DE102016204566A1

DE102016204566A1 - Spindelantrieb und Aktuator mit Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102016204566A1
Application number: DE102016204566.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dobbelhoff; Lars-Theodor Thole; Gerrit Seevers; Marc Wiesenthal; Henning Schwenke; Rene Schwarze; Miguel de Carvalho; Frank Brinkmann; Christian Bischoff; Christian Stephan
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-19
Also published as: DE102016204566B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb (23), umfassend eine ein Spindelgewinde aufweisende Spindel (24), eine ein Muttergewinde aufweisende Spindelmutter (26), wobei das Spindelgewinde und das Muttergewinde als Bewegungsgewinde (25) ausgebildet sind, wobei die Spindel (24) mit der Spindelmutter (26) über das Bewegungsgewinde (25) in Eingriff steht und in Richtung der Spindelachse (a) verschiebbar ist und wobei zwischen Spindel (24) und Spindelmutter (26) und in Richtung der Spindelachse (a) außerhalb des Spindel- und des Muttergewindes (24a, 26a) ein Radiallager (17) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Aktuator, welcher einen Spindelantrieb (23) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für einen Aktuator, insbesondere für eine Lenkung, vorzugsweise Hinterradlenkung, welcher eine ein Spindelgewinde aufweisende Spindel sowie eine ein Mutergewinde aufweisende Spindelmutter umfasst, wobei das Spindelgewinde und das Muttergewinde als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und wobei die Spindel über das Bewegungsgewinde mit der Spindelmutter in Eingriff steht und in Richtung der Spindelachse verschiebbar ist. Die Erfindung betrifft auch einen Aktuator für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem Spindelantrieb.
Die Erfindung geht aus von einem Spindelantrieb und einem Aktuator, wie sie in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 212 447.9 offenbart sind. Der in der älteren Anmeldung offenbarte Aktuator ist als einseitig wirkender Stellmotor, auch Steller genannt, ausgebildet, welcher einerseits über sein Gehäuse am Fahrzeug gelenkig befestigt ist und andererseits mit einem Stellglied auf eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges einwirkt. Das Stellglied wird von der axial verschiebbaren Spindel eines Spindelantriebes verstellt. Eine Spindelmutter, welche im Gehäuse gelagert ist, wird durch einen Antriebsmotor angetrieben und steht über ein Bewegungsgewinde mit der Spindel in Eingriff. Die Spindel ist gegenüber der Spindelmutter über zwei Radiallager, die direkt auf dem Spindelgewinde laufen, zentriert, damit während des Betriebes des Stellers eine Koaxialität zwischen der Spindel- und der Spindelmutterachse bzw. zwischen dem Spindel- und dem Muttergewinde gewährleistet ist. Derartige Steller, welche relativ nahe am Hinterrad angeordnet sind, sind starken Schwingungen ausgesetzt, welche z.B. durch die Bewegung der Hinterräder Im Fahrbetrieb hervorgerufen werden.
Die Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung des Spindelantriebes und des mit dem Spindelantrieb ausgerüsteten Aktuators, insbesondere auch im Hinblick auf eine Schwingungsbeanspruchung bzw. -anregung.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Radiallager zwischen Spindel und Spindelmutter außerhalb des Spindelgewindes, d. h. nicht auf dem Kopfkreis des Spindelgewindes angeordnet. Damit wird höheren Belastungen, die auch durch Querkräfte hervorgerufen werden, Rechnung getragen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spindel einen Spindelgewindeabschnitt und einen sich an diesen anschließenden zylindrischen, glatten bzw. glattwandigen Abschnitt, d. h. ohne Gewinde auf, während die Spindelmutter einen Muttergewindeabschnitt aufweist, der mit dem Spindelgewindeabschnitt in Eingriff steht, sowie eine angrenzende Lagerbohrung aufweist. Das Radiallager ist somit auf dem glatten Spindelabschnitt und in der Lagerbohrung der Spindelmutter angeordnet. Damit ergibt sich eine verbesserte Zentrierung und eine Entlastung des Bewegungsgewindes.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Radiallager, welches an einem stirnseitigen Ende der Spindelmutter angeordnet ist, und dem Muttergewindeabschnitt eine Lagerbuchse angeordnet, welche in der Lagerbohrung aufgenommen ist. Die Lagerbuchse ist bevorzugt aus Kunststoff hergestellt und bildet ein Gleitlager für den glatten Spindelabschnitt, wobei ein dämpfender Effekt für die Lagerung erreicht wird. Die Lagerbohrung ist zylindrisch ausgebildet und kann auch als Lageraufnahme bezeichnet werden. Die Erstellung der Lageraufnahme ist nicht zwingend mittels Bohren hergestellt sondern kann z.B. auch durch Drehen o.ä. Verfahren erstellt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt sich an den das Gleitlager bildenden Bereich der Lagerbuchse ein in radialer Richtung elastischer Bereich an, welcher einen Teil des Spindelgewindeabschnitts mit einer elastischen Vorspannung, d. h. spielfrei umschließt. Bevorzugt wird die radiale Elastizität durch die Anordnung von Längsschlitzen, welche von der Stirnseite der Lagerbuchse ausgehen, erreicht. Dadurch werden auf dem Umfang verteilt angeordnete elastische Zungen gebildet, welche sich an den Spindelgewindeabschnitt anschmiegen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der radial elastische Bereich stirnseitig eine umlaufende Lippe auf, welche auf ihrer Innenseite bevorzugt als Ringwulst und auf ihrer Außenseite als rinnenartige Vertiefung ausgebildet ist.
Der Ringswulst liegt spielfrei auf dem Spindelgewindeabschnitt auf und bewirkt, dass ein Gleiten auf dem Spindelgewinde in axialer Richtung möglich ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Außenseite der Lippe bzw. der rinnenartigen Vertiefung und der Lagerbohrung ein Dämpfungselement angeordnet, welches bevorzugt als Rundschnurring, auch O-Ring genannt, ausgebildet ist. Der O-Ring wird in der umlaufenden Rinne gehalten. Durch die Anordnung der Lagerbuchse in Verbindung mit dem stirnseitig angeordneten Rundschnurring ergibt sich eine dämpfende Wirkung im Hinblick auf etwaige Radial- und/oder Axialbewegungen zwischen der Spindel und der Spindelmutter. Damit können auch Geräusche, die während des Betriebes des Spindelantriebes auftreten, gedämpft oder vermieden werden.
Bevorzugt besteht der Rundschnurring aus einem elastomeren Material, welches einerseits geeignet ist, eine Vorspannung auf die Lippe der Lagerbuchse auszuüben, und andererseits aufgrund seiner dämpfenden Eigenschaften einen Dämpfungseffekt erzielt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Spindelmutter ein weiteres Gleitlager angeordnet, in welchem der Spindelgewindeabschnitt gleitet. Hierdurch wird ein weiterer Dämpfungseffekt erzielt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung dient der erfindungsgemäße Spindelantrieb als Stellantrieb eines Aktuators für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges. Da derartige Aktuatoren aufgrund ihrer Anordnung am Fahrzeug verstärkt Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt sind, wirken sich die dämpfenden Eigenschaften der Lagerbuchse in Verbindung mit dem Rundschnurring besonders vorteilhaft aus.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator als einfach, nur auf ein Rad, wirkender Steller ausgebildet, welcher an einem Ende gelenkig am Fahrzeugaufbau befestigt wird und am anderen Ende mit seinem Stellglied direkt oder über ein Spurelement, z.B. einen Lenker, auf den Radträger eines Hinterrades wirkt.
Der Aktuator kann auch auf beide Seiten wirken, also gleichzeitig auf zumindest ein linkes und rechtes Rad. In diesem Fall ist der Aktuator mit dem Fahrzeugaufbau oder einem Fahrschemel oder Hilfsrahmen befestigt, während die beiden Enden des Stellglieds direkt oder über ein Spurelement auf den jeweiligen Radträger wirken.
Durch die unmittelbare Anbindung des Stellers an das Spurgestänge des Hinterrades ergibt sich infolge der Bewegungen des Hinterrades eine besonders starke Schwingungsanregung. Die dämpfenden Elemente in der Lagerung der Spindel wirken sich auch hier geräuschmindernd aus und bewirken eine Verlängerung der Lebensdauer des Aktuators bzw. der Hinterradlenkung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird 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 Spindelantrieb,
2 einen erfindungsgemäßen Spindelantrieb,
3 eine Lagerbuchse des Spindelantriebes in einer Seitenansicht,
3a die Lagerbuchse in einer Stirnansicht,
3b die Lagerbuchse in einem Schnitt in der Ebene IIIb-IIIb gemäß 3a und
3c die Lagerbuchse in einem Schnitt in der Ebene IIIc-IIIc gemäß 3.
1 zeigt einen Aktuator 1, auch Stellmotor oder Steller genannt, welcher bevorzugt für die Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist. Der Aktuator 1 ist als einfach wirkender Steller 1 ausgebildet, welcher im Bereich der Radaufhängung eines Hinterrades angeordnet ist und die Spur eines Hinterrades verändern kann. Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 2, bestehend aus einem radseitigen Gehäuseteil 2a, einem fahrzeugseitigen Gehäuseteil 2b und einem Zwischenteil 2c, in welchem ein Spindelantrieb 3 aufgenommen ist. Der Spindelantrieb 3 umfasst eine eine Längs- oder Spindelachse a aufweisende Spindel 4, welche über ein Bewegungsgewinde 5, umfassend ein Spindelgewinde 4a und ein Muttergewinde 6a, mit einer Spindelmutter 6 in Eingriff steht. Die Spindelmutter 6 ist über zwei Kugellager 7a, 7b gegenüber dem Zwischenteil 2c gelagert. Auf den Umfang der Spindelmutter 6 ist ein als Riemenscheibe 8 ausgebildetes Antriebsrad aufgepresst. Die Spindel 4 ist – lösbar oder unlösbar – mit einem Lagerzapfen 9 verbunden, wobei der Lagerzapfen 9 über ein Gleitlager 10 gegenüber dem radseitigen Gehäuseteil 2a radial geführt und gegen Verdrehen gesichert ist. Der Lagerzapfen 9 ragt mit einem Ende aus dem Gehäuseteil 2a heraus und weist endseitig ein Gelenk 11 auf, welches mit nicht dargestellten Komponenten einer Radaufhängung, z. B. einem Spurlenker verbunden werden kann. Der aus dem Gehäuseteil 2a ragende Teil des Lagerzapfens 9 ist über eine Dichtmanschette 12 gegenüber dem Gehäuseteil 2a abgedichtet. Das Gehäuse 2 ist über ein Befestigungsauge 13, welches fest mit dem Gehäuseteil 2b verbunden ist, fahrzeugseitig angelenkt, d. h. ortsfest angeordnet. Ein Elektromotor 14 ist achsparallel zur Spindelachse a angeordnet und an das Zwischenteil 2c angeflanscht. Der Elektromotor 14 treibt über einen Zugmitteltrieb, vorzugsweise einen Zahnriementrieb 8a über die Riemenscheibe 8 die Spindelmutter 6 und damit den Spindelantrieb 3 an. Die Spindel 4 respektive der Lagerzapfen 9 und das Gelenk 11 bilden ein Stellglied, welches bei einer Drehbewegung der Spindelmutter 6 eine Längs- oder Axialbewegung in Richtung der Längsachse a ausführt. Alternativ zum Zugmitteltrieb kann auch ein Rädergetriebe zum Antrieb der Spindelmutter eingesetzt werden.
2 zeigt einen Spindelantrieb 23, welcher dem Spindelantrieb 3 in 1 entspricht und in analoger Weise in einen Steller oder Aktuator gemäß 1 einbaubar ist. Gleiche oder analoge Teile sind in 2 mit gleichen, jedoch um 20 erhöhten Bezugszahlen wie in 1 bezeichnet. Eine Spindel 24 weist einen Spindelgewindeabschnitt 24a, einen glatten Spindelabschnitt 24b sowie eine Längsachse a auf. Eine Spindelmutter 26 ist über ein Wälzlager 27 gegenüber einem hier nicht dargestellten Aktuatorgehäuse lagerbar und über eine Riemenscheibe 28 von einem nicht dargestellten Elektromotor antreibbar. Die Spindelmutter 26 weist einen Muttergewindeabschnitt 26a auf, an welchem sich einerseits eine Lagerbohrung 15, ausgebildet als Stufenbohrung, und andererseits eine weitere Lagerbohrung 16 anschließen. In dem äußeren, stirnseitigen Teil der Lagerbohrung 15 ist ein Radiallager 17, ausgebildet als Nadellager, angeordnet, welches den glatten Spindelabschnitt 24b aufnimmt. Zwischen dem Radiallager 17 und dem Muttergewindeabschnitt 26a ist eine Lagerbuchse 18, welche bevorzugt aus einem Kunststoff hergestellt und in die Lagerbohrung 15 eingesetzt ist, angeordnet. Am stirnseitigen, dem Muttergewindeabschnitt 26a zugewandten Ende der Lagerbuchse 18 ist ein Rundschnurring 19, auch O-Ring 19 genannt, unter Vorspannung angeordnet. Der O-Ring 19 liegt einerseits auf der Außenseite der Lagerbuchse 18, welche in 3, 3a, 3b, 3c als Einzelteil dargestellt ist, auf und stützt sich andererseits an der Wandung der Lagerbohrung 15 ab. Durch den O-Ring 19 wird der stirnseitige Teil der Lagerbuchse 18 auf den Spindelgewindeabschnitt 26a gedrückt, so dass ein ständiger Ruhe- oder Gleitkontakt gewährleistet ist. Damit wird ein etwaiges Radialspiel zwischen Spindel 24 und Spindelmutter 26 eliminiert. In der weiteren Lagerbohrung 16 ist ein weiteres Gleitlager 20, ausgebildet als Hülse, eingesetzt, welches in direktem Kontakt mit dem Kopfkreis des Spindelgewindes steht. Auch durch das weitere Gleitlager 20 wird eine Minimierung und Dämpfung eines Radialspiels zwischen Spindelgewindeabschnitt 24a und Muttergewindeabschnitt 26a erreicht.
3 zeigt die Lagerbuchse 18 aus 2 als Einzelteil in einer Seitenansicht. 3a zeigt die Lagerbuchse 18 in einer Stirnansicht, 3b zeigt die Lagerbuchse 18 in einem Schnitt in der Schnittebene IIIb-IIIb gemäß 3a, und 3c zeigt die Lagerbuchse 18 in einem Schnitt in der Ebene IIIc-IIIc gemäß 3. Wie aus den 3 bis 3c ersichtlich, weist die Lagerbuchse 18 einen innen und außen glatten Abschnitt 18a und einen stirnseitigen Bund 18b auf, welcher – wie aus 2 ersichtlich – der axialen Fixierung der Lagerbuchse 18 in der Spindelmutter 26 dient. Auf der dem Bund 18b abgewandten Stirnseite weist die Lagerbuchse 18 einen radial elastischen Bereich auf, welcher durch Längsschlitze 18c und elastische Zungen 18d gebildet wird. Die Zungen 18d weisen an ihren stirnseitigen Enden im Längsschnitt eine Wölbung auf, so dass auf der Außenseite eine rinnenartige Vertiefung 18e und auf der Innenseite ein Ringwulst 18f gebildet wird. Der Ringwulst 18f, welcher gemäß 3c aus sechs Segmenten besteht, bildet den Kontakt mit dem Spindelgewindeabschnitt 24a (2). In der rinnenartigen Vertiefung 18e ist der O-Ring 19 (2) unter Vorspannung angeordnet, der eine elastische Verformung der Zungen 18d in Richtung Längsachse a (2) bewirkt, sodass ein ständiger Kontakt mit dem Spindelgewindeabschnitt 24a (2) hergestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Gehäuse
2a: radseitiger Gehäuseteil
2b: fahrzeugseitiger Gehäuseteil
2c: Zwischenteil
3: Spindelantrieb
4: Spindel
4a: Spindelgewinde
5: Bewegungsgewinde
6: Spindelmutter
6a: Muttergewinde
7a: Kugellager
7b: Kugellager
8: Riemenscheibe
8a: Riementrieb
9: Lagerzapfen
10: Gleitlager
11: Gelenk
12: Dichtmanschette
13: Befestigungsauge
14: Antriebsmotor
15: Lagerbohrung
16: weitere Lagerbohrung
17: Radiallager
18: Lagerbuchse
18a: glatter Abschnitt
18b: Bund
18c: Längsschlitz
18d: Zunge
18e: Vertiefung
18f: Wulst
19: O-Ring
20: weiteres Gleitlager
23: Spindelantrieb
24: Spindel
24a: Spindelgewindeabschnitt
24b: glatter Spindelabschnitt
26: Spindelmutter
26a: Muttergewindeabschnitt
27: Wälzlager
28: Riemenscheibe
28a: Riementrieb
a: Längsachse

Claims

Spindelantrieb, insbesondere für eine Lenkung, vorzugsweise eine Hinterradlenkung, umfassend eine ein Spindelgewinde (4a) aufweisende Spindel (4, 24), eine ein Muttergewinde (6a) aufweisende Spindelmutter (6, 26), wobei das Spindelgewinde (4a) und das Muttergewinde (6a) als Bewegungsgewinde (5, 25) ausgebildet sind, – wobei die Spindel (4, 24) mit der Spindelmutter (6, 26) über das Bewegungsgewinde (5, 25) in Eingriff steht und in Richtung der Spindelachse (a) translatorisch bewegbar ist und – wobei zwischen Spindel (4, 24) und Spindelmutter (6, 26) und in Richtung der Spindelachse (a) außerhalb des Spindel- und des Muttergewindes (4a, 6a) ein Radiallager (17) angeordnet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – dass die Spindel (24) einen Spindelgewindeabschnitt (24a) und einen benachbarten glatten Spindelabschnitt (24b) und – die Spindelmutter (26) einen Muttergewindeabschnitt (26a) und eine benachbarte Lagerbohrung (15) aufweisen und – dass das Radiallager (17) zwischen der, insbesondere als Stufenbohrung ausgebildeten, Lagerbohrung (15) und dem glatten Spindelabschnitt (24b) angeordnet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerbohrung (15) zwischen dem Radiallager (17) und dem Muttergewindeabschnitt (26a) eine Lagerbuchse (18) angeordnet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (18) einen zylindrischen glatten Abschnitt (18a) aufweist, welcher ein Gleitlager für den glatten Spindelabschnitt (24b) bildet.
Spindelantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (18) einen an den glatten Abschnitt (18a) anschließenden Bereich aufweist, welcher in radialer Richtung elastisch ausgebildet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (18) im elastischen Bereich mindestens einen Längsschlitz (18c) aufweist.
Spindelantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der radial elastische Bereich Zungen (18d) aufweist, welche auf dem Spindelgewindeabschnitt (24a) aufliegen.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (18) stirnseitig und im Bereich des Spindelgewindeabschnitts (24a) eine umlaufende Lippe (18e, 18f) aufweist.
Spindelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippe auf ihrem Außenumfang eine Vertiefung (18e) und auf ihrem Innenumfang einen Wulst (18f) aufweist.
Spindelantrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lippe respektive der Vertiefung (18e) und der Lagerbohrung (15) ein Dämpfungselement (19) angeordnet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement als Rundschnurring (19), insbesondere aus elastomerem Material, ausgebildet ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundschnurring (19) mit einer Vorspannung auf der Lippe (18e) angeordnet ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (26) eine weitere Lagerbohrung (16) aufweist, in welche ein weiteres Gleitlager (20) eingesetzt ist, in welchem ein Teil des Spindelgewindeabschnittes (26a) gleitend angeordnet ist.
Aktuator für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch einen Spindelantrieb (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Aktuator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als einseitig oder beidseitig wirkender Steller (1) ausgebildet ist und ein Gehäuse (2) aufweist, welches, insbesondere gelenkig, am Fahrzeugaufbau befestigt ist, sowie zumindest ein Stellglied (9, 11) aufweist, welches einerseits in Wirkverbindung mit der Spindel (4, 24) steht und andererseits mit einem Radträger eines Hinterrades verbunden ist.