DE102017214320B4

DE102017214320B4 - Rear axle steering actuator for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102017214320B4
Application number: DE102017214320.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Graeuler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2037-08-18
Also published as: DE102017214320A1

Abstract

Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Gehäuse (2), eine gegenüber dem Gehäuse (2) axial verschiebbare Spindel (5) mit mindestens einem Befestigungsende (8, 9) und mindestens einem Lagerzapfen (10, 11) mit einer Befestigungsöffnung (12), in welcher das mindestens eine Befestigungsende (9) aufgenommen und mittels Verschraubung mit dem Lagerzapfen (11) axial fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsende (9) über einen konisch ausgebildeten Ring (13) gegenüber dem Lagerzapfen (11) abgestützt und verspannt ist.Actuator for a rear-axle steering of a motor vehicle, comprising a housing (2), a spindle (5) which can be displaced axially relative to the housing (2) and has at least one fastening end (8, 9) and at least one bearing journal (10, 11) with a fastening opening (12) , in which the at least one fastening end (9) is accommodated and fixed axially to the bearing journal (11) by means of a screw connection, characterized in that the fastening end (9) is braced and braced in relation to the bearing journal (11) via a conical ring (13). is.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an actuator for a rear-axle steering of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Durch die DE 10 2014 206 934 A1 wurde ein zweifach wirkender Aktuator, 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 ist über einen Elektromotor antreibbar 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 über eine Gewindehülse mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet.through the DE 10 2014 206 934 A1 a double-acting actuator, also known as a servomotor or actuator for short, became known for a rear-axle steering system in a motor vehicle. The actuator is attached to the center of the vehicle's axle carrier and acts simultaneously on the steering of the two rear wheels. The actuator has a spindle drive, consisting of a spindle and a spindle nut, which is rotatably mounted in the housing and fixed axially. The spindle nut can be driven by an electric motor and causes the spindle to move axially to one side or the other. The spindle has an approximately centrally arranged threaded section with a movement thread which is in engagement with the spindle nut, and two spindle ends which are each connected via a threaded sleeve to a bearing sleeve which in turn is slidably guided in the housing. Joint forks for a connection to a steering linkage are arranged on the bearing sleeves, also called screw-on pins.

Aus der gattungsbildenden DE 10 2016 200 101 A1 ist ein weiterer zweifach wirkender Aktuator mit Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, zur Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite bekannt. Zumindest ein Ende der Spindel ist dabei mit einem Aufschraubzapfen verschraubt.From the generic DE 10 2016 200 101 A1 Another double-acting actuator with a spindle drive, consisting of a spindle and a spindle nut, is known for axial displacement of the spindle to one side or the other. At least one end of the spindle is screwed to a screw-on pin.

Bei derartigen Aktuatoren kann es zu einer kritischen Beanspruchung der Spindel kommen, wenn auf die am Lagerzapfen befestigte Gabel nicht nur Axialkräfte, sondern auch Querkräfte und daraus resultierende Biegemomente wirken. Letztere können zu einer erhöhten Biegebeanspruchung im Bereich des Befestigungsendes der Spindel kommen.In such actuators, the spindle can be subject to critical stress if not only axial forces but also transverse forces and the resulting bending moments act on the fork attached to the bearing journal. The latter can lead to increased bending stress in the area of the fastening end of the spindle.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Anpassung der Verbindung zwischen Spindel und Lagerzapfen an die vorgenannten Beanspruchungen.One object of the invention is to adapt the connection between the spindle and the bearing journal to the aforementioned stresses.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is solved by the features of patent claim 1. Advantageous configurations emerge from the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Befestigungsende der Spindel einerseits in den Lagerzapfen eingeschraubt und andererseits über einen konisch ausgebildeten Ring gegenüber dem Lagerzapfen abgestützt und verspannt ist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass der Einspannquerschnitt des Befestigungsendes im Lagerzapfen weniger stark beansprucht und daher keiner Bruchgefahr ausgesetzt ist. Ein von außen aufgebrachtes, auf den Lagerzapfen wirkendes Biegemoment wird durch den konisch ausgebildeten Ring, welcher vorzugsweise eine konische Außenfläche und eine konische Innenfläche aufweist, mittelbar auf die Spindel übertragen. Es ergeben sich größere Flächen für die Abstützung der Spindel gegenüber dem Lagerzapfen als ohne den konisch ausgebildeten Ring bzw. die Kegelscheibe. Das Einschraubgewinde wird entlastet, da es nicht mehr durch eine derartige Biegebeanspruchung belastet wird. Grundsätzlich ist dieses Prinzip einer partiellen Abstützung mittels einer so genannten Kegelscheibe bekannt, z. B. durch die DE 10 2005 025 551 A1 der Anmelderin, jedoch in einer anderen Anwendung, nämlich für einen konisch ausgebildeten Kugelzapfen, welcher an einem Querträger befestigt ist.According to the invention, it is provided that the fastening end of the spindle is screwed into the bearing journal on the one hand and is supported and braced against the bearing journal on the other hand via a conical ring. This achieves the advantage that the clamping cross-section of the fastening end in the bearing journal is subjected to less severe stress and is therefore not exposed to any risk of breakage. A bending moment applied from the outside and acting on the bearing journal is transmitted indirectly to the spindle by the conical ring, which preferably has a conical outer surface and a conical inner surface. There are larger surfaces for supporting the spindle in relation to the bearing journal than without the conical ring or the conical disk. The screw-in thread is relieved because it is no longer subjected to such a bending stress. In principle, this principle of partial support by means of a so-called conical disk is known, e.g. B. by the DE 10 2005 025 551 A1 the applicant, but in a different application, namely for a conical ball pivot, which is attached to a cross member.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der konisch ausgebildete Ring, auch Ringkörper genannt, eine konisch ausgebildete Außenfläche (Kegelaußenfläche) und eine konisch ausgebildete Innenfläche (Kegelinnenfläche) auf, welche jeweils mit einer konisch ausgebildeten Innenfläche an der Stirnseite des Lagerzapfens und einer konisch ausgebildeten Außenfläche an der Spindel reibschlüssig zusammenwirken. Mittels des Befestigungsgewindes zwischen dem Befestigungsende und der Befestigungsöffnung des Lagerzapfens wird die Spindel mit ihrem Konus über den Ringkörper in axialer Richtung verspannt, wobei gleichzeitig eine relativ hohe Flächenpressung auftritt. Über diese konischen Ringflächen wird ein Biegemoment vom Lagerzapfen auf die Spindel übertragen.According to a preferred embodiment, the conical ring, also called ring body, has a conical outer surface (conical outer surface) and a conical inner surface (conical inner surface), which each have a conical inner surface on the end face of the bearing journal and a conical outer surface on the Spindle interact frictionally. By means of the fastening thread between the fastening end and the fastening opening of the bearing journal, the spindle is braced with its cone over the annular body in the axial direction, with a relatively high surface pressure occurring at the same time. A bending moment is transferred from the bearing journal to the spindle via these conical annular surfaces.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stützt sich der konisch ausgebildete Ringkörper, auch Kegelscheibe genannt, einerseits an einem Außensitz am Lagerzapfen und andererseits an einem Innensitz an der Spindel ab. Durch diese Gestaltung wird eine Spitzenbeanspruchung geglättet bzw. herabgesetzt.According to a further preferred embodiment, the conical annular body, also called conical disk, is supported on one side on an outer seat on the bearing journal and on the other side on an inner seat on the spindle. This design smoothes out or reduces a peak stress.

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 Vorteile ergeben können. Es zeigen

1 einen Aktuator einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb und
2 eine erfindungsgemäße Verbindung zwischen Spindel und Lagerzapfen in vergrößerter Darstellung (Einzelheit E aus 1).

An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below, further advantages being able to result from the description and/or the drawing. Show it

1 an actuator of a rear axle steering with a spindle drive and
2 a connection according to the invention between the spindle and the bearing journal in an enlarged view (detail E from 1 ).

1 zeigt einen Aktuator 1, mit einem Gehäuse 2, welches z. B. an einem Achsträger (ohne Bezugszahl) eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Der Aktuator 1 weist zwei diametral zueinander angeordnete Gabeln mit Anlenkachsen 3, 4 zur Verbindung mit nicht dargestellten Spurlenkern oder Radträgern auf. Der Aktuator 1 umfasst einen Spindelantrieb mit einer axial verschiebbaren Spindel 5, welche über eine Spindelmutter 6 von einem Elektromotor 7 antreibbar, d. h. verstellbar ist. Die Spindel 5 weist im Bereich der Spindelmutter 6 ein als Trapezgewinde ausgebildetes, selbsthemmendes Bewegungsgewinde 5a auf, welches mit einem entsprechenden Innengewinde 6a der Spindelmutter 6 in Eingriff steht. Bei Rotation der Spindelmutter 6 führt die Spindel 5, welche auf nicht dargestellte Weise am Verdrehen gehindert ist, eine Axialbewegung (in der Zeichnung) nach rechts oder links aus. Die Spindel 5 weist zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete Spindel- oder Befestigungsenden 8, 9 auf, welche ihrerseits fest mit Lagerzapfen 10, 11 verbunden sind. Diese Verbindung ist als Einzelheit E in vergrößerter Darstellung in 2 gezeigt. Die Lagerzapfen 10, 11 sind gehäuseseitig in Gleitlagern (ohne Bezugszahl) geführt und mit den Gabeln, welche die Anlenkachsen 3, 4 aufweisen, verbunden. 1 shows an actuator 1 with a housing 2, which z. B. is attached to an axle (no reference number) of a motor vehicle. The actuator 1 has two diametrically opposed to each other arranged forks with pivot axles 3, 4 for connection to toe links or wheel carriers, not shown. The actuator 1 comprises a spindle drive with an axially displaceable spindle 5 which can be driven, ie adjusted, by an electric motor 7 via a spindle nut 6 . In the region of the spindle nut 6 , the spindle 5 has a self-locking movement thread 5 a designed as a trapezoidal thread, which engages with a corresponding internal thread 6 a of the spindle nut 6 . When the spindle nut 6 rotates, the spindle 5, which is prevented from rotating in a manner not shown, performs an axial movement (in the drawing) to the right or left. The spindle 5 has two oppositely arranged spindle or fastening ends 8, 9, which in turn are firmly connected to bearing journals 10, 11. This connection is shown as detail E in an enlarged view in 2 shown. The bearing journals 10, 11 are guided on the housing side in plain bearings (no reference number) and connected to the forks, which have the articulation axes 3, 4.

2 zeigt die in 1 mit E bezeichnete Einzelheit, d. h. eine erfindungsgemäße Verbindung der Spindel 5 mit dem Lagerzapfen 11. Das Spindelende 9 ist als Befestigungsende 9 ausgebildet und weist einen ersten Abschnitt a1 mit einem Außengewinde 9a sowie einen zweiten, sich an den ersten Abschnitt a1 anschließenden Abschnitt a2 auf, welcher konisch ausgebildet ist und anschließend in einen zylindrischen Bereich der Spindel 5 übergeht. Der Lagerzapfen 11 weist eine als Sacklochbohrung 12 ausgebildete Befestigungsöffnung 12 auf, welche einen ersten, ein Innengewinde 12a aufweisenden Abschnitt b1 sowie einen zweiten, daran anschließenden, konisch ausgebildeten Bereich b2 aufweist. Das Außengewinde 9a und das Innengewinde 12a sind als Befestigungsgewinde ausgebildet. Der konische oder kegelförmige Bereich b2 erstreckt sich bis zur Stirnseite 11a des Lagerzapfens 11. Zwischen dem zweiten, konisch ausgebildeten Bereich a2 des Spindelendes 9 und dem zweiten konisch ausgebildeten Bereich b2 des Lagerzapfens 11 ist ein konisch ausgebildeter Ring 13, auch Ringkörper genannt, angeordnet, welcher eine konisch ausgebildete Innenfläche 13a, kurz Kegelinnenfläche 13a, und eine konisch ausgebildete Außenfläche 13b, kurz Kegelaußenfläche 13b, aufweist. Der Ringkörper 13 wird daher auch als Kegelscheibe 13 bezeichnet. Der zweite konisch ausgebildete Bereich a2 des Spindelendes 9 bildet einen Innensitz für die Kegelinnenfläche 13a, und der zweite konisch ausgebildete Bereich b2 des Lagerzapfens 11 bildet einen Außensitz für die Kegelaußenfläche 13b. Es ist ersichtlich, dass sich hier große Flächen für die Abstützung der Spindel gegenüber dem Lagerzapfen ergeben als ohne die Kegelscheibe 13. 2 shows the in 1 detail labeled E, ie a connection according to the invention of the spindle 5 with the bearing journal 11. The spindle end 9 is designed as a fastening end 9 and has a first section a1 with an external thread 9a and a second section a2 adjoining the first section a1, which is conical and then merges into a cylindrical area of the spindle 5 . The bearing journal 11 has a fastening opening 12 designed as a blind hole 12, which has a first section b1 having an internal thread 12a and a second, adjoining, conical region b2. The external thread 9a and the internal thread 12a are designed as fastening threads. The conical or conical area b2 extends to the end face 11a of the bearing journal 11. Between the second, conical area a2 of the spindle end 9 and the second conical area b2 of the bearing journal 11, a conical ring 13, also called ring body, is arranged. which has a conical inner surface 13a, conical inner surface 13a for short, and a conical outer surface 13b, conical outer surface 13b for short. The ring body 13 is therefore also referred to as a conical disk 13 . The second tapered portion a2 of the spindle end 9 forms an inside seat for the cone inner surface 13a, and the second tapered portion b2 of the bearing journal 11 forms an outside seat for the cone outer surface 13b. It can be seen that there are larger areas for supporting the spindle in relation to the bearing journal than without the conical disk 13.

Die Montage des Spindelendes 9 und des Lagerzapfens 11 wird wie folgt durchgeführt: Der Ringkörper 13 wird so weit über den ersten Abschnitt a1 des Spindelendes 9 geschoben, bis er mit seiner Kegelinnenfläche 13a auf dem zweiten konisch ausgebildeten Abschnitt a2 festsitzt. Anschließend wird das Spindelende 9 mit dem ersten Abschnitt a1, dem Gewindeabschnitt, in das Sackloch 12 eingeschraubt, bis die Kegelaußenfläche 13b zu Blocks mit dem zweiten, kegelförmig ausgebildeten Abschnitt b2 des Lagerzapfens 11 gekommen ist. Durch ein weiteres Anziehen der Schraubverbindung zwischen dem Außengewinde 9a und dem Innengewinde 12a wird eine reibschlüssige Pressverbindung zwischen dem Lagerzapfen 11 und dem Spindelende 9 über den Ringkörper 13 hergestellt. Eine Kraft- oder Momenteneinleitung erfolgt somit mittelbar über den Ringkörper 13, so dass die Schraubverbindung, bestehend aus Innengewinde 12a und Außengewinde 9a, nicht oder kaum belastet wird. Damit wird die Beanspruchung der Spindel 5 insbesondere im Einspannquerschnitt, d. h. im Bereich der Stirnfläche 11a reduziert.The assembly of the spindle end 9 and the bearing journal 11 is carried out as follows: The annular body 13 is pushed over the first section a1 of the spindle end 9 until it is firmly seated with its conical inner surface 13a on the second conical section a2. Then the spindle end 9 is screwed with the first section a1, the threaded section, into the blind hole 12 until the conical outer surface 13b has come to blocks with the second, conical section b2 of the bearing journal 11. By further tightening the screw connection between the external thread 9a and the internal thread 12a, a frictional press connection is produced between the bearing journal 11 and the spindle end 9 via the ring body 13. A force or torque is thus introduced indirectly via the annular body 13, so that the screw connection, consisting of the internal thread 12a and the external thread 9a, is not or hardly ever loaded. This means that the stress on the spindle 5, in particular in the clamping cross-section, d. H. reduced in the area of the end face 11a.

Die in 1 dargestellte Verbindung zwischen dem rechten Spindelende 8 und dem rechten Lagerzapfen 10 kann in gleicher Weise ausgebildet sein, wie in 2 dargestellt.In the 1 The connection shown between the right-hand spindle end 8 and the right-hand bearing journal 10 can be designed in the same way as in FIG 2 shown.

Abweichend von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für einen zweifach wirkenden Aktuator, kann die Erfindung auch bei einem einseitig wirkenden Aktuator, einem so genannten Einzelsteller, welcher lediglich auf ein Hinterrad wirkt, eingesetzt werden.Deviating from the in 1 illustrated embodiment for a double-acting actuator, the invention can also be used in a single-acting actuator, a so-called single actuator, which only acts on a rear wheel.

Bezugszeichenlistereference list

11: Aktuatoractuator
22: GehäuseHousing
33: Gabel/Anlenkachsefork/pivot axle
44: Gabel/Anlenkachsefork/pivot axle
55: Spindelspindle
5a5a: Trapezgewindetrapezoidal thread
66: Spindelmutterspindle nut
6a6a: Trapezgewindetrapezoidal thread
77: Elektromotorelectric motor
88th: Spindelendespindle end
99: Spindelendespindle end
9a9a: Außengewindeexternal thread
1010: Lagerzapfenbearing journal
1111: Lagerzapfenbearing journal
1212: Befestigungsöffnung/SacklochMounting hole/blind hole
12a12a: Innengewindeinner thread
1313: Ringkörperring body
13a13a: Kegelinnenflächecone inner surface
13b13b: Kegelaußenfläche cone outer surface
a1a1: erster Abschnitt (Außengewinde)first section (external thread)
a2a2: zweiter Abschnitt (Außenkonus)second section (outer cone)
b1b1: erster Abschnitt (Innengewinde)first section (internal thread)
b2b2: zweiter Abschnitt (Innenkonus)second section (inner cone)
EE: Einzelheitdetail

Claims

Actuator for a rear-axle steering of a motor vehicle, comprising a housing (2), a spindle (5) which can be displaced axially relative to the housing (2) and has at least one fastening end (8, 9) and at least one bearing journal (10, 11) with a fastening opening (12) , in which at least one fastening end (9) is accommodated and fixed axially to the bearing journal (11) by means of a screw connection, characterized in that the fastening end (9) is braced and braced in relation to the bearing journal (11) via a conical ring (13). is.

actuator after claim 1 , characterized in that the tapered ring (13) has a tapered inner surface (13a) and a tapered outer surface (13b).

actuator after claim 1 or 2 , characterized in that the attachment end (9) has a first section (a1) having an external thread (9a) and the attachment opening (12) has a first section (b1) having an internal thread (12a) and that the external thread (9a) is screwed to the internal thread (12a).

actuator after claim 3 , characterized in that the fastening end (9) has a second conical section (a2) adjoining the first section (a1), which forms an inner seat for the conical inner surface (13a).

actuator after claim 3 or 4 , characterized in that the fastening opening (12) has a second conical section (b2) adjoining the first section (b1), which forms an outer seat for the conical outer surface (13b).