DE102020130257B4

DE102020130257B4 - Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102020130257B4
Application number: DE102020130257.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Kirchgäßner; Sebastian Krüger; Mario Arnold; Christian Doerner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2040-11-18
Also published as: WO2022068989A1; DE102020130257A1; CN116018300A; KR20230037626A; US20230331293A1

Abstract

Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Gehäuse (1) entlang eines Stellweges zwischen axialen Anschlägen (24) längsverschieblichen Schubstange (3), die das Gehäuse (1) durchdringt und endseitig an einen Spurlenker zum Anlenken von Rädern anschließbar ist, wobei die axial hintereinander angeordneten und axial einander zugewandten Anschläge (24) sowie ein mit den beiden Anschlägen (24) zusammenwirkender Stopper (18) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäuseöffnung (20) des Gehäuses (1) durch einen Deckel (21) abgedeckt ist, der an axial einander gegenüberliegenden Seiten mit den in die Gehäuseöffnung (20) eingreifenden Anschlägen (24) für den Stopper (18) versehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einer Hinterachslenkung.
Aus DE102018129103 A1 ist eine Hinterachslenkung bekannt geworden, deren Aktuator mit einer in einem Gehäuse längsverschieblichen Schubstange versehen ist. Die Schubstange durchdringt das Gehäuse und ist entlang eines Stellweges zwischen axialen Anschlägen verschieblich. Die Schubstange ist endseitig mit Gabelköpfen versehen, die an Spurlenker zum Anlenken von Rädern anschließbar sind. Die Schubstange durchdringt gehäuseseitig fixierte Distanzringe. Ein axialer Stellweg in der einen Verfahrrichtung wird durch formschlüssiges Anschlagen des einen Gabelkopfes gegen den einen Distanzring gestoppt. Ein axialer Stellweg in der anderen Verfahrrichtung wird durch formschlüssiges Anschlagen des anderen Gabelkopfes gegen den anderen Distanzring gestoppt. Die gehäuseseitigen Distanzringe bilden Anschläge und die dem Gehäuse zugewandten Stirnflächen der Gabelköpfe bilden Stopper.
Die formschlüssigen Anschläge gemäß DE 10 2018 129 103 A1 erfordern zusätzliche Maßnahmen, um den vollen Verfahrweg zu gewährsleiten, die unter anderen Faltenbälge vorsehen, die die Stirnflächen der Gabelköpfe sowie die Distanzringe umhüllen. Das von den Faltenbälgen eingeschlossene Luftvolumen ändert sich je nach Lage der Schubstange, so dass gegebenenfalls für eine Be- und Entlüftung Sorge zu tragen ist, die zuverlässig das Eindringen von Fremdstoffen verhindert.
Aus US 2013 / 0 292 201 A1 ist ein Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen alternativen Aktuator anzugeben, der auf einfache Art und Weise zuverlässig eine mechanische Stellwegbegrenzung für die Schubstange ermöglicht.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Aktuator gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Aktuator einer Lenkung, vorzugsweise einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges weist eine in einem Gehäuse entlang eines Stellweges längsverschieblich angeordnete Schubstange auf. Das Gehäuse kann quer - das heißt quer zur Schubstangenachse - oder längsgeteilt sein. Ein Motor kann an dem Gehäuse gehaltert sein, der vorzugsweise über ein Rotation-Rotation Getriebe ein Rotation-Translation Getriebe antreibt, dessen translatorisches Ausgangsglied Teil der Schubstange sein kann. Eine zweckdienliche Ausführung sieht vor, dass ein Elektromotor über einen Riementrieb einen Gewindetrieb rotatorisch antreibt, dessen mit einem Gewinde versehene Spindel translatorisch betätigt wird, also entlang ihrer Spindelachse verschoben wird.
Die Schubstange kann endseitig mit Anschraubösen oder Gabelköpfen oder anderen Verbindungselementen versehen sein, die beispielsweise an die beiden Enden der Schubstange angeschraubt werden können. Diese Verbindungselemente können an sogenannte Spurlenker gelenkig angebunden sein, die die Räder anlenken und deren Spur verändern. Die Schubstange an sich kann mehrteilig ausgeführt sein und aus mehreren starr miteinander verbundenen Bauteilen bestehen. Vorzugsweise umfasst die Schubstange eine Gewindespindel als Teil eines Gewindetriebes. Die längsverschiebliche Schubstange kann in dem Gehäuse verdrehgesichert gelagert sein. Zu diesem Zweck kann die Schubstange ein Schubstangenteil umfassen, dessen Mantelfläche beispielsweise als Zweiflach oder als Mehrkantprofil ausgebildet ist und an gehäuseseitigen Gleitflächen gelagert ist.
Die Schubstange kann das Gehäuse mit ihren beiden Enden durchdringen, um an Spurlenker beider Räder einer Achse angeschlossen werden zu können. Derartige Aktuatoren können auch als Zentralaktuatoren bezeichnet werden.
Der axiale Stellweg der Schubstange ist ausgehend von einer Neutrallage - beide Räder sind für Geradeausfahrt eingestellt - in beide axiale Richtungen begrenzt durch formschlüssige Anschläge. Der gesamte Stellweg reicht von der einen Endlage bis zur anderen Endlage der Schubstange. Die Schubstange ist zwischen diesen axialen Anschlägen längsverschieblich angeordnet.
Die Anschläge sind axial hintereinander angeordnet und axial einander zugewandt. Beispielsweise kann eine zur Längsachse der Schubstange parallele Nut im Gehäuse oder in der Schubstange eingerichtet sein, deren axial endseitigen Nutwände die Anschläge bilden können.
Ferner ist ein mit den beiden Anschlägen zusammenwirkender Stopper vorgesehen. Der Stopper kann beispielsweise stiftförmig ausgebildet und quer zur Schubstangenachse angeordnet sein und zwischen die beiden Anschläge eingreifen. Die einander zugewandten Anschläge können in vorteilhafter Weise von einem gemeinsamen Stopper angefahren werden und die Anzahl von Bauteilen für die StellwegBegrenzung reduzieren. Wenn die Schubstange axial in die eine Richtung verfahren wird, schlägt der Stopper am Ende des Stellwegs gegen den einen Anschlag an. Wenn die Schubstange axial in die andere Richtung verfahren wird, schlägt der Stopper am Ende des Stellwegs gegen den anderen Anschlag an. Alternativ kann der Stopper aus zwei räumlich getrennten Stopperteilen gebildet sein, von denen das eine dem einen Anschlag und von denen das andere dem anderen Anschlag zugeordnet ist.
Sowohl die Anschläge als auch der Stopper sind innerhalb des Gehäuses angeordnet und somit geschützt vor Fremdstoffen, die außerhalb des Gehäuses sind. Diese Aktuatoren sind mit ihren Gehäusen an der Fahrzeugunterseite angeordnet und demzufolge Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die Anordnung innerhalb des Gehäuses stellt zuverlässig sicher, dass Fremdstoffe nicht zwischen Anschläge und Stopper gelangen können und dass die Schubstange über ihren vorgesehenen Stellweg zuverlässig verfahrbar ist.
Die Schubstange kann eine Gewindespindel eines Gewindetriebs - vorzugsweise eines Planetenwälzgewindetriebs - sowie ein drehfest mit der Gewindespindel verbundenes Schubstangenteil aufweisen, das mit dem Stopper versehen ist, der zwischen die beiden gehäuseseitigen Anschläge eingreifen kann.
Der Einsatz eines Planetenwälzgewindetriebs ist besonders günstig, weil derartige Gewindetriebe nicht klemmen, wenn die Schubstange formschlüssig gegen einen der Anschläge fährt. Dieses Schubstangenteil kann zusätzlich als Verdrehsicherung für die Schubstange im Gehäuse hergerichtet sein, wie weiter oben bereits beschrieben ist
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse eine Gehäuseöffnung auf, die durch einen Deckel abgedeckt ist. Axial einander gegenüberliegenden Seiten der Gehäuseöffnung können mit den Anschlägen für den Stopper versehen sein. Die Wandung der Gehäuseöffnung selbst kann als Anschlag dienen. Es mag jedoch zweckdienlich sein, in die Gehäuseöffnung ein separates Anschlagteil einzusetzen. Je nach Fahrzeugtyp kann der gewünschte Stellweg variieren. Die Anschlagteile bieten den Vorteil, dass sie an den gewünschten Stellweg angepasst werden können bei unveränderter Gehäuseöffnung. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass der Deckel mit den in die Gehäuseöffnung eingreifenden Anschlägen versehen ist. Beispielsweise kann der Deckel einen in die Gehäuseöffnung eingreifenden Bord aufweisen, der die Anschläge in beiden Verfahrrichtungen bildet.
Der Aktuator kann mit einem Linearwegsensor zum Erfassen einer axialen Position der Schubstange versehen sein, dessen Signalgeber an einem Schubstangenteil der Schubstange angeordnet ist und dessen den Stellweg abdeckender Signalnehmer dem Gehäuse zugeordnet ist. In günstiger Weise kann ein berührungslos arbeitender Linearwegsensor mit einem elektrisch leitfähigen Signalgeber vorgesehen sein, der der Stopper bildet. Besonders günstig sind kapazitiv arbeitende Linearwegsensoren. Beispielsweise kann der Signalgeber aus einem beschichteten oder unbeschichteten Stahl oder Alumunium gebildet sein, wie es bei einem kapazitiv arbeitenden Linearwegsensor vorgesehen sein kann. In diesem Fall kann ein Bauteil eine Doppelfunktion aufweisen, einerseits als Signalgeber eines Linearwegsensors, andererseits als Stopper eines mechanischen Anschlags für die Begrenzung des Stellwegs.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt fünf Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Aktuator in einer Ansicht,
2 einen Abschnitt des Aktuators aus 1 im Längsschnitt,
3 eine Ausschnittvergrößerung der 2,
4 eine Variante des Aktuators in einer Ausschnittvergrößerung wie in 3, und
5 einen Abschnitt des Aktuators aus 2 im Querschnitt.

Die 1 und 2 zeigen einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Gehäuse 1 entlang eines Stellweges längsverschieblich angeordneten mehrteiligen Schubstange 3, die das Gehäuse 1 durchdringt und endseitig mit Gabelköpfen 4 versehen ist, die an die Enden der Schubstange 3 angeschraubt sind. Die Gabelköpfe 4 werden an nicht abgebildete Spurlenker angeschlossen, die wiederum nicht abgebildete Räder der Hinterachse anlenken. Derartige Aktuatoren können auch als Zentralaktuatoren bezeichnet werden.
Das Gehäuse 1 ist quer zur Schubstangenachse in zwei Gehäuseteile 5, 6 geteilt. Ein Elektromotor 7 ist an das Gehäuse 1 angeschraubt, der über ein nicht abgebildetes Zahnriemengetriebe (Rotation-Rotation Getriebe) einen Planetenwälzgewindetrieb 8 (Rotation-Translation Getriebe) antreibt, dessen Planetenrollen 9 mit einem Gewinde 10 einer Gewindespindel 11 kämmen, die Teil der Schubstange 3 ist. Unter Drehantrieb eines Planetenrollenträgers 12 rotieren die Planetenrollen 9 um ihre Achsen und um die drehfeste Gewindespindel 11 herum. Eine volle Umdrehung des Planetenrollenträgers 12 erzwingt einen axialen Vorschub der Schubstange 3 um den Betrag der Steigung des Gewindes 10 der Gewindespindel 11.
Die Schubstange 3 ist aus mehreren starr miteinander verbundenen Bauteilen zusammengesetzt. Sie umfasst die Gewindespindel 11 und weitere Schubstangenteile, von denen das mit der Gewindespindel 11 zusammengeschraubte erste Schubstangenteil 13 als Verdrehsicherung 14 der Schubstange 3 ausgebildet ist. Diese Verdrehsicherung 14 weist einen Zweiflach 15 auf, der an gehäuseseitigen Gegenflächen 16 gelagert ist (5).
Der axiale Stellweg der Schubstange 3 ist ausgehend von der in 1 abgebildeten Neutrallage - beide Räder sind für Geradeausfahrt eingestellt - in beiden axialen Richtungen formschlüssig begrenzt durch einen Stehwegbegrenzer 17.
3 zeigt Details des Stellwegbegrenzers 17, der einen stiftförmigen Stopper 18 aufweist, der mit der Verdrehsicherung 14 verschraubt ist. Der Stopper 18 greift zwischen zwei gehäuseseitige Anschläge 19 ein, die axial hintereinander angeordnet und einander zugewandt sind. Wenn die Schubstange 3 axial in die eine Richtung verfahren wird, schlägt der Stopper 18 am Ende des Stellwegs gegen den einen Anschlag 19 an. Wenn die Schubstange axial in die andere Richtung verfahren wird, schlägt der Stopper 18 am Ende des Stellwegs gegen den anderen Anschlag 19 an.
Das Gehäuse 1 weist eine Gehäuseöffnung 20 auf, die durch einen Deckel 21 abgedeckt ist. Axial einander gegenüberliegende Gehäusewände 22 der Gehäuseöffnung 20 bilden in diesem Ausführungsbeispiel die Anschläge 19.
4 zeigt eine Variante mit Einlegeteilen 23, die in die Gehäuseöffnung 20 eingesetzt werden und Anschläge 24 bilden, zwischen denen der Stopper 18 verfahren kann. Die axiale Erstreckung der Einlegeteile 23 ist auf den gewünschten Stellweg abgestimmt.
Der Aktuator ist mit einem berührungslos arbeitenden Linearwegsensor 25 versehen , und zwar mit einem kapazitiv arbeitenden Linearwegsensor 25 zum Erfassen einer axialen Position der Schubstange 3. Ein elektrisch leitfähiger Signalgeber 26 - auch als Target bezeichnet - ist an die Verdrehsicherung 14 der Schubstange 3 angeschraubt. Der Deckel 21 beinhaltet einen Signalnehmer 27 , der mit einer Vielzahl von nicht weiter abgebildeten Spulen versehen ist, und der sich über die Länge des Verfahrwegs der Schubstange 3 erstreckt.
Im Ausführungsbeispiel ist der Stopper 18 durch den stiftförmigen Signalgeber 26 gebildet. Dieses Bauteil übernimmt demzufolge eine Doppelfunktion, einerseits die Funktion als Signalgeber des Linearwegsensors, andererseits die Funktion als Stopper des Stehwegbegrenzers. Für Kalibierungszwecke ist der mit einer Schraube 28 festgeschraubte Signalnehmer 27 mit einem Langloch 29 versehen, so dass bei gelockerter Schraube 28 der Signalnehmer 27 axial auf der Verdrehsicherung 14 verschoben werden kann für Kalibrierungszwecke.

1: Gehäuse
2: -
3: Schubstange
4: Gabelkopf
5: Gehäuseteil
6: Gehäuseteil
7: Elektromotor
8: Planetenwälzgewindetrieb
9: Planetenrolle
10: Gewinde
11: Gewindespindel
12: Planetenrollenträger
13: erstes Schubstangenteil
14: Verdrehsicherung
15: Zweiflach
16: Gegenflächen
17: Stellwegbegrenzer
18: Stopper
19: Anschlag
20: Gehäuseöffnung
21: Deckel
22: Gehäusewand
23: Einlegeteil
24: Anschlag
25: Linearwegsensor
26: Signalgeber
27: Signalnehmer
28: Schraube
29: Langloch

Claims

Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Gehäuse (1) entlang eines Stellweges zwischen axialen Anschlägen (24) längsverschieblichen Schubstange (3), die das Gehäuse (1) durchdringt und endseitig an einen Spurlenker zum Anlenken von Rädern anschließbar ist, wobei die axial hintereinander angeordneten und axial einander zugewandten Anschläge (24) sowie ein mit den beiden Anschlägen (24) zusammenwirkender Stopper (18) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäuseöffnung (20) des Gehäuses (1) durch einen Deckel (21) abgedeckt ist, der an axial einander gegenüberliegenden Seiten mit den in die Gehäuseöffnung (20) eingreifenden Anschlägen (24) für den Stopper (18) versehen ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dessen Schubstange (3) eine Gewindespindel (11) eines Gewindetriebs sowie ein drehfest mit der Gewindespindel (11) verbundenes erstes Schubstangenteil (13) aufweist, das mit dem zwischen die beiden gehäuseseitigen Anschläge (24) eingreifenden Stopper (18) versehen ist.
Aktuator nach Anspruch 2, dessen erstes Schubstangenteil (13) als Verdrehsicherung (14) für die Schubstange (3) in dem Gehäuse (1) gelagert ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dessen Anschläge (24) an wenigstens einem in die Gehäuseöffnung (20) eingesetzten Einlegeteil (23) ausgebildet sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, der mit einem Linearwegsensor (25) zum Erfassen einer axialen Position der Schubstange (3) versehen ist, dessen Signalgeber (26) an einem der Schubstangenteile der Schubstange (3) angeordnet ist und dessen den Stellweg abdeckender Signalnehmer (27) dem Gehäuse (1) zugeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 5, dessen berührungslos arbeitender Linearwegsensor (25) einen elektrisch leitfähigen Signalgeber (26) aufweist, der den Stopper (18) bildet.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen Motor einen Gewindetrieb antreibt, dessen Gewindespindel (11) drehfest und axial verschieblich in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.