DE102016206564A1

DE102016206564A1 - Actuator with a spindle drive

Info

Publication number: DE102016206564A1
Application number: DE102016206564.5A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kuhnt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Gehäuse (2) und einem eine Spindel (5) sowie eine Spindelmutter (4) aufweisenden Spindelantrieb (3), wobei die Spindelmutter (4) in Drehrichtung antreibbar und die eine Verdrehsicherung (7) aufweisende Spindel (5) axial verstellbar und an mindestens einem Spindelende (5a) gehäuseseitig abgestützt ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Verdrehsicherung (7) eine Koppelstange (11, 12) umfasst, welche über ein erstes Gelenk (12a, 13) am Gehäuse (2) abgestützt und über ein zweites Gelenk (10, 8) mit der Spindel (5) verbunden ist.The invention relates to an actuator having a housing (2) and a spindle drive (3) having a spindle (5) and a spindle nut (4), the spindle nut (4) being drivable in the direction of rotation and the spindle (5) having an anti-rotation lock (7) ) is axially adjustable and at least one end of the spindle (5a) is supported on the housing side. It is proposed that the anti-rotation device (7) comprises a coupling rod (11, 12) which is supported on the housing (2) via a first joint (12a, 13) and connected to the spindle (5, 8) via a second joint (10, 8) ) connected is.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Gehäuse und einen eine Spindel sowie eine Spindelmutter aufweisenden Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to an actuator with a housing and a spindle spindle and a spindle nut having spindle drive according to the preamble of claim 1.

Durch die DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite, wobei die Spindel auf nicht dargestellte Weise am Verdrehen gehindert ist. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei konisch ausgebildete Spindelenden auf, welche jeweils über eine Konushülse, also mittelbar mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. By the DE 10 2014 206 934 A1 The Applicant was a double-acting actuator, also known as servomotor or short actuator, known for a rear axle steering a motor vehicle. The actuator is mounted centrally on the axle of the motor vehicle and at the same time acts on the steering of the two rear wheels. The actuator has a spindle drive, consisting of spindle and spindle nut, which is rotatably mounted in the housing and axially fixed. The spindle nut is driven by an electric motor and causes an axial displacement of the spindle to one side or the other, wherein the spindle is prevented in a manner not shown from twisting. The spindle has an approximately centrally disposed threaded portion with a movement thread, which is in engagement with the spindle nut, and two conical spindle ends, which are each connected via a conical sleeve, ie indirectly with a bearing sleeve, which in turn is slidably guided in the housing. On the bearing sleeves, also called Aufschraubzapfen, joint forks are arranged for connection to a steering linkage.

Die Erfindung umfasst die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The invention comprises the features of independent claim 1. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß umfasst die Verdrehsicherung eine Koppelstange, welche einerseits über ein erstes Gelenk gegenüber dem Gehäuse abgestützt und andererseits über ein zweites Gelenk mit der Spindel verbunden ist. Das erste Gelenk, welches lose oder fest im Gehäuse angeordnet sein kann, lässt eine Schwenkbewegung der Koppelstange in Richtung des Spindelhubes zu, während sich das zweite Gelenk gleichzeitig mit der Spindel in axialer Richtung bewegt, jedoch ein Verdrehen der Spindel aufgrund der gehäuseseitig abgestützten Koppelstange verhindert. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung besteht insbesondere darin, dass nur geringe Reibungsverluste auftreten, welche durch die Reibung in den beiden Gelenken bedingt ist. According to the invention the anti-rotation comprises a coupling rod, which is supported on the one hand via a first joint relative to the housing and on the other hand connected via a second joint with the spindle. The first joint, which may be arranged loosely or fixedly in the housing, allows a pivoting movement of the coupling rod in the direction of the spindle stroke, while the second joint moves simultaneously with the spindle in the axial direction, but prevents rotation of the spindle due to the coupling rod supported on the housing side , The advantage of the anti-rotation device according to the invention is in particular that only small friction losses occur, which is due to the friction in the two joints.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Gelenk als Kugelgelenk ausgebildet und bevorzugt ortsfest angeordnet, wodurch eine maximale Beweglichkeit, eine geringe Reibung und eine optimale Abstützung der Reaktionskräfte gegeben sind. According to a preferred embodiment, the first joint is designed as a ball joint and preferably arranged stationary, whereby a maximum mobility, low friction and optimal support of the reaction forces are given.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Gelenk als Schwenkgelenk mit einer Schwenkachse ausgebildet, welche senkrecht zur Längsachse der Spindel angeordnet ist. Die axial bewegliche Spindel ist somit über die Koppelstange, welche um das Kugelgelenk schwenkbar ist, gegenüber dem Gehäuse abgestützt, wobei eine Axialbewegung zugelassen, eine Drehbewegung der Spindel jedoch unterbunden wird. According to a further preferred embodiment, the second joint is designed as a pivot joint with a pivot axis which is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the spindle. The axially movable spindle is thus via the coupling rod, which is pivotable about the ball joint, supported relative to the housing, wherein an axial movement allowed, however, a rotational movement of the spindle is prevented.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Koppelstange längenveränderlich ausgebildet, beispielsweise als Teleskop. Die Längenveränderung (variable Länge) ergibt sich daraus, dass der Abstand zwischen dem ortsfesten Kugelgelenk und dem axial beweglichen Schwenkgelenk variabel ist, d. h. sich mit dem Hub der Spindel ändert. Ist das erste Gelenk jedoch nicht ortsfest, sondern beweglich im Gehäuse angeordnet, ist eine variable Länge der Koppelstange nicht erforderlich. According to a further preferred embodiment, the coupling rod is formed variable in length, for example as a telescope. The change in length (variable length) results from the fact that the distance between the fixed ball joint and the axially movable pivot joint is variable, d. H. changes with the stroke of the spindle. However, if the first joint is not stationary, but movably arranged in the housing, a variable length of the coupling rod is not required.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schwenkgelenk eine mit der Koppelstange verbundene Gabel, an welcher vorzugsweise als Gewindebolzen ausgebildete Schwenkzapfen angeordnet sind, welche die Schwenkachse definieren. According to a further preferred embodiment, the pivot joint comprises a fork connected to the coupling rod, on which preferably designed as a threaded bolt pivot pins are arranged, which define the pivot axis.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Spindel drehfest ein Schwenklager mit Quer- oder Lagerbohrungen angeordnet, in welche die Schwenkzapfen eingreifen. Das Schwenklager kann entweder in die Spindel integriert sein, wobei die Lagerbohrungen in der Spindel angeordnet sind, oder das Schwenklager wird durch ein zusätzliches auf der Spindel befestigtes Bauteil gebildet. According to a further preferred embodiment, a pivot bearing with transverse or bearing bores is rotatably mounted on the spindle, in which engage the pivot pin. The pivot bearing can either be integrated into the spindle, wherein the bearing bores are arranged in the spindle, or the pivot bearing is formed by an additional mounted on the spindle component.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schwenklager eine erste und eine zweite Mutter, wobei letztere als Kontermutter, auch Gegenmutter genannt, wirkt und die erste Mutter auf der Spindel fixiert. In der ersten Mutter sind die Querbohrungen angeordnet, in welche die Schwenkzapfen eingreifen. Die Koppelstange ist somit über die Gabel mit den Schwenkzapfen und das Schwenklager gelenkig mit der Spindel verbunden. According to a further preferred embodiment, the pivot bearing comprises a first and a second nut, the latter acting as a lock nut, also called counter nut, acts and fixes the first nut on the spindle. In the first nut, the transverse bores are arranged, in which engage the pivot pin. The coupling rod is thus connected via the fork with the pivot pin and the pivot bearing articulated to the spindle.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kugelgelenk eine ortsfest, d. h. im Gehäuse angeordnete Kugelschale und einen Kugelzapfen. Der Kugelzapfen besteht einerseits aus einem in der Kugelschale angeordneten Kugelkopf und andererseits aus einem vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Schaft. According to a further preferred embodiment, the ball joint comprises a stationary, d. H. arranged in the housing spherical shell and a ball stud. The ball pin consists on the one hand of a spherical shell arranged in the ball and on the other hand of a preferably cylindrical shank.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Koppelstange ein als Hohlzylinder ausgebildetes Rohrstück auf, in welchen der Kugelzapfen, d. h. der zylindrische Schaft des Kugelzapfens axial gleitend angeordnet ist. Damit wird eine teleskopartige Längenveränderung der Koppelstange ermöglicht. According to a further preferred embodiment, the coupling rod has a hollow piece designed as a tubular piece, in which the ball pin, d. H. the cylindrical shank of the ball stud is axially slidably disposed. This allows a telescopic length change of the coupling rod.

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 An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below, which may result from the description and / or the drawing further features and / or advantages. Show it

1 einen teilweise dargestellten Aktuator mit erfindungsgemäßer Verdrehsicherung, 1 a partially illustrated actuator with inventive rotation,

2 Einzelteile der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung in Explosivdarstellung und 2 Individual parts of the anti-rotation device according to the invention in an exploded view and

3 eine Funktionsskizze der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung. 3 a functional sketch of the anti-twist device according to the invention.

1 zeigt einen teilweise dargestellten Aktuator 1, auch Stellmotor 1 genannt, welcher bevorzugt für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges einsetzbar ist. 1 shows a partially illustrated actuator 1 , also servomotor 1 called, which is preferably used for the rear axle steering of a motor vehicle.

Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 2 (teilweise dargestellt) auf, in welchem ein Spindelantrieb 3, umfassend eine in Drehrichtung antreibbare, im Gehäuse 2 gelagerte Spindelmutter 4 und eine von der Spindelmutter 4 in Axialrichtung verschiebbare Spindel 5 angeordnet sind. Die Spindel 5 weist ein Spindelende 5a auf, welches über eine Schraubverbindung mit einer Lagerhülse 6, auch Aufschraubzapfen 6 genannt, verbunden und axial gleitend gegenüber dem Gehäuse 2 abgestützt ist. Der aus dem Gehäuse 2 herausragende Teil des Aufschraubzapfens 6 ist – was nicht dargestellt ist – mit einem Lenkgestänge zur Beeinflussung des Lenkwinkels eines Hinterrades verbunden. The actuator 1 has a housing 2 (partially shown), in which a spindle drive 3 , comprising a drivable in the direction of rotation, in the housing 2 mounted spindle nut 4 and one of the spindle nut 4 axially displaceable spindle 5 are arranged. The spindle 5 has a spindle end 5a on, which via a screw with a bearing sleeve 6 , also screw-on 6 called, connected and axially sliding relative to the housing 2 is supported. The out of the case 2 outstanding part of the stud 6 is - which is not shown - connected to a steering linkage for influencing the steering angle of a rear wheel.

Die Spindel 5, welche über ein Bewegungsgewinde, insbesondere ein Trapezgewinde mit der Spindelmutter in Eingriff steht, wird durch eine Verdrehsicherung 7 an einer Drehung um ihre Längsachse gehindert, damit die Drehbewegung der Spindelmutter 4 in eine Axialbewegung der Spindel 5 umgesetzt werden kann. Die Verdrehsicherung 7 ist in drei Positionen dargestellt, nämlich einer mittleren Position 7’ sowie zwei Endlagen 7’’ (rechts) und 7’’’ (links). Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die mittlere Position 7’: Eine erste Mutter 8 ist auf die Spindel 5 aufgeschraubt und wird durch eine zweite Mutter 9, auch Kontermutter 9 genannt, fixiert, d. h. auf der Spindel 5 blockiert. Die erste Mutter 8 ist über ein hier nicht sichtbares Schwenkgelenk mit einer Gabel 10 und diese mit einem Rohrstück 11 verbunden. In dem Rohrstück 11 ist axial gleitend ein Kugelzapfen 12 angeordnet, dessen Kugelkopf (ohne Bezugszahl) in einer gehäusefest angeordneten Kugelschale 13 aufgenommen ist. The spindle 5 , which is in engagement with the spindle nut via a movement thread, in particular a trapezoid thread, is prevented from twisting 7 prevented from rotating about its longitudinal axis, thus the rotational movement of the spindle nut 4 in an axial movement of the spindle 5 can be implemented. The anti-twist device 7 is shown in three positions, namely a middle position 7 ' as well as two end positions 7 '' (right) and 7 ''' (Left). The following description refers to the middle position 7 ' : A first mother 8th is on the spindle 5 screwed on and is replaced by a second mother 9 , also counter nut 9 called, fixed, ie on the spindle 5 blocked. The first mother 8th is over a not visible here swivel joint with a fork 10 and this with a piece of pipe 11 connected. In the pipe section 11 is axially sliding a ball stud 12 arranged, the ball head (without reference numeral) in a housing fixed ball socket 13 is included.

2 zeigt die Einzelteile der in 1 dargestellten Verdrehsicherung 7 in einer Explosivdarstellung. Für gleiche Teile werden die gleichen Bezugszahlen übernommen. Der Kugelzapfen 12 weist einen Kugelkopf 12a sowie einen zylindrisch ausgebildeten Schaft 12b auf. Der Kugelkopf 12a wird in einer kalottenförmig ausgebildeten Öffnung (nicht dargestellt) der Kugelschale 13 aufgenommen und bildet somit ein Kugelgelenk. Der zylindrische Schaft 12b wird axial gleitend in dem Rohrstück 11 aufgenommen und bildet eine teleskopartig ausgebildete Koppelstange, welche in ihrer Länge veränderlich ist. An dem Rohrstück 11 ist die Gabel 10 befestigt, welche zwei miteinander fluchtende Durchbrüche 10a, 10b aufweist. Die erste Mutter 8 weist ein als Trapezgewinde ausgebildetes Innengewinde 8a auf, welches dem Bewegungsgewinde (ohne Bezugszahl) der Spindel 5 entspricht. Die Mutter 8 weist ferner zwei miteinander fluchtende Quer- oder Lagerbohrungen 8b, 8c auf, in welche Schwenkzapfen 14, 15, ausgebildet als Gewindebolzen 14, 15, einsetzbar bzw. einschraubbar sind. Die Kontermutter 9 weist ein Innengewinde 9a auf. Zusätzlich sind noch zwei Federscheiben 16, 17 dargestellt. Die Gabel 10 und die auf der Spindel 5 (1) fixierte erste Mutter 8 bilden in Verbindung mit den Schwenkzapfen 14, 15, welche einerseits durch die Durchbrüche 10a, 10b und die Federscheiben 16, 17 hindurch gesteckt und in die Lagerbohrungen 8b, 8c eingesetzt werden, ein Schwenklager, schwenkbar um die Längsachsen der Schwenkzapfen 14, 15 und der Lagerbohrungen 8b, 8c. 2 shows the items in the 1 illustrated anti-rotation 7 in an exploded view. The same reference numbers are used for the same parts. The ball stud 12 has a ball head 12a and a cylindrically shaped shaft 12b on. The ball head 12a is in a dome-shaped opening (not shown) of the spherical shell 13 taken and thus forms a ball joint. The cylindrical shaft 12b becomes axially slidable in the pipe section 11 taken and forms a telescopically shaped coupling rod, which is variable in length. On the pipe section 11 is the fork 10 attached, which two aligned openings 10a . 10b having. The first mother 8th has an internal thread designed as a trapezoidal thread 8a on which the movement thread (without reference number) of the spindle 5 equivalent. The mother 8th also has two aligned transverse or bearing holes 8b . 8c on, in which pivot pin 14 . 15 , designed as a threaded bolt 14 . 15 , can be used or screwed. The locknut 9 has an internal thread 9a on. In addition, there are two spring washers 16 . 17 shown. The fork 10 and those on the spindle 5 ( 1 ) fixed first mother 8th form in conjunction with the pivot pin 14 . 15 , on the one hand, through the breakthroughs 10a . 10b and the spring washers 16 . 17 inserted through and into the bearing bores 8b . 8c be used, a pivot bearing, pivotable about the longitudinal axes of the pivot pin 14 . 15 and the bearing bores 8b . 8c ,

3 zeigt eine Funktionsskizze der Verdrehsicherung 7 gemäß 1 in schematischer Darstellung. Eine Koppelstange a ist über ein erstes Gelenk A mit dem Gehäuse und ein zweites Gelenk B mit der Spindel b verbunden. Die Spindel b wird in axialer Richtung, gekennzeichnet durch +x und –x, verstellt. Bei einer axialen Verstellung der Spindel b ändert sich der Abstand zwischen dem ortsfesten ersten Gelenk A und dem in x-Richtung beweglichen zweiten Gelenk B, weshalb die Koppelstange a, welche dem Kugelzapfen 12 und dem Rohrstück 11 aus 1 und 2 entspricht, längenveränderlich ist. Das zweite Gelenk B ist als Schwenkgelenk ausgebildet und greift über Schwenkzapfen B1, B2 in die Spindel b ein. Wie insbesondere die Querschnittsdarstellung in 3 zeigt, wird die Spindel b aufgrund der Abstützung durch die Koppelstange a im Gelenk A am Verdrehen gehindert. 3 shows a Funktionsssizizze the rotation 7 according to 1 in a schematic representation. A coupling rod a is connected via a first joint A to the housing and a second joint B to the spindle b. The spindle b is adjusted in the axial direction, characterized by + x and -x. In an axial adjustment of the spindle b, the distance between the stationary first hinge A and the movable in the x-direction second hinge B changes, which is why the coupling rod a, which the ball stud 12 and the pipe section 11 out 1 and 2 corresponds, is variable in length. The second joint B is designed as a pivot joint and engages via pivot pins B1, B2 in the spindle b. As in particular the cross-sectional representation in 3 shows, the spindle b is prevented due to the support by the coupling rod a in the joint A from twisting.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Aktuator actuator
2 2: Gehäuse casing
3 3: Spindelantrieb spindle drive
4 4: Spindelmutter spindle nut
5 5: Spindel spindle
5a 5a: Spindelende spindle end
6 6: Lagerhülse/Aufschraubzapfen Bearing sleeve / Aufschraubzapfen
7 7: Verdrehsicherung twist
7’, 7’’, 7’’’ 7 ', 7'',7''': Positionen der Verdrehsicherung 7 Anti-rotation positions 7
8 8th: erste Mutter first mother
8a 8a: Innengewinde inner thread
8b 8b: Querbohrung cross hole
8c 8c: Querbohrung cross hole
9 9: zweite Mutter (Kontermutter) second mother (lock nut)
9a 9a: Innengewinde inner thread
10 10: Gabel fork
10a 10a: Durchbruch breakthrough
10b 10b: Durchbruch breakthrough
11 11: Rohrstück pipe section
12 12: Kugelzapfen ball pin
12a 12a: Kugelkopf ball head
12b 12b: Schaft shaft
13 13: Kugelschale spherical shell
14 14: Schwenkzapfen pivot pin
15 15: Schwenkzapfen pivot pin
16 16: Federscheibe spring washer
17 17: Federscheibe spring washer
a a: Koppelstange coupling rod
b b: Spindel spindle
–x, +x -X, + x: Verstellrichtung adjustment
y y: Schwenkachse swivel axis
A A: erstes Gelenk first joint
B B: zweites Gelenk second joint
B1 B1: Schwenkzapfen pivot pin
B2 B2: Schwenkzapfen pivot pin

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014206934 A1 [0002]

Claims

Actuator with a housing ( 2 ) and a spindle ( 5 ) and a spindle nut ( 4 ) having spindle drive ( 3 ), wherein the spindle nut ( 4 ) can be driven in the direction of rotation and the anti-twist device ( 7 ) spindle ( 5 ) axially adjustable and at least one spindle end ( 5a ) is supported on the housing side, characterized in that the rotation ( 7 ) a coupling rod (a, 11 . 12 ), which via a first joint (A, 12a . 13 ) opposite the housing ( 2 ) and via a second joint (B, 10 . 8th ) with the spindle ( 5 ) connected is.

Actuator according to claim 1, characterized in that the first joint (A) as a ball joint ( 12a . 13 ) is trained.

Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the second joint (B) as a pivot joint ( 10 . 8th . 14 . 15 ) is formed with a pivot axis (y) which is perpendicular to the longitudinal axis of the spindle ( 5 ) is arranged.

Actuator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the coupling rod (a, 12b . 11 ) is formed variable in length.

Actuator according to claim 3 or 4, characterized in that the pivot joint (B) a fork ( 10 ) as well as pivot pins ( 14 . 15 ) having.

Actuator according to claim 5, characterized in that on the spindle ( 5 ) rotatably a pivot bearing ( 8th ) with bearing bores ( 8b . 8c ) into which the pivot pins ( 14 . 15 ), is arranged.

Actuator according to claim 6, characterized in that the pivot bearing ( 8th ) a first the bearing bores ( 8b . 8c ), on the spindle ( 5 ) screwed nut ( 8th ) and a second as a locknut ( 9 ) acting mother ( 9 ).

Actuator according to one of claims 2 to 7, characterized in that the ball joint (A) a fixedly arranged spherical shell ( 13 ) and a ball stud ( 12 . 12a ) having.

Actuator according to claim 8, characterized in that the coupling rod (a) designed as a hollow cylinder pipe section ( 11 ), in which the shaft ( 12b ) of the ball stud ( 12 ) is received axially slidably.