DE102018130228B3

DE102018130228B3 - Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs sowie Hinterachslenkung mit einem solchen Aktuator

Info

Publication number: DE102018130228B3
Application number: DE102018130228.2A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko; Daniel Faber; Alexander Hausmann; Simon Mersmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: KR20210095854A; US20220001922A1; CN113165695B; CN113165695A; WO2020108681A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend eine Schubstange (2), die innerhalb eines Gehäuses (3) longitudinal verlagerbar ist, wobei die Schubstange (2) eine Verdrehsicherung (4) mit einem Führungselement (5) aufweist, das in einer am Gehäuse (3) angeordneten ein- oder mehrteiligen Gleitschiene (6) in axialer Richtung geführt ist, wobei zwischen der Gleitschiene (6) und dem Gehäuse (3) ein Elastomerring (7) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hinterachslenkung mit einem derartigen Aktuator (1) sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Hinterachslenkung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist und eine Verdrehsicherung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hinterachslenkung mit einem derartigen Aktuator sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Hinterachslenkung.
Aus der DE 10 2016 206 564 A1 geht ein Aktuator mit einem Gehäuse und einem eine Spindel sowie eine Spindelmutter aufweisenden Spindelantrieb hervor. Die Spindelmutter ist in Drehrichtung antreibbar und die Spindel, welche eine Verdrehsicherung aufweist, ist axial verstellbar und an mindestens einem Spindelende gehäuseseitig abgestützt. Die Verdrehsicherung umfasst eine Koppelstange, welche über ein erstes Gelenk gegenüber dem Gehäuse abgestützt und über ein zweites Gelenk mit der Spindel verbunden ist.
Aus DE 10 2008 002 176 A1 ist ein Aktuator für ein steer-by-wire Lenksystem zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder eines Fahrzeugs bekannt geworden, dessen Verdrehsicherung des axial verlagerbaren Bauteils des Aktuators durch eine ohnehin notwendige Führungsbuchse für das axial verlagerbare Bauteil in einem Getriebegehäuses des Aktuators bewirkt wird. Die Führungsbuchse kann in einem Gehäusedeckel für das Getriebegehäuse angeordnet sein und zeichnet sich durch einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aus. Der Querschnitt zur Führung des axial verlagerbaren Bauteils weist Führungsflächen auf, die in Anlage mit Führungsflächen an dem axial verlagerbaren Bauteil sind und die Verdrehsicherung bewirken.
Aus DE 10 2009 038 232 A1 ist ein Aktuator einer Servolenkung bekannt geworden, mit einer Schubstange, die an beiden freien Enden mit Spurstangen zur Verbindung mit den zu lenkenden Radern verbunden ist. Die Schubstange ist in einem Lenkgehäuse axial verlagerbar untergebracht. Zur Abstützung der Torsions- und Haltekräfte des Kugelgewindetriebs und des Lenkgetriebes ist zwischen dem Lenkgehäuse und der Schubstange eine Verdrehsicherung vorgesehen, die einen Passstift aufweist, der in ein Sackloch der Schubstange eingeschlagen ist und radial dem Schneckenritzel gegenüberliegend angeordnet einen radial erhabenen Gleitstein bildet, der in einen entlang der Verlagerungsbewegung der Schubstange verlaufenden Fuhrungsschlitz des Lenkgehäuses radial eingreift und axial verlagerbar angeordnet ist.
Aus DE 10 2012 201 582 A1 ist ein Aktuator mit einer Sicherung gegen Verdrehen der Gewindespindel gegenüber dem Gehäuse bekannt geworden, die außerhalb des Gehauses angeordnet ist und vom Gehäuse der Aktuatoreinrichtung getrennt werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektromechanischen Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Ein erfindungsgemäßer Aktuator für ein Fahrzeug umfasst eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei die Schubstange eine Verdrehsicherung mit einem Führungselement aufweist, das in einer am Gehäuse angeordneten ein- oder mehrteiligen Gleitschiene in axialer Richtung geführt ist, wobei zwischen der Gleitschiene und dem Gehäuse ein Elastomerring angeordnet ist. Der Aktuator ist dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern der Schubstange gegenüber dem Gehäuse eine Einstellung eines Lenkwinkels von mit dem Aktuator wirkverbundenen Fahrzeugrädern an einer Hinterachse des Fahrzeugs auszuführen. Dadurch wird beispielsweise eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs eingeleitet.
Die Schubstange weist dazu an dessen freien Enden vorzugsweise eine jeweilige Gabelanbindung mit einem Gabelelement auf, an dem das jeweilige Fahrzeugrad zumindest mittelbar aufgenommen ist. Die Schubstange ist bevorzugt ein- oder mehrteilig ausgebildet und weist eine ein- oder mehrteilig damit verbundene und konzentrisch dazu angeordnete Gewindespindel auf. Ferner kann eine Antriebseinheit, beispielsweise in Form eines Elektromotors vorgesehen sein, um eine axial unverschiebliche, drehangetriebene Gewindemutter anzutreiben, die mit der Gewindespindel und somit mittelbar mit der Schubstange wirkverbunden ist. Die Gewindespindel wird zusammen mit der Schubstange durch eine Rotation der Gewindemutter in eine Längsverlagerung bzw. in eine longitudinale Verlagerung gegenüber dem Gehäuse bzw. der Gewindemutter versetzt. Mithin bilden die Gewindespindel und die Gewindemutter einen Gewindetrieb aus, wobei durch den Drehantrieb der Gewindemutter eine lineare Stellbewegung der Schubstange für eine Lenkwinkeleinstellung erfolgt. Ferner kann die Antriebseinheit eine Getriebeeinrichtung umfassen, die beispielsweise als Riemengetriebe ausgebildet ist und mit der Gewindemutter wirkverbunden ist.
Durch das entlang der Gleitschiene axial geführte Führungselement wird die Verdrehsicherung zwischen der Spurstange und dem Gehäuse realisiert, wobei die Gleitschiene dazu im Wesentlichen ein Langloch aufweist oder ausbildet, welches das Führungselement zumindest teilweise aufnimmt und in axialer Richtung führt. Anders gesagt bilden das Führungselement, die Gleitschiene sowie der Elastomerring die Verdrehsicherung. Das Führungselement und/oder die Gleitschiene sind vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Dadurch wird insbesondere eine kostengünstige und reibungsarme Verdrehsicherung bereitgestellt. Ferner wird das Gewicht des Aktuators reduziert.
Der Elastomerring besteht vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Material und unterbricht bzw. dämpft aufgrund der Anordnung zwischen dem Gehäuse und der Gleitschiene einen Körperschall, der beispielsweise in Folge einer Drehrichtungsumkehr der Gewindemutter erfolgen kann. Mit anderen Worten kommen die Gleitschiene und somit auch das Führungselement während des Betriebs des Aktuators nicht in Kontakt mit dem Gehäuse.
Vorzugsweise ist die Gleitschiene zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem ersten und zweiten Schienenelement. Die beiden Schienenelemente bilden gemeinsam an ihren zugewandten Seiten das Langloch aus, innerhalb dessen das Führungselement in Verlagerungsrichtung der Schubstange geführt ist, wobei die Position der Schienenelemente gegenüber dem Führungselement durch den Elastomerring gehalten wird. Die Schienenelemente sind derart ausgebildet, dass mittels des Elastomerrings quer zu einer Verlagerungsrichtung des Führungselements aufeinander zu bewegt werden können. Dazu kann zwischen den Schienenelementen ein Spalt ausgebildet sein, um eine ungewollte Verformung bzw. Vorspannung der Schienenelemente zu vermeiden. Die zweiteilige Ausbildung der Gleitschiene reduziert eine Reibung innerhalb der Verdrehsicherung, da das Führungselement nicht direkt mit dem Elastomerring in Kontakt tritt.
Bevorzugt ist der Elastomerring um die beiden Schienenelemente angeordnet. Anders gesagt umgibt der Elastomerring die beiden Schienenelemente und das Führungselement räumlich, sodass die Schienenelemente in ihrer Position gehalten werden. Der Elastomerring ist ferner bevorzugt mit einem Übermaß ausgebildet, sodass sich der Elastomerring mit dessen Innenumfang in radialer Richtung an die Schienenelemente anschmiegt und diese infolgedessen an das Führungselement anpresst bzw. andrückt. Mithin sind die Schienenelemente gegenüber dem Führungselement vorgespannt. Vorteilhafterweise wird dadurch eine spielfreie Verdrehsicherung zwischen der Spurstange und dem Gehäuse realisiert. Anders gesagt wird durch den Elastomerring ein Spiel zwischen dem Führungselement, dem Gehäuse und der Gleitschiene eliminiert. Ferner bleibt das Führungselement aufgrund der federelastischen Wirkung des Elastomerrings gegenüber der Gleitschiene in axialer Richtung der Schubstange verschieblich.
Vorzugsweise ist das Führungselement zumindest teilweise in einer Aussparung an der Schubstange aufgenommen und mittels zumindest eines Schraubelements an der Schubstange befestigt. Mithin ist das Führungselement drehfest mit der Schubstange verbunden. Auch alternative Verbindungen zwischen dem Führungselement und der Schubstange sind denkbar.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Sensorvorrichtung vorgesehen, umfassend zumindest ein Sensorelement und ein Messobjekt, wobei das Messobjekt am Führungselement angeordnet und mit dem zumindest einen Sensorelement, welches zumindest mittelbar am Gehäuse befestigt ist, wirksam verbunden ist. Das zumindest eine Sensorelement ist bevorzugt gehäusefest angeordnet, wobei das Messobjekt als Sensorgegenstück im Führungselement integriert ist und mit dem zumindest einen Sensorelement zusammenwirkt. Alternativ ist denkbar das zumindest eine Sensorelement an der Schubstange und das am Gehäuse anzuordnen.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Sensorelement ein Linearsensor. Dabei wird insbesondere durch ein optisches Messverfahren eine relative Position der Schubstange relativ zum Gehäuse beispielsweise durch eine Weg- und/oder Abstandsmessung erfasst, wobei die erfassten Daten für eine weitere Auswertung z.B. durch eine Steuer- und Auswerteeinheit bereitgestellt werden können. Auch Messmethoden, die auf einem anderen physikalischen Messprinzip basieren, sind für die Sensorvorrichtung denkbar.
Ein derartiger Aktuator wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Hinterachslenkung eines Fahrzeugs eingesetzt. Dabei kann das Fahrzeug mehrere Hinterachsen aufweisen, wobei jeweils eine oder mehrere Hinterachsen eine jeweilige Hinterachslenkung mit einem jeweiligen Aktuator aufweisen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen

1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hinterachslenkung,
2 eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators,
3 eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß 2, und
4 eine schematische Querschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß den 2 und 3.

Gemäß 1 ist eine Hinterachslenkung für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug dargestellt, das einen Aktuator 1 mit einem Gehäuse 3 umfasst, in dem eine in den 3 und 4 dargestellte Schubstange 2 longitudinal geführt ist. Mittels der Schubstange 2 ist ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche an Gabelelementen 14 der Hinterachslenkung zumindest mittelbar angeordnet sind, einstellbar ist. Ferner weist die Hinterachslenkung eine Antriebseinheit 15 auf, welche die Schubstange 2 zumindest mittelbar in eine Längsverlagerung versetzt.
Nach den 2 bis 4 weist die entlang des Gehäuses 3 axial verschiebliche Schubstange 2 eine Verdrehsicherung 4 mit einem Führungselement 5 auf, wobei das Führungselement 5 in einer am Gehäuse 3 angeordneten zweiteiligen Gleitschiene 6 axial geführt ist. Wie besonders gut aus den 3 und 4 ersichtlich ist, ist das Führungselement 5 in einer Aussparung 8 an der Schubstange 2 eingesetzt und mittels zwei Schraubelementen 9 zur ortsfesten Verbindung an der Schubstange 2 befestigt.
Die zweiteilige Gleitschiene 6 besteht aus einem ersten und zweiten Schienenelement 6a, 6b, wobei die beiden Schienenelemente 6a, 6b an ihren einander zugewandten Seiten gemeinsam ein Langloch 19 ausbilden, in dem das Führungselement 5 in einer Verlagerungsrichtung 16 longitudinal geführt ist. Das Führungselement 5 sowie die Schienenelemente 6a, 6b der Gleitschiene 6 sind aus einem Kunststoff ausgebildet.
Der Aktuator 1 weist ferner eine als Linearsensor ausgebildete Sensorvorrichtung 10 auf, die ein in einem Deckel 17 angeordnetes Sensorelement 11 sowie ein Messobjekt 12 als Sensorgegenstück aufweist, welches fest mit dem Führungselement 5 verbunden ist. Der Deckel 17 wird mittels vier Schraubelementen 18 am Gehäuse 3 fixiert. Während einer axialen Verlagerung der Schubstange 2 kann mittels der Sensorvorrichtung 10 eine relative axiale Position der Schubstange 2 gegenüber dem Gehäuse 3 erfasst werden. Mithin ist das Sensorelement 11 mit dem Messobjekt wirkverbunden.
In den 3 und 4 näher dargestellt ist, dass zwischen der Gleitschiene 6 und dem Gehäuse 3 ein Elastomerring 7 angeordnet ist. Der Elastomerring 7 ist um die beiden Schienenelemente 6a, 6b angeordnet und mit einem Übermaß ausgebildet, das heißt der Elastomerring 7 ist gegenüber den Schienenelementen 6a, 6b derart ausgebildet, dass die Schienenelemente 6a, 6b permanent zum Führungselement 5 hin vorgespannt sind. Anders gesagt wird ein dauerhafter, spielfreier Kontakt zwischen den Schienenelementen 6a, 6b und dem Führungselement 5 realisiert, wodurch bei einer Drehrichtungsumkehr einer die Schubstange 2 in eine Längsbewegung versetzenden Antriebseinheit ein Umschaltgeräusch innerhalb des Aktuators 1 verhindert wird. Mithin wird eine spielfreie Verdrehsicherung der Spurstange 2 gegenüber dem Gehäuse 7 realisiert, wobei eine Körperschallübertragung zwischen der Spurstange 2 und dem Gehäuse 3 durch den Elastomerring 7 unterbunden wird.
Nach 2 sind die beiden Schienenelemente 6a, 6b im Wesentlichen C- bzw. U-förmig ausgeformt, wobei sich die beiden Schienenelemente 6a, 6b in Wesentlichen parallel zur Verlagerungsrichtung 16 des Führungselements 5 erstrecken. Zwischen den Schienenelementen 6a, 6b ein jeweiliger Spalt 20 ausgebildet, der eine Verlagerung der Schienenelemente 6a, 6b quer zur Verlagerungsrichtung 16, das heißt in Richtung des Führungselements 5 ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Schubstange
3: Gehäuse
4: Verdrehsicherung
5: Führungselement
6: Gleitschiene
6a, 6b: Schienenelement
7: Elastomerring
8: Aussparung
9: Schraubelement
10: Sensorvorrichtung
11: Sensorelement
12: Messobjekt
14: Gabelelement
15: Antriebseinheit
16: Verlagerungsrichtung
17: Deckel
18: Schraubelement für Deckel
19: Langloch
20: Spalt

Claims

Aktuator (1) für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend eine-Schubstange (2), die innerhalb eines Gehäuses (3) longitudinal verlagerbar ist, wobei die Schubstange (2) eine Verdrehsicherung (4) mit einem Führungselement (5) aufweist, das in einer am Gehäuse (3) angeordneten ein- oder mehrteiligen Gleitschiene (6) in axialer Richtung geführt ist, wobei zwischen der Gleitschiene (6) und dem Gehäuse (3) ein Elastomerring (7) angeordnet ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschiene (6) zweiteilig, bestehend aus einem ersten und zweiten Schienenelement (6a, 6b) ausgebildet ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerring (7) um die beiden Schienenelemente (6a, 6b) angeordnet ist.
Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (5) zumindest teilweise in einer Aussparung (8) an der Schubstange (2) aufgenommen ist und mittels zumindest eines Schraubelements (9) an der Schubstange (2) befestigt ist.
Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorvorrichtung (10) vorgesehen ist, umfassend zumindest ein Sensorelement (11) und ein Messobjekt (12), wobei das Messobjekt (12) am Führungselement (5) angeordnet und mit dem zumindest einen Sensorelement (11), welches zumindest mittelbar am Gehäuse (3) befestigt ist, wirksam verbunden ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (11) ein Linearsensor ist.
Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (5) und/oder die Gleitschiene (6) aus einem Kunststoff ausgebildet sind.
Hinterachslenkung für ein Fahrzeug, umfassend einen Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug, umfassend eine Hinterachslenkung nach Anspruch 8.