer Richtung nicht erwünschte Druckänderungen innerhalb der im Gehäuse angeordneten Lufträume ergeben. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, derartige Druckänderungen zu vermeiden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Aktuator, dessen Spindel über mindestens ein Polygonprofil in mindestens einem mit einem korrespondierenden Polygonquerschnitt versehenen Gleitlager geführt ist. Das Polygonprofil dient dabei der Verdrehsicherung der Spindel, welche durch die Spindelmutter angetrieben wird. Bei der Verstellung der Spindel in axialer Richtung ergibt sich in der gehäuseseitigen Kammer, einer ersten Kammer, infolge Vergrößerung oder Verkleinerung des eingeschlossenen Luftvolumens eine Druckänderung, die zu Unter- oder Überdruck in der Kammer führt. Ebenso ergibt sich in der von einer flexiblen Dichtung umschlossenen Kammer, einer zweiten Kammer, eine entsprechende Druckänderung infolge Vergrößerung oder Verkleinerung des eingeschlossenen Luftvolumens. Zwischen beiden Kammern ist – quasi als Trennwand – das Gleitlager, welches die Spindel gleitend aufnimmt, angeordnet. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Außenumfang des Polygonprofils und dem Innenumfang der Lageröffnung mindestens ein durchgehender Lüftungskanal, welcher die erste und die zweite Kammer verbindet, angeordnet. Der Lüftungskanal ist bezüglich seines Strömungsquerschnittes respektive seines Strömungswiderstandes derart bemessen, dass ein Druckausgleich zwischen der ersten und der zweiten Kammer stattfinden kann. Damit wird der Vorteil erreicht, dass in beiden Kammern ständig ein etwa konstanter und gleicher Druck herrscht. Die Erfindung ist sowohl auf einseitig als auch auf zweiseitig wirkende Aktuatoren anwendbar. Bei zweiseitig wirkenden Aktuatoren, welche in der Regel symmetrisch aufgebaut sind und zwei Gleitlager für die entgegengesetzten Enden der Spindel aufweisen, können Lüftungskanäle auf beiden Seiten im Bereich der Polygonprofile angeordnet werden.
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Ein einseitig wirkender Aktuator wirkt lediglich auf einen Radträger, während ein zweiseitiger Aktuator karosseriefest angeordnet ist und für jede Fahrzeugseite beide Radträger gleichzeitig lenkt bzw. führt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Polygonprofil mindestens einen abgerundeten Eckbereich auf, in welchem der mindestens eine Lüftungskanal angeordnet ist. Bevorzugt ist in jedem Eckbereich, je nach Anzahl bzw. nach Art des Polygons, ein Lüftungskanal angeordnet, so dass sich eine gleichmäßige Verteilung der Lüftungskanäle über den Umfang des Polygonprofils ergibt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polygonprofil des Gleitlagerabschnittes aus einem genormten Polygonwellen-Profil, welches einen Außen- oder Wellendurchmesser aufweist, in der Weise herstellbar, dass der Außen- oder Wellendurchmesser verkleinert wird. Dadurch ergibt sich gegenüber dem Innenumfang der Lageröffnung ein Spalt oder Hohlraum, welcher den Lüftungskanal bildet. Die Herstellung eines derart modifizierten Normprofils ist relativ einfach, weil der Außendurchmesser durch spangebende Bearbeitung, Drehen oder Schleifen, einfach auf das gewünschte Maß reduziert werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Lageröffnung aus einem genormten Polygonnaben-Profil, welches einen Naben- oder Innendurchmesser aufweist, in der Weise herstellbar, dass der Innendurchmesser vergrößert wird. Dadurch ergibt sich gegenüber dem Polygonprofil ein Spalt oder Hohlraum in den Eckbereichen, so dass Lüftungskanäle in sämtlichen Eckbereichen ausgebildet werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der das Polygonprofil aufweisende Gleitlagerabschnitt als separates Teil ausgebildet, welches als Schubstange bezeichnet ist und einen integralen Bestandteil der Spindel bildet. Die Schubstange ragt teilweise aus dem Gehäuse heraus und dient endseitig der Befestigung eines Gelenkes zur Verbindung mit einem Lenkgestänge der Hinterräder. Die Schubstange übernimmt somit auch die Verdrehsicherung der Spindel über das Polygonprofil. Bevorzugt ist die Schubstange als Aufschraubzapfen ausgebildet, welcher stirnseitig eine Gewindesacklochbohrung aufweist, in welche das Ende der Spindel einschraubbar ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Ende der Schubstange durch die flexible Dichtung gegenüber dem Gehäuse abgedichtet, wodurch die zweite Kammer gebildet wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Dichtung als Faltenbalg ausgebildet, dessen Enden einerseits fest mit dem Gehäuse und andererseits mit dem Ende der Schubstange verbunden sind, so dass sich eine hermetische Abdichtung des eingeschlossenen Luftraumes ergibt und keine Feuchtigkeit oder Schmutz eindringen kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polygonprofil als Vierkantprofil ausgebildet, weist also vier gleichmäßig über den Umfang verteilte abgerundete Eckbereiche auf, in welchen die Lüftungskanäle angeordnet sind. Das Vierkantprofil stellt einerseits eine relativ einfache, kostengünstig herstellbare Profilform dar, andererseits ergeben sich durch die Ausbildung und Anordnung der Lüftungskanäle, sei es durch Verkleinerung des Profilwellendurchmessers, sei es durch Vergrößerung des Polygonnabendurchmessers, keine Nachteile hinsichtlich der Zentrierung von Profilwelle und Profilnabe.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen einfach wirkenden Aktuator für eine Hinterachslenkung,
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2 einen zweifach wirkenden Aktuator für eine Hinterachslenkung,
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3 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßes Gleitlagers mit Lüftungskanälen,
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4 einen Radialschnitt des Gleitlagers in der Ebene IV-IV in 3,
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5a einen Querschnitt eines genormten Polygonwellen-Profils und
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5b einen Querschnitt eines genormten Polygonnaben-Profils.
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1 zeigt in einem Längsschnitt den Aufbau eines einfach wirkenden, elektrisch antreibbaren Aktuators 1 für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Der Aktuator 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, in welchem ein Spindelantrieb 3, welcher eine Spindelmutter 4 und eine mit der Spindelmutter 4 in Eingriff stehende, axial verschiebbare Spindel 5 umfasst, angeordnet ist. Die Spindel 5 weist ein Spindel- oder Außengewinde 5a und die Mutter 4 ein Mutter- oder Innengewinde 4a auf, welche als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde, ausgebildet sind. Die Spindelmutter 4, welche über zwei Wälzlager 6, 7 drehbar gegenüber dem Gehäuse 2 abgestützt ist, wird über einen Riementrieb 8 von einem Elektromotor 9 angetrieben. Das Gehäuse 2 umfasst drei Gehäuseteile, nämlich einen mittleren Gehäuseteil 2a, in welchem die Spindelmutter 4 gelagert ist, einen fahrzeugseitigen Gehäuseteil 2b, über welchen der Aktuator 1 gelenkig am Fahrzeug befestigt ist, und einen radseitigen Gehäuseteil 2c, an dessen Stirnseite ein Gleitlager 10 angeordnet ist. Die Spindel 5 weist ein stirnseitiges Ende 5b auf, welches dreh- und schubfest mit einem Aufschraubzapfen 11, auch Schubstange 11 genannt, verbunden ist. Die Schubstange 11 weist einen Gleitlagerabschnitt (ohne Bezugszahl), der in dem Gleitlager 10 geführt ist, auf. An dem aus dem Gehäuse 2c herausragenden Ende 11a der Schubstange 11 ist über einen Gelenkzapfen 12a ein Gelenk 12 befestigt, welches direkt oder über ein nicht dargestelltes Lenkgestänge, z. B. eine Spurstange mit einem lenkbaren Hinterrad des Kraftfahrzeuges verbunden werden kann. Der aus dem Gehäuse 2c herausragende äußere Teil 11a der Schubstange 11 ist durch eine flexible Dichtung, ausgebildet als Faltenbalg 13, der einerseits das Gehäuse 2c und andererseits den Gelenkzapfen 12a umschließt, abgedichtet.
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Innerhalb des Gehäuseteils 2c befindet sich eine erste Kammer 14, deren Luftvolumen sich bei einer Axialbewegung der Spindel 5 und der Schubstange 11, welche einen größeren Durchmesser als die Spindel 5 aufweist, ändert. Bei einer Axialbewegung der Spindel 5 nach innen (in der Zeichnung nach rechts) kommt es infolge Verringerung des Luftvolumens zu einem Druckanstieg in der ersten Kammer 14, während es bei einer Axialbewegung der Spindel 5 nach außen (in der Zeichnung nach links) zu einer Vergrößerung des Luftvolumens und damit zu einem Druckabfall kommt. Eine zweite Kammer 15 wird durch den Faltenbalg 13 eingeschlossen, wobei es auch in der zweiten Kammer 15 bei entgegengesetzten Axialbewegungen der Spindel 5 und der Schubstange 11 zu Druckänderungen kommt. Beide Kammern 14, 15 werden durch die Stirnwand des Gehäuses 2c und das darin angeordnete Gleitlager 10 voneinander getrennt. Das Gleitlager 10 und der im Gleitlager 10 verschiebbare Gleitlagerabschnitt der Schubstange 11 weisen zwecks Verdrehsicherung ein Polygonprofil auf, welches im Zusammenhang mit den 4, 5a, 5b näher erläutert wird.
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2 zeigt einen doppelt oder nach zwei Seiten wirkenden Aktuator 20, der ähnlich aufgebaut ist wie der einfach wirkende Aktuator 1 gemäß 1 und den gleichen elektrischen Antrieb aufweist. Im Unterschied zum einfach wirkenden Aktuator 1 sind an beiden Stirnenden 21a, 21b der Spindel 21 Schubstangen 22, 23 befestigt, welche jeweils mit einem Gelenk 24, 25 verbunden ist. Das Gehäuse 26 ist somit an beiden Stirnseiten offen für den Durchtritt der beiden Schubstangen 22, 23. Der Aktuator 20 wird vorzugsweise mittig zwischen den Hinterrädern des Fahrzeuges am Fahrzeug befestigt und wirkt über die beiden Schubstangen 22, 23 und die Gelenke 24, 25 gleichzeitig auf die Lenkung beider Hinterräder.
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3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereiches um das Gleitlager 10 in 1, wobei 3 gegenüber 1 unwesentliche Abweichungen aufweist. In 3 werden für gleiche oder analoge Teile gleiche, jedoch um 100 erhöhte Bezugszahlen wie in 1 verwendet. Die Spindel 105 ist mit ihrem Stirnende 105b fest mit der Schubstange 111, hier als Aufschraubzapfen ausgebildet, verbunden. Die Schubstange 111 ist in dem Gleitlager 110 axial verschiebbar angeordnet, jedoch aufgrund eines Polygonprofils (dargestellt in 4) gegen Verdrehen gesichert. Die erste Kammer 114 ist (in der Zeichnung) rechts vom Gleitlager 110 und die zweite Kammer 115 ist (in der Zeichnung) links vom Gleitlager 110 angeordnet. Erfindungsgemäß sind zwischen dem Polygonprofil der Schubstange 111 und dem korrespondierenden Polygonprofil des Gleitlagers 110 Lüftungskanäle 100a, 100b belassen, welche sich in axialer Richtung erstrecken und eine Strömungsverbindung zwischen der ersten Kammer 114 und der zweiten Kammer 115 herstellen. Dadurch wird ein Druckausgleich zwischen der ersten Kammer 114 und der zweiten Kammer 115 in der Weise geschaffen, dass die Luft aus der einen Kammer in die andere Kammer überströmen kann.
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4 zeigt einen Radialschnitt im Bereich des Gleitlagers 110 in der Schnittebene IV-IV in 3 – ohne die Spindel 105. Die Schubstange 111 weist ein näherungsweise als Viereck- oder Vierkantprofil ausgebildetes Polygonprofil 111a auf, welches auch als Polygonwellen-Profil 111a bezeichnet wird. Das Gleitlager 110 weist eine Lageröffnung mit einem korrespondierenden Polygonnaben-Profil 110a auf, welches das Polygonwellen-Profil 111a axial gleitend aufnimmt. Das Polygonnaben-Profil 110a weist vier Eckbereiche 100 auf, in welchen durchgehende Lüftungskanäle 100a, 100b, 100c, 100d angeordnet sind. Wie im Folgenden, im Zusammenhang mit den 5a, 5b erläutert wird, ist in den Eckbereichen 100 des Polygonwellen-Profils 111a Material abgetragen, d. h. der Polygonwellen-Durchmesser (vgl. 5a) wurde reduziert, um die notwendigen Querschnitte für die Lüftungskanäle 100a bis 100d zu schaffen.
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5a zeigt ein Polygonwellen-Profil 30, z. B. nach DIN 32712, welches dem Polygonprofil 111a in 4 als Ausgangsprofil dient. Das Polygonwellen-Profil 30 ist durch einen Querschnitt mit vier Eckbereichen 30a, 30b, 30c, 30d sowie vier abgeflachte Bereiche 30e, 30f, 30g, 30h gekennzeichnet. Die Eckbereiche 30a bis 30d sind auf ihrem Umfang kreisbogenförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser d1 auf. Die abgeflachten Bereiche 30e bis 30h, die leicht ballig ausgebildet sind, weisen einen gegenseitigen Abstand d2 auf. Zur Herstellung der Lüftungskanäle 100a bis 100d (4) wird der Außendurchmesser d1 so weit reduziert, dass sich ein hinreichender Querschnitt für die Lüftungskanäle 100a bis 100d ergibt.
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5b zeigt ein genormtes Polygonnaben-Profil 31, welches vier kreisbogenförmige Eckbereiche 31a, 31b, 31c, 31d mit dem Innendurchmesser d3 sowie vier abgeflachte Bereiche 31e bis 31h mit einem diametralen Abstand d4 aufweist. Durch Materialabtragung in den Eckbereichen 31a bis 31d, d. h. durch Vergrößerung des Innendurchmesser d3 kann ebenfalls ein Querschnitt für die Lüftungskanäle 100a bis 100d (4) geschaffen werden. Ebenso ist eine Kombination beider Verfahren in der Weise möglich, dass der Außendurchmesser d1 des Polygonwellen-Profils 30 (5a) verkleinert und der Innendurchmesser d3 des Polygonnaben-Profils 31 vergrößert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator (einfach)
- 2
- Gehäuse
- 2a
- mittlerer Gehäuseteil
- 2b
- fahrzeugseitiger Gehäuseteil
- 2c
- radseitiger Gehäuseteil
- 3
- Spindelantrieb
- 4
- Spindelmutter
- 4a
- Muttergewinde
- 5
- Spindel
- 5a
- Spindelgewinde
- 5b
- Spindelende
- 6
- Wälzlager
- 7
- Wälzlager
- 8
- Riementrieb
- 9
- Elektromotor
- 10
- Gleitlager
- 11
- Schubstange, Aufschraubzapfen
- 11a
- äußerer Teil
- 11b
- innerer Teil
- 12
- Gelenk
- 12a
- Gelenkzapfen
- 13
- Faltenbalg
- 14
- erste Kammer
- 15
- zweite Kammer
- 20
- Aktuator (zweifach)
- 21
- Spindel
- 21a
- Spindelende
- 21b
- Spindelende
- 22
- Schubstange
- 23
- Schubstange
- 24
- Gelenk
- 25
- Gelenk
- 26
- Gehäuse
- 30
- Polygonwellen-Profil
- 30a
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 30b
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 30c
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 30d
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 30e
- abgeflachter Abschnitt
- 30f
- abgeflachter Abschnitt
- 30g
- abgeflachter Abschnitt
- 30h
- abgeflachter Abschnitt
- 31
- Polygonnaben-Profil
- 31a
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 31b
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 31c
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 31d
- kreisbogenförmiger Abschnitt
- 31e
- abgeflachter Abschnitt
- 31f
- abgeflachter Abschnitt
- 31g
- abgeflachter Abschnitt
- 31h
- abgeflachter Abschnitt
- 100
- Eckbereich
- 100a
- Lüftungskanal
- 100b
- Lüftungskanal
- 100c
- Lüftungskanal
- 100d
- Lüftungskanal
- 105
- Spindel
- 105b
- Spindelende
- 110
- Gleitlager
- 110a
- Polygonprofil (Lageröffnung)
- 111
- Schubstange
- 111a
- Polygonprofil (Schubstange)
- 114
- erste Kammer
- 115
- zweite Kammer
- d1
- Außendurchmesser Polygonwelle
- d2
- Abstand
- d3
- Innendurchmesser Polygonnabe
- d4
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013107827 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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