DE102017209681A1

DE102017209681A1 - Aktuator mit einem Spindelantrieb sowie Hinterachslenkung

Info

Publication number: DE102017209681A1
Application number: DE102017209681.0A
Authority: DE
Inventors: Gerrit Seevers; Andrea Schillmöller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-12-13

Abstract

Aktuator mit einem Spindelantrieb (1) für eine Hinterachslenkung, aufweisend eine Aktuator (1) einer Hinterachslenkung, mit einem Spindelantrieb (1b), aufweisend ein Gehäuse (1a), eine Spindel mit einem Spindelgewinde (2a) sowie einer Spindelmutter (3) mit einem Muttergewinde (3a), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in dem Gehäuse (1a) des Aktuators (1) ortsfest gelagerte Spindelmutter (3) mit der axial bewegbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht, wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) in Längsrichtung der Spindel (2) durch ein Spannelement (10) gegeneinander verspannt sind, wobei das Spannelement (10) mit einem Innengewinde (10a) ausgebildet ist, welches mit dem Spindelgewinde (2a) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) zumindest mittelbar gegenüber dem Gehäuse (1a) abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Hinterachslenkung nach Anspruch 9.
In der älteren Anmeldung DE10 2015 224 775.9 ist ein Spindelantrieb offenbart, bei welchem die Spindelmutter gegenüber der Spindelmutter durch ein als lose Mutter ausgebildetes Spannelement in Längsrichtung gegeneinander verspannt sind, wobei die lose Mutter, auch Gewindering genannt, über ein als Tellerfeder ausgebildetes Federelement gegenüber der Spindelmutter abgestützt ist. Durch die Tellerfeder wird eine ständige Vorspannung erzeugt, welche zu einer Anlage der Flanken von Spindel- und Muttergewinde führt und ein Axialspiel beseitigt.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung eines Spindeltriebes der vorgenannten Art sowie einer Hinterachslenkung unter Verwendung eines Aktuator mit einem solchen Spindeltrieb.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß Patentanspruch 1 ist ein Aktuator einer Hinterachslenkung vorgesehen, mit einem Spindelantrieb, aufweisend ein Gehäuse, eine Spindel mit einem Spindelgewinde sowie einer Spindelmutter mit einem Muttergewinde, wobei das Spindelgewinde und das Muttergewinde als Bewegungsgewinde ausgebildet sind. Die in dem Gehäuse des Aktuators ortsfest und drehbar um ihre Längsachse gelagerte Spindelmutter steht mit der axial bewegbaren Spindel über das Bewegungsgewinde in Eingriff. Dabei sind das Spindelgewinde und das Muttergewinde in Längsrichtung der Spindel durch ein Spannelement gegeneinander verspannt. Das Spannelement ist mit einem Innengewinde ausgebildet ist, welches mit dem Spindelgewinde in Eingriff steht. Das Spannelement ist als ein Ring mit Innengewinde - mit anderen Worten als Gewindering ausgebildet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Spannelement zumindest mittelbar gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist.
Bevorzugt ist das Spannelement mittels zumindest eines Federelements gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Das mit dem Außengewinde der Spindel in Eingriff befindliche Innengewinde des Spannelements drückt die Spindel mit seinen Außengewindeflanken gegen die Flanken des Innengewindes der Spindelmutter. Aufgrund deren ortsfester Lagerung im Gehäuse ergibt sich eine Spielminimierung bzw. -aufhebung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Federelement als Feder aus MEtall, insbesondere als Tellerfeder, oder als Feder aus einem Elastomer, vorzugsweise als Scheibe ausgebildet, d. h. als Scheibe, jeweils aus einem elastischen Werkstoff mit Federwirkung in axialer Richtung. Die mindestens eine Tellerfeder oder elastomere Scheibe oder auch ggfs. eine Kombination derartiger Bauteile, welche im Radialschnitt etwa die Abmessungen des Gewinderinges, d. h. etwa gleiche Stirnflächen aufweist, ist zwischen Spannelement und Gehäuse angeordnet. Alternativ ist eine Distanzhülse in Form eines Hohlzylinders stattdessen oder aber zusätzlich zu den vorgenannten Federn zwischen Spannelement und Gehäuse angeordnet. In einer Ausführungsform kann die gesamte Distanzhülse aus einem federndem, z.B. elastomeren Material, wie z.B. einem Kunststoff, gebildet sein. An einer Stirnseite einer aus einem starren metallenen Material, z.B. Stahl, gefertigten Distanzhülse kann alternativ ein Elastomer in Form eines Ringes angeformt sein, vorzugsweise angespritzt sein. Bevorzugt ist somit zumindest ein Teil der Distanzhülse federn in axialer Richtung ausgebildet. Bevorzugt ist dieses die Stirnseite der Distanzhülse, welche dem Spannelement zugewandt ist. Die Abstützung der Distanzhülse an der Innenseite des Gehäuses bewirkt somit eine Federwirkung von der Gehäuseinnenseite in Richtung Spannelement, welches zur Spielminimierung beiträgt. Die Distanzhülse ist bevorzugt form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden. Insbesondere ist die Distanzhülse in das Gehäuse in einen dort vorgesehenen hohlzylindrischen Absatz eingepresst. Eine Distanzhülse ist insbesondere von Vorteil, da diese den notwendigen Spindelhub ermöglicht, wenn die Spindel durch Drehbewegung linear, d.h. in axialer Richtung bewegt wird. Die Distanzhülse weist bevorzugt einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser des Kopfkreises des Spindelgewindes ist. Alternativ ist die Distanzhülse Teil des Gehäuses. Dieses ist leicht möglich, wenn ein für Aktuatoren übliches Leichtmetalldruckgussgehäuse verwendet wird, da beim Gussprozess, also der Herstellung des Gehäuses, eine Distanzhülse als Teil der Innenseite ausgeformt werden kann.
Ein Elastomer besteht z.B. aus einem Kunststoff mit elastischen Eigenschaften. Das Elastomer ist elastisch verformbar und übt bei Verformung eine elastische Rückstellkraft oder Vorspannung aus. Ein Federelement aus einem Elastomer, auch elastomeres Federelement genannt, kann kostengünstig hergestellt werden und weist gegenüber einem metallischen Federelement Gewichtsvorteile auf. Mit dem elastomeren Federelement kann somit eine ständige Vorspannung auf das Spannelement, z.B. ein Gewindering, und damit auf die Flanken des Bewegungsgewindes ausgeübt werden. Es wird ein mögliches Axialspiel zwischen Spindelmutter und Spindel beseitigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Spannelement und dem Gehäuse ein Lager, wie z.B. Gleitlager oder Kugellager, angeordnet. Das Spannelement ist mit der Spindelmutter gekoppelt bzw. synchronisiert. Mit anderen Worten ist das Spannelement drehfest mit der Spindelmutter verbunden. Die Mitnahmeverbindung zwischen Spindelmutter und Spannelement kann vorzugsweise über eine Hülse erfolgen, die die Spindelmutter drehfest umgreift und zumindest einen axialen Fortsatz, z.B. in Form eines Fingers aufweist. Dieser Fortsatz oder Finger greift in vorteilhafter Weise in eine Nut, die am Umfang des Spannelementes eingearbeitet ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine formschlüssige Verbindung zwischen Stirnseite der Spindelmutter und der gegenüberliegenden Stirnseite des Spannelements die Mitnahme des Spannelements gewährleisten. Beide Stirnseiten können jeweils z.B. eine Bohrung aufweisen, in die ein Zylinderstift eingreift.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Spannelement stirnseitig ein Abstreifelement befestigt, welches radial einwärts in das Spindelgewinde, insbesondere in die Rillen des Spindelgewindes eingreift. Damit kann eine Abdichtung des Fettraumes innerhalb der Spindelmutter erzielt werden, d. h. ein Austreten von Schmierstoff verhindert werden. Mit anderen Worten verbleibt der Schmierstoff damit in den Zwischenräumen zwischen Spindel und Spindelmutter. Dieses ist insbesondere von vorteilhafter Wirkung, wenn die Spindelmutter vollständig von dem stirnseitigen Ende der Hülse umgriffen, insbesondere vollständig umgriffen ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hinterachslenkung mit einem Aktuator und einem Spindeltrieb wie zuvor beschrieben. Die Hinterachslenkung kann zwei einzelne Aktuatoren aufweise, die jeweils ein Hinterrad lenken. Alternative kann die Hinterachslenkung einen zentralen Aktuator aufweisen, bei dem die Spindelenden mittels eine Gelenks sowohl mit dem linken als auch dem rechten Hinterrade gekoppelt sind. Eine derartige Hinterachslenkung zeichnet sich durch einen genauen Stell- bzw. Lenkbetrieb aus, da mit den vorgenannten Ausführungen ein sehr spielarmer Aktuator darstellbar ist.
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. Es zeigen

1 einen Spindelantrieb einer Hinterachslenkung und
2 einer Darstellung eines Aktuators mit Spindelantrieb gemäß dem Stand der Technik

1 zeigt einen Spindelantrieb 1, welcher eine Spindel 2 mit einem Spindelgewinde 2a sowie eine Spindelmutter 3 mit einem Muttergewinde 3a umfasst. Der Spindelantrieb 1 ist eine Komponente eines Aktuators, wie er in der 2 oder auch in der eingangs genannten älteren Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2015 224 775.9, s. dort 3 und zugehörige Beschreibung offenbart ist. Die Spindelmutter 3 ist in einem Gehäuse 1a mittels eines Kugellagers 4 ortsfest gelagert. Auf der Spindelmutter 3 ist drehfest eine Riemenscheibe 5 angeordnet, über welche die Spindelmutter 3 von einem Riemen 6 mittels eines nicht gezeigten Elektromotors in Drehrichtung um die Spindelachse a antreibbar ist. Das Muttergewinde 3a ist mit dem Spindelgewinde 2a in Eingriff. Wenn die Spindelmutter 3 gedreht wird, so bewirkt dieses eine Axialverschiebung der Spindel 2. Die Spindel 2 ist dazu gegen Mitdrehen gesichert, welches im Detail nicht dargestellt ist, jedoch mittels aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen bei Aktuatoren von Hinterachslenkungen einfach ermöglicht werden kann. Zwischen den Flanken des Spindelgewindes 2a und des Muttergewindes 3a, welche vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet sind, besteht fertigungsbedingt ein Axialspiel, welches durch die Erfindung beseitigt oder minimiert werden kann. Hierzu ist ein Spannelement 10 in Form eines Gewinderings vorgesehen, welcher ein Innengewinde 10a aufweist, welches mit dem Spindelgewinde 2a in Eingriff steht. Der Gewindering 10 ist spielbedingt geringfügig axial beweglich gegenüber der Spindelmutter 3 angeordnet und in Drehrichtung mit der Spindelmutter 3 gekoppelt. Die Kopplung erfolgt über Klauen 11a, die in Nuten des Gewinderings 10 eingreifen. Dies Klauen 11a sind Teil einer Hülse 11, welche die Spindelmutter 3 form- und kraftschlüssig umgreift. Der Gewindering 10 weist einen Absatz 10b auf, der den Bereich des Endes der Spindel 2 umschließt, jedoch nicht mit dem Spindelgewinde 2a in Eingriff ist. Auf diesem Absatz 10b sind eine Tellerfeder 12 und ein Lager 8 nacheinander angeordnet. Auf der vom Ende der Spindel 2 abgewandten Seite des Gehäuses 1a ist eine Distanzhülse 13 in das Gehäuse 1a eingepresst. Die Längsachse der Distanzhülse13 liegt dabei auf der Spindelachse a. Mit anderen Worten sind die Distanzhülse 13, der Absatz 10b des Gewinderings 10 und der Kopfkreisdurchmesser der Spindel 2 konzentrisch zueinander angeordnet. Der Durchmesser der Distanzhülse 13 ist so gewählt, dass ein Spiel zwischen Außendurchmesser des Absatzes 10b und Innendurchmesser der Distanzhülse 13 besteht. Es ist ersichtlich, dass das Lager 8 an der Stirnfläche 13s anliegt. Die Tellerfeder 8 liegt an dem Lager 8 an. Die Stirnfläche 10s des Gewinderings 10 liegt wiederum an der Tellerfeder 12 an. Der Zusammenbau der Komponenten erfolgt mit einer Vorspannung der Tellerfeder 12, so dass sich eine Abstützung gegenüber dem Gehäuse 1a ergibt. Dadurch werden die Flanken des Gewinderings 10 in einer von der Distanzhülse 13 abgewandten Abstützrichtung S gegen die Flanken der Spindel 2 gedrückt. Spindel 2 und Spindelmutter 3 werden dadurch spielfrei, weil die Flanken der Spindel 2 aufgrund der Vorspannung der Tellerfeder 12 gegen die Flanken der Spindelmutter 3 gedrückt werden. Dieses ist sowohl im Ruhezustand als auch während des Drehantriebs der Spindelmutter 3 der Fall, weil der Gewindering 10 gegenüber der Spindelmutter 3 gleitend angeordnet ist.
Aufgrund der gewählten Anordnung wird noch ein weiterer Vorteil erreicht. Der Innenring des Lagers 4 wird zusammen mit der Spindelmutter 3 in Abstützrichtung gedrückt, da dieser formschlüssig die Spindelmutter 3 umgreift. Der Lageraußenring ist in dem Gehäuse ortsfest angeordnet ist. Ein fertigungsbedingtes Spiel in dem Lager 4 kann durch die gehäuseseitige Abstützung und der Vorspannung der Tellerfeder 12 ebenfalls minimiert werden. Ein während der Laufzeit entstehendes Spiel kann ebenfalls in vorteilhafter Weise ausgeglichen werden.
2 zeigt einen Aktuator 20, wie er vorzugsweise für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. Der Aktuator 20 weist einen Spindelantrieb 21 auf, welcher eine Spindel 22, eine Spindelmutter 23, Lager 24 sowie eine Riemenscheibe 25 umfasst, welche über einen Riemen 26 von einem Elektromotor 27 antreibbar ist. Der Aktuator 20 weist ein Gehäuse 28 auf, welches über ein erstes Gelenk 29 am Fahrzeugrahmen befestigt ist. Die Spindel 22 ist an einem ihrer beiden Enden mit einem Aufschraubzapfen 30 fest verbunden, welcher gegenüber dem Gehäuse 28 axial gleitend geführt und an seinem äußeren, aus dem Gehäuse 28 herausragenden Ende mit einem zweiten Gelenk 31 verbunden ist. Der Aktuator 20 ist über das zweite Gelenk 31 mit einem nicht dargestellten Lenkgestänge, vorzugsweise einem Spurlenker einer Hinterachslenkung oder unmittelbar mit dem Radträger eines Kraftfahrzeuges verbunden und kann somit die Lenkung eines Hinterrades bewirken, wobei er sich fahrzeugseitig über das erste Gelenk 29 z.B. an einem Hilfsrahmen oder unmittelbar an der Karosserie abstützt.
Der Spindelantrieb 21 kann durch den erfindungsgemäßen Spindelantrieb 1b, wie er in der 1 dargestellt ist, in Teilen ergänzt bzw. ersetzt werden, wobei die Spindelmutter 3 über das Lager 4 gegenüber dem linken Teil des Gehäuses 28 abgestützt würde und das rechte Lager vorteilhafterweise entfallen kann. Die Distanzhülse wäre mit dem rechten Gehäuseteil 40 verbunden, vorzugsweise dort eingepresst, so dass die Abstützung wie oben beschrieben erfolgen kann und durch die Vorspannung des Federelementes 12 eine Spielminimierung beim Lager 4 und zwischen Spindel 2 und Spindelmutter 3 bewirkt werden kann.
Der Antrieb der Spindelmutter 3 erfolgt durch den Elektromotor 27, der die Riemenscheibe 5 über den Riemen 6 in Rotation versetzt. Dadurch wird die Spindel 2 je nach Drehrichtung des Elektromotors 27 in Längsrichtung axial verschoben, so dass ein Einfahren und Ausfahren des zweiten Gelenks 31 bzw. eine Verlängerung oder Verkürzung des Aktuators 20 bewirkt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
1a: Gehäuse
1b: Spindelantrieb
2: Spindel
2a: Spindelgewinde
3: Spindelmutter
3a: Muttergewinde
4: Wälzlager
5: Riemenscheibe
6: Riemen
7: Lager
8: Lager
10: Spannelement, Gewindering
10a: Innengewinde
10s: Stirnfläche
11: Hülse
11a: Klaue, Mitnehmer
12: Federelement / Tellerfeder / Scheibe
13: Distanzhülse
13s: Stirnfläche
20: Aktuator
21: Spindelantrieb
22: Spindel
23: Spindelmutter
24: Lager
25: Riemenscheibe
26: Riemen
27: Elektromotor
28: Gehäuse
29: erstes Gelenk
30: Aufschraubzapfen
31: zweites Gelenk
40: rechter Gehäuseteil
a: Spindelachse
S: Abstützrichtung

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 102015224775 [0002]

Claims

Aktuator (1) einer Hinterachslenkung, mit einem Spindelantrieb (1b), aufweisend ein Gehäuse (1a), eine Spindel mit einem Spindelgewinde (2a) sowie einer Spindelmutter (3) mit einem Muttergewinde (3a), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in dem Gehäuse (1a) des Aktuators (1) ortsfest gelagerte Spindelmutter (3) mit der axial bewegbaren Spindel (2) mittels des Bewegungsgewindes in Eingriff steht, wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) in Längsrichtung der Spindel (2) durch ein Spannelement (10) gegeneinander verspannt sind, wobei das Spannelement (10) mit einem Innengewinde (10a) ausgebildet ist, welches mit dem Spindelgewinde (2a) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) zumindest mittelbar gegenüber dem Gehäuse (1a) abgestützt ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) mittels zumindest eines Federelements (12) gegenüber dem Gehäuse (1a) abgestützt ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) als Tellerfeder oder Elastomerscheibe und/oder als eine Distanzhülse (13) oder Teil der Distanzhülse (13) zwischen Spannelement (10) und Gehäuse (1a) ausgebildet ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhülse (13) form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse (1a) verbunden, vorzugsweise in das Gehäuse (1a) eingepresst ist.
Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spannelement (10) und dem Gehäuse (1a) ein Lager (8) angeordnet ist.
Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) drehfest mit der Spindelmutter (3) gekoppelt ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spindelmutter (3) stirnseitig zumindest ein Mitnehmer (11a) angeordnet ist oder die Spindelmutter (3) teilweise von eine Hülse (11) umgriffen ist, welche stirnseitig zumindest einen Mitnehmer (11a) aufweist, die formschlüssig in das Spannelement (10) eingreifen.
Aktuator (1) nach Anspruch 7, dass an die Hülse (11) an ihrer von dem zumindest einen Mitnehmer (11a) abgewandten Seite einen Kragen (11k) aufweist, so dass der Innenring eines die Spindelmutter umgreifenden Lagers (4) formschlüssig zwischen einem Kragen (3k) der Spindelmutter (3) und dem Kragen (11k) der Hülse (11) auf der Spindelmutter axial festgelegt ist.
Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Spannelement stirnseitig und spindelseitig ein Abstreifelement befestigt ist, welches in das Spindelgewinde eingreift.
Hinterachslenkung mit einem Aktuator und einem Spindeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche.