DE102017124388A1

DE102017124388A1 - Elektromechanischer Lenkungsaktuator

Info

Publication number: DE102017124388A1
Application number: DE102017124388.7A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko; Manfred Kraus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-01-03

Abstract

Ein elektromechanischer Lenkungsaktuator, welcher sowohl für eine Vorderradlenkung als auch für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet ist, weist ein Planetenwälzgetriebe (22) zur Verschiebung einer Spindel (2) auf. Das Planetenwälzgetriebe (22) umfasst eine mehrteilige Mutter (5) mit gegeneinander verspannten Mutterelementen (17,18), wobei jedes der Mutterelemente (17,18) direkt mit Planeten (4) des Planetenwälzgetriebes (22) zusammenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen ein Planetenwälzgetriebe umfassenden elektromechanischen Lenkungsaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Lenkungsaktuator ist beispielsweise aus der DE 10 2012 212 608 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen elektronisch gesteuerten Aktuator für schwere Nutzfahrzeuge. Der Aktuator umfasst einen Elektromotor mit einem als Hohlwelle ausgeführten Rotor, welcher mit einer Spindelmutter gekoppelt ist.
Eine weitere elektromotorisch betätigte Stelleinheit für die Räder einer Achse eines Kraftfahrzeugs, welche einen Planetenwälzgewindetrieb umfasst, ist der DE 10 2005 035 872 A1 offenbart. Es handelt sich hierbei um einen Aktuator, welcher zum Lenken der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Ein Lenksystem der Fahrzeug-Vorderräder ist in diesem Fall als Überlagerungslenkung ausgebildet.
Ein weiterer Aktuator für eine Hinterachslenkung ist in der DE 38 36 255 C2 offenbart. Hierbei ist ein Planetengetriebe mit einem Kugelgewindetrieb derart kombiniert, dass eine Spindelmutter des Kugelgewindetriebs unter Zwischenschaltung des Planetengetriebes elektrisch angetrieben wird.
Die DE 100 11 140 A1 beschreibt eine rohrförmige, elektrisch unterstützte Lenkhilfe, welche mit einem Rollengewindetrieb arbeitet. Der Rollengewindetrieb umfasst Gewinderollen, an welchen sich Zahnkränze befinden, die in der Art einer geradeverzahnten Stirnradverzahnung ausgebildet sind. Es wird eine Auslegung des Rollengewindetriebs ohne Selbsthemmung empfohlen.
Verschiedene Ausgestaltungen von Planetenwälzgewindetrieben sind in den Dokumenten DE 10 2010 011 819 A1 und DE 10 2010 011 820 A1 beschrieben. Planetenwälzgetriebe weisen stets Planten auf, welche einerseits mit einer Gewindespindel und andererseits mit einer Mutter zusammenwirken und zu diesem Zweck unterschiedlich profilierte Abschnitte aufweisen, wobei mindestens ein Abschnitt, typischerweise in Form eines Mittelabschnitts, mit der Gewindespindel zusammenwirkt und mindestens ein weiterer Abschnitt, in der Regel ein Paar an Endabschnitten, zur Zusammenwirkung mit der Mutter des Planetenwälzgewindetriebes vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkungsaktuator mit einem Planetenwälzgetriebe gegenüber dem Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei auch unter den Bedingungen der Serienfertigung eine besonders geringe Streuung der Produkteigenschaften erzielbar sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektromechanischen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Lenkungsaktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine als Gewindespindel ausgebildete Schubstange, welche mittels eines Planetenwälzgetriebes, der ebenfalls dem Lenkungsaktuator zuzurechnen ist, verschiebbar ist. Das Gewinde der Spindel erstreckt sich typischerweise nur über eine Teil deren Länge. Erfindungsgemäß weist das Planetengetriebe eine mehrteilige Mutter auf, welche mehrere, gegeneinander verspannte Mutterelemente umfasst. Hierbei wirkt jedes der Mutterelemente direkt mit den Planeten des Planetenwälzgetriebes zusammen.
Mit dieser Gestaltung ist auf einfache Weise eine Vorspannung des Planetenwälzgetriebes erzielbar, welche in einem vorgegebenen, definierten Bereich liegt. Mit der Vorspannung kann auf einfache Weise der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes beeinflusst werden. Ein Wirkungsgrad unter 50%, welcher einer Selbsthemmung des Planetenwälzgetriebes entspricht, wird vorzugsweise eingestellt, falls der Lenkungsaktuator zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Handelt es sich dagegen um einen Lenkungsaktuator, welcher zur Lenkung der Vorderräder eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist, so wird vorzugsweise ein Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes von mehr als 50% eingestellt, was einer nicht selbsthemmenden Auslegung entspricht.
Sowohl bei selbsthemmender als auch bei nicht selbsthemmender Auslegung des Planetenwälzgetriebes ist zwischen den Mutterelementen beispielsweise ein Distanzring angeordnet, welcher die Vorspannung einstellt. Zusätzlich zu einem Distanzring oder statt eines Distanzrings kann auch mindestens ein Federelement, beispielsweise in Form einer Tellerfeder oder eines Tellerfederpakets, eine - optional schaltbare - Vorspannung zwischen Mutterelementen und Planeten bewirken.
Unabhängig von der Auslegung des Planetenwälzgetriebes und der Art der Erzeugung einer Vorspannung kann die Mutter entweder direkt oder über ein Getriebe angetrieben sein. Im letztgenannten Fall kann als Getriebe ein Umschlingungsgetriebe, insbesondere in Form eines Riemengetriebes, vorgesehen sein. Ein Elektromotor, welcher ein Drehmoment in das Getriebe, welches als Untersetzungsgetriebe ausgelegt ist, einspeist, ist vorzugsweise in demselben Gehäuse angeordnet, in welchem sich auch das Planetenwälzgetriebe befindet. Sofern ein zusätzliches, über eine Lenksäule betätigbares Lenkgetriebe vorhanden ist, ist auch dessen Gehäuse vorzugsweise als Teil des Aktorgehäuses ausgebildet, in welchem sich der elektromechanische Lenkungsaktuator befindet.
Der elektromechanische Lenkungsaktuator ist besonders für Personenkraftfahrzeuge und leicht Nutzfahrzeuge geeignet. Im Vergleich zu einem Gewindetrieb mit Trapezgewinde zeichnet sich der elektromechanische Lenkungsaktuator durch einen höheren Wirkungsgrad, im Vergleich zu einem Aktor mit Kugelgewindetrieb durch eine höhere Leistungsdichte und dementsprechend durch eine kompaktere Bauweise aus.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen elektromechanischen Lenkungsaktuator für eine Vorderachslenkung,
2 einen elektromechanischen Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter elektromechanischer Lenkungsaktuator, kurz auch als Aktuator bezeichnet, umfasst eine Spindel 2, das heißt Gewindespindel, welche als Schubstange in einer Lenkung eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs fungiert. Ein Abschnitt der Spindel 2 ist als Formelement 3 mit einem Gewindegang ausgebildet. Das Formelement 3 ist in den Ausführungsbeispielen einstückig mit außenliegenden Abschnitten 15 der Spindel 2 verbunden. Ebenso könnte das Formelement 3 auf beliebige Weise fest mit gesonderten Abschnitten 15, die jeweils mit einem Rad des Kraftfahrzeugs zu koppeln sind, verbunden sein.
Die Spindel 2 ist Teil eines Planetenwälzgetriebes 22, welches weiter eine Anzahl Planeten 4 umfasst, die auch als Satelliten bezeichnet werden. Die Planeten 4 rollen in einer mehrteiligen Mutter 5 ab, welche fest mit einem zur Spindel 2 konzentrischen Riemenrad 6 verbunden ist. Das Riemenrad 6 bildet zusammen mit einem Riemen 7 und einem Motorritzel 9 ein Riemengetriebe 23. Das Motorritzel 9 ist identisch oder fest verbunden mit der Motorwelle eines Elektromotors 8. Der Elektromotor 8 befindet sich zusammen mit dem Planetenwälzgetriebe 22 in einem Aktorgehäuse 21. Die Spindel 2 ist mit Hilfe von Lagerstellen 14, welche als Wälz- oder Gleitlager ausgeführt sind, verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar, im Aktorgehäuse 21 geführt.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist auf einem Abschnitt der Spindel 2 eine Verzahnung 10 erkennbar, welche mit einem Zahnrad 11 kämmt, das fest mit einer Lenksäule 12 verbunden ist. Das Zahnrad 11 bildet zusammen mit der Verzahnung 10 ein Lenkgetriebe 20. Dessen Gehäuse ist mit dem Aktorgehäuse 21 identisch. Das Aktorgehäuse 21 ist mehrteilig aufgebaut, wobei eine Gehäuseschale in beiden Figuren mit 13 bezeichnet ist.
Der Lenkungsaktuator 1 ist im Fall von 1 nicht selbsthemmend ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Lenkung mittels des Lenkgetriebes 20 auch dann betätigbar ist, wenn die Energieversorgung des Lenkungsaktuators 1 ausfällt.
Im Unterschied zur Auslegung nach 1 ist im Fall von 2 der Lenkungsaktuator 1 selbsthemmend ausgelegt. Dies bedeutet, dass der Lenkungsaktuator 1 in der momentanen Stellung verbleibt, sobald der Elektromotor 8 ausfällt.
In beiden Ausführungsformen umfasst die Mutter 5 zwei Mutterhälften 17, 18. Die Mutterhälften 17, 18 werden allgemein auch als Mutterelemente bezeichnet. Die Bezeichnung „Mutterhälften“ impliziert nicht zwangsläufig, dass beide Mutterhälften 17, 18 gleich groß sind. In jedem Fall wirkt jede Mutterhälfte 17, 18 mit einem Abschnitt eines jeden Planeten 4 zusammen. Jeder dieser Abschnitte weist eine Profilierung erster Art auf. Eine Profilierung zweiter Art, die ebenfalls durch jeden Planeten 4 gebildet ist, wälzt dagegen auf dem durch die Spindel 2 gebildeten Formelement 3 ab. Die Profilierungen erster Art haben keinen Kontakt zur Spindel 2.
Die beiden Mutterhälften 17, 18 sind mit Hilfe eines Distanzrings 19 gegeneinander vorgespannt. Durch die Wahl der Vorspannung ist auf einfache Weise der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes 22 bestimmbar. Auf diese Weise ist ein weitestgehend gleicher Aufbau der Planetenwälzgetriebe 22 in beiden Ausführungsbeispielen trotz der grundlegenden Unterschiede, was die Selbsthemmung betrifft, realisierbar.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanischer Lenkungsaktuator
2: Spindel
3: Formelement
4: Satellit, Planet
5: Mutter
6: Riemenrad
7: Riemen
8: Elektromotor
9: Motorritzel
10: Verzahnung
11: Zahnrad
12: Lenksäule
13: Gehäuseschale
14: Lagerstelle
15: Außenliegender Abschnitt
16: Lagerelement
17: Mutterhälfte, Mutterelement
18: Mutterhälfte, Mutterelement
19: Distanzring
20: Lenkgetriebe
21: Aktorgehäuse
22: Planetenwälzgetriebe
23: Riemengetriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012212608 A1 [0002]
DE 102005035872 A1 [0003]
DE 3836255 C2 [0004]
DE 10011140 A1 [0005]
DE 102010011819 A1 [0006]
DE 102010011820 A1 [0006]

Claims

Elektromechanischer Lenkungsaktuator, mit einer Spindel (2), welche mit Hilfe eines Planetenwälzgetriebes (22) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenwälzgetriebe (22) eine mehrteilige, gegeneinander verspannte Mutterelemente (17,18) umfassende Mutter (5) aufweist, wobei jedes der Mutterelemente (17,18) direkt mit Planeten (4) des Planetenwälzgetriebes (22) zusammenwirkt.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mutterelementen (17,18) ein Distanzring (19) angeordnet ist.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (5) über ein Getriebe (23) angetrieben ist.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (23) als Umschlingungsgetriebe, insbesondere Riemengetriebe, ausgebildet ist.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Aktuator zur Lenkung der Vorderräder eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Aktorgehäuse (21) umfasst, in welchem zusätzlich ein Lenkgetriebe (20) angeordnet ist.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenwälzgetriebe (22) als nicht selbsthemmendes Getriebe ausgelegt ist.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Aktuator zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenwälzgetriebe (8) als selbsthemmendes Getriebe ausgelegt ist.