DE102016207903A1

DE102016207903A1 - Spindelantrieb, insbesondere in einem Aktuator zur Fahrwerksverstellung

Info

Publication number: DE102016207903A1
Application number: DE102016207903.4A
Authority: DE
Inventors: Gerrit Seevers; Andrea Schillmöller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb, insbesondere in einem Aktuator zur Fahrwerksverstellung, vorzugsweise in einer Hinterradlenkung, mit einer ein Spindelgewinde (2a) aufweisenden Spindel (2), einer ein Muttergewinde (3a) aufweisenden Spindelmutter (3), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind, Spindel (2) und Spindelmutter (3) über das Bewegungsgewinde miteinander in Eingriff stehen und relativ zueinander in Richtung der Spindelachse (a) verschiebbar sind und wobei die Spindel (2) und die Spindelmutter (3) über Druckelemente (6), welche über den Umfang der Spindel (2) verteilt angeordnet sind, miteinander zentriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb, insbesondere in einem Aktuator zur Fahrwerksverstellung, vorzugsweise in einer Hinterradlenkung nach der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 212 447.9.
In der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 212 447.9 ist ein Aktuator mit einem Spindelantrieb zur Lenkung einer Hinterachse offenbart, welcher eine Spindel und eine Spindelmutter aufweist, die über ein Bewegungsgewinde miteinander in Eingriff stehen. Der älteren Anmeldung liegt das Problem der Koaxialität zwischen Spindel und Spindelmutter zu Grunde. Zur Aufrechterhaltung der Koaxialität, insbesondere bei Belastung der Spindel durch Querkräfte und/oder Biegemomente sind als Nadellager ausgebildete Radiallager vorgesehen, welche beiderseits eines Gewindeabschnitts zwischen dem Spindelgewinde und der Mutter angeordnet sind.
Die Anmeldung bezweckt eine weitere Verbesserung des Spindelantriebes, insbesondere im Hinblick auf eine Koaxialität zwischen Spindel und Spindelmutter bzw. zwischen Spindel- und Muttergewinde.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß Patentanspruch 1 werden Spindel und Spindelmutter durch Druckelemente zueinander zentriert, die über den Umfang der Spindel verteilt angeordnet sind. Die Druckelemente haben die Wirkung, dass sie ein radiales Spiel zwischen Spindelgewinde und Muttergewinde durch radial gerichtete elastische Verformungskräfte kompensieren. Damit wird der Vorteil erreicht, dass sich die Achsen des Spindelgewindes und des Muttergewindes nicht gegeneinander verschieben oder verkippen. Damit werden auch ein etwaiges Klemmen des Bewegungsgewindes und/oder höhere Stellkräfte zur Verstellung der Spindel vermieden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Druckelemente als Rollen ausgebildet, d. h. im Wesentlichen als zylinderförmige Körper, deren Längsachsen parallel zur Spindelachse ausgerichtet sind. Damit ergibt sich eine im Wesentlichen linienförmige Berührung zwischen dem Außenumfang des Spindelgewindes und einer Mantellinie der zylinderförmigen Rollen. Aufgrund der einzelnen Gewindegänge ist die Berührungslinie jedoch nicht durchgehend, vielmehr besteht sie aus einer Reihe von Berührungspunkten, welche auf einer Geraden angeordnet sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Rollen in der Spindelmutter aufgenommen, d. h. die Rollen werden in der Spindelmutter in Lage gehalten, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in der Spindelmutter, verteilt über den Umfang, Öffnungen zur Aufnahme der Rollen vorgesehen, welche vorzugsweise an den Quer- und Längsschnitt der Rollen angepasst sind. Die Aufnahmeöffnungen sind in radialer Richtung durchgehend ausgebildet, so dass die Rollen von außen oder innen in die Öffnungen eingesetzt werden können. Die Rollen sind damit in Umfangsrichtung und in axialer Richtung in den Aufnahmeöffnungen gehalten und positioniert. Vorteilhaft ist ein in Umfangsrichtung zu belassendes Spiel vorhanden, um eine elastische Verformung der Rollen zuzulassen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stützen sich die Rollen direkt auf dem Außenumfang des Spindelgewindes ab, d. h. es findet eine Relativbewegung zwischen dem Außenumfang des Spindelgewindes und einer Mantellinie der Rollen statt. Um eine erhöhte Reibung oder ein Fressen der Bauteile zu verhindern ist in diesem Bereich hinreichend Schmierstoff deponiert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rollen nach außen durch ein Ringelement abgestützt, welches auf der Spindelmutter angeordnet ist und die Aufnahmeöffnungen nach außen verschließt. Damit ist ein Widerlager zur Aufnahme der durch die Rollen bzw. Druckelemente verursachten Abstützkräfte geschaffen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Ringelement als Innenring eines Wälzlagers ausgebildet. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere bei einem Einbau des Spindelantriebes in einem Aktuator, wobei das Wälzlager die Spindelmutter gegenüber einem Gehäuse des Aktuators abstützt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rollen respektive die Druckelemente, die elastisch verformbar sind, mit einer radial gerichteten Vorspannung belastet. Diese Vorspannung stützt sich einerseits am Ringelement oder Innenring und andererseits direkt am Spindelgewinde ab, so dass ein etwaiges Radialspiel unterbunden und eine Koaxialität der Spindel- und Mutterachsen aufrechterhalten werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rollen als Hohlkörper ausgebildet, vorzugsweise als Hohlzylinder mit kreisförmigem Querschnitt, welcher unter der Wirkung der Vorspannung eine ovale oder elliptische Form annehmen kann. Daher ist in tangentialer Richtung ein entsprechendes Spiel in den Aufnahmeöffnungen vorgesehen. Die Vorspannung kann bei der Montage von Spindel und Lagerring durch eine Verpressung der Rollen oder Druckelemente erreicht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlkörper mit einem Elastomer gefüllt. In diesem Falle ist der Hohlkörper quasi als Schutzhülle relativ nachgiebig, während das Elastomer aufgrund seiner Verformung auf die radial gerichteten Abstützkräfte bewirkt.
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 Axialschnitt eines Spindelantriebes mit erfindungsgemäßen Druckelementen und
2 einen Radialschnitt des Spindelantriebes in der Ebene II-II gemäß 1.
1 zeigt in einem Längs- oder Axialschnitt einen teilweise dargestellten Spindelantrieb 1 einer Hinterradlenkung, welcher eine Spindel 2 mit einem Spindelgewinde 2a sowie eine Spindelmutter 3 mit einem Muttergewinde 3a umfasst, wobei das Spindelgewinde 2a und das Muttergewinde 3a als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet sind und miteinander in Eingriff stehen. Die Spindelmutter 3 ist über ein Wälzlager 4 gegenüber einem schematisch dargestellten Gehäuse 5 drehgelagert und in axialer Richtung fixiert. Die Spindelmutter 3 ist in Drehrichtung antreibbar, was eine Axialverschiebung der Spindel 2 in Richtung ihrer Längsachse a zur Folge hat. Das Wälzlager 4 weist einen Innenring 4a und einen Außenring 4b auf. Zwischen dem Innenring 4a und dem Spindelgewinde 2a ist ein als Rolle, insbesondere als zylindrischer Hohlkörper 6 ausgebildetes Druckelement 6 angeordnet. Das Druckelement 6, welches in radialer Richtung elastisch verformbar ist und unter einer radial gerichteten Vorspannung steht, stützt sich einerseits auf dem Außenumfang des Spindelgewindes 2a und andererseits dem Innenumfang des Innenringes 4a ab. Das Druckelement 6, hier als Hohlzylinder 6 ausgebildet, weist eine Zylinderachse 6a auf, welche parallel zur Spindelachse a angeordnet ist.
2 zeigt einen Schnitt in der Ebene II-II aus 1, d. h. einen Radialschnitt des Spindelantriebes 1. Die Spindelmutter 3 weist drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Öffnungen 7 zur Aufnahme je eines Hohlzylinders 6 auf, wobei die Öffnungen 7 dem kreisförmigen Querschnitt der Hohlzylinder 6 angepasst sind. Die Öffnungen 7 sind in radialer Richtung jeweils durchgehend, so dass sich die Hohlzylinder 6 einerseits am Außenumfang des Spindelgewindes 2a und andererseits am Innenumfang des Innenringes 4a abstützen können. Die Spindelmutter 3 bildet somit einen Käfig für die Rollen 6; letztere weisen unbelastet, d. h. vor ihrer Montage einen kreisförmigen Querschnitt auf, welcher nach der Montage aufgrund einer radialen Verspannung durch den Innenring 4a eine ovalisierte oder elliptische Form annimmt, die allerdings in der Zeichnung nicht erkennbar ist. Die Hohlzylinder 6 wirken wie Federelemente mit einer radial gerichteten Federkraft zwischen der Spindel 2 und dem Innenring 4a.
Die Hohlzylinder oder Rollen 6 können auch – was in der Zeichnung nicht dargestellt ist – einen Kern aus einem Elastomer enthalten, welcher die erforderliche Elastizität zur Erzeugung der Abstützkräfte liefert.
Der Spindelantrieb 1 kann vorteilhaft in einen Lenkungsaktuator, wie er in der eingangs genannten älteren Anmeldung offenbart ist, eingebaut werden. Der Gegenstand der älteren Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2015 212 447.9 wird daher vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Der Aktuator mit dem erfindungsgemäßen Spindelantrieb wird bevorzugt für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Spindelantrieb
2: Spindel
2a: Spindelgewinde
3: Spindelmutter
3a: Muttergewinde
4: Wälzlager
4a: Innenring
4b: Außenring
5: Gehäuse
6: Druckelement/Hohlzylinder
6a: Zylinderachse
7: Öffnung
a: Spindelachse

Claims

Spindelantrieb, insbesondere in einem Aktuator zur Lenkung von Rädern in einem Fahrwerk, vorzugsweise in einer Hinterradlenkung, mit einer ein Spindelgewinde (2a) aufweisenden Spindel (2), einer ein Muttergewinde (3a) aufweisenden Spindelmutter (3), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind, Spindel (2) und Spindelmutter (3) über das Bewegungsgewinde miteinander in Eingriff stehen und relativ zueinander in Richtung der Spindelachse (a) verschiebbar sind und wobei die Spindel (2) und die Spindelmutter (3) über Druckelemente (6), welche über den Umfang der Spindel (2) verteilt angeordnet sind, zueinander zentriert sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente als Rollen (6) ausgebildet sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente respektive die Rollen (6) in der Spindelmutter (3) aufgenommen sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (3) über den Umfang verteilte Öffnungen (7) zur Aufnahme der Druckelemente respektive der Rollen (6) aufweist.
Spindelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) dem Quer- und Längsschnitt der Druckelemente respektive der Rollen (6) angepasst und in radialer Richtung durchgehend ausgebildet sind.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente respektive die Rollen (6) auf dem Außenumfang des Spindelgewindes (2a) abgestützt sind.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente respektive die Rollen (6) durch ein die Öffnungen (7) verschließendes Ringelement (4a) abgestützt sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement als Innenring (4a) eines Wälzlagers (4) ausgebildet ist.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente respektive die Rollen (6) elastisch verformbar ausgebildet und mit einer radial gerichteten Vorspannung belastet sind.
Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente respektive die Rollen als Hohlkörper (6) ausgebildet sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (6) mit einem Elastomer gefüllt sind.
Hinterradlenkung mit einem Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche.