DE102019111158A1 - Aktuator für eine Lenkungsanordnung eines Fahrzeugs, Lenkungsanordnung mit einem solchen Aktuator, sowie Riemenrad - Google Patents
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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 gemäß1 , -
2b eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Riemenrads gemäß2a , und -
3 eine schematische Ansicht eines Hülsenelements des Riemenrads gemäß den2a und2b . - Gemäß
1 ist eine Hinterachslenkung für ein - hier nicht gezeigtes - Fahrzeug dargestellt, das einen Aktuator1 mit einem Gehäuse6 umfasst, in welchem eine Spindelstange2 longitudinal geführt ist. Mittels der Spindelstange2 ist ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche an Gabelelementen12 der Hinterachslenkung zumindest mittelbar angeordnet sind, einstellbar. Ferner weist die Hinterachslenkung eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit18 auf, welche die Spindelstange2 zumindest mittelbar in eine Längsverlagerung relativ zum Gehäuse6 versetzt. Die Antriebseinheit18 wird vorliegend durch eine Steuereinheit19 gesteuert. - Der erfindungsgemäße Aktuator
1 der Hinterachslenkung umfasst einen Gewindetrieb4 mit einer drehantreibbaren Spindelmutter3 und der relativ zur Spindelmutter3 longitudinal verlagerbaren Spindelstange2 . Die Spindelmutter3 ist über Wälzlager8a ,8b gegenüber dem Gehäuse6 axial und radial abgestützt. - Im Leistungsfluss zwischen der Antriebseinheit
18 und der von der Antriebseinheit18 mittelbar angetriebenen Spindelmutter3 ist ein Riementrieb7 angeordnet, bestehend aus einem Riemenrad9 und einem Riemenritzel10 , das parallel dazu angeordnet und mit einer - hier nicht gezeigten - Antriebswelle der Antriebseinheit18 verbunden ist. Das Riemenritzel10 und das Riemenrad9 steht mit einem Riemen11 in Eingriff, der das Antriebsmoment vom Riemenritzel10 auf das Riemenrad9 überträgt. Über das Riemenrad9 wird die Spindelmutter3 drehangetrieben, wobei das Riemenrad9 und die Spindelmutter3 dazu über korrespondierende Passflächen drehfest miteinander verbunden sind. - In den
2a und2b ist das Riemenrad9 des Riementriebs7 näher dargestellt, wobei das Riemenrad9 ein aus Stahl ausgebildetes Hülsenelement5 sowie ein am Außenumfang15 des Hülsenelements5 angeordnetes Verzahnungselement13 aus Kunststoff umfasst. Das Verzahnungselement13 weist an beiden axialen Enden eine sich radial nach außen erstreckende, umlaufende Aufkantung17 zur Führung eines Riemens11 auf, wobei axial zwischen den Aufkantungen17 eine umlaufende Außenverzahnung20 am Verzahnungselement13 ausgebildet ist, die mit dem Riemen11 in Eingriff steht. - Das Hülsenelement
5 weist an beiden axialen Enden einen jeweiligen sich radial nach außen zum Verzahnungselement13 erstreckenden, umlaufenden Bord14a ,14b auf, um eine jeweilige Dichtfläche während eines Herstellungsprozesses des Verzahnungselements13 im Spritzgussverfahren auszubilden. Die Borde14a ,14b sind in den2b und3 dargestellt. -
3 zeigt ferner, dass das Hülsenelement5 an dessen Außenumfang15 einen Rändelabschnitt16 aufweist, der umlaufend und über einen Teil der axialen Länge des Hülsenelements5 ausgebildet ist. Der Rändelabschnitt16 kann je nach auftretenden Lasten beliebig am Außenumfang15 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
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013103493 A1 [0002]
Claims (8)
- 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.
- 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. - Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (5) an dessen Außenumfang (15) zumindest teilweise gerändelt ausgebildet ist.
- 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.
- Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (5) aus Stahl ausgebildet ist.
- 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.
- Lenkungsanordnung für ein Fahrzeug, umfassend einen Aktuator (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 . - Fahrzeug, umfassend eine Lenkungsanordnung nach
Anspruch 7 .
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