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Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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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.
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Aus der
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.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2017 214 320 A1 offenbart einen weiteren zweifach wirkenden Aktuator für eine Hinterachslenkung mit einer verschiebbaren Spindel. An deren Enden sind Lagerhülsen mit der Spindel mittels eines konisch ausgebildeten Rings verbunden. Über diesen Ring ist die Spindel an der Lagerhülse abgestützt.
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Bei derartigen Aktuatoren kann es zu einer kritischen Beanspruchung der Spindel kommen, wenn auf die am Lagerzapfen befestigte Gabel nicht nur Axialkräfte, sondem auch Querkräfte und daraus resultierende Biegemomente wirken. Letztere können zu einer erhöhten Biegebeanspruchung im Bereich des Befestigungsendes der Spindel kommen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Anpassung der Verbindung zwischen Spindel und Lagerzapfen an die vorgenannten Beanspruchungen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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 mittelbar auf die Spindel übertragen. Die Übertragung des Biegemoments wird durch den Ring vorzugsweise durch seine konische Innenfläche und seine ebene Fläche an dessen Stirnseite, welche zur Längssachse des Rings und des Lagerzapfens senkrecht ausgebildet ist, erreicht. Es ergeben sich größere Flächen für die Abstützung der Spindel gegenüber dem Lagerzapfen als ohne den konisch ausgebildeten Ring mit ebener Stirnseite. Das Einschraubgewinde wird entlastet, da es nicht mehr durch eine derartige Biegebeanspruchung belastet wird. Auch bei der Montage ist dieses vorteilhaft, weil beim Verschrauben von Spindelende mit Lagerzapfen durch den Ring eine Verteilung der Last ermöglicht wird und das Risiko des Fressens der Gewindeteile ineinander minimiert wird.
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Der konisch ausgebildete Ring, auch Ringkörper genannt, weist zum einen eine konisch ausgebildete Innenfläche (Kegelinnenfläche) auf, welche mit einer konisch ausgebildeten Außenfläche an der Spindel reibschlüssig zusammenwirkt. Des Weiteren weist die in Richtung des Lagerzapfens weisende Stirnseite des Rings eine Wirkfläche auf, welche zumindest teilweise in Flächenkontakt mit der Stirnseite des Lagerzapfens steht. Die Stirnseite des Rings bildet eine Kreisringfläche, welche umlaufend sein kann. Die Kreisringfläche kann jedoch auch partiell, bevorzugt in regelmäßigen Abständen unterbrochen sein. Es kann also eine unterbrochene Ringfläche an der Stirnseite des Rings vorliegen. Die Unterbrechung kann durch radial verlaufende Ausnehmungen ausgebildet sein. Auch kann die Ringfläche durch Vertiefungen ausgebildet sein, die auf einem konzentrisch zwischen Innen- und Außendurchmesser der Stirnseite verlaufendem Kreis angeordnet sind. Diese können z.B. durch spangebende Verfahren wie Fräsen oder Bohren vorgenommen werden.
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 und die Fläche an der Stirnseite des Rings wird ein Biegemoment vom Lagerzapfen auf die Spindel übertragen.
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Der konisch ausgebildete Ringkörper, auch Kegelscheibe genannt, stützt sich einerseits an einem Außensitz (Stirnseite) des Lagerzapfens und andererseits an einem Innensitz an der Spindel ab. Durch diese Gestaltung wird eine Spitzenbeanspruchung geglättet bzw. herabgesetzt.
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Bevorzugt ist die Wirkfläche der Stirnseite des Rings als Kreisringfläche ausgebildet, wobei die Kreisringfläche größer als die Fläche der Stirnseite des Lagerzapfens ist. In einer hierzu alternativen Ausführungsform ist die die Kreisringfläche des Rings geringer als die Fläche der Stirnseite des Lagerzapfens. Über diese Parameter lassen sich mögliche Schwankungen bzgl. des Anzugsmoments des Lagerzapfens einstellen bzw. minimieren. Es ist offensichtlich, dass bei einer geringeren Überdeckung der Flächen ein geringerer Reibschluss erzielbar ist.
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Bevorzugt weist das Befestigungsende der Spindel einen ersten, ein Außengewinde aufweisenden Abschnitt und die Befestigungsöffnung des Lagerzapfens einen ersten, ein Innengewinde aufweisenden Abschnitt aufweist. Dabei ist das Außengewinde der Spindel an dessen Ende mit dem Innengewinde des Lagerzapfens verschraubt. Dieses ermöglicht ein einfaches kraft- und formschlüssiges Fügen während der Montage und die Bauteile können zu Wartungszwecken voneinander getrennt werden.
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Bevorzugt weist das Befestigungsende der Spindel einen zweiten, sich an den ersten Abschnitt anschließenden, konisch ausgebildeten Abschnitt auf, der einen Sitz für die konisch ausgebildete Innenfläche des Rings bildet. Ausgehend von dem Durchmesser des Gewindes nimmt der Durchmesser der Spindel zum Ende des zweiten Abschnittes hin zu, so dass sich dadurch der Konus mit konischer Außenfläche als Sitz für die konische Innenfläche des Rings bildet. Alternativ könnte der zweite Abschnitt durch eine Hülse, welche im Bereich des zweiten Abschnitts auf der Spindel befestigt ist, ausgebildet werden. Die Hülse hat in diesem Fall eine zylindrische Innenwandung, mit der diese auf der Spindel form- und/oder stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden sein kann. Außen ist die Hülse mit einer konischen Außenfläche versehen, wobei diese so beschaffen ist, dass ein Zusammenwirken mit der Innenfläche des Rings ermöglicht ist. Durch die Hülse können sich Vorteile ergeben, da die Hülse kostengünstig herstellbar ist. Die Spindel kann einen gleichbleibend geringen Durchmesser aufweisen und hat dann ein vergleichsweise geringeres Gewicht.
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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).
- 3 eine alternative Ausführung der Verbindung gemäß 2
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1 zeigt einen Aktuator 1 gem. dem Stand der Technik, mit einem Gehäuse 2, welches z. B. an einem Achsträger oder dem Fahrzeugaufbau (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 ortsfeste 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. An die Gabeln können Radträger unmittelbar oder über Lenker mittelbar angelenkt sein, um durch die Translationsbewegung der Spindel eine Änderung des Lenkwinkels an den Rädern zu erfahren.
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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 ausgebildete Befestigungsöffnung 12 auf, welche einen, ein Innengewinde 12a aufweisenden Abschnitt b1 sowie öffnungsseitig eine Stirnseite 11a aufweist. Das Außengewinde 9a und das Innengewinde 12a sind als Befestigungsgewinde ausgebildet. Umgreifend den zweiten, konisch ausgebildeten Bereich a2 des Spindelendes 9 ist abseits der Stirnseite 11a des Lagerzapfens 11 ein konisch ausgebildeter Ring 13, auch Ringkörper oder Scheibe genannt, angeordnet. Dieser weist eine konisch ausgebildete Innenfläche 13a, kurz Kegelinnenfläche 13a auf, welche auf der konisch ausgebildete Außenfläche 13b, kurz Kegelaußenfläche 13b, aufliegt. Der Ringkörper 13 wird daher auch als Kegelscheibe 13 bezeichnet. Der zweite konisch ausgebildete Bereich a2 des Spindelendes 9 bildet somit einen Sitz für die Kegelinnenfläche 13a. Die Fläche der Stirnseite 11a des Lagerzapfens 11 bildet in axialer Richtung eine Stützfläche für die Kreisringfläche 14 des Ringkörpers 13. Es ist ersichtlich, dass sich hier große Flächen für die Abstützung der Spindel gegenüber dem Lagerzapfen ergeben als ohne den Ringkörper 13.
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Die Montage des Spindelendes 9 und des Lagerzapfens 11 wird erfindungsgemäß und somit auch geltend für die hier genannten Ausführungsbeispiele 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 sitzt. Anschließend wird das Spindelende 9 mit dem ersten Abschnitt a1, dem Gewindeabschnitt, in das Sackloch 12 eingeschraubt, bis die Stirnseite 11a des Lagerzapfens 11 flächig in Kontakt mit der Kreisringfläche 14 des Ringkörpers 13 gelangt. 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.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei der Ringkörper 13 in axialer Richtung einen Absatz 114a auf der eigentlichen Scheibe bzw. dem Ringkörper 13 aufweist. Dieser konzentrische Absatz 114a weist auf seiner Stirnseite 111a in Richtung zur Stirnseite 11a des Lagerzapfens 11 eine Kreisringfläche 114 auf, die beim oben beschriebenen Verschrauben des Spindelendes 9 mit dem Lagerzapfen 11 flächig in Kontakt mit der Stirnseite 11a gelangt. Die Stirnseite 114a weist eine geringere Fläche als die Fläche der Stirnseite des Lagerzapfens 11 auf. Damit können mögliche Schwankungen bzgl. des Anzugsmoments des Lagerzapfens minimiert werden.
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Die in 1 dargestellte Verbindung zwischen dem rechten Spindelende 8 und dem rechten Lagerzapfen 10 kann in gleicher Weise ausgebildet sein, wie in 2 oder 3 dargestellt.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gabel/Anlenkachse
- 4
- Gabel/Anlenkachse
- 5
- Spindel
- 5a
- Trapezgewinde
- 6
- Spindelmutter
- 6a
- Trapezgewinde
- 7
- Elektromotor
- 8
- Spindelende
- 9
- Spindelende
- 9a
- Außengewinde
- 10
- Lagerzapfen
- 11
- Lagerzapfen
- 11a
- Stirnseite Lagerzapfen
- 12
- Befestigungsöffnung / Sackloch
- 12a
- Innengewinde
- 13
- Ring, Ringkörper
- 13a
- Kegelinnenfläche
- 113a
- Stirnseite Ringkörper
- 14
- Kreisringfläche, Wirkfläche
- 114
- Kreisringfläche, Wirkfläche
- 114a
- Absatz
- a1
- erster Abschnitt (Außengewinde)
- a2
- zweiter Abschnitt (Außenkonus)
- b1
- erster Abschnitt (Innengewinde)
- E
- Einzelheit
