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Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs, umfassend eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist und eine Verdrehsicherung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hinterachslenkung mit einem derartigen Aktuator sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Hinterachslenkung.
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Aus der
DE 10 2016 200 102 B4 geht ein Aktuator hervor, mit einem Gehäuse sowie einem im Gehäuse angeordneten Spindelantrieb, welcher eine über ein Bewegungsgewinde mit einer Spindelmutter in Eingriff stehende Spindel mit einem ersten und zweiten Befestigungsende aufweist. Ferner umfasst der Aktuator zwei verschiebbar im Gehäuse angeordnete Aufschraubzapfen, wobei der erste Aufschraubzapfen mit dem ersten Befestigungsende und der zweite Aufschraubzapfen mit dem zweiten Befestigungsende fest verbunden sind. Der erste Aufschraubzapfen ist in einer ersten Verdrehsicherung und der zweite Aufschraubzapfen ist in einer zweiten Verdrehsicherung gleitend angeordnet, sodass die Spindel über ihre gesamte Länge von äußeren Drehmomenten entkoppelt ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektromechanischen Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs weiterzuentwickeln.
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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.
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Ein erfindungsgemäßer Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs umfasst eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei die Schubstange eine Verdrehsicherung mit einem Kulissenelement aufweist, wobei das Kulissenelement über ein daran angeordnetes Führungselement im Gehäuse in axialer Richtung geführt ist, wobei das Führungselement wenigstens einen elastisch verformbaren Abschnitt aufweist, der sich quer zur longitudinalen Verlagerungsrichtung der Schubstange am Gehäuse abstützt. Der Aktuator ist dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern der Schubstange gegenüber dem Gehäuse eine Einstellung eines Lenkwinkels von mit dem Aktuator wirkverbundenen Fahrzeugrädern an einer Hinterachse des Fahrzeugs auszuführen. Dadurch wird beispielsweise eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs eingeleitet.
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Die Schubstange weist dazu an dessen freien Enden vorzugsweise eine jeweilige Gabelanbindung mit einem Gabelelement auf, an dem das jeweilige Fahrzeugrad zumindest mittelbar aufgenommen ist. Die Schubstange ist bevorzugt ein- oder mehrteilig ausgebildet und weist eine ein- oder mehrteilig damit verbundene und konzentrisch dazu angeordnete Gewindespindel auf. Ferner kann eine Antriebseinheit, beispielsweise in Form eines Elektromotors vorgesehen sein, um eine axial unverschiebliche, drehangetriebene Gewindemutter anzutreiben, die mit der Gewindespindel und somit mittelbar mit der Schubstange wirkverbunden ist. Die Gewindespindel wird zusammen mit der Schubstange durch eine Rotation der Gewindemutter in eine Längsverlagerung bzw. in eine longitudinale Verlagerung gegenüber dem Gehäuse bzw. der Gewindemutter versetzt. Mithin bilden die Gewindespindel und die Gewindemutter einen Gewindetrieb aus, wobei durch den Drehantrieb der Gewindemutter eine lineare Stellbewegung der Schubstange für eine Lenkwinkeleinstellung erfolgt. Ferner kann die Antriebseinheit eine Getriebeeinrichtung umfassen, die beispielsweise als Riemengetriebe oder als Planetengetriebe ausgebildet ist und mit der Gewindemutter wirkverbunden ist.
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Durch das im Gehäuse angeordnete und relativ dazu axial verlagerbare Kulissenelement sowie durch das daran angeordnete Führungselement wird die Verdrehsicherung zwischen der Spurstange und dem Gehäuse realisiert, wobei das Kulissenelement vorzugsweise quaderförmig ausgebildet und drehfest mit der Schubstange verbunden ist. Als drehfeste Verbindung sind ein Quer- oder Längspressverband, eine Schraub- oder Stiftverbindung oder eine Schweißverbindung denkbar. Das Kulissenelement und das daran angeordnete Führungselement mit dem wenigstens einen elastisch verformbaren Abschnitt bilden die Verdrehsicherung.
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Das Führungselement ist vorzugsweise aus einem Stahlblech ausgebildet. Insbesondere ist das Führungselement als Stanzbiegeteil ausgebildet. Dadurch wird eine kostengünstige und reibungsarme Verdrehsicherung realisiert.
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Der jeweilige elastisch verformbare Abschnitt ist insbesondere federnd ausgebildet und stützt das Kulissenelement an einer Wandung des Gehäuses ab, wobei der jeweilige Abschnitt in Abhängigkeit eines während eines Normalbetriebs auf die Schubstange einwirkenden Moments elastisch verformt und dadurch eine Federkraft aufbaut. Mithin wird das Kulissenelement in Richtung des Gehäuses gedrückt, wobei sich im jeweiligen elastisch verformbaren Abschnitt dabei eine Vorspannkraft erhöht. Nimmt das Moment wieder ab, entspannt der jeweilige Abschnitt erneut, das heißt die Federkraft bzw. die Vorspannkraft reduziert sich und das Kulissenelement wird zurück in dessen Ausgangsposition gedrückt. Der jeweilige Abschnitt ist insbesondere derart ausgelegt, dass während eines Normalbetriebs das Kulissenelement nicht am Gehäuse zur Anlage kommt, sondern dass die auf die Schubstange einwirkenden Kräfte aus dem Kulissenelement ausschließlich über den jeweiligen am Führungselement angeformten elastisch verformbaren Abschnitt in das Gehäuse weitergeleitet werden. Mithin erfolgt die Kraftübertragung aus der Schubstange in das Gehäuse ausschließlich über den jeweiligen elastisch verformbaren Abschnitt des Führungselements. Die erforderliche Federkraft bzw. Steifigkeit des jeweiligen elastisch verformbaren Abschnitts kann bei der Bauteilauslegung über diverse Parameter wie Blechdicke und Biegegeometrie beeinflusst werden.
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Jedoch können während einer Montage des Aktuators Drehmomente wirken, die größer sind als im Normalbetrieb. Mit anderen Worten wirken bei der Montage des Aktuators wenigstens temporär hohe Drehmomente auf die Schubstange und folglich auf die Verdrehsicherung ein, die über die Verdrehsicherung am Gehäuse abgestützt werden. Dieses vergleichsweise hohe Drehmoment wird im unteren Bereich des Kulissenelements direkt an das Gehäuse übertragen. Die federnden Enden des jeweiligen elastisch verformbaren Abschnitts des Führungselements werden dabei lediglich im elastischen Bereich verformt. Mit anderen Worten ist das Kulissenelement dazu eingerichtet und entsprechend ausgeformt, dass ein hohes Drehmoment während der Montage am Gehäuse abgestützt werden kann.
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Vorzugsweise weist das Führungselement zwei gegenüberliegende elastisch verformbare Abschnitte auf, um das Kulissenelement quer zur longitudinalen Verlagerungsrichtung der Schubstange am Gehäuse abzustützen. Mit anderen Worten ist das Führungselement derart ausgebildet, dass in Längsrichtung des Kulissenelements links und rechts, das heißt quer zur Verlagerungsrichtung der Schubstange jeweils ein federnder Abschnitt angeformt ist, der das Kulissenelement innerhalb des Gehäuses abstützt und führt. Dabei stützen sich die Abschnitte zu jeder Zeit am Gehäuse ab und werden somit bei einer longitudinalen Verlagerung der Schubstange und damit einhergehend auch des Kulissenelements gleitend im Gehäuse geführt. Die Abschnitte weisen dabei eine möglichst geringe Vorspannkraft auf, sodass eine ausreichende Spielfreiheit und Dämpfung gewährleistet ist. Dadurch können insbesondere unerwünschte Geräusche bei einer Umkehr der Axialbewegung der Schubstange verhindert werden.
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Bevorzugt sind die elastisch verformbaren Abschnitte in einer jeweiligen Gehäusenut geführt. Mit anderen Worten ist am Gehäuse ein Innenabschnitt ausgebildet, in den der jeweilige federnde Abschnitt des Führungselements eingreift und darin geführt ist. Die Gehäusenut kann derart ausgebildet sein, dass sie eine axiale Verlagerung des Kulissenelements mit dem daran angeordneten Führungselement begrenzt.
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Ferner bevorzugt weist das Kulissenelement wenigstens eine zumindest abschnittsweise umlaufende Nut auf, in die das Führungselement einrastet. Die Nut ist beispielsweise an wenigstens einer Seitenwand des Kulissenelement ausgebildet und im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Anders gesagt wird das Führungselement bei der Montage auf das Kulissenelement aufgeclipst, wobei das Führungselement dazu temporär elastisch verformt wird und in einer Endposition zumindest mittelbar in die jeweilige Nut eingreift, um eine formschlüssige Verbindung zu realisieren.
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Nach einem Ausführungsbeispiel weist das Führungselement in Längs- und/oder in Querrichtung wenigstens einen Rastabschnitt mit einem Hinterschnitt auf, wobei der jeweilige Hinterschnitt in der dazugehörigen Nut des Kulissenelements zur Anlage kommt. Dabei ist von Vorteil, wenn das Führungselement bei einem quaderförmig ausgebildeten Kulissenelement sowohl in Längs- als auch in Querrichtung zwei gegenüberliegende Rastabschnitte aufweist, deren Hinterschnitte zueinander hin weisen. Mit anderen Worten sind die Rastabschnitte mit den Hinterschnitten derart ausgebildet, dass das Führungselement klauenförmig ausgebildet ist, wobei die Rastabschnitte bei der Montage des Führungselements an das Kulissenelement nach außen gedrückt werden bzw. aufspreizen und anschließend von allen vier Seiten in die wenigstens teilweise umlaufende Nut zurück schnappen bzw. darin zur Anlage kommen, sodass das Führungselement formschlüssig mit dem Kulissenelement verbunden ist. Mithin ist das Führungselement sowohl in axialer Richtung als auch in Querrichtung positioniert und gesichert, wobei durch die gegenüberliegenden Rastabschnitte ein Verkippen des Führungselements verhindert wird.
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Vorzugsweise sind die elastisch verformbaren Abschnitte unmittelbar an einem jeweiligen Hinterschnitt des Rastabschnitts angeformt. Die quer dazu angeordneten Rastabschnitte an der Längsseite des Führungselements sind derart ausgebildet und in der Nut des Kulissenelements aufgenommen, dass eine spielfreie Axialbewegung des Führungselements relativ zum Kulissenelement möglich ist. Die axiale Beweglichkeit des Führungselements hängt jedoch im Wesentlichen von der Ausbildung der Rastabschnitte an den elastisch verformbaren Abschnitten und deren Aufnahme in der Nut des Kulissenelements ab.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Führungselement wenigstens an den Gleitflächen zwischen dem jeweiligen elastisch verformbaren Abschnitt eine Beschichtung zur Verschleißreduzierung aufweist. Alternativ kann das gesamte Führungselement beschichtet sein. Die Beschichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass ein Reibkoeffizient zwischen dem Führungselement und dem Gehäuse reduziert wird und damit ein Verschleiß reduziert wird. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE) oder eine Molybdänbeschichtung sein. Auch andere Beschichtungen sind denkbar, die einen Reibkoeffizienten und folglich einen Verschleiß des Führungselements und/oder des Gehäuses reduzieren.
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Vorzugsweise weist das Kulissenelement eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Targets auf. Die Aufnahme ist bevorzugt an einer Oberseite des Kulissenelements ausgebildet, wobei das von oben auf das Kulissenelement aufgesetzte bzw. aufgeclipste Führungselement eine koaxial zur Ausnehmung ausgebildete Öffnung aufweist, durch den das Target hindurchgesteckt ist. Das Target weist einen Zapfen auf, der beispielsweise in Kugelform ausgebildet und in die Ausnehmung des Kulissenelements gefügt oder gepresst ist. Das Target ist andererseits in einer Schiene, welche im Gehäuse angebracht ist, axial geführt. Dadurch wird ein gleichbleibender Abstand zu einem fest im Gehäuse verbauten Sensor, der zur Bestimmung eines axialen Verstellwegs der Schubstange ausgebildet ist, gewährleistet. Der Sensor bzw. der Linearsensor erfasst die axiale Position des Schubgestänges über die Position des Targets relativ zum Sensor. Das Target ist somit ein passives Bauteil, welches lediglich aus einem zur Signalgebung geeigneten Werkstoff besteht.
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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.
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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 Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Hinterachslenkung,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß 1,
- 3 eine schematische Perspektivschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß den 1 und 2,
- 4 eine schematische Perspektivdarstellung einer Verdrehsicherung des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß den 1 bis 3,
- 5 eine schematische Perspektivdarstellung eines Führungselements der Verdrehsicherung gemäß 4,
- 6 eine schematische Frontalansicht der Verdrehsicherung gemäß 4,
- 7 eine schematische Seitenansicht der Verdrehsicherung gemäß den 4 und 6,
- 8 eine schematische Teilquerschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktuators gemäß den 1 bis 5, und
- 9 eine schematische Teillängsschnittdarstellung der Verdrehsicherung gemäß 6.
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Gemäß 1 ist eine Hinterachslenkung 11 für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug dargestellt, das einen Aktuator 1 mit einem Gehäuse 3 umfasst, in dem eine in den 2 und 3 dargestellte Schubstange 2 longitudinal, das heißt in einer Verlagerungsrichtung 12 geführt ist. Mittels der Schubstange 2 ist ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche an Gabelelementen 15 der Hinterachslenkung 11 zumindest mittelbar angeordnet sind, einstellbar. Ferner weist die Hinterachslenkung 11 eine Antriebseinheit 16 auf, welche die Schubstange 2 zumindest mittelbar in eine Längsverlagerung versetzt.
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Nach den 2, 3, 8 und 9 weist die entlang des Gehäuses 3 axial verschiebliche Schubstange 2 eine Verdrehsicherung 4 mit einem Kulissenelement 5 und einem daran angeordneten Führungselement 6. Die Verdrehsicherung 4 bzw. deren Elemente ist in den 4 bis 7 detaillierter gezeigt. Nach 5 ist das Führungselement 6 aus einem Stahlblech als Stanzbiegeteil ausgebildet und weist eine rechteckige Grundfläche sowie vier als Rastabschnitte 9a, 9b, 9c, 9d ausgebildete Seitenwände auf, an deren freien Enden ein jeweiliger Hinterschnitt 10a, 10b, 10c, 10d angeformt ist. Das Kulissenelement 5 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist einen kreisförmigen axialen Durchbruch 20 auf, durch den die Schubstange 2 hindurchgeführt ist. Das Kulissenelement 5 ist beispielsweise auf die Schubstange aufgepresst, um eine drehfeste Verbindung damit zu erzielen. Das Kulissenelement 5 weist an dessen Oberseite eine Außenform auf, die zur Aufnahme des Führungselements 6 ausgebildet ist. Ferner weist das Kulissenelement 5 eine an den Seitenwänden ausgebildete umlaufende Nut 8 auf, die dazu eingerichtet ist, die Hinterschnitte 10a, 10b, 10c, 10d des Führungselements 6 aufzunehmen. Die Hinterschnitte 10a, 10b, 10c, 10d schnappen bei der Montage des Führungselements 6 auf das Kulissenelement 5 in die Nut 8 ein und positionieren das Führungselement 6 somit am Kulissenelement 5. Mit anderen Worten wird das Führungselement 6 auf das Kulissenelement 5 aufgeclipst.
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Das Führungselement 6 ist mittels den an den ersten beiden Rastabschnitten 9a, 9b angeformten Hinterschnitten 10a, 10b in axialer Richtung geführt, wobei an den Hinterschnitten 10a, 10b jeweilige Führungsflächen 13 ausgebildet sind, die eine spielfreie Führung des Führungselements 6 am Kulissenelement 5 realisieren. Zudem ist das Führungselement 6 mittels den beiden am dritten und vierten Rastabschnitt 9c, 9d angeformten Hinterschnitten 10c, 10d quer zur Verlagerungsrichtung 12 der Schubstange 2 bzw. des Kulissenelements 5 geführt.
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Am dritten und vierten Rastabschnitt 9c, 9d ist ferner jeweils ein elastisch verformter Abschnitt 7a, 7b angeformt, der im Wesentlichen als Vorspannfeder fungiert und die Verdrehsicherung 4 am Gehäuse 3 abstützt. Die beiden Abschnitte 7a, 7b sind einander gegenüber am Führungselement 6 angeordnet und derart ausgebildet, dass sie sich in einem Normalbetrieb des Aktuators 1 quer zur longitudinalen Verlagerungsrichtung 12 der Schubstange 2 am Gehäuse 3 abstützen, wobei die Abschnitte 7a, 7b dabei in einer Gehäusenut 3a gleitend geführt sind. Während einer Axialbewegung der Schubstange 2 gleiten die Abschnitte 7a, 7b entlang der Gehäusenut 3a und ermöglichen somit eine spielfreie Axialbewegung der Verdrehsicherung 4. Ferner sind die Abschnitte 7a, 7b durch geeignete Wahl der Parameter, wie beispielsweise Werkstoff, Blechdicke und Geometrie derart ausgebildet, dass bei einem auf die Schubstange 2 einwirkenden Drehmoment eine Verformung des jeweiligen Abschnitts 7a, 7b im elastischen Bereich erfolgt, wobei jedoch verhindert wird, dass das Kulissenelement 5 am Gehäuse 3 zur Anlage kommt. Mit anderen Worten wird eine Entkopplung der Schubstange 2 vom Gehäuse 3 erreicht, wodurch eine unerwünschte Geräuschentwicklung verhindert wird. Vorliegend weisen die Abschnitt 7a, 7b an der jeweiligen der Gehäusenut 3a zugewandten Gleitfläche 18 eine reibungsmindernde und verschleißreduzierende Beschichtung, beispielsweise eine PTFE-Beschichtung auf.
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Das Kulissenelement 5 ist blockartig bzw. quaderförmig ausgebildet, sodass ein während der Montage temporär wirkendes Drehmoment, das im Vergleich zu den im Normalbetrieb wirkenden Kräften verhältnismäßig hoch ist, über das Kulissenelement 5 am Gehäuse 3 abstützbar ist. Das Moment wird im unteren Bereich des Kulissenelement an das Gehäuse 3 übertragen. Dabei verformen die elastisch verformbaren Abschnitte 7a, 7b des Führungselements 6 ebenfalls, jedoch lediglich im elastischen Bereich, sodass sie, wenn das hohe Montagedrehmoment nachlässt entspannen und das Kulissenelement 5 in dessen Ausgangsposition zurückführen.
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Demgegenüber stützen sich die Drehmomente bei einem Normalbetrieb des Aktuators 1 nicht über das Kulissenelement 5 am Gehäuse 3 ab, sondern ausschließlich über das Führungselement 6 und je nach Wirkungsrichtung des Drehmoments über den ersten oder den zweiten elastisch verformbaren Abschnitt 7a, 7b.
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Der Aktuator 1 weist ferner eine - hier nicht gezeigte - Sensorik auf, die mit einem Target 17 zusammenwirkt, das in den 2, 3, 8 und 9 gezeigt ist. Das Target 17 weist ein kugelförmig ausgebildetes Ende auf, das in eine am Kulissenelement 5 ausgebildete Ausnehmung 19 eingepresst ist. Mit einem anderen Ende ist das Target 17 in einer - hier nicht näher gezeigten - Schiene geführt, um eine axiale Position der Schubstange 2 zu bestimmen. Das Führungselement 6 weist an dessen Grundfläche eine Öffnung 14 auf, wie in den 4 und 5 zu sehen ist, durch die das Target 17 hindurchragt. Bei einer axialen Verlagerung der Schubstange 2 stützt sich das Target 17 in der Ausnehmung 19 ab und wird vom Kulissenelement 5 mitgeführt, sodass von der Sensorik eine axiale Position der Schubstange 2 zumindest mittelbar bestimmbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Schubstange
- 3
- Gehäuse
- 3a
- Gehäusenut
- 4
- Verdrehsicherung
- 5
- Kulissenelement
- 6
- Führungselement
- 7a, 7b
- Elastisch verformbarer Abschnitt
- 8
- Nut
- 9a, 9b, 9c, 9d
- Rastabschnitt
- 10a, 10b, 10c, 10d
- Hinterschnitt
- 11
- Hinterachslenkung
- 12
- Verlagerungsrichtung
- 13
- Führungsfläche
- 14
- Öffnung
- 15
- Gabelelement
- 16
- Antriebseinheit
- 17
- Target
- 18
- Gleitfläche
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Durchbruch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016200102 B4 [0002]
