DE102020207277A1 - Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges sowie Steer-by-wire-Lenkung - Google Patents

Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges sowie Steer-by-wire-Lenkung Download PDF

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Henning Schwenke
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Abstract

Aktuator (1) für eine steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges, aufweisend ein Gehäuse (2), einen Spindelantrieb bestehend aus einer Spindel (4) mit Außengewinde sowie einer Spindelmutter (5, 25, 225) mit Innengewinde (25i, 225i), zumindest ein Wälzlager (8, 28), über welches die Spindelmutter (5, 25, 225) drehbar und ortsfest gegenüber dem Gehäuse (2) gelagert ist, wobei das Wälzlager (8, 28) mit seinem Innenring (28b) durch ein Spannelement (30) in axialer Richtung mit der Spindelmutter (5, 25, 225) verspannt ist.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Innengewinde (25i, 225i) der Spindelmutter (25, 225) vor der Verspannung zumindest teilweise eine Steigung aufweist, die von der Steigung des Außengewindes der Spindel abweicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Lenkung eines Kraftfahrzeuges gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Aus der DE 10 2018 204 302 A1 ist eine elektromechanische Fahrzeuglenkung bekannt, bei der eine Spindelmutter drehbar angetrieben und mittels eines Wälzlagers gegenüber einem Gehäuse gelagert ist, so dass bei Drehung der Spindelmutter die Spindel axial gegenüber der Spindelmutter und letztlich gegenüber dem Gehäuse verlagerbar ist. Die Spindelmutter ist mittels eines Spannelementes gegenüber dem Innenring des Wälzlagers verspannt. Dadurch ergibt sich für die Spindelmutter sowohl eine drehbare Lagerung als auch eine axiale Fixierung in dem Aktuator. Bedingt durch die Verspannung kann sich eine Längung der Spindelmutter ergeben, welche eine Änderung der Steigung des Innengewinde der Spindelmutter bedeutet.
  • Die Erfindung stellt eine Verbesserung vor, welche einen Steigungsfehler am Innengewinde der Spindelmutter minimiert.
  • Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges, welcher ein Gehäuse mit einem Spindelantrieb aufweist. Der Spindelantrieb besteht aus einer axial verlagerbaren Spindel sowie einer ortsfest gelagerten Spindelmutter und zumindest eines Wälzlagers, über welches die Spindelmutter drehbar und ortsfest gegenüber dem Gehäuse bzw. der Spindelmutter gelagert ist. Die Spindel weist ein Außengewinde auf, welches mit dem Innengewinde der Spindelmutter in Eingriff ist, sodass diese ein Bewegungsgewinde ausbilden. Bei Drehung der Spindelmutter wird die Spindel axial gegenüber der Spindelmutter und dem Gehäuse verlagert. Die Spindelmutter kann beispielsweise durch einen Elektromotor angetrieben werden, wobei zwischen Elektromotor und Spindelmutter ein Getriebe in Form eines Riementriebs eingesetzt werden kann. Auch kann die Spindelmutter den Stator eines Elektromotors ausbilden somit Teil eines Hohlwellenmotor-Antriebes sein. Die Spindel ist an zumindest einem Ende unmittelbar oder mittels eines Lenkgestänges mit einem Radträger verbunden, an dem ein Rad drehbar gelagert ist. Durch die axiale Verlagerung der Spindel entlang ihrer Längsachse wird somit eine Änderung des Radlenkwinkels herbeigeführt, weil der Radträger um seine Hochachse schwenkbar im Fahrwerk als Teil einer Fahrzeugachse angeordnet ist.
  • Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Innengewinde der Spindelmutter vor der Verspannung zumindest teilweise eine Steigung aufweist, die von der Steigung des Außengewindes der Spindel abweicht. Da die Steigung der Spindel konstant ist, weil die Spindel weder gedreht, gedehnt noch gestaucht wird, weicht lediglich die Steigung des Innengewindes einer herkömmlichen Spindelmutter von der Steigung der Spindel ab. Mit anderen Worten ist bei der Dehnung einer herkömmlichen Spindelmutter in dem Bereich der Verspannung eine Abweichung bei der Steigung vorhanden.
  • Nach der Erfindung weist die Spindelmutter vorteilhafterweise ein Innengewinde auf, welches vor dem Verspannen mit dem Wälzlagerring zumindest in Teilen einen Steigungsfehler vorsieht. Dieser Steigungsfehler wird durch Aufbringen der Vorspannkraft aufgehoben bzw. ausgeglichen. Mit anderen Worten liegt nach Aufbringen der vorgesehenen Vorspannkraft an dem Innengewinde der Spindelmutter eine Steigung vor, welcher idealerweise der Steigung des Außengewindes der Spindel entspricht. Das Aufbringen der Vorspannkraft geschieht mittels Verspannen des Innenrings des Wälzlagers auf der Spindelmutter mittels der Sicherungsmutter. Die Korrektur des bewusst bei der Herstellung der Spindelmutter vorgesehenen Steigungsfehlers an zumindest einem Teilbereich des Innengewindes der Spindelmutter ist durch die Vorspannkraft gezielt beeinflussbar. Idealerweise ist die Steigung des Innengewindes nach dem Verspannen über die axiale Länge des gesamten Innengewindes gleich und entspricht dann der Steigung des Außengewindes der Spindel.
  • Ein Wälzlager weist einen Außenring und einen Innenring auf, und ist dabei mit seinem Innenring durch ein Spannelement in axialer Richtung mit der Spindelmutter verspannt. Der Außenring des Wälzlagers ist gegenüber dem Gehäuse festgelegt, insbesondere verspannt. Hierzu ist beispielsweise ein Haltering vorgesehen, welcher den Außenring radial und axial zumindest teilweise umgreift und mit dem Gehäuse verschraubt ist. Das Lager ist somit ortsfest gegenüber dem Gehäuse fixiert.
  • Eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs muss radführend ausgebildet sein. Der eingestellte Radlenkwinkel an den einzelnen Rädern der jeweiligen Fahrzeugachse muss beibehalten werden, um der vorgegebenen Fahrspur bzw. vorgewählten Fahrtstrecke folgen zu können. Die auf die Spindel unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung eines Lenkgestänges, wie einer Spurstange, wirkenden Seitenkräfte der Räder müssen abgestützt werden. Es können die Seitenkräfte des Weiteren in dem Spindelantrieb eine erhöhte Reibung an den Flanken des Bewegungsgewindes bewirken. Des Weiteren kann dieses ein Klaffen zwischen Wälzlager und Spindelmutter verursachen, wenn die Vorspannkraft zum Verspannen des Innenrings des Wälzlagers mit der Spindelmutter nicht ausreichend hoch gewählt wird.
  • Aufgrund der hohen und zum Teil auch stoßweisen Einwirkung von Seitenkräften auf die Spindel könnte sich die Verspannung lösen, wenn die Vorspannkraft nicht ausreichend hoch gewählt wurde. Bei der Auslegung des Spindelantriebes bzw. des Aktuators für die Steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges wird von einer maximal höchsten Belastung im Fahrwerk und zusätzlich einer hinzugerechneten Sicherheit ausgegangen. Hier sind somit auch Fälle, wie beispielsweise Missbrauchslasten bei unsachgemäßem Gebrauch des Kraftfahrzeuges, beispielsweise beim Auffahren oder Rutschen gegen einen Bordstein, berücksichtigt. Um eine entsprechend hohe Vorspannkraft zu erreichen, wird das Spannelement, bevorzugt die Sicherungsmutter bei der Montage mit einem hohen Drehmoment im Bereich von 150 bis 300 Nm, vorzugsweise im Bereich von 180 bis 220 Nm, höchst vorzugsweise etwa 200 Nm beaufschlagt, um z.B. eine Vorspannkraft von zum Beispiel 50 kN zu erreichen.
  • Das Außengewinde der Spindel weist eine konstante Steigung auf und ist z.B. bei Verwendung eines Trapezgewindes nach DIN 103 vorgegeben. Das Innengewinde der Spindelmutter wird an sich ebenfalls nach DIN 103 gefertigt, sodass ein Bewegungsgewinde in der geforderten Qualität vorliegt. Es ergibt sich somit ein definierter Wirkungsgrad für den Einsatz in einer Lenkung bzw. steer-by-wire-Lenkung für ein Kraftfahrzeug.
  • Aufgrund des hohen Anzugsmomentes der Sicherungsmutter auf der Spindelmutter kann es zu einem Steigungsfehler des Innengewindes der Spindelmutter kommen, weil die Spindelmutter aufgrund des hohen Anzugsmomentes im Bereich der Verspannung axial gedehnt wird. Liegt in dem verspannten Bereich auch ein Teil oder das gesamte Innengewinde vor, so wird auch das Innengewinde der Spindelmutter zumindest teilweise gedehnt. Dadurch weist das Innengewinde der Spindelmutter nach dem Verspannen eine von der Steigung des Außengewindes der Spindel abweichende oder in anderen Worten unterschiedliche Steigung auf. Dieses kann zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Bewegungsgewindes bzw. des Spindelantriebs und somit des Aktuators führen. Des Weiteren kann es zum zumindest temporären Klemmen der in Eingriff befindlichen Gewindeteile des Bewegungsgewindes kommen, welches sich zusätzlich in Emission von Luftschall äußern kann. Weitere Einflüsse wie Reibungskräfte und Querkräfte im Fahrwerk können sich negativ auf den Wirkungsgrad des Bewegungsgewindes auswirken. Diese Einflüsse im Betrieb des Aktuators können zu einer erhöhten Abnutzung und auch zum Blockieren des Spindelantriebs und somit zum Ausfall der steer-by-wire-Lenkung führen.
  • Mit der Steigung eines Gewindes wird der parallel zur Längsachse gemessene Abstand zweier benachbarter gleichgerichteter Gewindeflanken desselben Gewindeganges bezeichnet. Bei einer axialen Dehnung, aber auch bei einer Stauchung entlang der Längsachse zweier oder weiterer benachbarter Gewindeflanken des Innengewindes der Spindelmutter ändert sich diese Steigung. Es kommt zu einem Steigungsfehler, welche sich zumindest im verspannten Bereich auswirkt. Vorliegend kann dieses einen Bereich der Spindelmutter unterhalb des Innenrings des Wälzlagers betreffen. Der Bereich kann z.B. der Breite des Innenrings entsprechen. Daran angrenzende Bereiche können ebenfalls von der axialen Dehnung beeinflusst sein. Hier spielen auch das Material und/oder die Materialstärke der Spindelmutter eine Rolle. Anstatt einer axialen Dehnung kann man auch von einer Längung in axialer Richtung oder Längsrichtung bzw. entlang der Längsachse der Spindelmutter sprechen.
  • Das Innengewinde der Spindelmutter kann durchgehend, also einteilig oder bevorzugt geteilt, also mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen Ausführung können die Innengewindeteile mehr als einen Gewindegang voneinander beanstandet sein.
  • Bevorzugt weist das Innengewinde vor der Verspannung eine Steigung auf, welche über dessen axiale Erstreckung zumindest teilweise eine geringere Steigung aufweist als die konstante Steigung des Außengewindes der Spindel. Ein solches Innengewinde eignet sich für eine Spindelmutter, welche durch die Verspannung in dem Bereich gedehnt bzw. gelängt wird, in dem diese geringere Steigung vorliegt. Ein solches Gewinde lässt sich beispielsweise spanend auf modernen NC-Drehmaschinen herstellen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Innengewinde der Spindelmutter eine Steigung auf, welche vor dem Verspannen über dessen axiale Erstreckung konstant ist. Wird die Spindelmutter durch das Verspannen über ihre gesamte axiale Erstreckung gelängt oder mit einem anderen Wort gedehnt, so eignet sich ein derart ausgeführtes Innengewinde.
  • In einer alternativen Ausführungsform weist das Innengewinde der Spindelmutter eine Steigung auf, welche vor dem Verspannen über dessen axiale Erstreckung variabel ist. Bei dieser Ausführung kann beispielsweise die Steigung nach jedem Gewindegang in Richtung der Stirnseiten der Spindelmutter zunehmen.
  • Bevorzugt nimmt die Steigung des Innengewindes von einem ersten, vorzugsweise an einen mittleren Bereich der Spindelmutter angrenzenden Bereich, in Richtung eines stirnseitigen Endes des Innengewindes hin zu. Die hier verwendete Spindelmutter ist vorzugsweise ein rotationssymmetrisches Bauteil. Die axialen Enden weisen eine quer zur Längsachse der Spindelmutter verlaufende Stirnseite auf. Die Zunahme der Steigung kann beispielsweise linear, exponentiell oder auch logarithmisch ausgeführt sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der mittlere Bereich über zumindest einen Teil seiner axialen Erstreckung eine geringere Materialstärke auf als zumindest das sich an den mittleren Bereich anschließende und in Richtung der Stirnseiten der Spindelmutter erstreckende Innengewinde. Bevorzugt nimmt dabei die Materialstärke von dem mittleren Bereich zu den stirnseitigen Enden des Innengewindes hin zu.
  • Das Innengewinde der Spindelmutter kann durchgehend, also einteilig oder geteilt, also mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen, also geteilten Ausführung des Innengewindes können beispielsweise ausgehend von dem mittleren Bereich der Spindelmutter zwei Innengewindeabschnitte beabstandet voneinander jeweils links und rechts dieses mittleren Bereichs und an diesen angrenzend angeordnet sein. Der mittlere Bereich weist mit anderen Worten kein Innengewinde auf. Die Abschnitte links und rechts dieses mittleren Bereichs bilden zusammen das gesamte Innengewinde der Spindelmutter aus.
  • Die geteilten Innengewinde weisen in einer bevorzugten Ausführung eine gleiche und mit der Steigung des Außengewindes der Spindel übereinstimmende Steigung auf. Jedoch wird bei der Fertigung der Spindelmutter zwischen den Innengewinden ein Abstand gewählt, sodass die Gewindesteigung insgesamt nicht gleichmäßig vorhanden ist. Wird beim Verspannen der mittlere Bereich durch die Vorspannkraft gedehnt, so werden die Innengewindeteile derart voneinander beabstandet, dass die Gewindesteigung anschließend über die gesamte Länge des Innengewindes mit der Steigung des Außengewindes übereinstimmt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ausschließlich der mittlere Bereich als ein Dehnbereich ausgebildet. Das Innengewinde, also zumindest ein Innengewindeteil oder aber auch mehrere Innengewindeteile gemäß den zuvor genannten Ausführungen ist außerhalb des Dehnbereichs angeordnet. Der mittlere Bereich der Spindelmutter wird hierzu mit einer geringeren Materialstärke ausgebildet als in den an dem mittleren Bereich angrenzenden Bereichen. Es ist somit ein definierter Solldehnbereich vorgegeben, welcher sich ausschließlich nur in diesem Bereich durch die Vorspannkraft dehnt und zur Längung der Spindelmutter führt.
  • In den vorgenannten Ausführungen kann der mittlere Bereich als ein Reservoir, auch Depot genannt, für einen Schmierstoff vorgesehen sein, wie z.B. ein Schmieröl oder ein Schmierfett. An den Stirnseiten der Spindelmutter sind Dichtungen angeordnet, so dass der Schmierstoff während der Lebensdauer des Spindelantriebs möglichst innerhalb der Spindelmutter für das Bewegungsgewinde zur Verfügung steht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Außenwandung der Spindelmutter mit der Innenwandung des Innenrings des Wälzlagers eine Presspassung, z.B. in Form einer Übermaßpassung. Diese Maßnahme wirkt dem Klaffen ebenfalls entgegen.
  • Bevorzugt ist ausschließlich der mittlere Bereich als ein Bereich ausgebildet, sodass das Innengewinde oder zumindest ein Innengewindeteil außerhalb des mittleren Bereichs angeordnet ist.
  • Um das hohe Drehmoment aufbringen zu können, ist an dem Verspannbereich der Sicherungsmutter stirnseitig und/oder auf der Außenwandung des Absatzes zumindest eine Ausnehmung und/oder Fläche für einen Werkzeugangriff vorgesehen. Ein entsprechend ausgebildeter Montageschlüssel kann so genutzt werden, um die Verschraubung der Sicherungsmutter mit der Spindelmutter mit einem entsprechend hohen Drehmoment zu gewährleisten. An der Spindelmutter kann stirnseitig ebenfalls und/oder auf deren Außenwandung zumindest eine Ausnehmung und/oder Fläche für einen Werkzeugangriff vorgesehen sein, um beim Verspannen die Spindelmutter gegenhalten zu können. Als Montageschlüssel kann ein Maul- oder Hakenschlüssel oder ähnliches eingesetzt werden.
  • Für den vorgenannten Aktuator würde sich eine Montage des Spindelantriebes wie folgt ergeben. Zunächst kann die Spindelmutter mit dem Innenring des Wälzlagers montiert werden. Bei diesem Schritt wird das Wälzlager mit seinem Innenring zwischen die Sicherungsmutter und einem Absatz an der Spindelmutter in Anlage gebracht. Es wird hierzu die Sicherungsmutter auf die Spindelmutter geschraubt, um den Innenring des Wälzlagers mit der Spindelmutter zu verspannen. Die Verspannung bewirkt eine Längung der Spindelmutter, so dass die Steigung in den vorgesehenen Toleranzen mit der Steigung des Außengewindes der Spindel übereinstimmt. Sodann kann die Spindel durch die Spindelmutter geschraubt werden und es entsteht ein Bewegungsgewinde für den Spindeltrieb.
  • Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt eine steer-by-wire-Lenkung mit einem Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Ein weiterer Aspekt ist die Verwendung einer steer-by-wire-Lenkung wie vorgenannt in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 einen Aktuator gemäß Stand der Technik,
    • 2 eine Detailansicht gemäß 1
    • 3 eine erfindungsgemäße Ausführung in Detailansicht
  • 1 zeigt einen Aktuator 1 einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse 2 nach dem bekannten Stand der Technik, welcher fahrzeugaufbauseitig befestigt wird. Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Spindelantrieb 15 angeordnet, welcher eine axial verschiebbare Spindel 4 mit einem Außengewinde und eine in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter 5 mit einem geteilten Innengewinde aufweist. Die in Eingriff befindlichen Gewindeteile bilden ein Bewegungsgewinde zur axialen Verlagerung der Spindel gegenüber dem Gehäuse bzw. der Spindelmutter. Die Spindelmutter 5 ist über einen Zugmitteltrieb bzw. Riemen 6 von einem Elektromotor 7 in Drehrichtung antreibbar und über ein Wälzlager 8 drehbar im Gehäuse 2 abgestützt sowie in axialer Richtung mittels eines Sicherungselementes gegenüber dem Wälzlager 8 fixiert bzw. ortsfest gegenüber dem Gehäuse 2 gelagert. Die Spindel 4 ist an beiden Enden mit gehäuseseitig geführten Lagerhülsen 9, 10, auch Aufschraubzapfen genannt, verbunden, die ihrerseits mit außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Gelenkzapfen 11, 12 verbunden sind. Die Gelenkzapfen wiederum sind entweder unmittelbar mit einem Radträger oder mittelbar mittels eines Gestänges oder einer Spurstange mit dem Radträger verbunden. Der Aktuator 1 ist als so genannter Zentralsteller ausgebildet, d. h. achsnah etwa mittig im Fahrzeug angeordnet und wirkt gleichzeitig auf beide Hinterräder.
  • 2 zeigt in einer geschnittenen Detailansicht eine Ausführung der Erfindung mit einer Spindelmutter 25, welche entlang ihrer Längsachse a geschnitten wurde. Die Spindelmutter 25 weist etwa mittig einen mittleren Bereich M auf an den sich links und rechts jeweils ein Teil 25i1, 25i2 des geteilt ausgeführten Innengewindes 25i anschließen. Die
  • Teile des Innengewindes 25i1, 25i2 erstrecken sich von dem mittleren Bereich M in Richtung der Stirnseiten 25s1, 25s2 der Spindelmutter 25, wobei sich das Innengewinde 25i über eine axiale Länge Lx erstreckt. Die Spindelmutter 25 ist außen an ihrem zylindrischen Bereich D (Dehnbereich, siehe Doppelpfeil nach außen zeigend), welcher von einem Innenring 28b des Wälzlagers 28 umgriffen ist. Der Dehnbereich D erstreckt sich axial von dem mittleren Bereich M nach links und rechts über die angrenzenden Bereiche A1, A2 der Innengewindeteile 25i1, 25i2 und somit über die Breite des Innenrings 28b. Das Wälzlager 28 weist einen Außenring 28a auf, welcher zu dem Innenring 28b konzentrisch gelagert ist. Der Innenring 28b des Wälzlagers 28 liegt an einem Absatz 25b der Spindelmutter 25 an bzw. ist über die Sicherungsmutter 30 zwischen dieser und dem Absatz 25b drehfest verspannt. Das auf die Sicherungsmutter 30 aufgebrachte hohe Anzugsmoment (Drehmoment) bewirkt eine Kraft Fv (siehe Doppelpfeil nach innen zeigend), welche auf die Spindelmutter 25 wirkt. Aufgrund der geringeren Materialstärke in dem Bereich M sowie den angrenzenden Bereichen A1, A2 der Teile 25i1, 25i2 des Innengewindes 25i wird so eine Längung der Spindelmutter 25 bewirkt. Insgesamt werden die vom Wälzlagers 28 axial überdeckten Bereiche der Spindelmutter 25 gelängt bzw. gedehnt so dass insgesamt eine Aufhebung des Steigungsfehlers bewirkt wird, welcher zuvor in diesem Bereich bei der Spindelmutter konstruktiv vorlag. Mit anderen Worten weist die Spindelmutter vor dem Verspannen mit dem Innenring 28b des Wälzlagers 28 eine geringere axiale Erstreckung auf. Zur Verhinderung eines Klaffens zwischen Spindelmutter und Lager wird hier ein hohes Anzugsmoment im Bereich von 180-220 Nm für die Sicherungsmutter 30 aufgebracht, um dem Einfluss der hohen Seitenkräften des Fahrwerks bzw. der Räder gerecht zu werden. Dieses bewirkt eine Vorspannkraft Fv in dem Bereich D, welcher die Längung der Spindelmutter 25 bewirkt. Die Schraubverbindung ist so ausgelegt, dass diese sich selbst bei einer höchsten anzunehmenden Last nicht löst und kein Klaffen auftritt. Es ergibt sich so eine sichere Lagerung der Spindelmutter 25 sowie eine Steigung gleich der Steigung des Außengewindes der Spindel. Eine zusätzliche Reibung verursacht durch unterschiedliche Steigungen kann somit vermieden werden.
  • 3 zeigt eine Detailansicht einer entlang ihrer Längsachse a geschnitten dargestellten Spindelmutter 225 analog zur Darstellung der Spindelmutter 25 in 2. Die Spindelmutter 225 weist ebenfalls ein geteiltes Innengewinde 225i auf, welches aus den Teilen 225i1 sowie 225i2 besteht. Der Dehnbereich D liegt bei dieser Spindelmutter 225 jedoch so, dass das Innengewinde bzw. dessen Teile 225i1, 225i2 nicht von dem Innenring 28b des Wälzlager 28 umgriffen sind. Mit anderen Worten liegt das Innengewinde 225i bzw. die Teile 225i1, 225i2 außerhalb des Dehnbereichs D. Beim Verspannen mittels der Sicherungsmutter 30 wird somit ausschließlich der mittlere Bereich M der Spindelmutter 225 gedehnt bzw. gelängt. Dieses ist möglich bzw. hier offensichtlich, da im mittleren Bereich M im Gegensatz zum Innengewinde der Innendurchmesser di zum Außendurchmesser Da verhältnismäßig groß ausfällt. Hier liegt mit anderen Worten im Bereich M eine geringe Materialstärke an der Spindelmutter vor als in den angrenzenden Bereichen und es ist somit ein definierter Solldehnbereich vorgegeben. Nur dieser Bereich dehnt sich durch die Vorspannkraft.
  • Vor dem Verspannen und nach dem Verspannen ist die Steigung der Teile des Innengewindes 225i1, 225i2 bei dieser Ausführung gleich groß. Der Steigungsfehler wird dadurch bewirkt, dass die Teilgewinde 225i1, 225i2 vor dem Verspannen einen konstruktiv zu geringen Abstand aufweisen. Dieser wird beim Verspannen wieder hergestellt, in dem der Bereich D soweit gedehnt wird, dass eine durchgehende Steigung des Innengewindes 225i nach dem Verspannen wieder hergestellt ist, so dass diese mit der Steigung des Außengewindes der Spindel übereinstimmt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Aktuator
    2
    Gehäuse
    3
    Sicherungselement
    4
    Spindel
    5
    Spindelmutter
    6
    Riementrieb
    7
    Elektromotor
    8
    Wälzlager
    9
    Lagerhülse, Aufschraubzapfen
    10
    Lagerhülse, Aufschraubzapfen
    11
    Gelenkzapfen
    12
    Gelenkzapfen
    15
    Spindelantrieb
    25, 225
    Spindelmutter
    25i, 225i
    Innengewinde
    25i1, 225i1
    Teil des Innengewindes
    25i2, 225i2
    Teil des Innengewindes
    25s1
    Stirnseite
    25s2
    Stirnseite
    28
    Wälzlager
    28a
    Außenring
    28b
    Innenring
    30
    Sicherungsmutter
    a
    Längsachse
    A1, A2
    Bereich Innengewinde
    D
    Dehnbereich
    M
    mittlerer Bereich
    di
    Innendurchmesser
    Da
    Außendurchmesser
    Fv
    Vorspannkraft
    Lx
    axiale Erstreckung/Länge Innengewinde
  • 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 102018204302 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Aktuator (1) für eine steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges, aufweisend ein Gehäuse (2), einen Spindelantrieb bestehend aus einer Spindel (4) mit Außengewinde sowie einer Spindelmutter (5, 25, 225) mit Innengewinde (25i, 225i), zumindest ein Wälzlager (8, 28), über welches die Spindelmutter (5, 25, 225) drehbar und ortsfest gegenüber dem Gehäuse (2) gelagert ist, wobei das Wälzlager (8, 28) mit seinem Innenring (28b) durch ein Spannelement (30) in axialer Richtung mit der Spindelmutter (5, 25, 225) verspannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (25i, 225i) der Spindelmutter (25, 225) vor der Verspannung zumindest teilweise eine Steigung aufweist, die von der Steigung des Außengewindes der Spindel (4) abweicht.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (25i, 225i) vor der Verspannung eine Steigung aufweist, welche über dessen axiale Erstreckung (Lx) zumindest teilweise geringer ist als die konstante Steigung des Außengewindes der Spindel.
  3. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (25i, 225i) der Spindelmutter (25, 225) eine Steigung aufweist, welche vor dem Verspannen über dessen axiale Erstreckung (Lx) konstant ist.
  4. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (25i, 225i) der Spindelmutter (25, 225) eine Steigung aufweist, welche vor dem Verspannen über dessen axiale Erstreckung (Lx) variabel ist.
  5. Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung des Innengewindes (25i, 225i) von einem ersten, vorzugsweise an einen mittleren Bereich (M) der Spindelmutter (25) angrenzenden Bereich (A1, A2), in Richtung eines stirnseitigen Endes des Innengewindes (25i1) hin zunimmt.
  6. Aktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich (M) über zumindest einen Teil seiner axialen Erstreckung eine geringere Materialstärke aufweist als zumindest das sich an den mittleren Bereich (M) anschließende und in Richtung der zumindest einen Stirnseite (25s1, 25s2) der Spindelmutter (25, 225) erstreckende Innengewinde (25i, 225i), wobei bevorzugt die Materialstärke von dem mittleren Bereich (M) zu dem zumindest einen stirnseitigen Ende des Innengewindes (25i, 225i) hin zunimmt.
  7. Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (25i, 225i) aus zumindest zwei voneinander axial beabstandeten Innengewindeteilen (25i1, 25i2, 225i1, 225i2) ausgebildet ist, wobei die Innengewindeteile eine Steigung aufweisen, welche mit der Steigung des Außengewindes der Spindel übereinstimmen.
  8. Aktuator (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der mittlere Bereich (M) als ein Dehnbereich (D) ausgebildet ist und dass zumindest ein Innengewindeteil (225i1, 225i2) außerhalb des Dehnbereichs (D) angeordnet ist.
  9. Steer-by-wire-Lenkung mit einem Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einer steer-by-wire-Lenkung nach Anspruch 9.
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