DE102021104646A1

DE102021104646A1 - Steering actuator of a rear axle steering and method for assembling a steering actuator

Info

Publication number: DE102021104646A1
Application number: DE102021104646.7A
Authority: DE
Inventors: Marko Treczka; Christian Doerner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-01

Abstract

Ein Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung weist ein mehrteiliges Gehäuse (2) sowie ein in dem Gehäuse (2) angeordnetes Rotativ-Linear-Getriebe (5) auf. Das Rotativ-Linear-Getriebe (5) umfasst eine rotierende, sich einerseits an einer ersten Gehäusekomponente (3) und andererseits an einer zweiten Gehäusekomponente (4) abstützende Getriebekomponente (17), die als Antriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes (5) vorgesehen ist und ein Abtriebselement (7), welches in einem durch beide Gehäusekomponenten (3, 4) gebildeten Hohlraum verdrehgesichert verschiebbar ist, konzentrisch umgibt, wobei zwischen ein Lager (26), insbesondere Schrägwälzlager, welches die rotierende Getriebekomponente (17) gegenüber dem Gehäuse (2) abstützt, und eine der beiden Gehäusekomponenten (3) ein per Pressverband (32) im Gehäuse (2) befestigtes Ausgleichselement (31) geschaltet ist.A steering actuator for rear-axle steering has a multi-part housing (2) and a rotary-linear gear (5) arranged in the housing (2). The rotary-linear gear (5) comprises a rotating gear component (17) which is supported on a first housing component (3) on the one hand and on a second housing component (4) on the other hand and is provided as a drive element of the rotary-linear gear (5). and a driven element (7), which can be displaced in a rotationally secured manner in a cavity formed by the two housing components (3, 4), concentrically surrounds a bearing (26), in particular an angular contact roller bearing, which holds the rotating transmission component (17) relative to the housing ( 2) is supported, and one of the two housing components (3) is connected to a compensating element (31) fastened in the housing (2) by means of a press fit (32).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen, in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs verwendbaren Lenkungsaktuator. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Lenkungsaktuators für eine Hinterachslenkung.The invention relates to an electromechanical steering actuator that can be used in a rear-axle steering system of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a method for assembling a steering actuator for a rear-axle steering system.

Aus der DE 10 2019 109 166 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Mutter-Planeten-Anordnung eines Planetenwälzgetriebes, welches in einer Hinterachslenkung zum Einsatz kommt, bekannt. Hierbei wird eine Mehrzahl an Planeten mit mehreren Käfigelementen und zwei Mutterhälften zusammengesetzt, wobei zwischen die Mutterhälften ein Distanzring eingesetzt wird. Der Distanzring hat die Aufgabe, eine Vorspannung innerhalb des Planetenwälzgetriebes einzustellen.From the DE 10 2019 109 166 A1 a method for producing a mother-planet arrangement of a planetary roller gear, which is used in a rear-axle steering system, is known. Here, a plurality of planets with several cage elements and two nut halves are put together, with a spacer ring being inserted between the nut halves. The spacer ring has the task of setting a preload within the planetary roller gear.

Bei einem Stellgetriebe, wie es ein Planetenwälzgetriebe innerhalb eines elektromechanischen Aktuators einer Hinterachslenkung darstellt, kann Spielfreiheit, zumindest in Stellrichtung, eine entscheidende Anforderung sein. Um Spiel auch bei in Großserie hergestellten Aktuatoren zu vermeiden, ist es denkbar, zwischen einzelne Gehäuseteile und ein in das Gehäuse einzubauendes Rotativ-Linear-Getriebe, beispielsweise Planetenwälzgetriebe, Shim-Scheiben einzusetzen. Zu diesem Zweck müssen zahlreiche unterschiedlich dimensionierte Shim-Scheiben bereitgehalten werden, wobei im Zuge der Montage eine Zuordnung passender Shim-Scheiben zu konkreten, einer Serienstreuung unterliegenden Gehäuseteilen zu erfolgen hat. Zum Stand der Technik, was Shim-Scheiben betrifft, wird beispielhaft auf die Dokumente DE 10 2020 104 857 A1 und EP 3 245 719 B1 hingewiesen.In an adjusting gear, such as a planetary roller gear within an electromechanical actuator of a rear-axle steering system, freedom from backlash, at least in the adjusting direction, can be a crucial requirement. In order to avoid play even in actuators produced in large series, it is conceivable to use shim disks between individual housing parts and a rotary-linear gear to be installed in the housing, for example planetary roller gears. For this purpose, numerous differently dimensioned shim disks have to be kept ready, with suitable shim disks having to be assigned to specific housing parts subject to series distribution during the course of assembly. The prior art relating to shim disks is exemplified in the documents DE 10 2020 104 857 A1 and EP 3 245 719 B1 pointed out.

Details eines Lenkungsaktuators für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs sind beispielsweise in der DE 10 2019 115 936 A1 beschrieben. Der Lenkungsaktuator umfasst eine Schubstange, welche in verdrehgesicherter Weise innerhalb eines Gehäuses verschiebbar ist. Zur Betätigung der Schubstange ist eine einen Elektromotor umfassende Antriebseinheit vorgesehen. Der Elektromotor treibt eine axial unverschiebliche Gewindemutter an, welche ein eingangsseitiges Element eines Gewindetriebs darstellt. Die Schubstange befindet sich auf der Ausgangsseite des Gewindetriebs. Zwischen den Elektromotor und den Gewindetrieb kann ein Riemengetriebe oder ein Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe geschaltet sein.Details of a steering actuator for a rear-axle steering of a vehicle are, for example, in DE 10 2019 115 936 A1 described. The steering actuator comprises a push rod which can be displaced within a housing in a manner secured against rotation. A drive unit comprising an electric motor is provided for actuating the connecting rod. The electric motor drives an axially immovable threaded nut, which represents an input-side element of a threaded drive. The push rod is located on the output side of the screw drive. A belt drive or a planetary gear can be connected as a reduction gear between the electric motor and the screw drive.

Eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ermöglicht einen Lenkeinschlag an der Hinterachse des Fahrzeugs, wobei die Hinterräder je nach Fahrsituation gleichsinnig mit den Vorderrädern oder gegensinnig zu den Vorderrädern eingeschlagen werden können. Damit ist sowohl eine im Vergleich zu den Fahrzeugabmessungen hervorragende Wendigkeit bei niedrigen Geschwindigkeiten, als auch eine hohe Stabilität, insbesondere bei Ausweichmanövern, im oberen Geschwindigkeitsbereich erzielbar. Hinterachslenkungen können grundsätzlich auch bei Fahrzeugen zum Einsatz kommen, die für automatisiertes Fahren konzipiert sind. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die EP 3 317 162 B1 hingewiesen.A rear-axle steering system in a motor vehicle enables a steering lock on the rear axle of the vehicle, with the rear wheels being able to be turned in the same direction as the front wheels or in the opposite direction to the front wheels, depending on the driving situation. This makes it possible to achieve both excellent maneuverability at low speeds compared to the vehicle dimensions and high stability, especially during evasive maneuvers, in the upper speed range. In principle, rear axle steering can also be used in vehicles that are designed for automated driving. In this context, an example is given on the EP 3 317 162 B1 pointed out.

Die DE 10 2018 129 372 A1 offenbart einen weiteren, ebenfalls einen Gewindetrieb umfassenden Aktuator einer Hinterachslenkung. In diesem Fall ist eine Spindelmutter des Gewindetriebs aus mehreren Teilen aufgebaut, die derart gegeneinander vorgespannt sind, dass eine Selbsthemmung des Gewindetriebs gegeben ist.the DE 10 2018 129 372 A1 discloses a further actuator of a rear-axle steering system, also comprising a screw drive. In this case, a spindle nut of the screw drive is made up of several parts which are prestressed against one another in such a way that the screw drive is self-locking.

Weitere Bauformen von Aktuatoren für Hinterachslenkungen sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 10 2019 111 153 A1 , DE 10 2019 125 310 A1 , DE 10 2018 130 228 B3 und DE 10 2016 212 408 B4 beschrieben. Im letztgenannten Fall ist ein Spannelement vorgesehen, welches in ein Gewinde einer Spindelmutter eingreift.Other types of actuators for rear axle steering are, for example, in the documents DE 10 2019 111 153 A1 , DE 10 2019 125 310 A1 , DE 10 2018 130 228 B3 and DE 10 2016 212 408 B4 described. In the latter case, a tensioning element is provided which engages in a thread of a spindle nut.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiv steuerbaren Hinterachslenkung ist beispielsweise in der DE 10 2017 008 303 A1 offenbart. Im Rahmen dieses Verfahrens wird unter anderem die Position eines momentanen Drehpunktes eines Kraftfahrzeugs um seine Hochachse bei einer Kurvenfahrt bestimmt.A method for operating a motor vehicle with an actively controllable rear axle steering is for example in DE 10 2017 008 303 A1 disclosed. Within the scope of this method, among other things, the position of an instantaneous center of rotation of a motor vehicle about its vertical axis when cornering is determined.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln, wobei auch unter Bedingungen der Serienfertigung eine auf zuverlässig reproduzierbare Weise eine Spielfreiheit erzielbar sein soll.The invention is based on the object of further developing a steering actuator for a rear-axle steering of a motor vehicle compared to the stated prior art, in particular from a manufacturing perspective, with freedom from play being able to be achieved in a reliably reproducible manner even under conditions of series production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines Lenkungsaktuators gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den für die Verwendung in einer Hinterachslenkung vorgesehenen Aktuator, und umgekehrt.This object is achieved according to the invention by a steering actuator having the features of claim 1. The object is also achieved by a method for assembling a steering actuator according to claim 9. The configurations and advantages of the invention explained below in connection with the assembly method also apply to the device , i.e. the actuator intended for use in a rear-axle steering system, and vice versa.

Der Lenkungsaktuator umfasst als elektromechanischer Aktuator in an sich bekannter Weise ein mehrteiliges Gehäuse sowie ein in dem Gehäuse angeordnetes Rotativ-Linear-Getriebe, das heißt ein Getriebe, welches eine Rotation in eine lineare Bewegung umsetzt. Das Rotativ-Linear-Getriebe weist eine rotierende, sich einerseits an einer ersten Gehäusekomponente und andererseits an einer zweiten Gehäusekomponente abstützende Getriebekomponente auf, welche als antreibendes Element des Rotativ-Linear-Getriebes vorgesehen ist. Dieses zwischen den beiden Gehäusekomponenten gelagerte Antriebselement umgibt konzentrisch ein ebenfalls dem Rotativ-Linear-Getriebe zuzurechnendes Abtriebselement, welches in einem durch beide Gehäusekomponenten gebildeten Hohlraum verdrehgesichert verschiebbar ist. Zwischen eines der Lager, welches die rotierende, als Antriebselement fungierende Getriebekomponente gegenüber dem Gehäuse abstützt, und eine der beiden das Rotativ-Linear-Getriebe aufnehmenden Gehäusekomponenten ist ein mit Hilfe eines Pressverbandes im Gehäuse befestigtes Ausgleichselement geschaltet.As an electromechanical actuator, the steering actuator comprises, in a manner known per se, a multi-part housing and a rotary-linear gear arranged in the housing, ie a gear which converts a rotation into a linear movement implemented. The rotary-linear gear has a rotating gear component which is supported on the one hand on a first housing component and on the other hand on a second housing component and is provided as the driving element of the rotary-linear gear. This drive element, which is mounted between the two housing components, concentrically surrounds a driven element, which can also be attributed to the rotary-linear gear and which can be displaced in a rotationally secured manner in a cavity formed by the two housing components. A compensating element fastened in the housing with the aid of a press fit is connected between one of the bearings, which supports the rotating transmission component acting as a drive element relative to the housing, and one of the two housing components accommodating the rotary-linear transmission.

Hierbei ist der Pressverband nicht notwendigerweise das einzige Mittel zur Befestigung des Ausgleichselementes in der zugehörigen Gehäusekomponente. Insbesondere kann, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, die Herstellung eines Pressverbandes lediglich als Zwischenschritt im Rahmen des Herstellungsverfahrens vorgesehen sein. In keinem Fall sind zur Befestigung des Ausgleichselementes in der Gehäusekomponente gesonderte Befestigungselemente, etwa in Form von Schrauben, vorgesehen.In this case, the interference fit is not necessarily the only means for fastening the compensating element in the associated housing component. In particular, as will be explained in more detail below, the production of an interference fit can only be provided as an intermediate step in the context of the production process. In no case are separate fastening elements, for example in the form of screws, provided for fastening the compensating element in the housing component.

Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines per Pressverband zu befestigenden Ausgleichselement gegenüber herkömmlichen Lösungen liegt darin, dass in der Serienfertigung Ausgleichselemente einheitlicher Abmessungen verwendet werden können. Das Einsetzen von Shim-Scheiben, welche in zahlreichen Dicken vorgehalten und in aufwendigen Prozeduren ausgewählt werden müssten, entfällt.A significant advantage of using a compensating element to be fastened by means of an interference fit compared to conventional solutions is that compensating elements of uniform dimensions can be used in series production. The use of shim disks, which would have to be kept available in numerous thicknesses and selected in complex procedures, is no longer necessary.

Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist das Ausgleichselement einen zylindrischen, in der ersten Gehäusekomponente gehaltenen Abschnitt und einen an diesen Abschnitt anschließenden konischen, die rotierende Getriebekomponente abstützenden Abschnitt auf. Somit sind verschiedene Funktionen des Ausgleichselementes, nämlich zum einen dessen Halterung in einer der Gehäusekomponenten und zum anderen die Bildung einer Abstützung für die als Antriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes vorgesehene, spielfrei zu lagernde Getriebekomponente, in einem materialeinheitlich aufgebauten, einstückigen Element vereint, wobei der konische Abschnitt des Ausgleichselement unmittelbar an dessen zylindrischen Abschnitt anschließen kann. In modifizierter Form des Ausgleichselementes kann auch dessen als zylindrisch bezeichneter Abschnitt eine leichte Konizität aufweisen, welche jedoch weit geringer ausgeprägt ist als die Konizität desjenigen Abschnitts, an welchem das die Gehäusekomponente insbesondere in Axialrichtung abstützende Lager anschlägt.According to one possible embodiment, the compensating element has a cylindrical section held in the first housing component and a conical section adjoining this section and supporting the rotating transmission component. Thus, various functions of the compensating element, namely its mounting in one of the housing components on the one hand and the formation of a support for the transmission component that is intended as the drive element of the rotary-linear transmission and is to be mounted without play, on the other hand, are combined in a one-piece element made of the same material, with the conical section of the compensating element can be connected directly to its cylindrical section. In a modified form of the compensating element, its section designated as cylindrical can also have a slight conicity, which, however, is far less pronounced than the conicity of that section against which the bearing supporting the housing component, in particular in the axial direction, strikes.

In jedem Fall kann das genannte Lager teilweise durch das Ausgleichselement gebildet sein, indem zum Beispiel Wälzkörper des Lagers direkt auf einer Oberfläche des Ausgleichselementes abrollen. Ansonsten kontaktiert beispielsweise eine Lagerscheibe des Lagers, mit welchem das Antriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes im Gehäuse gelagert ist, das Ausgleichselement. Bei dem genannten Lager handelt es sich beispielsweise um ein Axial-Radial-Wälzlager, insbesondere ein Schrägkugellager oder ein Schrägrollenlager.In any case, said bearing can be partially formed by the compensating element, for example by rolling elements of the bearing rolling directly on a surface of the compensating element. Otherwise, for example, a bearing disk of the bearing with which the drive element of the rotary-linear gear is mounted in the housing makes contact with the compensating element. The bearing mentioned is, for example, an axial-radial roller bearing, in particular an angular ball bearing or an angular roller bearing.

Unabhängig von der Bauart des Axial-Radial-Wälzlagers kann dieses Lager spiegelsymmetrisch zu einem zweiten, die rotierende Getriebekomponente in der entgegengesetzten Axialrichtung abstützenden, in die zweite Gehäusekomponente eingesetzten Axial-Radial-Wälzlager ausgebildet sein. Insbesondere können die beiden Axial-Radial-Wälzlager identisch geformt sein.Regardless of the design of the axial-radial roller bearing, this bearing can be mirror-symmetrical to a second axial-radial roller bearing that supports the rotating transmission component in the opposite axial direction and is inserted into the second housing component. In particular, the two axial-radial roller bearings can be shaped identically.

Der Hinterachs-Lenkungsaktuator ist in folgenden Schritten montierbar:

- Bereitstellung zweier Gehäusehälften, welche dazu ausgebildet sind, jeweils einen Teil eines sich in Längsrichtung des Lenkungsaktuators erstreckenden Hohlraumes zu bilden,
- Bereitstellung einer Getriebebaugruppe, welche ein Rotativ-Linear-Getriebe mit einem rotierbaren Antriebselement und einem linear verlagerbaren Abtriebselement umfasst,
- Einsetzen eines in stufenlos wählbarer Position ohne gesonderte Befestigungselemente fixierbaren Ausgleichselementes sowie des Rotativ-Linear-Getriebes in den Hohlraum derart, dass ein rotierbares Antriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes spielfrei zwischen den beiden Gehäusehälften gelagert wird.

The rear axle steering actuator can be installed in the following steps:

- Provision of two housing halves, which are designed to each form part of a cavity extending in the longitudinal direction of the steering actuator,
- Provision of a transmission assembly, which includes a rotary-linear transmission with a rotatable input element and a linearly displaceable output element,
- Insertion of a compensating element that can be fixed in an infinitely variable position without separate fasteners and of the rotary-linear gear in the cavity such that a rotatable drive element of the rotary-linear gear is mounted without play between the two housing halves.

Der Begriff „Gehäusehälften“ wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit für zwei zusammensetzbare, zusammen den Gehäuseinnenraum umschließende Gehäusekomponenten verwendet, die nicht notwendigerweise gleichartig oder spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sein müssen. In jedem Fall läuft die Mittelachse des Lenkungsaktuators durch beide Gehäusehälften.The term “housing halves” is used, without restricting generality, for two housing components that can be put together and together enclose the interior of the housing, which do not necessarily have to be of the same type or mirror-symmetrical to one another. In any case, the central axis of the steering actuator runs through both housing halves.

Was die Positionierung des Ausgleichselementes in einer der Gehäusehälften betrifft, sind verschiedene Verfahrensvarianten realisierbar:

Gemäß einer ersten Verfahrensvariante wird das Ausgleichselement durch einen Pressverband fest in der Gehäusehälfte verankert. Diese kraftschlüssige Verankerung erfolgt insbesondere durch Herstellung eines Querpressverbandes zwischen dem Ausgleichselement und der Gehäusehälfte. Der Querpressverband ist herstellbar, indem die Gehäusehälfte erwärmt und anschließend das Ausgleichselement in eine hierfür vorgesehene Ausnehmung, welche sich in der Gehäusehälfte befindet und konzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses und damit des Rotativ-Linear-Getriebes angeordnet ist, eingesetzt wird. Durch die anschließende Angleichung der Temperatur der Gehäusehälfte an die Temperatur der übrigen Komponenten des Aktuators einschließlich des Ausgleichselementes entsteht der hoch belastbare Pressverband. Die Herstellung des Querpressverbandes stellt damit ein Warmfügen dar.

As far as the positioning of the compensating element in one of the housing halves is concerned, various process variants can be implemented:

According to a first variant of the method, the compensating element is firmly anchored in the housing half by means of an interference fit. This non-positive anchoring takes place in particular by producing a transverse interference fit between the compensating element and the housing half. The transverse interference fit can be produced by heating the housing half and then inserting the compensating element into a recess provided for this purpose, which is located in the housing half and is arranged concentrically to the central axis of the housing and thus of the rotary-linear gear. The high-strength interference fit results from the subsequent adjustment of the temperature of the housing half to the temperature of the other components of the actuator, including the compensating element. The production of the transverse interference fit thus represents a warm joining.

Gemäß einer alternativen Verfahrensvariante wird das Ausgleichselement zunächst lediglich vorläufig in der Ausnehmung der Gehäusehälfte kraftschlüssig positioniert. Auch in diesem Fall wird von einem Pressverband zwischen Gehäusehälfte und Ausgleichselement gesprochen, obgleich die Festigkeit dieses Pressverbandes nicht für den Betrieb des Lenkungsaktuators ausgelegt ist. Vielmehr handelt es sich um eine Vorpositionierung des Ausgleichselementes, welche im Laufe der weiteren Montage noch korrigierbar ist. Die zunächst noch mit moderaten Kräften variable Positionierung des Ausgleichselementes ist nutzbar, um die gewünschte Spielfreiheit des Lenkungsaktuators einzustellen.According to an alternative variant of the method, the compensating element is initially only provisionally positioned in a non-positive manner in the recess of the housing half. In this case, too, there is a press fit between the housing half and the compensating element, although the strength of this press fit is not designed for the operation of the steering actuator. Rather, it is a pre-positioning of the compensating element, which can still be corrected in the course of further assembly. The initially variable positioning of the compensating element with moderate forces can be used to set the desired freedom from play in the steering actuator.

Nachdem die endgültige Position des Ausgleichselementes feststeht, das heißt das Axial-Einbaumaß eingestellt ist, kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ausgleichselement und der zugehörigen Gehäusehälfte beispielsweise durch Widerstandsschweißen erfolgen. Insbesondere kann es sich dabei um Kondensatorentladungsschweißen oder Kurzimpulsschweißen handeln. Ein solches Schweißverfahren ist rationell in den Fertigungsprozess integrierbar. Zum Stand der Technik wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2014 210 832 A1 hingewiesen.After the final position of the compensating element has been established, ie the axial installation dimension has been set, an integral connection can be made between the compensating element and the associated housing half, for example by resistance welding. In particular, this can involve capacitor discharge welding or short-pulse welding. Such a welding process can be efficiently integrated into the manufacturing process. The prior art is in this context on the DE 10 2014 210 832 A1 pointed out.

Dem Rotativ-Linear-Getriebe des Lenkungsaktuators kann ein als Rotativ-Rotativ-Getriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe, beispielsweise ein Zahnradgetriebe, insbesondere Planetengetriebe, oder ein Umschlingungsgetriebe, insbesondere in Form eines Riementriebs oder Kettentriebs, vorgeschaltet sein. Alternativ ist ein direkter, das heißt getriebeloser, elektrischer Antrieb des eingangsseitigen Elementes, insbesondere Planetenträgers, des Rotativ-Linear-Getriebes realisierbar. In diesem Fall ist das Antriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes fest mit dem Rotor eines Elektromotors verbunden oder unmittelbar durch einen solchen Rotor gebildet.The rotary-linear gear of the steering actuator can be preceded by a reduction gear designed as a rotary-rotary gear, for example a toothed gear, in particular a planetary gear, or a belt transmission, in particular in the form of a belt drive or chain drive. Alternatively, a direct, ie gearless, electric drive of the input-side element, in particular the planet carrier, of the rotary-linear gear can be implemented. In this case, the drive element of the rotary-linear gear is firmly connected to the rotor of an electric motor or is formed directly by such a rotor.

Als Rotativ-Linear-Getriebe des Lenkungsaktuators ist unter anderem ein Planetenwälzgetriebe geeignet. Zum technischen Hintergrund wird beispielhaft auf die DE 10 2018 130 612 A1 hingewiesen. Insbesondere kann es sich bei dem Planetenwälzgetriebe des Lenkungsaktuators um ein Planetenwälzgetriebe mit angetriebenem Käfig, das heißt Planetenträger, handeln. Der Vorteil dieser Bauform liegt darin, dass damit ein steigungstreues Planetenwälzgetriebe realisiert ist. Ein im Vergleich zu einem Planetenwälzgetriebe mit angetriebener Mutter weniger extremes Untersetzungsverhältnis wird hierbei in Kauf genommen. Alternativ zu einem Planetenwälzgetriebe kommt prinzipiell auch die Verwendung eines Kugelgewindetriebs in Betracht.A planetary roller gear, among others, is suitable as the rotary-linear gear of the steering actuator. For the technical background, reference is made to the DE 10 2018 130 612 A1 pointed out. In particular, the planetary roller gear of the steering actuator can be a planetary roller gear with a driven cage, that is to say a planetary carrier. The advantage of this design lies in the fact that a pitch-true planetary roller gear is implemented. A reduction ratio that is less extreme than that of a planetary roller gear with a driven nut is accepted here. As an alternative to a planetary roller gear, the use of a ball screw drive can also be considered.

Sofern ein steigungstreues Planetenwälzgetriebe als Rotativ-Linear-Getriebe zum Einsatz kommt, kann der als Antriebselement dieses Getriebes fungierende Käfig zwei zueinander spiegelsymmetrische, scheibenförmige Elemente aufweisen, wobei an den einander zugewandten Seiten dieser Elemente Axialwälzlager angeordnet sind, durch die eine frei drehbare Mutter des Planetenwälzgetriebes gelagert ist, wogegen sich auf den beiden voneinander abgewandten Außenseiten der scheibenförmigen Elemente Axial-Radial-Wälzlager, insbesondere in Form Schrägrollenlagern, befinden. Der Käfig des Planetenwälzgetriebes hat damit eine Mehrfachfunktion, nämlich die Führung der anzutreibenden Planeten sowie die Übertragung von Axialkräften zwischen dem Abtriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes und dem Gehäuse des Aktuators über die Planeten, die Mutter, sowie die verschiedenen Lager, insbesondere Rollenlager. Die Drehzahl der Mutter ist beim Betrieb des Planetenwälzgetriebes ohne Belang. Einzelteile der Mutter können in prinzipiell bekannter Weise, insbesondere mittels Gewinde, gegeneinander verstellbar sein, um eine Vorspannung innerhalb des Planetenwälzgetriebes einzustellen.If a pitch-true planetary roller gear is used as a rotary-linear gear, the cage acting as the drive element of this gear can have two mutually mirror-symmetrical, disc-shaped elements, with axial roller bearings being arranged on the sides of these elements facing one another, through which a freely rotatable nut of the planetary roller gear is mounted, whereas axial-radial roller bearings, in particular in the form of angular roller bearings, are located on the two outer sides of the disk-shaped elements that face away from one another. The cage of the planetary roller gear thus has a multiple function, namely guiding the planet to be driven and the transmission of axial forces between the output element of the rotary-linear gear and the housing of the actuator via the planet, the nut and the various bearings, in particular roller bearings. The speed of the nut is irrelevant when operating the planetary roller gear. Individual parts of the nut can be adjusted relative to one another in a manner known in principle, in particular by means of a thread, in order to set a preload within the planetary roller gear.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:

1 ausschnittsweise einen Lenkungsaktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs in einer Schnittdarstellung.

An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. Herein shows:

1 a detail of a steering actuator of a rear-axle steering system of a motor vehicle in a sectional view.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Lenkungsaktuator ist zur Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Lenkungsaktuators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.A steering actuator identified overall by the reference numeral 1 is provided for use in a rear-axle steering system of a motor vehicle. With regard to the basic function of the steering actuator 1, reference is made to the prior art cited at the outset.

Ein Gehäuse 2 des Lenkungsaktuators 1 ist aus zwei Gehäusekomponenten 3, 4 zusammengesetzt. Im Gehäuse 2 ist ein Rotativ-Linear-Getriebe 5, im vorliegenden Fall ein Planetenwälzgetriebe, aufgenommen. Mehrere Planeten 6 des Planetenwälzgetriebes 5 kontaktieren eine Gewindespindel 7, die starr mit einer Schubstange 8 verbunden ist. Prinzipiell kommt auch eine einteilige Ausbildung von Gewindespindel 7 und Schubstange 8 in Betracht. Die Planeten 6 weisen eine rillenlose Profilierung auf, welche in das Gewinde der Spindel 7 eingreift. Die Gewindespindel 7 stellt das Abtriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes 5 dar und ist mittels einer Verdrehsicherung 9 verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar, im Gehäuse 2 geführt. Ein der Verdrehsicherung 9 zuzurechnendes, starr mit der Schubstange 8 verbundenes Sicherungselement ist mit 10 bezeichnet. Das Sicherungselement 10 ist in einer Führungskontur 11, welche durch die Gehäusekomponente 4 bereitgestellt ist, geführt. Die beiden Gehäusekomponenten 3, 4 werden vereinfachend auch als Gehäusehälften bezeichnet. Ein gabelförmiges Anschlusselement 10 ist an die Schubstange 8 des Lenkungsaktuators 1 angeschraubt und in an sich bekannter Weise mit weiteren, nicht dargestellten Fahrwerkskomponenten gekoppelt.A housing 2 of the steering actuator 1 is composed of two housing components 3 , 4 . In the housing 2 is a rotary-linear gear 5, in the present case a planetary roller gear taken. Several planets 6 of the planetary roller gear 5 contact a threaded spindle 7 which is rigidly connected to a connecting rod 8 . In principle, a one-piece design of the threaded spindle 7 and the connecting rod 8 is also possible. The planets 6 have a profile without grooves, which engages in the thread of the spindle 7 . The threaded spindle 7 represents the output element of the rotary-linear gear 5 and is guided in the housing 2 by means of an anti-rotation device 9 so that it can be displaced but not rotated. A securing element, which is to be attributed to the anti-rotation device 9 and is rigidly connected to the push rod 8 , is denoted by 10 . The securing element 10 is guided in a guide contour 11 which is provided by the housing component 4 . The two housing components 3, 4 are also referred to as housing halves for the sake of simplicity. A fork-shaped connection element 10 is screwed to the push rod 8 of the steering actuator 1 and coupled in a manner known per se to other chassis components, not shown.

Der Lenkungsaktuator 1 ist insgesamt als elektromechanischer Aktuator ausgebildet, wobei ein nicht dargestellter Elektromotor fest mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Der Elektromotor treibt das Rotativ-Linear-Getriebe 5 über ein Umschlingungsgetriebe 15, nämlich ein Riemengetriebe mit einem Riemen 16, an.The steering actuator 1 is designed overall as an electromechanical actuator, with an electric motor (not shown) being firmly connected to the housing 2 . The electric motor drives the rotary-linear transmission 5 via a belt transmission 15, namely a belt transmission with a belt 16.

Ein Verbindungsbereich, in welchem die beiden Gehäusehälften 3, 4 miteinander verbunden sind, ist mit 12 bezeichnet. Im Verbindungsbereich 12 ist eine Ringnut 13 erkenbbar, in welche eine Dichtung 14 eingefügt ist, mit welcher das Gehäuse 12 statisch abgedichtet ist.A connection area in which the two housing halves 3, 4 are connected to one another is denoted by 12. An annular groove 13 can be seen in the connection area 12, in which a seal 14 is inserted, with which the housing 12 is statically sealed.

Auf der Abtriebsseite des Umschlingungsgetriebes 15, welches sich zusammen mit dem Rotativ-Linear-Getriebe 5 innerhalb des Gehäuses 2 befindet, befindet sich als Abtriebselement des Umschlingungsgetriebes 15 ein Käfig 17, welcher zugleich das eingangsseitige Element des Rotativ-Linear-Getriebes 5 darstellt. Der Käfig 17 weist eine zylindrische Grundform auf und ist konzentrisch zur Gewindespindel 7 und damit zur Mittelachse des Lenkungsaktuators 1 angeordnet. Durch den Käfig 17 sind die Planeten 6 geführt. Die Verwendung des Käfigs 17 als Antriebselement des Planetenwälzgetriebes 5 ist ausschlaggebend dafür, dass es sich um ein steigungstreues Planetenwälzgetriebe handelt. Dies bedeutet, dass jede Umdrehung des Käfigs 17 in einen eindeutig definierten Vorschub der Schubstange 8 umgesetzt wird.On the output side of the belt transmission 15, which is located inside the housing 2 together with the rotary-linear transmission 5, there is a cage 17 as the output element of the belt transmission 15, which at the same time represents the input-side element of the rotary-linear transmission 5. The cage 17 has a cylindrical basic shape and is arranged concentrically to the threaded spindle 7 and thus to the central axis of the steering actuator 1 . The planets 6 are guided through the cage 17 . The use of the cage 17 as a drive element of the planetary roller gear 5 is crucial to the fact that it is a pitch-true planetary roller gear. This means that each revolution of the cage 17 is converted into a clearly defined advance of the push rod 8 .

Der Käfig umfasst einen Hülsenabschnitt 37, an dessen Außenumfangsfläche eine Verzahnung ausgebildet ist, die direkt mit dem Riemen 16, das heißt Zahnriemen, zusammenwirkt. An den beiden Stirnseiten des Hülsenabschnitts 37 ist dieser Abschnitt 37 jeweils mit einer äußeren Käfigscheibe 22 verbunden. An die äußeren Käfigscheiben 22 schließen sich radial nach innen, das heißt in Richtung zur Mittelachse des Planetenwälzgetriebes 5, teilweise mit den äußeren Käfigscheiben 22 überlappend, innere Käfigscheiben 23 an, welche mit inneren Käfigelementen 24 verbunden sind, die ebenfalls dem Käfig 17 zuzurechnen sind und die Planeten 6 kontaktieren.The cage comprises a sleeve section 37, on the outer peripheral surface of which teeth are formed which interact directly with the belt 16, ie the toothed belt. This section 37 is connected to an outer cage washer 22 on each of the two end faces of the sleeve section 37 . The outer cage disks 22 are adjoined radially inwards, i.e. in the direction of the central axis of the planetary roller gear 5, partially overlapping the outer cage disks 22, inner cage disks 23, which are connected to inner cage elements 24, which are also assigned to the cage 17 and contact the planets 6.

Zusätzlich zu seinem mittleren, mit dem Gewinde der Spindel 7 kämmenden Bereich weist jeder Planet 6 zwei ebenfalls steigungslos profilierte, vergleichsweise dünne Endbereiche auf. Diese Endbereiche der Planeten 6 sind permanent vom Gewinde der Spindel 7 beabstandet und kontaktieren stattdessen eine Spindelmutter 18, die innerhalb des Käfigs 17 frei drehbar ist. Zwei zusammenschraubbare Mutterteile 19, 20 der Spindelmutter 18 weisen jeweils an ihrer Innenumfangsfläche eine steigungslose Profilierung auf, welche in einen der Endabschnitte eines jeden Planeten 6 eingreift. Die Positionierung des ersten Mutterteils 19 in Relation zum zweiten Mutterteil 20 ist mit Hilfe einer Kontermutter 21 gesichert.In addition to its central area meshing with the thread of the spindle 7, each planet 6 has two comparatively thin end areas that are also profiled without a pitch. These end portions of the planets 6 are permanently spaced from the threads of the spindle 7 and instead contact a spindle nut 18 which is freely rotatable within the cage 17. Two nut parts 19, 20 of the spindle nut 18 that can be screwed together each have a smooth profile on their inner peripheral surface, which engages in one of the end sections of each planet 6. The positioning of the first nut part 19 in relation to the second nut part 20 is secured with the aid of a lock nut 21 .

An beiden Stirnseiten der Spindelmutter 18 befinden sich Axialwälzlager 25, welche sich jeweils an einem der Käfigscheiben 22 abstützen. Auf den gegenüberliegenden Seiten, das heißt Außenseiten, der Käfigscheiben 22 befinden sich Schrägwälzlager 26, 27 die ebenso zur Übertragung von Axialkräften zwischen der Spindelmutter 18 und dem Gehäuse 2 und damit letztlich zwischen der Schubstange 8 und dem Gehäuse 2 vorgesehen sind. Als Wälzkörper 29 der Wälzlager 25, 26, 27 fungieren im vorliegenden Fall Zylinderrollen.Axial roller bearings 25 are located on both end faces of the spindle nut 18 and are each supported on one of the squirrel cage washers 22 . On the opposite sides, i.e. outsides, of the cage washers 22 are angular roller bearings 26, 27 which are also provided for the transmission of axial forces between the spindle nut 18 and the housing 2 and thus ultimately between the push rod 8 and the housing 2. In the present case, cylindrical rollers act as rolling bodies 29 of the roller bearings 25, 26, 27.

Das Rotativ-Linear-Getriebe 5 ist spielfrei zwischen die Gehäusekomponenten 3, 4 eingesetzt. Zur zuverlässigen Einstellung der Spielfreiheit von in der Serienfertigung produzierten Lenkungsaktuatoren 1 ist ein Ausgleichselement 31 vorgesehen, welches mittels eines Pressverbandes 32 in der ersten Gehäusekomponente 3 befestigt ist. Das insgesamt hülsenförmige Ausgleichselement 31 weist einen zylindrischen Abschnitt 33 und einen hieran anschließenden konischen Abschnitt 35 auf, wobei zwischen den verschiedenen Abschnitten 33, 35 und der Gehäusekomponenten 3 ringförmige Spalte 34, 36 gebildet sind.The rotary-linear gear 5 is inserted without play between the housing components 3, 4. A compensating element 31 is provided for reliably adjusting the freedom from play of steering actuators 1 produced in series production, which is fastened in the first housing component 3 by means of a press fit 32 . The overall sleeve-shaped compensating element 31 has a cylindrical section 33 and an adjoining conical section 35, with annular gaps 34, 36 being formed between the various sections 33, 35 and the housing components 3.

Am konischen Abschnitt 35 liegt eine ebenfalls konische Gehäusescheibe 30 des Schrägrollenlagers 26 an. Die zugehörige Wellenscheibe des zur Abstützung der Spindelmutter 18 insbesondere in Axialrichtung vorgesehenen Schrägrollenlagers 26 ist mit 28 bezeichnet. Die Wellenscheibe 28 weist eine entsprechend der Form und Anordnung der Wälzkörper 29 des Schrägrollenlagers 26 konische Wälzkörperlaufbahn sowie einen hieran anschließenden zylindrischen Abschnitt 38 auf, welcher sich, bezogen auf die Mittelachse des Planetenwälzgetriebes 5, radial innerhalb der genannten Wälzkörper 29 befindet. Im Ausführungsbeispiel umgibt der zylindrische Abschnitt 38 unmittelbar die Außenumfangsfläche der inneren Käfigscheibe 23, welche dem Ausgleichselement 31 benachbart ist. In entsprechender Weise erstreckt sich auch die Wellenscheibe desjenigen Schrägwälzlagers 26, welches sich auf der dem Ausgleichselement 31 abgewandten Seite des Käfigs 17 befindet, über Oberflächenabschnitte sowohl einer äußeren Käfigscheibe 22 als auch einer inneren Käfigscheibe 23. Bei den beiden Schrägwälzlagern 26, 27, welche in einem Fall am Ausgleichselement 31 und im anderen Fall an der zweiten, nicht mit einem Ausgleichselement versehenen Gehäusehälfte 4 anschlagen, handelt es sich um Gleichteile, welche spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.A likewise conical housing washer 30 of the angular roller bearing 26 rests on the conical section 35 . The associated shaft washer of the angular roller bearing 26 provided for supporting the spindle nut 18 in particular in the axial direction is denoted by 28 . The wave washer 28 has a corresponding to the shape and arrangement of Rolling elements 29 of the angular roller bearing 26 have a conical rolling element track and an adjoining cylindrical section 38 which, in relation to the central axis of the planetary roller gear 5, is located radially inside the said rolling elements 29. In the exemplary embodiment, the cylindrical section 38 directly surrounds the outer peripheral surface of the inner cage washer 23 which is adjacent to the compensating element 31 . Correspondingly, the shaft washer of that angular contact roller bearing 26 which is located on the side of cage 17 facing away from compensating element 31 also extends over surface sections of both an outer cage washer 22 and an inner cage washer 23. In the case of the two angular roller bearings 26, 27, which in one case on the compensating element 31 and in the other case on the second housing half 4, which is not provided with a compensating element, these are identical parts which are arranged mirror-symmetrically to one another.

BezugszeichenlisteReference List

11: Lenkungsaktuatorsteering actuator
22: GehäuseHousing
33: Gehäusekomponentehousing component
44: Gehäusekomponentehousing component
55: Rotativ-Linear-Getriebe, PlanetenwälzgetriebeRotary linear gear, planetary roller gear
66: Planetplanet
77: Gewindespindellead screw
88th: Schubstangepush rod
99: Verdrehsicherunganti-rotation device
1010: Sicherungselementfuse element
1111: Führungskonturguide contour
1212: Verbindungsbereichconnection area
1313: Ringnutring groove
1414: Dichtungpoetry
1515: Umschlingungsgetriebebelt transmission
1616: Riemenbelt
1717: Käfig, Getriebekomponentecage, transmission component
1818: Spindelmutterspindle nut
1919: Mutterteilfemale part
2020: Mutterteilfemale part
2121: Kontermutterlocknut
2222: äußere Käfigscheibeouter cage washer
2323: innere Käfigscheibeinner cage washer
2424: inneres Käfigelementinner cage element
2525: Axialwälzlagerthrust roller bearing
2626: Schrägwälzlagerangular contact bearing
2727: Schrägwälzlagerangular contact bearing
2828: Wellenscheibewave washer
2929: Wälzkörperrolling elements
3030: Gehäusescheibehousing washer
3131: Ausgleichselementcompensation element
3232: Pressverbandpress bandage
3333: zylindrischer Abschnitt des Ausgleichselementescylindrical section of the compensation element
3434: Spaltgap
3535: konischer Abschnitt des Ausgleichselementesconical section of the compensation element
3636: Spaltgap
3737: Hülsenabschnitt des Käfigssleeve section of the cage
3838: zylindrischer Abschnitt der Wellenscheibecylindrical section of the wave washer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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DE 102014210832 A1 [0021]
DE 102018130612 A1 [0023]

Claims

Steering actuator for rear-axle steering, having a multi-part housing (2) and a rotary-linear gear (5) arranged in the housing (2), which has a rotating, on the one hand on a first housing component (3) and on the other hand on a second housing component ( 4) comprises a supporting gear component (17), which is provided as the drive element of the rotary-linear gear (5) and concentrically surrounds an output element (7), which can be displaced in a rotationally secured manner in a cavity formed by the two housing components (3, 4), between a bearing (26) which supports the rotating transmission component (17) relative to the housing (2) and one of the two housing components (3) a compensating element (31) fastened in the housing (2) by a press fit (32) is connected.

steering actuator claim 1 , characterized in that the compensating element (31) comprises a cylindrical section (38) held in the first housing component (3) and a conical section (35) adjoining this section (38) and supporting the rotating transmission component (17).

steering actuator claim 2 , characterized in that on the conical section (35) of the compensating element (31) is arranged a housing disc (30) of an axial-radial roller bearing (26) provided for supporting the rotating transmission component (17).

steering actuator claim 3 , characterized in that the axial-radial roller bearing (26) supported by the conical section (35) of the compensating element (31) is mirror-symmetrical to a second one, which supports the rotating transmission component (17) in the opposite axial direction and is incorporated into the second housing component (4th ) used axial-radial roller bearing (27) is formed.

Steering actuator according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that a planetary roller gear is provided as the rotary-linear gear (5).

steering actuator claim 5 , characterized in that the planetary roller gear (5) has a planetary (6) guiding cage (17) as a drive element.

steering actuator claim 3 and 6 , characterized in that the cage (17) has two disc-shaped elements (22) which are mirror-symmetrical to one another, with axial roller bearings (25) being arranged on the sides of these elements (22) facing one another, through which a freely rotatable nut (18) of the planetary roller gear (5) is mounted, whereas the two axial-radial roller bearings (26, 27) are located on the two outer sides of the disc-shaped elements (22) facing away from one another.

Steering actuator according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the interference fit (32) is designed as a transverse interference fit.

Method of assembling a steering actuator (1), comprising the following steps: - Provision of two housing halves (3, 4), which are designed to each form part of a cavity extending in the longitudinal direction of the steering actuator (1), - Provision of a transmission assembly, which comprises a rotary-linear transmission (5) with a rotatable drive element (17) and a linearly displaceable output element (7), - Insertion of a compensating element (31) that can be fixed in an infinitely variable position without separate fastening elements and of the rotary-linear gear (5) in the cavity in such a way that a rotatable drive element (17) of the rotary-linear gear (5) is free of play between the two Housing halves (3, 4) is stored.

procedure after claim 9 , characterized in that the compensating element (31) is initially prepositioned in the form of a press fit (32) in the first housing component (3) and is connected in a later method step by resistance welding to the first housing component (3).