-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktor, mit einem durch einen Aktorantrieb translatorisch versetzbaren, in einem Gehäuse geführten Schlitten, wobei an dem Schlitten eine Verdrehsicherung angeordnet ist, welche eine Rotation des Schlittens gegenüber dem Gehäuse verhindert. Die Erfindung betrifft ferner ein Lenkgestänge für ein Kraftfahrzeug.
-
Zur Übertragung von Lenkbewegungen innerhalb eines Lenksystems eines Kraftfahrzeuges kommen in der Regel Linearaktoren zum Einsatz, mit denen eine Drehbewegung durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs in eine translatorische Bewegung gewandelt wird, mittels derer dann beispielsweise die translatorische Stellbewegung einer Spurstange erfolgt.
-
Hierzu werden häufig translatorisch verschiebbare Schlitten in einem Gehäuse geführt. Durch Toleranzen und Temperaturausdehnung kann es zu einem Spiel zwischen dem Gehäuse und dem Schlitten kommen, was dann, beispielsweise bei Lastumkehr, zu einer Änderung der Anlageflächen zwischen dem Schlitten und dem Gehäuse führt. Dies wiederum erzeugt unerwünschte Anschlaggeräusche im Betrieb des Linearaktors und Lenksystems.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Linearaktor bereitzustellen, der die geschilderten Nachteile zumindest abmildert oder vollständig vermeidet, sowie kostengünstig in der Herstellung sowie montagefreundlich ausgebildet ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Linearaktor, mit einem durch einen Aktorantrieb translatorisch versetzbaren, in einem Gehäuse geführten Schlitten, wobei an dem Schlitten eine Verdrehsicherung angeordnet ist, welche eine Rotation des Schlittens gegenüber dem Gehäuse verhindert, wobei die Verdrehsicherung zwei sich gegenüberliegende Schenkel aufweist, die an dem Schlitten abgestützt sind, wobei an jedem Schenkel ein Federelement angeordnet ist, welches jeweils federelastisch an einer Gehäuseinnenwand anliegt.
-
Erfindungsgemäß werden durch die an der Verdrehsicherung ausgebildeten Federelemente alle Spiele zwischen der Verdrehsicherung, dem Schlitten und dem Gehäuse eliminiert, so das ein Anschlagen des Schlittens gegen die Gehäuseinnenwand im Betrieb des Linearaktors verhindert ist, indem die Federelemente in permanenten Kontakt mit der Gehäuseinnenwand stehen.
-
Die Verdrehsicherung des erfindungsgemäßen Linearaktors kann ferner als ein konstruktiv einfaches Bauteil ausgebildet sein, welches zum einen spielfrei und reibungsarm ist und zum anderen auch hohe Momente abstützen kann.
-
Besonders bevorzugt ist es, dass die Verdrehsicherung mittels einer Presspassung an dem Schlitten angeordnet ist.
-
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
-
Linearaktoren wandeln eine rotative in eine translatorische Bewegung um. Ein Linearaktor umfasst üblicherweise einen Aktorantrieb und eine Aktormechanik. Ein Aktorantrieb wandelt hydraulische und/oder elektrische Energie in eine mechanische Bewegungsenergie um, welche dann der Aktormechanik zugeleitet wird. Ein Aktorantrieb kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der elektromotorischen Aktorantriebe, elektromechanischen Aktorantriebe, hydraulischen Aktorantriebe, elektrohydraulischen Aktorantriebe oder elektrochemischen Aktorantriebe. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass der Aktorantrieb manuell durch einen Benutzer erfolgt.
-
Die Aktormechanik wandelt eine an ihrem Eingang auf sie einwirkende Bewegung in eine Ausgangsbewegung der Aktormechanik um. In diesem Sinne kann eine Aktormechanik auch als Bewegungswandler bezeichnet werden.
-
Der erfindungsgemäße Linearaktor kann insbesondere eine Aktormechanik aufweisen, die als Spindeltrieb ausgebildet ist. Spindeltriebaktoren wandeln eine rotative in eine translatorische Bewegung um.
-
Ein Spindeltrieb wandelt mithilfe einer Gewindespindel und einer Gewindespindelmutter, welche miteinander derart getrieblich gekoppelt sind, dass sie eine Rotationsbewegung der Gewindespindel oder der Spindelmutter in eine Linearbewegung der Gewindespindel oder der Gewindemutter umwandeln.
-
Ein Spindeltrieb kann in seiner einfachsten Form aus einer Gewindespindel und einer Gewindespindelmutter gebildet sein, wobei das Gewinde der Gewindespindel direkt in einem korrespondierenden Innengewinde der Gewindespindelmutter kämmt, wobei es hier entlang der miteinander im kämmenden Eingriff stehenden Gewindeflanken zu einer Gleitreibung und folglich zu vergleichsweise hohen Reibungsverlusten kommt.
-
Um diese Reibungsverluste zu minimieren, kann ein Spindeltriebaktor bevorzugt sein, bei dem zwischen der Gewindespindel und der Gewindespindelmutter Rollen oder Kugeln angeordnet sind, so dass an den kämmenden Gewindeflanken eine Roll- bzw. Wälzbewegung realisiert wird, was zu signifikant besseren Wirkungsgraden der Spindeltriebmechanik führt.
-
Die Spindel hat die Funktion in getrieblicher Kopplung mit der Spindelmutter und soweit vorhanden - Planetenwälzkörpern, eine rotative in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, indem die Spindel und/oder die Spindelmutter über ein Gewinde verfügt, welches bei der Übertragung einer Drehbewegung eine axiale Verlagerung der Spindel bewirkt.
-
Eine Spindel kann insbesondere in den Abschnitten, in denen die Spindel mit der Spindelmutter in Eingriff steht, als zylindrischer Rundstab mit einer an ihrer Mantelfläche angeordnetem Gewinde ausgebildet sein.
-
Die insbesondere hohlzylindrisch ausgebildete Spindelmutter hat die Funktion, die Spindel sowie, soweit vorhanden, die Planetenwälzkörper aufzunehmen. Die Spindel und die Spindelmutter sind gegeneinander drehbar gelagert.
-
Eine weitere Funktion der Spindelmutter kann bevorzugt auch darin bestehen, eine mechanische Kopplung an einen, insbesondere elektrischen Antrieb zu erlauben. Die hohlzylindrisch ausgebildete Spindelmutter kann bevorzugt an ihrer Innenmantelfläche ein Spindelmutterinnengewinde aufweisen.
-
Die Kopplung eines elektrischen Antriebes an die Spindelmutter kann beispielsweise über eine Passfederverbindung am Außendurchmesser der Spindelmutter realisiert werden. Die Spindelmutter kann als zylindrische Spindelmutter oder als Flanschmutter ausgestaltet sein. Die Spindelmutter kann einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. Bevorzugt sind die erste Spindelmutterhälfte und die zweite Spindelmutterhälfte im Wesentlichen identisch ausgebildet.
-
Das Federelement der Verdrehsicherung kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der Tellerfedern, Schraubenfedern, Federzungen, auch als Membranfedern bezeichnet, oder Gummifedern.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Federelemente als sich in Verschieberichtung des Schlittens aus dem Schenkel heraus erstreckende Federzunge ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass über die Geometrie (Blechdicke, Breite, Länge) der Federzunge, die Federrate der Verdrehsicherung je nach Anforderung sehr einfach angepasst werden kann. Hierdurch können auch die zu erwartenden Reibungskräfte zwischen einem Federelement und der Gehäuseinnenwand minimiert werden.
-
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Federelemente zwei sich in Verschieberichtung des Schlittens erstreckende, voneinander beabstandete Führungsabschnitte aufweist, welche an der Gehäuseinnenwand anliegen, wodurch zum einen eine Reibungsoptimierte Ausführung einer Verdrehsicherung realisierbar ist, und zum Anderen insbesondere auch der Abstand des Federelements zum Schlitten gering gehalten werden kann, so kann bei hohen Momenten die biegeweiche Kontur des so gebildeten Federelements mit seinen Führungsabschnitten überdrückt werden, bis ein Kontakt mit dem Schlitten hergestellt ist. Somit können dann kurzzeitig auch hohe Momente durch Sonderereignisse abgestützt werden, während im Normalbetrieb, bei kleinen Momenten, die federnde Kontur des Federelements gewährleistet werden kann.
-
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Aktorantrieb als ein motorisch oder manuell antreibbarer Spindeltrieb ausgebildet ist.
-
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Schenkel über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, wobei bevorzugt die Schenkel und das Verbindungselement einstückig miteinander ausgeformt sind. Durch diese bügelartige, im Querschnitt U-förmige Ausbildung der Verdrehsicherung kann eine Presspassung zwischen dem Schlitten und der Verdrehsicherung auf besonders einfache und insbesondere montagefreundliche Weise bereitgestellt werden. Durch die U-förmige Ausbildung ist ein einfaches und dennoch sicheres Aufstecken der Verdrehsicherung auf den Schlitten ermöglicht.
-
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass wenigstens die Führungsabschnitte ganz oder teilweise eine reibungsminimierende Beschichtung, wie beispielsweise PTFE oder MoS, aufweist, wodurch die Reibung zwischen der Verdrehsicherung und der Gehäuseinnenwand weiter reduziert werden kann.
-
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Verdrehsicherung form- und/oder kraftschlüssig an dem Schlitten befestigt ist, insbesondere mittels einer Schraubverbindung, welche eine exakte Lagefixierung der Verdrehsicherung gegenüber dem Schlitten ermöglicht.
-
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass an der Verdrehsicherung ein Sensortarget angeordnet ist, so dass beispielsweise eine relative oder absolute Lagebestimmung der Position des Schlittens gegenüber dem Gehäuse realisiert werden kann.
-
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Verdrehsicherung als ein aus einem metallischen Material gefertigtes Stanz-Biegeteil ausgebildet ist, was fertigungstechnisch besonders günstig ist. Das Stanz-Biegeteil kann insbesondere mittels einer Presspassung auf den Schlitten geschoben und zusammen mit dem Sensortarget durch eine Schraube am Schlitten fixiert sein. An dem Stanz-Biegeteil können so auch monolithisch die Federlaschen, welche im Kontakt mit dem Gehäuse stehen, ausgebildet werden.
-
Werden vergleichsweise geringe abzustützende Momente, sowie kleinere Temperaturbereiche im Betrieb des Linearaktors erwartet, kann die Verdrehsicherung auch aus einem nicht metallischen Material mit geringerem Reibkoeffizienten hergestellt werden und z.B. als Spritzgussteil aus Kunststoff realisiert sein.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Lenkgestänge für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Linearaktor nach einem der Ansprüche 1-9.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
- 1 einen Linearaktor in einer perspektivischen, von dem Gehäuse freigestellten, Ansicht,
- 2 eine Verdrehsicherung in einer perspektivischen Ansicht, und
- 3 Detailansicht des in einem Gehäuse geführten Schlittens mit der Verdrehsicherung in einer freigestellten Aufsicht.
-
Die 1 zeigt einen Linearaktor 1, mit einem durch einen Aktorantrieb 9 translatorisch versetzbaren, in einem Gehäuse 2 geführten Schlitten 3, was gut aus der Zusammenschau von 1 mit 3 ersichtlich wird. Der Aktorantrieb 9 kann als ein motorisch oder manuell antreibbarer Spindeltrieb mit einer Spindel 12 ausgebildet sein. Die Spindel 12 ist fest mit dem Schlitten 3 verbunden.
-
Der aus einem metallischen Werkstoff geformte Schlitten 3 weist eine rechteckige Grundform auf, deren kurze Seiten eine konvexe nach Außen gerichtete kreissegmentartige Auswölbung aufweisen. An dem Schlitten 3 ist eine Verdrehsicherung 4 angeordnet, welche eine Rotation des Schlittens 3 gegenüber dem Gehäuse 2 verhindert. Die Verdrehsicherung 4 weist zwei sich gegenüberliegende Schenkel 5 auf, die an den parallel verlaufenden ebenen Seitenflächen 17 des Schlittens 3 abgestützt anliegen, wobei an jedem Schenkel 5 ein Federelement 6 angeordnet ist, welches jeweils federelastisch an einer Gehäuseinnenwand 7 anliegt, so wie es exemplarisch in der 3 gezeigt ist.
-
Die 1 zeigt des Weiteren, dass die Schenkel 5 über ein Verbindungselement 10 miteinander verbunden sind, wobei die Schenkel 5 und das Verbindungselement 10 einstückig miteinander ausgeformt sind. Die Verdrehsicherung 4 ist als ein aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Blech, gefertigtes Stanz-Biegeteil ausgebildet. Somit weisen die einzelnen Elemente der Verdrehsicherung 4 eine im wesentlichen gleiche Materialstärke auf.
-
Wie aus der 1 ferner ersichtlich ist, ist die Verdrehsicherung an dem Schlitten 3 mittels einer Schraubverbindung 13 gegen ein Verschieben in Längserstreckung des Schlittens 3 gesichert ist. Über diese Schraubverbindung 13 ist ferner ein Sensortarget 11 an der Verdrehsicherung 4angeordnet.
-
Aus der 1 ist auch ersichtlich, dass die Federelemente 6 als sich in Verschieberichtung des Schlittens 3 jeweils aus dem Schenkel 5 heraus erstreckende Federzungen ausgebildet sind. Die Federzungen erzeugen eine orthogonal zur Verschieberichtung des Schlittens 3 wirkende Federkraft. Hierdurch liegt die Verdrehsicherung 4 vorgespannt an der Gehäuseinnenwand 7 des Gehäuses 2 an.
-
Zur Einstellung und Konfiguration der Federkraft der Federzungen ist am Übergang von den Schenkeln 5 zu den Federzungen eine Taillierung 15 ausgebildet, wie es in der 2 gezeigt ist.
-
Aus der 2 ist gut entnehmbar, dass die Federelemente 6 jeweils zwei sich in Verschieberichtung des Schlittens 3 erstreckende, voneinander beabstandete und parallel verlaufende Führungsabschnitte 8 aufweisen, welche an der Gehäuseinnenwand 7 anliegen. Die Federelemente 6 weisen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine senkrecht zur Verschieberichtung des Schlittens 3 weisende Erstreckung 16 auf, wobei die Führungsabschnitte 8 an den distalen Enden der Erstreckung 16 der Federelemente 6 angeordnet sind.
-
Die Führungsabschnitte 8 sind durch Umformen monolithisch mit den Federelementen 6 ausgeformt und erstrecken sich kragenartig aus der Ebene der Federelemente 6 in Richtung der Gehäuseinnenwand 7. Die Führungsabschnitte 8 sind somit die einzigen Bereiche der Federelemente 6 und der gesamten Verdrehsicherung 4, welche im Normalbetrieb des Linearaktors 1 mit der Gehäuseinnenwand 7 in Verbindung stehen. Durch die kragenartige Ausbildung der Führungsabschnitte 8 kann eine weitere Federelastizität bereitgestellt werden, wodurch eine Optimierung zwischen notwendiger Federkraft und Reibungsreduktion weiter optimierbar ist.
-
Die Führungsabschnitte 8 können ganz oder teilweise eine reibungsminimierende Beschichtung, wie beispielsweise PTFE oder MoS2, aufweisen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Linearaktor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Schlitten
- 4
- Verdrehsicherung
- 5
- Schenkel
- 6
- Federelement
- 7
- Gehäuseinnenwand
- 8
- Führungsabschnitte
- 9
- Aktorantrieb
- 10
- Verbindungselement
- 11
- Sensortarget
- 12
- Spindel
- 13
- Schraube
- 14
- Bohrung
- 15
- Taillierung
- 16
- Erstreckung
- 17
- Seitenflächen
