DE102019209930A1

DE102019209930A1 - Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung mit einem Spindelantrieb sowie steer-by-wire-Lenkung

Info

Publication number: DE102019209930A1
Application number: DE102019209930.0A
Authority: DE
Inventors: Henning Schwenke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2039-07-06
Also published as: CN213862396U; DE102019209930B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung mit einem Spindelantrieb, aufweisend eine ortsfest in einem Gehäuse gelagerte Spindelmutter und eine Spindel, wobei die Spindel durch Drehung der Spindelmutter mittels eines Bewegungsgewindes axial verlagerbar ist, wobei die Spindel gegenüber dem Gehäuse mittels eines Zapfens gegen Verdrehen gesichert ist. Der Zapfen ist mit einer Lagerhülse gekoppelt, welcher mit der Spindel verdrehfest verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung mit einem Spindelantrieb sowie eine steer-by-wire-Lenkung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 10 2009 039 164 A1 geht ein Aktuator einer Lenkvorrichtung hervor, welcher an seinem einen Ende über ein Lenkerauge an der Karosserie abgestützt ist. Über einen Spindelantrieb mit einer ortsfest in einem Gehäuse des Aktuators gelagerten Spindelmutter wird durch Drehen dieser eine Spindel gegenüber dem Aktuator verlagert. Am Ende der Spindel ist ein Lenkerauge angeordnet, welches zur Lenkung des Rades mit diesem verbunden ist. Um zu verhindern, dass sich die Spindel dreht, wenn die Spindelmutter durch den Elektromotor gedreht wird, ist eine Verdrehsicherungshülse vorgesehen. Zur Montage der Verdrehsicherungshülse muss das Ende der Spindel glattzylindrisch ausgebildet sein, so dass hier ein separater mechanischer Bearbeitungsvorgang notwendig ist.
Aus der DE 10 2012 210 225 A1 ist ein weiterer Aktuator zur Lenkung der Räder an einer Fahrzeugachse offenbart. Um das Mitdrehen der axial verlagerbaren Spindel bei Drehen der Spindelmutter zu verhindern, ist ebenfalls eine Verdrehsicherung vorgesehen. Bei der Verdrehsicherung handelt es sich um einen Zapfen, der mit der Spindel verschraubt ist. Der Zapfen stützt sich an dem Gehäuse des Aktuators ab, so dass bei einer Drehbewegung der Spindelmutter die Spindel sich nicht in die jeweilige Richtung drehen kann.
Um eine größere Abstützfläche zu erwirken, müsste der Zapfen im Durchmesser größer gestaltet werden. Dieses bedeutet jedoch ebenfalls, dass der Spindeldurchmesser zunehmen müsste, um eine ausreichende Abstützung vorsehen zu können. Hierdurch ergäbe sich der Nachteil, dass der Rohteildurchmesser für die Spindel auf den notwendigen großen Durchmesser für die Auflagefläche des Zapfens zur Abstützung der Verdrehsicherung abgestimmt werden müsste. Dieses würde jedoch einen größeren Materialaufwand bedeuten und es wäre zusätzliche Zerspanungsarbeit notwendig, was hinsichtlich der Kosten nachteilig wäre. Der größere Durchmesser der Spindel würde zudem ein größeres Gewicht und eine schlechtere Montierbarkeit bedeuten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator mit einem Spindelantrieb für eine steer-by-wire-Lenkung bereitzustellen, mit einer Verdrehsicherung, welche unabhängig vom Spindeldurchmesser ausreichend dimensioniert eingesetzt werden kann.
Die Lösung wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gezeigt. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine steer-by-wire-Lenkung mit einem Spindelantrieb zur Lenkung zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeuges, aufweisend eine ortsfest in einem Gehäuse gelagerte Spindelmutter und eine Spindel. Die Spindel ist durch Drehung der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse axial verlagerbar, wobei die Spindel gegenüber dem Gehäuse mittels eines Zapfens gegen Verdrehen gesichert ist. Wird bei dem vorgenannten Spindeltrieb die Spindelmutter z. B. mittels eines Elektromotors direkt oder mittelbar mittels eines Riementriebes oder anderweitigen Getriebes wie z.B. eines Rädergetriebes gedreht, so bewirkt die Reibung in dem Bewegungsgewinde ein Drehmoment auf die Spindel in die jeweilige Richtung. Wäre die Spindel nicht gegenüber dem Gehäuse mittels einer Verdrehsicherung abgestützt, so würde sich diese mitdrehen und es ergäbe sich keine axiale Verlagerung der Spindel gegenüber dem Gehäuse. Das Bewegungsgewinde in einem solchen Spindelantrieb besteht aus dem Innengewinde der Spindelmutter und dem Außengewinde der Spindel. Die Spindelmutter ist mit ihrem Innengewinde in Eingriff mit dem Außengewinde der Spindel und es ergibt sich eine Reibung aufgrund der Flächenpressung der Zahnflanken der Gewinde zueinander. Diese Flächenpressung ist je nach Gewinde ausgeprägt. Wird bei dem vorgenannten Aktuator bevorzugt ein Trapezgewinde verwendet, welches selbsthemmend ist, um ein selbsttätiges Verstellen des Spindelantriebs bzw. Verlagern der Spindel und somit ein Verstellen der Lenkung zu verhindern, so weist dieses aufgrund des Wirkungsgrades eine gewindebedingte Reibung auf. Diese Reibung ist bei Trapezgewinden aufgrund dessen geringen Wirkungsgrades bereits derart hoch, dass ein Drehen der Spindelmutter ein Mitdrehen der Spindel bewirkt. Der erfindungsgemäße Aktuator mit seinem Spindelantrieb ist jedoch für eine Lenkung zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hierbei wirken zusätzlich Seitenkräfte auf die Räder und somit auf den Aktuator mit seinem Spindelantrieb. Dieses bewirkt eine zusätzliche Flächenpressung der im Eingriff befindlichen Flanken des Bewegungsgewindes, so dass die Reibung dadurch nochmals erhöht sein kann. Aufgrund der systembedingten hohen Reibung bei einem selbsthemmenden Bewegungsgewinde ist somit eine Verdrehsicherung unumgänglich. Auf die Spindel und somit den Zapfen, welcher sich gegenüber dem Gehäuse abstützt, wirkt beispielsweise ein Drehmoment im Bereich von 60 bis 120 Nm.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Zapfen unmittelbar mit der Spindel zu verschrauben. Um die Momentenabstützung zu erhöhen und um ein Klaffen des Zapfens gegenüber der Spindel zu verhindern, muss die Auflagefläche des Zapfens gegenüber der Spindel erhöht werden. Dieses bedingt jedoch einen größeren Spindeldurchmesser, zumindest in dem Bereich, in dem der Zapfen gegenüber der Spindel abgestützt ist. Die Abstützung wird über einen flächigen Kontakt erreicht. Ein größerer Spindeldurchmesser bedingt jedoch einen höheren Materialeinsatz, in dem ein Rohteil für die Spindel mit einem größeren Durchmesser gewählt wird. Will man den ursprünglichen Spindeldurchmesser beibehalten, so bedeutet dieses neben dem höheren Materialeinsatz zusätzliche Zerspanungsarbeit. Der höhere Materialeinsatz durch einen größeren Rohteildurchmesser und die zusätzliche Zerspanungsarbeit würden jedoch zusätzliche Kosten und zusätzliches Gewicht bedeuten. Des Weiteren ergibt sich dadurch eine Spindel, welche zumindest im Bereich der Verdrehsicherung einen größeren Durchmesser aufweist. In Abhängigkeit vom zur Verfügung stehenden Bauraum im Aktuators bzw. der Größe des Gehäuses ist dieser Durchmesser mit Blick auf das notwendige Abstützmoment nur dann möglich, wenn beispielsweise das Gehäuse des Aktuators geändert, also vergrößert würde. Der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt zudem die Montierbarkeit einer größeren Spindel.
Bei einem Spindelantrieb für einen Aktuator einer Lenkung wie vorgenannt ist es üblich, dass Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, mit zumindest einem Ende der Spindel verbunden werden. Diese dienen als Zwischenglied zwischen dem Ende der Spindel und einem Gelenk, welches beispielsweise mit einem Radträger zur Lenkung des Rades verbunden werden kann. Mittels der Lagerhülse ergibt sich eine radiale Lagerung gegenüber dem Gehäuse, so dass die Spindel radial gelagert und axial geführt wird.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist der Zapfen mit der Lagerhülse gekoppelt. Die Lagerhülse ist wiederum mit der Spindel drehfest verbunden. Da die Lagerhülse das Ende der Spindel aufnimmt, diese also umgreift, muss die Lagerhülse einen größeren Durchmesser aufweise als die Spindel. Es kann somit ein Zapfen größeren Durchmessers gewählt werden, welcher mit der Lagerhülse gekoppelt ist. Der gegenüber der Spindel deutlich größere Durchmesser ermöglicht die Aufnahme eines höheren Abstützmomentes, da eine größere Fläche zum Abstützen vorhanden ist.
Der Zapfen ist bevorzugt kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig mit der Lagerhülse gekoppelt. Der Zapfen weist einen Gewindefortsatz auf, welcher vorzugsweise mit der Lagerhülse verschraubt ist. Höchst vorzugsweise ist der Zapfen mit seiner Längsachse im Wesentlichen senkrecht, bevorzugt orthogonal zur Längsachse der Lagerhülse angeordnet. Es ergibt sich somit eine einfache Montage und der radial von der Lagerhülse abragende Zapfen kann sich gegenüber dem Gehäuse, beispielsweise in einem Langloch im Gehäuse, mittelbar oder unmittelbar abstützen. Damit der Zapfen sich gegenüber der Lagerhülse im laufenden Betrieb des Aktuators aufgrund von dynamischen Einflüssen nicht löst, kann eine Schraubensicherung beispielsweise als Verklebung eingesetzt werden.
Zur vorteilhaften Abstützung des Zapfens gegenüber der Lagerhülse weist der Zapfen bevorzugt zwischen seinem Gewindefortsatz und seinem anderen Ende einen Absatz auf. Dieser Absatz bildet in Richtung Gewindefortsatz eine Auflagefläche, welche insbesondere als Kreisringfläche ausgebildet ist. Die Kreisringfläche ist im Wesentlichen senkrecht, bevorzugt orthogonal zur Längsachse des Zapfens ausgebildet. An der Lagerhülse ist konzentrisch zum Innengewinde ebenfalls eine Auflagefläche vorgesehen.
Diese ist bevorzugt ebenfalls als Kreisringfläche im Wesentlichen senkrecht, insbesondere orthogonal zur Längsachse der Lagerhülse ausgebildet. Nach Montage des Zapfens mit der Lagerhülse stehen diese Bauteile in Flächenkontakt zueinander. Der Zapfen kann unmittelbar mit seiner Auflagefläche an der Auflagefläche der Lagerhülse anliegen.
Alternativ können die Auflageflächen auch mittelbar miteinander in Kontakt stehen. Bevorzugt ist zwischen der Auflagefläche des Zapfens und der Lagerhülse ein Stützring angeordnet. Dieses ist von weiterem Vorteil wie nachfolgend dargelegt wird. Um für den Zapfen eine ausreichend dimensionierte Auflagefläche zu schaffen, muss von der zylindrischen Außenfläche der Lagerhülse Material abgetragen werden. Anderenfalls würde die Auflagefläche des Absatzes des Zapfens in Linienkontakt mit der Lagerhülse gelangen. Wird beispielsweise mittels Fräsen eine Auflagefläche in Form einer Kreisringfläche parallel zur Längsachse der Lagerhülse erstellt, so reduziert sich dadurch die für den Gewindefortsatz des Zapfens mögliche Gewindelänge zum Einschrauben des Zapfens in die Lagerhülse, wobei noch der Radius des eingeschraubten Endes der Spindel berücksichtigt werden muss. Mit anderen Worten kann eine zur Abstützung des Zapfens gegenüber der Lagerhülse ausreichend dimensionierte Auflagefläche erzeugt werden, jedoch verbleibt dann nicht die notwendige Gewindelänge für den Zapfen, so dass der Zapfen nicht der Beanspruchung gerecht werdend mit der Lagerhülse verschraubt werden kann. Hier kommt in vorteilhafter Weise der Stützring zum Einsatz. Der Stützring entspricht einem Hohlzylinderabschnitt, welcher an seinen beiden Enden quer zur Längsachse jeweils eine Kreisringfläche aufweist. Der Außendurchmesser des Stützringes entspricht dem Außendurchmesser des Absatzes des Zapfens. Mittels Zerspanung wird an der Lagerhülse eine Auflagefläche in Form einer Kreisringfläche erstellt. Hierzu wird lediglich für die Kreisringfläche Material abgetragen. Die benötige Auflagefläche zur belastungsgerechten Abstützung des Drehmoments für die Verdrehsicherung der Spindel gegenüber dem Gehäuse des Aktuators ist somit gewährleistet. Durch den Einsatz des Stützringes besteht zwischen der Auflagefläche des Zapfens von der Längsachse der Lagerhülse nun ein größerer Abstand. In radialer Richtung gesehen steht somit an der Lagerhülse mehr Material für eine Bohrung bzw. ein Gewinde für den Zapfen zur Verfügung. Neben der Auflagefläche zur Gewährleistung für eine ausreichend dimensionierte Abstützung für die Verdrehsicherung sind auch die notwendige Gewindetiefe und die Einschraublänge des Zapfens vorhanden. Vereinfacht kann gesagt werden, dass die Einschraubtiefe etwa dem einfachen Gewindedurchmesser entsprechen sollte. Dieses ist zusätzlich von den verwendeten Materialien, also in diesem Fall Material des Zapfens und Material der Lagerhülse abhängig. Der Einsatz des Stützringes begünstigt in diesem Fall, dass eine größere Einschraubtiefe möglich ist, als wenn der Zapfen direkt mit der Lagerhülse verschraubt werden müsste.
Die Lagerhülse ist bevorzugt als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet, welches teilweise hohl ist, insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet ist. Wie vorgenannt bereits gesagt, ist die Lagerhülse mit einem Ende der Spindel gekoppelt. Die Kopplung kann kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig ausgeführt sein. Die Spindel kann mittelbar oder unmittelbar mit der Lagerhülse verbunden sein. Eine unmittelbare Verbindung kann beispielsweise durch Einschrauben in die Lagerhülse erfolgen. Damit sich die Verbindung nicht löst, kann eine Schraubsicherung beispielsweise in Form einer Verklebung vorzugsweise Mikroverkapselung vorgesehen sein. Gleiches gilt für die Verbindung Zapfen mit Lagerhülse. Die Verbindung zwischen Spindelende und Lagerhülse kann auch über eine Konusverbindung unmittelbar oder mittelbar mittels einer Konushülse erfolgen. Es ergibt sich dadurch eine verdrehfeste und betriebssichere Verbindung, welche wartungsfrei und über die gesamte Lebensdauer haltbar ist.
In einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass zur Kopplung der Spindel mit der Lagerhülse der Zapfen die Lagerhülse teilweise durchgreift und der Zapfen mit der Spindel mit seinem gewindeseitigen Ende zumindest teilweise kraft- und/oder stoff - und/oder formschlüssig verbunden ist. Nach Einschrauben des Endes der Spindel in die Lagerhülse kann somit durch den Zapfen die zusätzliche Wirkung einer Schraubensicherung gegen Lösen der Verbindung zwischen Spindel und Lagerhülse bewirkt werden.
Die Lagerhülse ist mit ihrer Außenfläche gegenüber dem Gehäuse gleitgelagert. Die Lagerhülse ist dabei insbesondere konzentrisch zur Spindel angeordnet. Die glattzylindrische Außenfläche der Lagerhülse gleitet bevorzugt formschlüssig in einer hohlzylindrisch ausgebildeten Lagerfläche im Bereich eines Endes des Gehäuses. Die Lagerung der Lagerhülse gegenüber dem Gehäuse kann auch mittelbar vorgesehen sein, wenn zwischen Lagerhülse und Gehäuse eine Lagerbuchse vorgesehen ist. Die Lagerbuchse wird bevorzugt vor der Montage der Lagerhülse mit der Spindel in das Gehäuseende eingepresst. Es ergibt sich somit eine zentrierende sowie führende und wartungsfreie Lagerung der Spindel gegenüber dem Gehäuse.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine steer-by-wire-Lenkung, welche sich durch einen Aktuator mit einem Spindelantrieb wie im Detail zuvor beschrieben kennzeichnet. Bei einer steer-by-wire-Lenkung besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad des Fahrzeuges und der Lenkung. Vielmehr wird der Aktuator der Lenkung über eine Signalleitung („by-wire“) angesteuert und führt die Lenkbewegung anhand von Steuersignalen eines Steuergerätes aus. Bevorzugt ist die steer-by-wire-Lenkung als Hinterachslenkung bei einem Kraftfahrzeug ausgeführt. Es kann auch die Vorderachslenkung als steer-by-wire-Lenkung ausgeführt sein. In Abhängigkeit der Fahrzeugparameter wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Gier-Geschwindigkeit sowie weiterer Parameter, die während der Fahrt am oder außerhalb des Fahrzeugs ermittelt werden, wird der notwendige Radlenkwinkel berechnet. Das Steuergerät sendet zur Änderung bzw. Einstellung der benötigten Radlenkwinkel ein entsprechendes Signal an den bzw. die Aktuatoren.
Die Erfindung ist nicht nur auf Personenkraftfahrzeuge beschränkt, sondern eignet sich ebenfalls für Straßen-Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Aktuators nach dem bekannten Stand der Technik,
2 eine Teildarstellung einer perspektivischen Darstellung gem. 1
3 eine Schnittdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Aktuators
4 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators gem. 3 (gem. IV-IV)
4a eine perspektivische Darstellung eines Details gem. 4

1 zeigt einen Längsschnitt eines bekannten Aktuators 20, der vorzugsweise für die Hinterachslenkung als steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. Der Aktuator 20 weist einen Spindelantrieb 21 auf, welcher eine Spindel 22, eine Spindelmutter 23, Lager 24 sowie eine Riemenscheibe 25 umfasst, welche über einen Riemen 26 von einem Elektromotor 27 antreibbar ist. Spindelmutter 23 und Spindel 22 sind mit ihren Gewinden in Eingriff und bilden ein Bewegungsgewinde. Vorliegend ist das Bewegungsgewinde als Trapezgewinde ausgebildet. Die Riemenscheibe 25 ist mit der Spindelmutter 23 drehfest verbunden und somit von dem Elektromotor drehbar angetrieben. Der Aktuator 20 weist ein Gehäuse 28 auf, welches über ein erstes Gelenk 29 am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Die Spindelmutter 23 ist ortsfest drehbar in dem Gehäuse 28 gelagert. Die Spindel 22 ist an einem ihrer beiden Enden mit einer Lagerhülse 30 verdrehfest verbunden, welcher gegenüber dem Gehäuse 28 axial gleitend und radial geführt und an seinem äußeren, aus dem Gehäuse 28 herausragenden Ende mit einem zweiten Gelenk 31 verbunden ist. Wird die Spindelmutter 23 in die eine oder andere Richtung gedreht, so wird die Spindel 22 axial entlang ihrer Längsachse s verlagert. Damit die Spindel 22 sich dabei aufgrund der Reibung zwischen Spindelmuttergewinde und Spindelgewinde 22g nicht mit der Spindelmutter 23 dreht, ist an der Spindel 22 eine Verdrehsicherung gegenüber dem Gehäuse 28 vorgesehen. Die Reibung wird dabei zusätzlich erhöht, wenn durch die Fahrsituation entstehende Seitenkräfte Fs auf das zu lenkende Rad und über den Radträger in die Lenkung und schließlich in den Aktuator bzw. den Spindelantrieb wirken. Die Verdrehsicherung ist gebildet durch einen Zapfen 40, welcher mittels seines Gewindefortsatzes 45 mit der Spindel 22 verschraubt ist. Der Zapfen 40 weist an seinem von dem Gewindefortsatz 45 abgewandten Ende einen Kugelkopf auf, der von einem Gleitstein 42 umgriffen ist. Der Gleitstein 42 wird in einem Langloch im Gehäuse 28 geführt. Somit kann die Spindel 22 lediglich axial verlagert werden ohne sich dabei zu drehen.
Der Aktuator 20 ist über das zweite Gelenk 31 mit einem nicht dargestellten Lenkgestänge, vorzugsweise einem Spurlenker oder einem Radträger einer Vorder- oder Hinterachse eines Kraftfahrzeuges verbunden. Somit kann der Aktuator 20 bei axialem Verlagern der Spindel 22 auf die Lenkung eines Vorder- oder Hinterrades einwirken, wobei der Aktuator 20 sich fahrzeugseitig über das erste Gelenk 29 abstützt. Dadurch wird letztlich eine Änderung des Radlenkwinkels des angelenkten Rades bewirkt.
2 zeigt eine perspektivische Teildarstellung einer bekannten Spindel gemäß 1. Die Spindel 22 weist eine Längsachse s auf und es ist schematisch das Spindelgewinde 22g angedeutet. Die Spindel 22 weist einen Durchmesser d_s auf. Parallel zur Längsachse s ist an der Spindel 22 eine Kreisringfläche 22a als Auflagefläche für den Zapfen 40 vorhanden. Der Zapfen 40 weist eine Längsachse z auf. Der Zapfen 40 weist an seinem einen Ende einen Kugelkopf und ein davon entlang der Längsachse abgewandtes Ende 45 in Form eines Gewindefortsatzes auf. Zwischen dem Kugelkopf und dem Gewindefortsatz 45 weist der Zapfen 40 einen Absatz auf, an dem eine in Richtung des Gewindefortsatzes 45 weisende Auflagefläche 41 vorhanden ist. Der Zapfen 40 ist in der 2 vor der Montage mit der Spindel 22 dargestellt. Nach dem Einschrauben des Zapfens 40 liegen die Auflagenflächen 41 und 22 aufeinander und stehen in Flächenkontakt zueinander. Dieser Zustand ist in 1 dargestellt.
3 zeigt in einer geschnittenen Darstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung. Die Darstellung in 3 stimmt mit der Stand der Technik-Darstellung auf der 1, d. h. mit dem linken Teil des dort gezeigten Aktuators überein. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 erhöhten Bezugszeichen dargestellt und werden hier nicht erneut bezeichnet. Anders als im Vergleich zur Darstellung gemäß 1 ist in 3 jedoch der Zapfen 140 erfindungsgemäß mit der Lagerhülse 130 gekoppelt. Es ist deutlich zu sehen, dass die Lagerhülse 130 einen sehr viel größeren Durchmesser aufweist, als der Außendurchmesser bzw. Kopfkreis der Spindel 122. Der Zapfen 140 ist mit seinem Gewindefortsatz 145 in ein Durchgangsloch mit Gewinde in die Lagerhülse 130 eingeschraubt. Der Zapfen weist an seiner von dem Gewindefortsatz 145 abgewandten Seite einen Kugelkopf auf, welcher von einem Gleitstein 142 aufgenommen ist. Dieser Gleitstein wird in einem nicht dargestellten Langloch in dem Gehäuse 128 geführt. Es ergibt sich somit eine Verdrehsicherung 150, so dass bei Drehung der Spindelmutter 123 die sich Mitdrehen wollende Spindel 122 nicht dreht, sondern durch die Verdrehsicherung 150 gegenüber dem Gehäuse ohne Rotation führen lässt. Die Längsachse der Spindel s fällt mit der Längsachse h der Lagerhülse 130 zusammen. Das Ende der Spindel 122 ist kraft- und formschlüssig mit dem der Spindel zugewandten Ende der Lagerhülse 130 verbunden. Der Zapfen 140 bewirkt gleichzeitig, dass das Ende der Spindel 122 sich nicht aus dem Ende der Lagerhülse 130 lösen kann. Es besteht somit zwischen der Spindel 122 und der Lagerhülse 130 eine drehfeste Verbindung. Die Lagerhülse 130 und somit auch die Spindel 122 sind entlang ihrer Längsachse geführt. Die Führung wird gewährleistet durch eine Zylinderbuchse 132, welche in das Ende des Gehäuses 128 eingepresst ist.
4 zeigt eine quergeschnittene Ansicht gemäß Schnittlinie IV-IV aus 3. Des Weiteren zeigt 4 eine mittig im Gehäuse 128 angeordnete Spindel 122, welche in der Hülse 130 angeordnet und mit dieser verbunden ist. Der Zapfen 140 weist eine Längsachse z auf, welche senkrecht zu den Längsachsen s bzw. h verläuft. Der Zapfen 140 ist mit seinem dem Kugelkopf abgewandten Gewindefortsatz 145 in die Bohrung 130b mit Innengewinde in der Lagerhülse 130 eingeschraubt. Die Lagerhülse 130 weist an ihrer in der 4 dargestellten Oberseite eine Auflagefläche 130a auf, welche parallel zur Längsachse s bzw. h der Spindel 122 bzw. der Lagerhülse 130 angeordnet ist. Auf dieser Auflagefläche 130a liegt ein Stützring 160 mit seiner Auflagefläche 160b auf. Auf der von der Auflagefläche 160b abgewandten Seite weist der Stützring eine Auflagefläche 160a auf. Auf dieser Auflagefläche liegt die Auflagefläche 141 des Zapfens 140 auf. Durch die Verschraubung des Zapfens 140 mit der Lagerhülse 130 ergibt sich eine form- sowie kraftschlüssige Verbindung, so dass der Zapfen 140 sich in alle Richtungen mittelbar abgestützt durch den Stützring 160 auf der Lagerhülse 130 abstützt. Hierdurch wird ermöglicht, dass bei Antrieb der in der 4 nicht dargestellten Spindelmutter ein Drehen der Spindel 120 gegenüber dem Gehäuse 128 nicht möglich ist. Der Kugelkopf des Zapfens 140 ist gelenkig in dem Gleitstein 142 gelagert. Der Gleitstein 142 gleitet parallel zur Längsachse s bzw. h innerhalb der Kulisse 128k des Gehäuses 128. Die Öffnung des Gehäuses 128 ist durch einen Deckel 128d geschlossen, so dass keine Verunreinigungen in den Spindelantrieb bzw. in das Innere des Gehäuses 128 eindringen können. Es sind in der 4 des Weiteren verschiedene Durchmesser dargestellt. Diese verdeutlichen die Größenverhältnisse von Spindel 122 zu der Lagerhülse 130 und zeigen somit einen Bezug zur notwendigen Abstützfläche auf. Der Spindeldurchmesser d_s weist den kleinsten Durchmesser auf, welcher kleiner als der äußere Durchmesser d_h der Lagerhülse 130 ist. Die im Schnitt dargestellte Lagerhülse 130 zeigt einen Kreisring mit den Radien r und R. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Absatz 140a des Zapfens 140 so bemessen, dass sich eine ausreichende Abstützmöglichkeit mit einer Kreisringfläche 141 bei einem Durchmesser d_r ergibt. Die ausreichende Abstützung bei ausreichender Einschraubtiefe für den Gewindefortsatz 145 des Zapfens 140 in die Lagerhülse 130 ist jedoch nur möglich, weil der Stützring 160 eingesetzt wird. Wollte man eine Spindel oder eine Lagerhülse ausreichend dimensionieren, so dass eine ausreichend große Abstützmöglichkeit in Form einer Auflagefläche bei einem Durchmesser d_r für den Absatz 140a des Zapfens 140 sich ergibt, so müsste die Spindel 122 oder die Lagerhülse 130 einen Durchmesser aufweisen, welcher von der Dimension hier mit einem Kreis mit einem virtuellen Durchmesser d_v angegeben ist. Es ist offensichtlich, dass hierbei ein sehr viel größerer Materialeinsatz für die Spindel 122 oder aber die Lagerhülse 130 notwendig wäre. Der erfindungsgemäße Gedanke ließe sich hier jedoch auch mit einer Lagerhülse umsetzen, die einen Außendurchmesser d_v hätte, wobei dieses ein Bauraumproblem darstellen könnte. Der Einsatz des Stützringes 160 wiederum ermöglicht, dass sowohl die bisherige Spindel 122 als auch die bisherige Lagerhülse 130 unverändert eingesetzt werden kann. Hierbei ist lediglich die Bearbeitung der Lagerhülse zum Erhalt einer Auflagefläche anzupassen. Hierbei fällt weniger Zerspanungsarbeit an und es kann bei ausreichender Einschraubtiefe für den Gewindefortsatz 145 des Lagerzapfens 140 in der Lagerhülse 130 eine ausreichende Abstützung über die durch den Stützring 160 möglichen Auflageflächen erreicht werden.
In der 4a ist ausschnittsweise lediglich der Stützring 160 dargestellt. Dieser weist, wie auch schon aus der 4 ersichtlich, einen Außendurchmesser d_r auf und hat an seiner Oberseite eine Kreisringfläche als Auflagefläche 160a und von dieser abgewandt eine Kreisringfläche als Auflagefläche 160b.
Bezugszeichenliste

20: Aktuator
21: Spindelantrieb
22: Spindel
22a: Auflagefläche Spindel
22g: Spindelgewinde
23: Spindelmutter
24: Lager
25: Riemenscheibe
26: Riemen
27: Elektromotor
28: Gehäuse
29: erstes Gelenk
30: Lagerhülse
31: zweites Gelenk
32: Gleitbuchse
40: Zapfen
41: Auflagefläche Zapfen
42: Gleitstein
45: Gewindefortsatz
50: Verdrehsicherung
z: Längsachse Zapfen
h: Längsachse Lagerhülse
s: Längsachse Spindel
120: Aktuator
121: Spindelantrieb
122: Spindel
123: Spindelmutter
128: Gehäuse
128d: Deckel
128k: Kulisse Gehäuse
130: Lagerhülse
130a: Auflagefläche Lagerhülse
130b: Bohrung, Gewinde
131: zweites Gelenk
132: Gleitbuchse
140: Zapfen
140a: Absatz Zapfen
141: Auflagefläche Zapfen
142: Gleitstein
145: Gewindefortsatz
150: Verdrehsicherung
160: Stützring
160a: Auflagefläche Stützring
160b: Auflagefläche Stützring
Fs: Seitenkraft
ds: Durchmesser Spindel
d_h: Durchmesser Lagerhülse
d_r: Durchmesser Stützring
d_v: Durchmesser virtuell
r: Radius Lagerhülse innen
R: Radius Lagerhülse außen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009039164 A1 [0002]
DE 102012210225 A1 [0003]

Claims

Aktuator 120 einer steer-by-wire-Lenkung mit einem Spindelantrieb 121 zur Lenkung zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine ortsfest in einem Gehäuse 128 gelagerte Spindelmutter 123 und eine Spindel 122, wobei die Spindel durch Drehung der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse 128 axial verlagerbar ist, wobei die Spindel 122 gegenüber dem Gehäuse 128 mittels eines Zapfens 140 gegen Verdrehen gesichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen 140 mit einer Lagerhülse 130 gekoppelt ist, welche mit der Spindel 122 drehfest verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen 140 kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig mit der Lagerhülse 130 gekoppelt ist, bevorzugt der Zapfen 140 mit seinem Gewindefortsatz 145 mit der Lagerhülse 130 verschraubt ist, wobei der Zapfen 140 bevorzugt mit seiner Längsachse z im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse h der Lagerhülse 130 angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen 140 zwischen seinem Gewindefortsatz 145 und seinem anderen Ende einen Absatz 140a aufweist, welcher eine Auflagefläche 141, insbesondere Kreisringfläche bildet, wobei der Zapfen 140 mit dieser Auflagefläche 141 an einer Auflagefläche 130a der Lagerhülse 130 anliegt.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen 140 mittelbar gegenüber der Lagerhülse 130 abgestützt ist, vorzugsweise zwischen der Auflagefläche 140a des Zapfens 140 und der Lagerhülse 130 ein Stützring 160 angeordnet ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse 130 teilweise hohl, insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet ist, zur kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssigen Kopplung mit einem Ende der Spindel 122.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung der Spindel 122 mit der Lagerhülse 130 der Zapfen 140 die Lagerhülse 130 teilweise durchgreift und der Zapfen 140 mit der Spindel 122 mit seinem gewindeseitigen Ende zumindest teilweise kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse 130 mit ihrer Außenfläche 130a gegenüber dem Gehäuse 128 formschlüssig, insbesondere konzentrisch zur Spindel 122, gelagert ist.
Steer-by-wire-Lenkung, gekennzeichnet durch einen Aktuator 120 mit einem Spindelantrieb 121 nach einem der vorhergehenden Ansprüche.