DE102016200102B4

DE102016200102B4 - Aktuator, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102016200102B4
Application number: DE102016200102.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Vortmeyer; Stefan Schmidt; Frank Berger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: DE102016200102A1

Abstract

Aktuator, mit einem Gehäuse (2), einen im Gehäuse (2) angeordneten Spindelantrieb (3), welcher eine über ein Bewegungsgewinde (6) mit einer Spindelmutter (5) in Eingriff stehende Spindel (4) mit einem ersten Befestigungsende (4a) und einem zweiten Befestigungsende (4b) aufweist, einen ersten und einen zweiten verschiebbar im Gehäuse (2) angeordneten Aufschraubzapfen (8, 9), wobei der erste Aufschraubzapfen (8) mit dem ersten Befestigungsende (4a) und der zweite Aufschraubzapfen (9) mit dem zweiten Befestigungsende (4b) fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufschraubzapfen (8) in einer ersten Verdrehsicherung (10) und der zweite Aufschraubzapfen (9) in einer zweiten Verdrehsicherung (11) gleitend angeordnet sind, so dass die Spindel über ihre gesamte Länge von äußeren Drehmomenten entkoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des Aktuators.
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.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Funktion des Aktuators weiter zu verbessern.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung sind die beiden Aufschraubzapfen gleitend in zwei gehäusefest angeordneten Verdrehsicherungen angeordnet, d. h. beide Aufschraubzapfen sind in axialer Richtung geführt, jedoch in Umfangsrichtung an einer Verdrehung, d. h. einer Drehung um die Spindellängsachse gehindert. Die Verdrehsicherungen sind als Schublager ausgebildet und insbesondere gegen Verdrehen gegenüber dem Gehäuse gesichert. Die Spindel führt somit - bei einem Antrieb durch die Spindelmutter - eine rein translatorische Bewegung aus. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass an dem gattungsgemäßen Aktuator, d. h. einem zweifach, in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Aktuator von außen Momente, so genannte kardanische Momente angreifen, welche über die Aufschraubzapfen auf die Spindelenden, die mit den Aufschraubzapfen fest verbunden sind, übertragen werden. Der Begriff Aufschraubzapfen ist nicht auf eine Schraubverbindung mit einem Befestigungsende der Spindel beschränkt, vielmehr kann die Spindel auch durch eine andere gleichwertige Verbindung, z. B. einen Pressverband mit dem Aufschraubzapfen verbunden werden.
Mit der beidseitig angeordneten, d. h. zweifachen Verdrehsicherung wird der Vorteil erreicht, dass die auf die Spindel wirkenden Drehmomente über das Verdrehsicherung genannte Bauteil in das Gehäuse eingeleitet werden. Die Spindel wird dadurch über ihre gesamte Länge von den äußeren Drehmomenten entkoppelt. Dadurch wird die Beanspruchung der Spindel, insbesondere eine Beanspruchung auf Torsion reduziert. Darüber hinaus wird auch die Verbindung zwischen Spindelende und Aufschraubzapfen, die bevorzugt als Schraubverbindung ausgebildet ist, von den äußeren Drehmomenten entkoppelt - die Verbindung kann daher weniger stark dimensioniert werden, und eine besondere Sicherung der Schraubverbindung kann gegebenenfalls entfallen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen beide Aufschraubzapfen und beide Verdrehsicherungen einen nicht runden Querschnitt auf, d. h. zwischen den Aufschraubzapfen und den Verdrehsicherungen ergibt sich jeweils eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung, die jedoch eine Axialverschiebung zulässt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die unrunden Querschnitte als Polygon- bzw. Polygonprofile ausgebildet, wodurch einerseits ein Formschluss in Umfangsrichtung und andererseits eine hinreichende Zentrierung zwischen Aufschraubzapfen und Verdrehsicherung erreicht wird.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Polygonprofil als Vierkantprofil ausgebildet. Vorzugsweise kann ein genormtes Vierkantprofil, bekannt unter der Bezeichnung P4C, verwendet werden, wobei die Aufschraubzapfen Polygonwellenprofile und die Verdrehsicherungen Polygonnabenprofile aufweisen.
Das Vierkantprofil hat auch den Vorteil, dass das Wellenprofil ruckfrei im Nabenprofil gleitet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Befestigungsenden der Spindel jeweils mit den beiden Aufschraubzapfen verschraubt, d. h. die Aufschraubzapfen, welche zumindest teilweise hohl ausgebildet sind, werden jeweils auf ein Befestigungsende der Spindel aufgeschraubt. Wie bereits erwähnt, sind diese beiden Schraubverbindungen von äußeren kardanischen Momenten entkoppelt und werden somit nicht durch Drehmomente belastet, die ein Lösen der Verschraubung bewirken könnten.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Befestigungsenden dasselbe Spindel- oder Bewegungsgewinde auf, über welches die Spindel mit der Spindelmutter in Eingriff steht. Hieraus ergeben sich Vorteile in der Herstellung und der Montage der Spindel.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktuator für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet. Da die Hinterachslenkung im Kraftfahrzeug ein sicherheitsrelevantes System darstellt, wirkt sich eine erhöhte Funktionssicherheit des Aktuators besonders vorteilhaft aus. Die lineare Bewegung der Spindel durch den Aktuator wirkt unmittelbar oder mittelbar, z.B. über Spurstangen oder Lenker, auf die Radträger der Hinterachse. Dadurch sind die Hinterräder, die drehbar an den Radträgern gelagert sind, lenkbar.
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

1 einen Aktuator mit zwei Aufschraubzapfen und zwei Verdrehsicherungen,
2 den ersten Aufschraubzapfen und die erste Verdrehsicherung und
3 einen Schnitt in der Ebene III-III gemäß 2.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aktuator 1, welcher bevorzugt für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist. Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches fahrzeugfest, vorzugsweise mittig an einem (nicht dargestellten) Hinterachsträger, Fahrschemel oder der Karosserie befestigt ist und einen Spindelantrieb 3, umfassend eine Spindel 4 und eine drehbar im Gehäuse 2 gelagerte Spindelmutter 5, aufnimmt. Die Spindel 4 mit einer Längs- oder Spindelachse a ist über ein Bewegungsgewinde 6, vorzugsweise ein Trapezgewinde 6, mit der Spindelmutter 5 in Eingriff. Am Gehäuse 2 ist ein Elektromotor 7, achsversetzt zur Spindelachse a, angeordnet, welcher über ein nicht dargestelltes Getriebe nach Art einer Übersetzungsstufe die Spindelmutter 5 in Drehrichtung antreibt. Die Spindel 4 weist zwei Befestigungsenden, ein erstes Befestigungsende 4a und ein zweites Befestigungsende 4b, auf, welche mit einem ersten Aufschraubzapfen 8 und einem zweiten Aufschraubzapfen 9 dreh- und schubfest verbunden sind. Der erste Aufschraubzapfen 8 ist in einer ersten Verdrehsicherung 10, und der zweite Aufschraubzapfen 9 ist in einer zweiten Verdrehsicherung 11 in axialer Richtung geführt. Die erste und die zweite Verdrehsicherung 10, 11, die jeweils gegenüber dem Gehäuse 2 drehfest angeordnet sind, verhindern ein Verdrehen des ersten und des zweiten Aufschraubzapfens 8, 9 und weisen daher geeignete unrunde Querschnitte auf, welche beispielhaft in 3 dargestellt sind. Damit wird bei einem Antrieb durch die Spindelmutter 5 eine Längsbewegung der Spindel 4 erreicht. Der erste und der zweite Aufschraubzapfen 8, 9, welche mit ihren äußeren Enden aus dem Gehäuse 2 herausragen, sind über ein erstes und ein zweites Gelenkanschlussstück 12, 13 gelenkig mit einem nicht dargestellten Lenkgestänge der Hinterachslenkung verbunden.
2 zeigt die erste Verdrehsicherung 10 und den ersten Aufschraubzapfen 8 ohne Spindel 4 und ohne das erste Gelenkanschlussstück 12. Die erste Verdrehsicherung 10 ist als Schublager oder Gleitführung in axialer Richtung für den ersten Aufschraubzapfen 8 ausgebildet und weist einen Flansch 10a auf, über welchen die erste Verdrehsicherung 10 drehfest im Gehäuse 2 (1) gehalten ist. Der erste Aufschraubzapfen 8, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlkörper ausgebildet ist, weist in seinem mittleren Bereich ein Befestigungsgewinde 8a auf, über welches das erste Befestigungsende 4a der Spindel 4 (1) befestigt wird.
3 zeigt einen Schnitt in der Schnittebene III-III in 2, d. h. die Querschnitte der ersten Verdrehsicherung 10 und des ersten Aufschraubzapfens 8. Der erste Aufschraubzapfen 8 weist auf seinem Außenumfang ein Polygonprofil 8b auf, welches als Vierkantprofil 8b, vorzugsweise als genormtes Polygonwellenprofil P4C gemäß DIN 32712 ausgebildet ist. In analoger Weise weist die erste Verdrehsicherung 10 ebenfalls ein als Vierkantprofil ausgebildetes Polygonprofil 10b auf, welches vorzugsweise als Polygonnabenprofil P4C gemäß DIN 32712 ausgebildet ist. Beide Polygonprofile, das Polygonwellenprofil 8b und das Polygonnabenprofil 10b, bilden einen Formschluss in Umfangsrichtung und bewirken somit eine Sicherung des ersten Aufschraubzapfens 8 gegen Verdrehen in der gehäusefesten ersten Verdrehsicherung 10. Die zweite Verdrehsicherung 11 und der zweite Aufschraubzapfen 9 sind im Wesentlichen identisch wie die erste Verdrehsicherung 10 und der erste Aufschraubzapfen 8 ausgebildet.
Beim Fahrbetrieb des Fahrzeuges greifen am ersten und zweiten Gelenkverbindungsstück 12, 13 kardanische Momente, d. h. auch Drehmomente um die Spindellängsachse an, welche über den ersten und zweiten Aufschraubzapfen 8, 9 sowie die erste und zweite Verdrehsicherung 10, 11 direkt in das Gehäuse 2 ( 1) eingeleitet werden. Die kardanischen Momente werden somit nicht über den ersten und zweiten Aufschraubzapfen 8, 9 auf die Spindel 4 übertragen - vielmehr ist die Spindel 4 aufgrund der ersten und zweiten Verdrehsicherungen 10, 11 von den kardanischen Momenten entkoppelt und wird von diesen nicht auf Torsion beansprucht. Dies ergibt eine erhöhte Funktionssicherheit für den Aktuator 1 (1).
Die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Polygonprofile 8b, 10b stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Verdrehsicherung dar; andere in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindungen, wie z. B. Keilwellen- oder Mitnahmeprofile sind möglich und liegen im Rahmen der Erfindung. Ebenso kann die erste Verdrehsicherung 10 auch auf andere Weise als durch den Flansch 10a gegen Verdrehen gegenüber dem Gehäuse 2 (1) gesichert werden, beispielsweise durch formschlüssige Elemente oder reib- oder stoffschlüssige Verbindungen mit dem Gehäuse 2.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Gehäuse
3: Spindelantrieb
4: Spindel
4a: erstes Befestigungsende
4b: zweites Befestigungsende
5: Spindelmutter
6: Bewegungsgewinde
7: Elektromotor
8: erster Aufschraubzapfen
8a: Befestigungsgewinde
8b: Polygonwellenprofil
9: zweiter Aufschraubzapfen
10: erste Verdrehsicherung
10a: Flansch
10b: Polygonnabenprofil
11: zweite Verdrehsicherung
12: erstes Gelenkanschlussstück
13: zweites Gelenkanschlussstück
a: Spindelachse

Claims

Aktuator, mit einem Gehäuse (2), einen im Gehäuse (2) angeordneten Spindelantrieb (3), welcher eine über ein Bewegungsgewinde (6) mit einer Spindelmutter (5) in Eingriff stehende Spindel (4) mit einem ersten Befestigungsende (4a) und einem zweiten Befestigungsende (4b) aufweist, einen ersten und einen zweiten verschiebbar im Gehäuse (2) angeordneten Aufschraubzapfen (8, 9), wobei der erste Aufschraubzapfen (8) mit dem ersten Befestigungsende (4a) und der zweite Aufschraubzapfen (9) mit dem zweiten Befestigungsende (4b) fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufschraubzapfen (8) in einer ersten Verdrehsicherung (10) und der zweite Aufschraubzapfen (9) in einer zweiten Verdrehsicherung (11) gleitend angeordnet sind, so dass die Spindel über ihre gesamte Länge von äußeren Drehmomenten entkoppelt ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Verbindungsstück (12, 13), vorzugsweise ausgebildet als Gelenk, höchst vorzugsweise als Kugelgelenk, jeweils außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet und jeweils mit dem ersten respektive dem zweiten Aufschraubzapfen (8, 9) fest verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Aufschraubzapfen (8, 9) sowie die erste und die zweite Verdrehsicherung (10, 11) jeweils einen nicht runden, insbesondere als Polygon ausgebildeten, Querschnitt (8b, 10b) aufweisen.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Aufschraubzapfen (8, 9) jeweils ein Polygonwellenprofil (8b) und die erste und die zweite Verdrehsicherung (10, 11) jeweils ein Polygonnabenprofil (10b) aufweisen.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polygonwellenprofil (8b) und das Polygonnabenprofil (10b) als Vierkantprofile ausgebildet sind.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Befestigungsende (4a, 4b) jeweils Außengewinde und der erste und der zweite Aufschraubzapfen (8, 9) jeweils ein Innengewinde (8a) aufweisen und dass die Spindel (4) über die Innengewinde (8a) und die Außengewinde mit dem ersten und dem zweiten Aufschraubzapfen (8, 9) verschraubt ist.
Verwendung eines Aktuators (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.