DE102019111153A1

DE102019111153A1 - Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs sowie Hinterachslenkung mit einem solchen Aktuator

Info

Publication number: DE102019111153A1
Application number: DE102019111153.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Faber; Alexander Hausmann; Alena Pöhnlein; Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend einen Gewindetrieb (4) mit einer drehantreibbaren Spindelmutter (3) und einer relativ zur Spindelmutter (3) longitudinal verlagerbaren Spindelstange (2), wobei die Spindelmutter (3) mittels mindestens einer Radiallageranordnung (5a) gegenüber einem Gehäuse (6) gelagert ist, wobei die Spindelmutter (3) ferner mittels mindestens eines Axialnadellagers (8a) gegenüber dem Gehäuse (6) gelagert 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 einen Gewindetrieb mit einer drehantreibbaren Spindelmutter und einer relativ zur Spindelmutter longitudinal verlagerbaren Spindelstange. 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 Spindelantrieb für einen Aktuator eine Hinterachslenkung hervor, aufweisend eine Spindel und eine über ein Bewegungsgewinde mit der Spindel in Eingriff stehende Spindelmutter. Das Bewegungsgewinde umfasst ein Außen- oder Spindelgewinde sowie ein Innen- oder Muttergewinde. Die Spindelmutter weist eine erste sowie eine zweite Stirnseite, zwischen denen sich das Muttergewinde mit einer Vielzahl von Gewindegängen erstreckt, auf. Einzelne Gewindegänge des Muttergewindes weisen eine variable Geometrie zur Erzielung einer annähernd gleichmäßigen Lastverteilung in allen Gewindegängen auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen 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 eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend einen Gewindetrieb mit einer drehantreibbaren Spindelmutter und einer relativ zur Spindelmutter longitudinal verlagerbaren Spindelstange, wobei die Spindelmutter mittels mindestens einer Radiallageranordnung gegenüber einem Gehäuse gelagert ist, wobei die Spindelmutter ferner mittels mindestens eines Axialnadellagers gegenüber dem Gehäuse gelagert ist. Der Aktuator ist dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern der Spindelstange gegenüber einem Gehäuse sowie der Spindelmutter 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 Spindelstange fungiert als Schubstange und weist an ihren freien Enden vorzugsweise eine jeweilige Gabelanbindung mit einem Gabelelement auf, an dem das jeweilige Fahrzeugrad zumindest mittelbar aufgenommen ist.
Vorzugsweise weist der Aktuator zwei Axialnadellager sowie zwei Radiallageranordnungen auf, wobei die Spindelmutter axial unverschieblich zwischen den beiden Axialnadellagern angeordnet und bevorzugt von einer Antriebseinheit zumindest mittelbar drehantreibbar ist. Die Antriebseinheit kann beispielsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet sein.
Die Axialnadellager sind dazu ausgebildet, die Stellkräfte aus der Spindelmutter am Gehäuse abzustützen, wobei das jeweilige Axialnadellager im Vergleich zu Kugellagern bei gleicher Tragzahl kleiner und leichter ausgeführt werden kann, und somit eine geringere Trägheit aufweisen. Die Radiallageranordnungen sind demgegenüber dazu ausgebildet, Radial- bzw. Querkräfte am Gehäuse abzustützen.
Die Spindelmutter ist ferner bevorzugt über einen Riementrieb drehantreibbar. Der Riementrieb umfasst dazu ein drehfest mit der Spindelmutter verbundenes Riemenrad sowie ein parallel dazu angeordnetes Riemenritzel, das mit der Antriebseinheit wirkverbunden ist, wobei ein Antriebsdrehmoment vom Riemenritzel auf das Riemenrad über einen Riemen übertragbar ist.
Die Spindelstange wird durch eine Rotation der Spindelmutter in eine Längsverlagerung bzw. in eine longitudinale Verlagerung gegenüber dem Gehäuse bzw. der Spindelmutter versetzt. Mithin bilden die Spindelstange und die Spindelmutter den Gewindetrieb aus, wobei durch den Drehantrieb der Spindelmutter eine lineare Stellbewegung der Spindel- bzw. Schubstange für eine Lenkwinkeleinstellung der Räder erfolgt. Der Gewindetrieb ist bevorzugt als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet, sodass mit geringen Momenten vergleichsweise hohe Stellkräfte einstellbar sind.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Radiallageranordnung als Radialnadellager oder alternativ als Radialgleitlager ausgebildet. Nadellager haben insbesondere den Vorteil, dass sie zum Beispiel im Vergleich zu herkömmlichen Kugellagern eine geringe Trägheit aufweisen. Gleichzeitig ist eine hohe Drehzahl realisierbar, um aufgrund der geringen Gewindesteigung des Gewindetriebs eine ausreichend hohe Stellgeschwindigkeit der Spindelstange zu gewährleisten.
Die jeweilige Radiallageranordnung übernimmt im Wesentlichen die Vorspannkräfte des Riementriebs, sowie Verspannungen aufgrund von Toleranzen und das Eigengewicht des Gewindetriebs. Dies wird bereits durch die Ausbildung der jeweiligen Radiallageranordnung als Radialnadellager erreicht. Durch die Ausgestaltung Ausbildung der jeweiligen Radiallageranordnung als Radialgleitlager kann die Trägheit zusätzlich reduziert werden.
Bevorzugt ist die Spindelstange als Gewindespindel mit einem Außengewinde ausgebildet, wobei das Außengewinde der Spindelstange mit einer Innenkontur der Spindelmutter in Eingriff steht. Die Spindelstange steht vorzugsweise mittelbar über Planeten mit der Innenkontur bzw. der Innengeometrie der Spindelmutter in Eingriff. Die Spindelstange kann beispielsweise als Trapezspindel mit einem Außentrapezgewinde ausgebildet sein, wobei das Außentrapezgewinde der Spindelstange mit einem Innentrapezgewinde der Spindelmutter in Eingriff steht. Es ist denkbar die Spindelstange gegenüber der Spindelmutter axial vorzuspannen, um eine Selbsthemmung zu gewährleisten, auch wenn Mikrovibrationen im Aktuator auftreten. Durch die Vorspannung kann der Wirkungsgrad des Gewindetriebs eingestellt werden, der zur Realisierung der Selbsthemmung weniger als 50% beträgt.
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, und
2 eine stark vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators der Hinterachslenkung gemäß 1.

Gemäß 1 ist eine Hinterachslenkung für ein - hier nicht gezeigtes - Fahrzeug dargestellt, das einen Aktuator 1 mit einem Gehäuse 6 umfasst, in welchem eine in 2 dargestellte Spindelstange 2 longitudinal geführt ist. Mittels der Spindelstange 2 ist ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche an Gabelelementen 12 der Hinterachslenkung zumindest mittelbar angeordnet sind, einstellbar ist. Ferner weist die Hinterachslenkung eine Antriebseinheit 13 auf, welche die Spindelstange 2 zumindest mittelbar in eine Längsverlagerung relativ zum Gehäuse 6 versetzt.
Nach 2 umfasst der erfindungsgemäße Aktuator 1 der Hinterachslenkung einen Gewindetrieb 4 mit einer drehantreibbaren Spindelmutter 3 und einer relativ zur Spindelmutter 3 longitudinal verlagerbaren Spindelstange 2. Der Gewindetrieb 4 ist vorliegend als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet.
Die Spindelstange 2 ist als Gewindespindel mit einem - nicht gezeigten - Außengewinde ausgebildet, wobei das Außengewinde der Spindelstange 2 mit einem - ebenfalls nicht gezeigten - Innengewinde der Spindelmutter 3 in Eingriff steht.
Die Spindelmutter 3 ist über einen Riementrieb 7 drehantreibbar, wobei die Spindelmutter 3 mit einem Riemenrad 9 des Riementriebs 7 drehfest verbunden ist. Parallel zum Riemenrad 9 ist ein Riemenritzel 10 angeordnet, dass zumindest mittelbar mit der Antriebseinheit 13 gemäß 1 wirkverbunden ist. Die Antriebseinheit 13 ist beispielsweise ein Elektromotor, wobei das Antriebsmoment der Antriebseinheit 13 über einen Riemen 11 vom Riemenritzel auf das Riemenrad 9 und somit auf die Spindelmutter 3 übertragbar ist.
Die Spindelmutter 3 ist sowohl radial als auch axial abgestützt und um ihre Längsachse drehbar gelagert. Dazu ist die Spindelmutter 3 axial zwischen zwei Axialnadellagern 4a, 4b angeordnet und axial unverschieblich am Gehäuse 6 abgestützt. In radialer Richtung ist die Spindelmutter 3 über zwei als Radialnadellager ausgebildete Radiallageranordnungen 5a, 5b am Gehäuse 6 abgestützt.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Spindelstange
3: Spindelmutter
4: Gewindetrieb
5a, 5b: Radiallageranordnung
6: Gehäuse
7: Riementrieb
8a, 8b: Axialnadellager
9: Riemenrad
10: Riemenritzel
11: Riemen
12: Gabelelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016206564 A1 [0002]

Claims

Aktuator (1) für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend einen Gewindetrieb (4) mit einer drehantreibbaren Spindelmutter (3) und einer relativ zur Spindelmutter (3) longitudinal verlagerbaren Spindelstange (2), wobei die Spindelmutter (3) mittels mindestens einer Radiallageranordnung (5a) gegenüber einem Gehäuse (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (3) ferner mittels mindestens eines Axialnadellagers (8a) gegenüber dem Gehäuse (6) gelagert ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Radiallageranordnung (5a) als Radialnadellager ausgebildet ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Radiallageranordnung (5a) als Radialgleitlager ausgebildet ist.
Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelstange (2) als Gewindespindel mit einem Außengewinde ausgebildet ist, wobei das Außengewinde der Spindelstange (2) mit einer Innenkontur der Spindelmutter (3) in Eingriff steht.
Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (3) über einen Riementrieb (7) drehantreibbar ist.
Aktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Riemenrad (9) des Riementriebs (7) drehfest mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.
Hinterachslenkung für ein Fahrzeug, umfassend einen Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Fahrzeug, umfassend eine Hinterachslenkung nach Anspruch 7.