DE102018129372A1

DE102018129372A1 - Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018129372A1
Application number: DE102018129372.0A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen von einem Elektromotor (2) angetriebenen Spindeltrieb (3), wobei der Spindeltrieb (3) eine ortsfest angeordnete, jedoch vom Elektromotor (2) drehangetriebene Spindelmutter (4) und eine axial verschiebliche Gewindespindel (5) aufweist. Um eine Selbsthemmung im Spindeltrieb zu erzeugen, sieht die Erfindung vor, dass der Spindeltrieb (3) mit Mitteln (6) versehen ist, um das Spiel im Spindeltrieb (3) zu eliminieren und eine innere Vorspannkraft zwischen der Spindelmutter (4) und der Gewindespindel (5) zu erzeugen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen von einem Elektromotor angetriebenen Spindeltrieb, wobei der Spindeltrieb eine ortsfest angeordnete, jedoch vom Elektromotor drehangetriebene Spindelmutter und eine axial verschiebliche Gewindespindel aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Aktuator der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 10 2016 204 562 B4 bekannt. Hier wird das Problem erkannt, dass bei Hinterachslenkungen Probleme auftreten können, wenn sich der Aktuator in einem stromlosen Zustand befindet und nicht arretiert. In diesem Fall kann unter der Einwirkung äußerer Kräfte eine Wanderbewegung der Gewindespindel auftreten, die zu einer Veränderung des Lenk- bzw. Spurwinkels führt. Um dies zu verhindern, ist bei dieser Lösung vorgesehen, dass die beiden Flanken der Gewindespindel hinsichtlich der Reibwerte unterschiedlich ausgebildet sind.
Bei der DE 10 2008 024 910 A1 ist bei einer ähnlichen Lösung zwecks Arretierung des Aktuators vorgesehen, dass dieser mit einer Schlingfeder versehen ist, die eine Lastmomentsperre darstellt.
Hiernach sind demgemäß Trapezgewindetriebe oder Kugelgewindetriebe für eine Hinterradlenkung bekannt. Im Fehlerfall, also beispielsweise bei einer abgerissenen Signalleitung, muss die Hinterradlenkung die letzte Position halten. Dies bedeutet, dass der Aktuator für die Hinterradlenkung über eine Arretierungseinheit bzw. selbsthemmend ausgeführt sein muss. Bei den vorbekannten Lösungen wird, wie oben erläutert, entweder der Trapezgewindetrieb selbsthemmend ausgeführt oder der Kugelgewindetrieb infolge seines sehr guten Wirkungsgrades mit einer Schlingfeder verbaut.
Beide Maßnahmen sind nicht in jedem Falle optimal einsetzbar.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator für eine Hinterachs- bzw. Hinterradlenkung zu schaffen, der ohne aufwändige Maßnahmen Selbsthemmung im Spindeltrieb aufweist. Demgemäß soll ein Aktuator vorgeschlagen werden, der spielfrei und selbsthemmend ausgebildet ist. Im Falle eines Kugelgewindetriebs soll ohne weitere Arretierungseinheit die Position des Aktuators für eine Hinterradlenkung gehalten werden können und dies insbesondere auch im stromlosen Zustand des Elektromotors. Ferner soll gewährleistet sein, dass unter der Einwirkung äußerer dynamischer Kräfte auf die Hinterräder keine bzw. nur sehr geringe Wanderbewegung in der Gewindespindel erfolgen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb mit Mitteln versehen ist, um das Spiel im Spindeltrieb zu eliminieren und eine innere Vorspannkraft zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel zu erzeugen.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass die Spindelmutter und die Gewindespindel jeweilige Laufbahnen für Wälzkörper aufweisen, wobei die Wälzkörper in den Laufbahnen zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel angeordnet sind, wobei die Mittel durch mindestens einen Wälzkörper mit Übermaß gegenüber der idealen Geometrie gebildet werden.
Unter der idealen Geometrie sind die Abmessungen der Spindelmutter, der Gewindespindel, der Laufbahnen und der Wälzkörper zu verstehen, die sich aus den nominalen geometrischen Bedingungen ergeben. Insoweit wird erfindungsgemäß gezielt (mindestens) ein Wälzkörper eingesetzt, der vergrößerte Abmessungen (Übermaß) aufweist und so eine gewisse Verklemmung des Gewindetriebs hervorruft. Das Übermaß kann beispielsweise zwischen 20 und 50 µm liegen.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Spindelmutter geteilt ausgebildet ist und mindestens zwei axial nebeneinander angeordnete Teile aufweist, wobei die Mittel zur Erzeugung einer relativen axialen Verschiebung zwischen den beiden Teilen ausgebildet sind. Die Mittel können in diesem Falle durch ein Federelement gebildet werden, das eine axial wirksame Federkraft zwischen den beiden Teilen erzeugen kann. Alternativ dazu kann vorgesehen werden, dass wiederum eine geteilte Spindelmutter eingesetzt wird, wobei jedes Teil in einer Hülse angeordnet wird und die beiden Hülsenteile über ein Gewinde gegeneinander verspannt werden.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung erlaubt eine vorteilhafte Ausführung eines Lineartriebs für eine Hinterradlenkung bzw. einen Aktuator für eine solche und berücksichtigt insbesondere die Erkenntnis, dass ein solcher Lineartrieb spielfrei ausgeführt werden sollte.
Nach einer Ausführungsvariante wird demgemäß ein Kugelgewindetrieb vorgesehen, der aus einer Gewindespindel, einer Gewindemutter und Wälzkörpern besteht. Dabei werden die genannten Bauteile derart gepaart, dass diese unter einem Übermaß montiert werden.
Das vorhandene Übermaß stellt die geforderte Spielfreiheit sicher; darüber hinaus wird durch das Übermaß eine innere Reibung hervorgerufen, wodurch der Kugelgewindetrieb selbsthemmend ist bzw. erst nach dem Überschreiten einer definierten Kraft an der Gewindespindel bzw. einem definierten Drehmoment an der Gewindemutter Bewegung stattfindet.
Bei der anderen Ausführungsvariante ist eine Gewindespindel vorgesehen, die eine zweigeteilte Gewindemutter aufweist, die mit einem Vorspannelement ausgestattet ist. Die beiden Hälften der Gewindemutter werden entlang der Spindelachse, also axial, derart verspannt, dass der Kugelgewindetrieb spielfrei eingestellt wird, wobei die Vorspannung derart bemessen ist, dass erst nach dem Überschreiten einer definierten Kraft an der Spindel bzw. einem definierten Drehmoment an der Gewindemutter eine Bewegung einsetzt.
Figurenliste
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 schematisch eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs mit einem Aktuator zum Bewerkstelligen einer Lenkbewegung,
2 den Radialschnitt durch den Aktuator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 den Radialschnitt durch den Aktuator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
4 den Radialschnitt durch den Aktuator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist ein Aktuator 1 zu sehen, der zur Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Der Aktuator 1 umfasst ein Gehäuse 14, in dem ein Elektromotor 2 angeordnet ist, der über ein Riemengetriebe 13 mit einem Riemen 18 einen Spindeltrieb 3 antreibt. Der Spindeltrieb 3 umfasst eine Spindelmutter 4, die vom Elektromotor 2 drehangetrieben wird. Eine Gewindespindel 5 des Spindeltriebs 3 wird durch die Rotation der Spindelmutter 4 in axiale Richtung (in 1 nach links oder nach rechts) bewegt. Durch die Fahrzeuganbindung 10 und 11 erfolgt eine Lenkbewegung der Hinterräder des Kraftfahrzeugs. Die Gewindespindel 5 ist durch Führungen 16 und 17 gelagert. Weiterhin wird die Lagerung der Anordnung durch die Lagerung 15 bewerkstelligt.
Eine Steuerungseinheit 12 steuert den Elektromotor 2 an und veranlasst demgemäß eine Lenkbewegung der Hinterräder des Kraftfahrzeugs.
Damit eine Selbsthemmung des Spindeltriebs 3 erfolgt und somit dieser im stromlosen Zustand des Elektromotors 2 keine unerwünschten Lenkbewegungen zulässt, ist der Spindeltrieb 3 mit Mitteln 6 versehen, um das Spiel im Spindeltrieb 3 zu eliminieren und eine innere Vorspannkraft zwischen der Spindelmutter 4 und der Gewindespindel 5 zu erzeugen. Dies ist in drei Ausführungsbeispielen in den 2 bis 4 dargestellt.
In 2 ist zunächst die Spindelmutter 4 sehen, die Laufbahnen 7 aufweist, die zum Anlauf von Wälzkörpern 9 (in Form von Kugeln) dienen. Entsprechend weist die Gewindespindel 5 Laufbahnen 8 auf, die gleichermaßen für den Anlauf der Wälzkörper 9 dienen. Die Spindelmutter 4 wird vom Riemen 18 über eine Riemenscheibe 19 drehangetrieben. Um das Spiel im Spindeltrieb 3 zu eliminieren und für eine innere Vorspannung zu sorgen, sind Mittel 6 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel nach 2 aus Wälzkörper 9 bestehen, die gegenüber der idealen Geometrie Übermaß aufweisen. Demgemäß verklemmen sich die Wälzkörper 9 bei der Montage zwischen die Spindelmutter 4 und die Gewindespindel 5 geringfügig, so dass eine gewisse Schwergängigkeit im Spindeltrieb 3 hervorgerufen wird, der wie erläutert genutzt wird.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist somit ein Kugelgewindetrieb vorgesehen, bei dem die Bauteile Gewindemutter, Gewindespindel und Wälzkörper so aufeinander abgestimmt sind, dass der Kugelgewindetrieb spielfrei ist und darüber hinaus eine erhöhte innere Reibung aufweist. Diese innere Reibung stellt sicher, dass der Gewindetrieb erst nach dem Überschreiten einer definierten Axialkraft eine Bewegung vollzieht.
In 3 und 4 sind andere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, die allerdings als gemeinsames Element eine geteilte Spindelmutter 4 aufweisen. Die Teile der Spindelmutter 4 sind mit 4' und 4" gekennzeichnet. Die beiden Teile 4', 4" können relativ zueinander in axiale Richtung verspannt werden, was durch die Pfeile in den 3 und 4 angedeutet ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 kommt als Mittel zur Eliminierung des Spiels und zur Erzeugung einer inneren Vorspannkraft eine Feder zum Einsatz, die die beiden Teile 4' und 4" voneinander weg drängt.
Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 4 ist vorgesehen, dass die beiden Teile 4' und 4" der Spindelmutter in jeweiligen Hülsenteilen 20 und 21 untergebracht sind. Die beiden Hülsenteile 20, 21 wirken über ein Gewinde 22 zusammen, so dass durch relative Verdrehung der beiden Hülsenteile 20, 21 ein gewünschtes Maß an Vorspannung eingestellt werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 ist demgemäß die Gewindemutter mehrteilig ausgebildet, wobei die einzelnen Teile derselben durch ein Vorspannelement (Federelement) bzw. über ein zweiteiliges Hülsenelement vorgespannt werden. Über das Federelement bzw. über das zweiteilige Hülsenelement werden die Mutterhälften derart gegeneinander verspannt, dass der Kugelgewindetrieb spielfrei ist und darüber hinaus eine zusätzliche innere Reibung erzeugt wird.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der spielfrei vorgespannte Kugelgewindetrieb die Spindel desselben erst unter Einwirkung einer Axialkraft von beispielsweise größer als 25 kN bewegen. Untere bevorzugte Werte für besagte Kraft sind 15 kN, maximale Werte für dieselbe sind 35 kN.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Elektromotor
3: Spindeltrieb
4: Spindelmutter
4': Teil der Spindelmutter
4": Teil der Spindelmutter
5: Gewindespindel
6: Mittel zur Eliminierung des Spiels und Erzeugung einer inneren Vorspannkraft
7: Laufbahnen in der Spindelmutter
8: Laufbahnen auf der Gewindespindel
9: Wälzkörper
10: Fahrzeuganbindung
11: Fahrzeuganbindung
12: Steuerungseinheit
13: Getriebe (Riemengetriebe)
14: Gehäuse
15: Lagerung
16: Führung
17: Führung
18: Riemen
19: Riemenscheibe
20: erstes Hülsenteil
21: zweites Hülsenteil
22: Gewinde

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016204562 B4 [0002]
DE 102008024910 A1 [0003]

Claims

Aktuator (1) einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen von einem Elektromotor (2) angetriebenen Spindeltrieb (3), wobei der Spindeltrieb (3) eine ortsfest angeordnete, jedoch vom Elektromotor (2) drehangetriebene Spindelmutter (4) und eine axial verschiebliche Gewindespindel (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (3) mit Mitteln (6) versehen ist, um das Spiel im Spindeltrieb (3) zu eliminieren und eine innere Vorspannkraft zwischen der Spindelmutter (4) und der Gewindespindel (5) zu erzeugen.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (4) und die Gewindespindel (5) jeweilige Laufbahnen (7, 8) für Wälzkörper (9) aufweisen, wobei die Wälzkörper (9) in den Laufbahnen (7, 8) zwischen der Spindelmutter (4) und der Gewindespindel (5) angeordnet sind, wobei die Mittel (6) durch mindestens einen Wälzkörper mit Übermaß gegenüber der idealen Geometrie gebildet werden.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (4) geteilt ausgebildet ist und mindestens zwei axial nebeneinander angeordnete Teile (4', 4") aufweist, wobei die Mittel (6) zur Erzeugung einer relativen axialen Verschiebung zwischen den beiden Teilen (4', 4") ausgebildet sind.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6) durch ein Federelement gebildet werden, das eine axial wirksame Federkraft zwischen den beiden Teilen (4', 4") erzeugen kann.