DE102019111158A1 - Aktuator für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs, Lenkungsanordnung mit einem solchen Aktuator, sowie Riemenrad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs, umfassend einen Gewindetrieb (4) mit einer Spindelmutter (3) und einer relativ zur Spindelmutter (3) longitudinal verlagerbaren Spindelstange (2), wobei die Spindelmutter (3) über ein Riemenrad (9) eines Riementriebs (7) drehantreibbar ist, wobei das Riemenrad (9) ein metallisches Hülsenelement (5) sowie ein am Außenumfang (15) des Hülsenelements (5) angeordnetes Verzahnungselement (13) aus Kunststoff umfasst, wobei das Hülsenelement (5) an zumindest einem axialen Ende einen sich radial nach außen zum Verzahnungselement (13) erstreckenden Bord (14a) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Riemenrad, eine Lenkungsanordnung mit einem derartigen Aktuator (1) sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Lenkungsanordnung.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs, umfassend einen Gewindetrieb mit einer Spindelmutter und einer relativ zur Spindelmutter longitudinal verlagerbaren Spindelstange, wobei die Spindelmutter über ein Riemenrad eines Riementriebs drehantreibbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Riemenrad für einen solchen Aktuator, eine Lenkungsanordnung mit einem derartigen Aktuator sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Lenkungsanordnung.
• Aus der DE 10 2013 103 493 A1 geht eine Riemenscheibe für ein Lenkgetriebe hervor, das einen zylindrischen Körper, auf dessen Außenfläche eine Verzahnung aus Kunststoff vorgesehen ist, und einen Befestigungsflansch, der mit Befestigungsöffnungen versehen ist, aufweist. Die Verzahnung ist einstückig mit dem zylindrischen Körper ausgeführt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aktuator für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs insbesondere hinsichtlich einer Gewichtsoptimierung weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Riemenrad mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
• Ein erfindungsgemäßer Aktuator für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs umfasst einen Gewindetrieb mit einer Spindelmutter und einer relativ zur Spindelmutter longitudinal verlagerbaren Spindelstange, wobei die Spindelmutter über ein Riemenrad eines Riementriebs drehantreibbar ist, wobei das Riemenrad ein metallisches Hülsenelement sowie ein am Außenumfang des Hülsenelements angeordnetes Verzahnungselement aus Kunststoff umfasst, wobei das Hülsenelement an zumindest einem axialen Ende einen sich radial nach außen zum Verzahnungselement erstreckenden Bord aufweist.
• 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 Achse, vorzugsweise einer Hinterachse des Fahrzeugs auszuführen. Dadurch wird beispielsweise eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs eingeleitet.
• Die Spindelstange fungiert dabei 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. 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. der Schubstange für eine Lenkwinkeleinstellung der Räder erfolgt.
• Das Riemenrad ist als Hybridzahnrad ausgebildet, bestehend aus einem ersten Bauteil, nämlich das metallische Hülsenelement, sowie einem zweiten Bauteil, das aus Kunststoff ausgeformte Verzahnungselement. Vorzugsweise ist das Hülsenelement aus Stahl ausgebildet und weist an dessen Innendurchmesser eine Passfläche auf, die dazu eingerichtet ist, eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Riemenrad und der Spindelmutter zu realisieren. Anders gesagt ist das Riemenrad an der Außenumfangsfläche der Spindelmutter angeordnet, und ermöglicht eine temperaturunabhängige Übertragung eines Antriebsmoments zwischen dem Riementrieb und dem Gewindetrieb.
• Parallel zum Riemenrad ist ein Riemenritzel angeordnet, das mit einer Antriebseinheit, vorzugsweise einem Elektromotor wirkverbunden ist, wobei durch einen Riemen ein Antriebsmoment vom Riemenritzel auf das Riemenrad übertragbar ist.
• Das aus Kunststoff ausgebildete Verzahnungselement steht mit dessen Außenverzahnung am Außenumfang mit einem Riemen des Riementriebs in Eingriff und überträgt das Antriebsmoment von der Antriebseinheit auf die Spindelmutter. Durch die Ausbildung des Verzahnungselements aus Kunststoff werden die Masse des Riemenrades sowie dessen Trägheitsmoment reduziert. Mithin werden das Gesamtgewicht des Riementriebs und somit des gesamten Aktuators optimiert sowie eine Trägheit des Riementriebs gesenkt, was ebenfalls zu einem schnelleren Abbremsen des Systems bei Stromausfall der Antriebseinheit bzw. des Elektromotors mit sich bringt. Vorzugsweise wird das Verzahnungselement in einem Spritzgießverfahren hergestellt.
• Der an zumindest einem axialen Ende des Hülsenelements ausgebildete umlaufende Bord fungiert als Dichtfläche während des Spritzgießverfahrens, wobei eine einfache Abdichtung im Spritzgusswerkzeug realisiert wird. Insbesondere weist das Hülsenelement an beiden axialen Enden einen jeweiligen sich radial nach außen erstreckenden Bord auf.
• Vorzugsweise ist das Hülsenelement an dessen Außenumfang zumindest teilweise gerändelt ausgebildet. Mit anderen Worten ist an der Außenumfangsfläche über zumindest einen Teil der axialen Länge des Hülsenelements ein zumindest teilweise umlaufender Rändelabschnitt ausgeformt, der bewirkt, dass auch unter Temperatureinfluss eine sichere Übertragung des Antriebsmoments zwischen dem Hülsenelement und dem Verzahnungselement sichergestellt ist.
• Bevorzugt weist das Verzahnungselement an beiden axialen Enden eine sich radial nach außen erstreckende Aufkantung zur Führung des Riemens des Riementriebs auf. Anders gesagt wird durch die axiale Befestigung eine sichere Führung des Riemens realisiert.
• Ein derartiger Aktuator wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung, insbesondere in einer Hinterachslenkung eines Fahrzeugs eingesetzt. Dabei kann das Fahrzeug mehrere Achsen bzw. Hinterachsen aufweisen, wobei jeweils eine oder mehrere Hinterachsen eine jeweilige Lenkungsanordnung mit einem jeweiligen Aktuator aufweisen, die jeweils oder gemeinsam von einer Steuereinheit steuerbar sind. Der Aktuator mit den zuvor beschriebenen Bauteilen ist beispielsweise ein Zentralaktuator, welcher beide Räder einer jeweiligen Achse oder Hinterachse lenkt. Denkbar ist auch der Einsatz von mehreren Aktuatoren an einer jeweiligen Achse oder Hinterachse, deren Räder individuell steuerbar bzw. lenkbar sind. Mithin handelt es sich dann um radindividuelle Aktuatoren, wobei jeder Aktuator jeweils ein Rad der Achse ansteuert.
• Ein erfindungsgemäßes Riemenrad für einen Aktuator einer Lenkungsanordnung umfasst ein metallisches Hülsenelement sowie ein am Außenumfang des Hülsenelements angeordnetes Verzahnungselement aus Kunststoff, wobei das Hülsenelement an zumindest einem axialen Ende einen sich radial nach außen zum Verzahnungselement erstreckenden Bord aufweist.
• 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 stark vereinfachte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lenkungsanordnung,
• 2a eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Riemenrads für einen Aktuator der Lenkungsanordnung gemäß 1,
• 2b eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Riemenrads gemäß 2a, und
• 3 eine schematische Ansicht eines Hülsenelements des Riemenrads gemäß den 2a und 2b.
• Gemäß 1 ist eine Hinterachslenkung für ein - hier nicht gezeigtes - Fahrzeug dargestellt, das einen Aktuator 1 mit einem Gehäuse 6 umfasst, in welchem eine 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. Ferner weist die Hinterachslenkung eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 18 auf, welche die Spindelstange 2 zumindest mittelbar in eine Längsverlagerung relativ zum Gehäuse 6 versetzt. Die Antriebseinheit 18 wird vorliegend durch eine Steuereinheit 19 gesteuert.
• Der erfindungsgemäße Aktuator 1 der Hinterachslenkung umfasst einen Gewindetrieb 4 mit einer drehantreibbaren Spindelmutter 3 und der relativ zur Spindelmutter 3 longitudinal verlagerbaren Spindelstange 2. Die Spindelmutter 3 ist über Wälzlager 8a, 8b gegenüber dem Gehäuse 6 axial und radial abgestützt.
• Im Leistungsfluss zwischen der Antriebseinheit 18 und der von der Antriebseinheit 18 mittelbar angetriebenen Spindelmutter 3 ist ein Riementrieb 7 angeordnet, bestehend aus einem Riemenrad 9 und einem Riemenritzel 10, das parallel dazu angeordnet und mit einer - hier nicht gezeigten - Antriebswelle der Antriebseinheit 18 verbunden ist. Das Riemenritzel 10 und das Riemenrad 9 steht mit einem Riemen 11 in Eingriff, der das Antriebsmoment vom Riemenritzel 10 auf das Riemenrad 9 überträgt. Über das Riemenrad 9 wird die Spindelmutter 3 drehangetrieben, wobei das Riemenrad 9 und die Spindelmutter 3 dazu über korrespondierende Passflächen drehfest miteinander verbunden sind.
• In den 2a und 2b ist das Riemenrad 9 des Riementriebs 7 näher dargestellt, wobei das Riemenrad 9 ein aus Stahl ausgebildetes Hülsenelement 5 sowie ein am Außenumfang 15 des Hülsenelements 5 angeordnetes Verzahnungselement 13 aus Kunststoff umfasst. Das Verzahnungselement 13 weist an beiden axialen Enden eine sich radial nach außen erstreckende, umlaufende Aufkantung 17 zur Führung eines Riemens 11 auf, wobei axial zwischen den Aufkantungen 17 eine umlaufende Außenverzahnung 20 am Verzahnungselement 13 ausgebildet ist, die mit dem Riemen 11 in Eingriff steht.
• Das Hülsenelement 5 weist an beiden axialen Enden einen jeweiligen sich radial nach außen zum Verzahnungselement 13 erstreckenden, umlaufenden Bord 14a, 14b auf, um eine jeweilige Dichtfläche während eines Herstellungsprozesses des Verzahnungselements 13 im Spritzgussverfahren auszubilden. Die Borde 14a, 14b sind in den 2b und 3 dargestellt.
• 3 zeigt ferner, dass das Hülsenelement 5 an dessen Außenumfang 15 einen Rändelabschnitt 16 aufweist, der umlaufend und über einen Teil der axialen Länge des Hülsenelements 5 ausgebildet ist. Der Rändelabschnitt 16 kann je nach auftretenden Lasten beliebig am Außenumfang 15 ausgebildet sein, um eine sichere Übertragung des Antriebsmoments auch unter Temperatureinfluss zu realisieren.
• Bezugszeichenliste

1

Aktuator

2

Spindelstange

3

Spindelmutter

4

Gewindetrieb

5

Hülsenelement

6

Gehäuse

7

Riementrieb

8a, 8b

Wälzlager

9

Riemenrad

10

Riemenritzel

11

Riemen

12

Gabelelement

13

Verzahnungselement

14a, 14b

Bord

15

Außenumfang

16

Rändelabschnitt

17

Aufkantung

18

Antriebseinheit

19

Steuereinheit

20

Außenverzahnung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102013103493 A1 [0002]

Claims (8)

1. Aktuator (1) für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs, umfassend einen Gewindetrieb (4) mit einer Spindelmutter (3) und einer relativ zur Spindelmutter (3) longitudinal verlagerbaren Spindelstange (2), wobei die Spindelmutter (3) über ein Riemenrad (9) eines Riementriebs (7) drehantreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenrad (9) ein metallisches Hülsenelement (5) sowie ein am Außenumfang (15) des Hülsenelements (5) angeordnetes Verzahnungselement (13) aus Kunststoff umfasst, wobei das Hülsenelement (5) an zumindest einem axialen Ende einen sich radial nach außen zum Verzahnungselement (13) erstreckenden Bord (14a) aufweist.
2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (5) an beiden axialen Enden einen jeweiligen sich radial nach außen zum Verzahnungselement (13) erstreckenden Bord (14a, 14b) aufweist.
3. Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (5) an dessen Außenumfang (15) zumindest teilweise gerändelt ausgebildet ist.
4. Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungselement (13) an beiden axialen Enden eine sich radial nach außen erstreckende Aufkantung (17) zur Führung eines Riemens (11) aufweist.
5. Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (5) aus Stahl ausgebildet ist.
6. Riemenrad (9) für einen Aktuator (1) einer Lenkungsanordnung, umfassend ein metallisches Hülsenelement (5) sowie ein am Außenumfang (15) des Hülsenelements (5) angeordnetes Verzahnungselement (13) aus Kunststoff, wobei das Hülsenelement (5) an zumindest einem axialen Ende einen sich radial nach außen zum Verzahnungselement (13) erstreckenden Bord (14a) aufweist.
7. Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug, umfassend einen Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
8. Fahrzeug, umfassend eine Lenkungsanordnung nach Anspruch 7.

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