DE102016216087A1

DE102016216087A1 - Aktuator, insbesondere einer Hinterachslenkung

Info

Publication number: DE102016216087A1
Application number: DE102016216087.7A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kuhnt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2036-08-27
Also published as: DE102016216087B4; WO2018036732A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb (1), welcher eine Spindel (2) mit einem Spindelgewinde (2a) sowie eine Spindelmutter (3) mit einem Muttergewinde (3a) aufweist, wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3) mit der axial verschiebbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht, wobei an der Spindelmutter (3) mindestens ein als flexible Scheibe (6, 7) ausgebildetes Abstreifelement (4, 5) befestigt ist, wobei die flexible Scheibe (6, 7) auf ihrem Innenumfang eine mit dem Spindelgewinde (2a) in Eingriff stehende Abstreifkante aufweist und wobei die Abstreifkante die Kontur eines abgerundeten gleichseitigen Dreiecks aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb, welcher eine Spindel mit einem Spindelgewinde und eine Spindelmutter mit einem Muttergewinde aufweist, wobei das Spindelgewinde und das Muttergewinde als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter mit der axial verschiebbaren Spindel über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht, wobei an der Spindelmutter mindestens ein als flexible Scheibe ausgebildetes Abstreifelement befestigt ist und wobei die flexible Scheibe auf ihrem Innenumfang eine mit dem Spindelgewinde in Eingriff stehende Abstreifkante aufweist.
Ein derartiger Aktuator ist in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2016 209 036.4 offenbart. Dabei weist das Abstreifelement eine Abstreifkante mit einem schraubenförmigen Verlauf, d. h. mit einem Innengewinde auf, welches in das Spindelgewinde eingreift.
Ausgehend von der vorgenannten älteren Anmeldung, bezweckt die Erfindung eine weitere Verbesserung des Gegenstandes der älteren Anmeldung.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß Patentanspruch 1 ist vorgesehen, dass die Abstreifkante die Kontur eines regelmäßigen Polygons mit abgerundeten Ecken aufweist. Dabei besteht die Kontur der Abstreifkante aus, bevorzugt drei, geraden Kantenstücken und, bevorzugt drei, bogenförmigen Eckstücken, welche die geraden Kantenstücke miteinander verbinden. Die geraden Kantenstücke greifen derart in das Spindelgewinde ein, dass sie etwa, vorzugsweise genau, am Kerndurchmesser des Spindelgewindes anliegen. Durch die mehrseitige, bevorzugt dreiseitige Anlage ergibt sich eine genaue Zentrierung der Kontur der Abstreifkante gegenüber dem Spindelgewinde. Dadurch wird verhindert, dass Schmierstoff, welcher sich im inneren Bereich der Spindelmutter befindet, nach außen austritt.
Ein regelmäßiges Polygon, auch als reguläres Polygon, regelmäßiges Vieleck, reguläres Vieleck oder Isogon bezeichnet, ist in der Geometrie ein ebenes Polygon, das sowohl gleichseitig, als auch gleichwinklig ist. Bei einem regelmäßigen Polygon sind demnach alle Seiten gleich lang und alle Innenwinkel gleich groß. Die Ecken eines regelmäßigen Polygons liegen alle auf einem gemeinsamen Kreis, wobei benachbarte Ecken unter dem gleichen Mittelpunktswinkel erscheinen. Bei gerundeten Ecken tangieren diese den gemeinsamen Kreis.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Scheibe als Membran, auch Dichtungsmembran genannt, ausgebildet, wobei die Membran eine geringe Dicke und eine weitgehende Nachgiebigkeit sowie Elastizität in axialer Richtung aufweist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Membran mindestens eine umlaufende Verformungsfalte oder Verformungssicke auf, d. h. einen etwa kreisringförmig ausgebildeten Verformungsbereich. Damit wird der Vorteil einer Elastizität und Verformbarkeit in radialer Richtung erreicht, d. h. es ist sichergestellt, dass die Kontur der Abstreifkante ständig am Spindelgewinde anliegt, insbesondere auch, wenn vorübergehend keine Koaxialität zwischen Spindelmutter und Spindel vorliegt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Verformungsfalte einen wellen- oder V-förmigen Querschnitt auf, welcher eine Stauchung oder Dehnung in radialer Richtung erlaubt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Membran einen Befestigungsbereich auf, welcher mittelbar oder unmittelbar mit der Spindelmutter verbunden ist, d. h. die Membran ist in Drehrichtung mit der Spindelmutter synchronisiert und dreht sich mit der Spindelmutter.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Befestigungsbereich über einen Dichtungsträger, vorzugsweise einen metallischen Ring mit der Spindelmutter verbunden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Membran mit dem Dichtungsträger oder metallischen Ring als Bauteil vorgefertigt werden kann, beispielsweise durch Anvulkanisieren oder Anspritzen. Der metallische Ring dagegen erlaubt eine stabile Befestigung gegenüber der Spindelmutter, beispielsweise durch einen Presssitz.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind auf beiden Stirnseiten der Spindelmutter Membranen zur Abdichtung vorgesehen. Dadurch wird der innerhalb der Spindelmutter befindliche Fettraum nach außen abgedichtet, so dass kein Schmierstoff austreten kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Membran als Kunststoffspritzteil hergestellt und wird vorzugsweise an den metallischen Ring angespritzt.
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 Spindelantrieb eines Aktuators mit erfindungsgemäßer Dichtungsmembran,
2a die Dichtungsmembran gemäß 1 als Einzelteil in einem Axialschnitt,
2b die Dichtungsmembran in einer Ansicht in axialer Richtung,
3a einen metallischen Ring mit Kerbe zur Aufnahme der Dichtungsmembran,
3b den metallischen Ring mit angespritzter Dichtungsmembran und
4 eine weitere Ausführungsform einer Abdichtung zwischen Spindelmutter und Spindelgewinde.
1 zeigt einen Spindelantrieb 1, welcher eine Spindel 2 mit Spindelgewinde 2a sowie eine Spindelmutter 3 mit Muttergewinde 3a umfasst. Das Spindelgewinde 2a und das Muttergewinde 3a sind als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet und stehen miteinander in Eingriff, wobei die Spindelmutter 3 in Drehrichtung antreibbar und die Spindel 2 in Axialrichtung verschiebbar ist. Der Spindelantrieb 1 ist Teil eines nicht dargestellten Aktuators, wie er in der eingangs genannten älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2016 209 036.4 beschrieben ist – diese ältere Anmeldung wird voll umfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Zur Verbesserung der Reibungsverhältnisse des Spindelantriebes 1 ist innerhalb der Spindelmutter 3 Schmierstoff (nicht dargestellt) deponiert, welcher für eine ständige Befettung des Spindel- und des Muttergewindes 2a, 3a sorgt. Um ein Austreten des Schmierstoffes aus der Spindelmutter 3 zu verhindern, sind an beiden Stirnseiten der Spindelmutter 3 Abstreifelemente 4, 5 angeordnet, welche fest mit der Spindelmutter 3 verbunden sind. Die Abstreifelemente 4, 5, welche in 2a und 2b als Einzelteil dargestellt sind, weisen jeweils eine Membran 6, 7 auf, welche in das Spindelgewinde 2a eingreift. Die Membranen 6, 7, auch Dichtungsmembranen 6, 7 genannt, sind über Dichtungs- oder Membranträger 8, 9 fest und dicht mit der Spindelmutter 3 verbunden.
2a und 2b zeigen das Abstreifelement 4 als Einzelteil in einem Axialschnitt und in einer Ansicht in axialer Richtung. Der Membranträger 8 umfasst einen ersten Ring 8a größeren Durchmessers, einen zweiten Ring 8b kleineren Durchmessers sowie ein konisch zwischen beiden Ringen 8a, 8b verlaufendes Verbindungsstück 8c. Der zweite Ring 8b dient zur Befestigung auf der Spindelmutter 3 (1), vorzugsweise durch einen Presssitz. Der erste Ring 8a, der vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium herstellbar ist, dient der Aufnahme und Befestigung des Außenumfanges der Membran 6. Die Membran 6 wird somit im Bereich ihres Außenumfanges im Ring 8a fest eingespannt, ist jedoch im Übrigen, d. h. im radial inneren Bereich in axialer Richtung flexibel. Um auch eine Flexibilität in radialer Richtung zu erreichen, weist die Membran 6 eine umlaufende Verformungsfalte 6a auf, welche V-förmig oder wellenförmig ausgebildet sein kann. Die Membran 6 weist, wie aus 2b ersichtlich ist, eine Öffnung 10 mit einer Kontur 6b auf, welche die Form eines abgerundeten gleichseitigen Dreiecks aufweist. Dabei bilden die drei Seiten des gleichseitigen Dreiecks gerade Kantenstücke (ohne Bezugszahl), welche durch bogenförmige Eckstücke (ohne Bezugszahl) miteinander verbunden sind. In die dreieckförmige Kontur 6b ist der Kerndurchmesser d_K des Spindelgewindes 2a (1) gestrichelt einbeschrieben, so dass die geraden Kantenstücke jeweils am Kerndurchmesser d_K anliegen und eine Zentrierung von Membran 6 und Spindelgewinde 2a (1) bewirken.
3a zeigt einen Teil eines als Ring 11 ausgebildeten Membranträgers, welcher einen etwa quadratischen Querschnitt und an seinem Innenumfang eine etwa V-förmig ausgebildete Kerbe oder Ringnut 11a aufweist.
3b zeigt den Ring 11 mit angespritzter Kunststoffmembran 12, welche unvollständig dargestellt ist. Die Membran 12 weist an ihrem Außenumfang eine der Kerbe 11a (3a) entsprechende V-förmige Verdickung 12a auf, welche die Kerbe 11a ausfüllt. Durch das Anspritzen der Kunststoffmembran 12 an den Ring 11 entsteht eine feste Verbindung, die durch einen Formschluss in axialer und radialer Richtung verstärkt wird.
4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Membrandichtung 13. Die Spindelmutter 14 (unvollständig dargestellt) weist stirnseitig einen Bund 14a auf, auf welchem ein Ring 15 als Träger für die Membrandichtung 13 befestigt ist. Die aus Kunststoff, insbesondere einer Weichkomponente bestehende Membrandichtung 13 ist an den Außenumfang des Ringes 15 angespritzt und bildet somit eine feste und dichte Verbindung mit dem Ring 15. Innerhalb der Spindelmutter 14 ist die Spindel 16 mit einer Spindelachse a und einem Spindelgewinde 16a angeordnet. Die Membrandichtung 13 weist einen axial gegenüber dem Bund 14a versetzt angeordneten Membranbereich 13a auf, welcher eine relativ geringe Wandstärke, eine wellenförmig ausgebildete Verformungsfalte 13b sowie eine Abstreifkante 13c aufweist. Die Abstreifkante 13c, welche die Kontur eines abgerundeten gleichseitigen Dreiecks (vgl. 2b) aufweist, greift in das Spindelgewinde 16a ein und liegt am Kerndurchmesser d_K des Spindelgewindes 16a an.
Der Außendurchmesser der Membrandichtung 13 ist größer als der Außendurchmesser des Ringes 15: Dadurch gewinnt man eine hinreichende radiale Biegelänge des Membranbereiches 13a, der somit bei Ein- und Ausfahren der Spindel 16 ein- und ausfedern kann.
Bezugszeichenliste

1: Spindelantrieb
2: Spindel
2a: Spindelgewinde
3: Spindelmutter
3a: Muttergewinde
4: Abstreifelement
5: Abstreifelement
6: Membran/Dichtungsmembran
6a: Verformungsfalte
6b: Kontur
7: Membran/Dichtungsmembran
8: Dichtungsträger/Membranträger
8a: erster Ring
8b: zweiter Ring
8c: Verbindungsstück
9: Dichtungsträger/Membranträger
10: Öffnung
11: Ring/Membranträger
11a: Kerbe
12: Kunststoffmembran
12a: Verdickung
13: Membrandichtung
13a: Membranbereich
13b: Verformungsfalte
13c: Abstreifkante
14: Spindelmutter
14a: Bund
15: Ring/Dichtungsträger
16: Spindel
16a: Spindelgewinde
a: Spindelachse
d_K: Gewindekerndurchmesser

Claims

Aktuator, insbesondere einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb (1), welcher eine Spindel (2) mit einem Spindelgewinde (2a) sowie eine Spindelmutter (3) mit einem Muttergewinde (3a) aufweist, wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3) mit der axial verschiebbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht, wobei an der Spindelmutter (3) mindestens ein als flexible Scheibe (6, 7) ausgebildetes Abstreifelement (4, 5) befestigt ist, wobei die flexible Scheibe (6, 7) auf ihrem Innenumfang eine mit dem Spindelgewinde (2a) in Eingriff stehende Abstreifkante (6b) aufweist und wobei die Abstreifkante (6b) die Kontur eines regelmäßigen Polygons mit gerundeten Ecken aufweist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (6b) drei gerade Kantenstücke und drei bogenförmige Eckstücke aufweist, so dass sich für die Kontur ein gleichseitiges Dreiecks mit abgerundeten Ecken ergibt.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Scheibe als Membran (6, 7, 12, 13a) ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6, 7, 12, 13) mindestens eine umlaufende Verformungsfalte (6a, 13b) aufweist.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungsfalte (6a, 13b) einen wellen- oder V-förmigen Querschnitt aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6, 7, 12, 13a) einen Befestigungsbereich (12a) aufweist und dass der Befestigungsbereich (12a) mittelbar oder unmittelbar mit der Spindelmutter (3, 14) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich über einen Dichtungsträger (8, 9) mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger (8, 9) als metallischer Ring (8a, 8b, 11, 15) ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (12) über den Befestigungsbereich (12a) an den metallischen Ring (11) angespritzt ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (3, 14) mindestens einen stirnseitig angeordneten Bund (14a) aufweist und dass der Dichtungsträger (8, 9) respektive der metallische Ring (15) auf dem Bund (14a) befestigt ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran als Kunststoffspritzteil (12) herstellbar ist.