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Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb, einen Lenkungsaktuator sowie eine Hinterachslenkung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Lenkungsaktuator, 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. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei Spindelenden auf, welche jeweils mit Lagerhülsen verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt sind. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. Bekannt sind auch einfach wirkende Aktuatoren, auch Einzelsteller genannt, welche jeweils nur auf die Lenkung eines Hinterrades wirken.
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Ein Problem, welches bei Spindelantrieben mit einem Bewegungsgewinde, insbesondere einem Trapezgewinde auftritt, ist ein Axialspiel zwischen den Flanken des Spindelgewindes und des Muttergewindes und/oder ein Radialspiel durch Verschiebung der Achsen von Spindel- und Muttergewinde.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der Patentansprüche 1, 4 und 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist der Schmierstoff für das Bewegungsgewinde mit einer magnetorheologischen oder einer elektrorheologischen Flüssigkeit, im Folgenden auch kurz MRF oder ERF genannt, versetzt, d. h. der sich zwischen den Flanken des Spindelgewindes einerseits und den Flanken des Muttergewindes andererseits befindliche Schmierstoff enthält als Zusatz oder Beimischung eine MRF oder eine ERF. Letztere sind Flüssigkeiten, welche unter der Einwirkung eines äußeren magnetischen oder eines elektrischen Feldes ihre Fließeigenschaften, insbesondere ihre Viskosität verändern, und zwar reversibel und in kürzester Zeit. Bei einer MRF handelt es sich um eine Suspension von magnetisch polarisierbaren Partikeln (z.B. Eisen) in einer Trägerflüssigkeit, z. B. Öl. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes bilden sich Ketten von Dipolen aus, welche zu einer reversiblen Versteifung der MRF in wenigen Millisekunden führen. Bei einer ERF liegt eine Suspension von elektrisch polarisierbaren Partikeln in einer nicht leitenden Flüssigkeit vor, wobei unter dem Einfluss des elektrischen Feldes eine Kettenbildung mit reversibler Versteifung erfolgt. Dieser Versteifungseffekt wird durch Beimischung einer MRF oder ERF bzw. der in ihnen dispergierten Partikel in den Schmierstoff implementiert, so dass dieser unter dem Einfluss eines magnetischen oder elektrischen Feldes ähnlich reagiert. Die Spindel und die Spindelmutter können somit zu einem gewünschten Zeitpunkt und über eine gewünschte Zeitspanne „festgesetzt“ werden, so dass jegliches Axial- und Radialspiel unterbunden ist. Damit werden auch die mit einem Axial- und Radialspiel einhergehenden Nachteile, wie eine ungünstige mechanische Belastung oder akustische Auffälligkeiten vermieden. Soll die Spindel dagegen verstellt werden, z. B. durch Verdrehen der Spindelmutter, wird das magnetische oder elektrische Feld deaktiviert, wodurch der ursprüngliche Zustand des Schmierstoffes, insbesondere eine geringere Viskosität wieder hergestellt ist. Von Vorteil hierbei ist auch die geringe Ansprechzeit der MRF bzw. ERF, so dass sich eine hohe Dynamik für die Regelung ergibt.
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Im Bereich des Bewegungsgewindes ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen oder elektrischen Feldes angeordnet. Damit kann in geeigneter Weise auf die mechanischen Eigenschaften des Schmierstoffes, insbesondere seine Viskosität eingewirkt werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung als Magnetspule ausgebildet, welche koaxial zur Spindel angeordnet ist und die Spindel im Bereich des Spindel- und Muttergewindes umgibt. Dadurch kann im Inneren der Magnetspule, d. h. im Bereich der Spindel ein ausgeprägtes Magnetfeld mit einem Nord- und einem Südpol ausgebildet werden, welches zu einer Kettenbildung der im Schmierstoff verteilten Partikel führt und die Fließeigenschaften des Schmierstoffes wirksam beeinflusst.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Magnetspule, welche eine Vielzahl von Windungen aufweist, in die Spindelmutter integriert, beispielsweise in einem koaxial zur Spindelachse angeordneten Ringraum in der Spindelmutter angeordnet. Die Spulenwindungen nehmen somit nur einen geringen Bauraum in Anspruch.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Aktuator vorgesehen, der die Anforderungen bzgl. der erforderlichen Stellkraft und einer kurzen Stellzeit erfüllt. Es handelt sich somit um einen Lenkungsaktuator, der insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist und welcher mit einem erfindungsgemäßen Spindelantrieb ausgestattet ist. Durch die Ausschaltung eines Axial- und Radialspiels für diesen Spindelantrieb werden einerseits akustische Auffälligkeiten unterbunden, andererseits wird ein Versatz der Achsen von Spindel- und Muttergewinde vermieden, d. h. die Koaxialität bleibt erhalten. Bedarfsweise kann der erfindungsgemäße Spindelantrieb auch als Sperre eingesetzt werden, um die Lenkwinkel der Hinterräder zu fixieren. Dadurch kann auf eine herkömmliche elektromagnetische Sperre in den Aktuatoren, insbesondere in Einzelstellern verzichtet werden, was Vorteile hinsichtlich Gewicht und Bauraum mit sich bringt.
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Die Erfindung betrifft somit letztlich auch eine Hinterachslenkung bei der der vorgenannte Lenkungsaktuator verwendet wird.
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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.
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Die einzige Figur zeigt einen Spindelantrieb 1, auch Gewindetrieb 1 genannt, welcher eine Spindel 2 mit einem Spindelgewinde 2a sowie eine Spindelmutter 3 mit einem Muttergewinde 3a umfasst. Die Spindel 2 steht über das Spindelgewinde 2a mit dem Muttergewinde 3a in Eingriff; Spindelgewinde 2a und Muttergewinde 3a sind als Bewegungsgewinde, insbesondere als Trapezgewinde ausgebildet. Das Bewegungsgewinde wird durch einen Schmierstoff, welcher sich zwischen den nicht dargestellten Flanken des Bewegungsgewindes befindet, geschmiert, so dass kein metallischer Kontakt zwischen Spindel- und Muttergewinde 2a, 3a stattfindet. Die Zone, in welcher sich der Schmierstoff innerhalb des Bewegungsgewindes befindet, ist in der Zeichnung mit Z bezeichnet.
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Erfindungsgemäß ist dem Schmierstoff, welcher ein handelsüblicher Schmierstoff, z. B. ein Schmierfett sein kann, eine magnetorheologische Flüssigkeit, kurz MRF, oder eine elektrorheologische Flüssigkeit, kurz ERF, beigemischt, so dass im Schmierstoff eine Vielzahl von magnetisch oder elektrisch polarisierbaren Teilchen gleichmäßig dispergiert sind. Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist innerhalb der Spindelmutter 3 eine Magnetspule 4 mit einer Vielzahl von Windungen 4a bis 4i angeordnet. Die Magnetspule 4 wird auf nicht dargestellte Weise mit einem Spulenstrom beaufschlagt, wodurch sich ein ausgeprägtes Magnetfeld 5, dargestellt durch einen Nordpol N, einen Südpol S und Feldlinien 5a, 5b, 5c, aufbaut. Aufgrund der dargestellten Geometrie ergibt sich im Bereich der Spindel 2 und damit im Bereich des Gewindeeingriffs eine Konzentration der Feldlinien 5a, 5b, 5c, d. h. ein verstärktes magnetisches Feld 5, welches auf die im Schmierstoff dispergierten Partikel einwirkt, was zu einer Verfestigung oder Verhärtung des Schmierstoffes führt. Damit wird eine Relativbeweglichkeit zwischen Spindel 2 und Spindelmutter 3 bzw. zwischen Spindelgewinde 2a und Muttergewinde 3a erschwert oder unterbunden. Der Grad der Verfestigung kann durch die Stromstärke des Spulenstromes, d. h. die Stärke des magnetischen Feldes verändert werden.
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Der erfindungsgemäße Spindelantrieb
1 kann vorzugsweise in einem Aktuator, wie er in der eingangs genannten
DE 10 2014 206 934 A1 dargestellt und beschrieben ist, eingesetzt werden. Dabei bildet die Spindel
2 ein Stellglied, welches auf das Lenkgestänge der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges einwirkt und den Lenkwinkel der Hinterräder verändert. Die Spindelmutter
3 ist drehbar im Gehäuse gelagert und durch einen Elektromotor antreibbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindelantrieb
- 2
- Spindel
- 2a
- Spindelgewinde
- 3
- Spindelmutter
- 3a
- Muttergewinde
- 4
- Magnetspule
- 4a - 4i
- Windungen
- 5
- Magnetfeld
- 5a - 5c
- Feldlinien
- N
- Nordpol
- S
- Südpol
- Z
- Schmierstoffzone
