-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle. Ferner betrifft die Erfindung einen Aktuator mit einer solchen Anordnung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Hinterachslenkung, aufweisend einen derartigen Aktuator.
-
Aus dem Stand der Technik sind Aktuatoren zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung für Fahrzeuge bekannt, die einen Gewindetrieb mit einer drehantreibbaren Spindelmutter sowie einer dazu axial verlagerbaren Spindelstange bzw. Welle aufweisen. Auf die Spindelstange können externe Kräfte wirken, beispielsweise wenn ein Bordstein mit dem Fahrzeug angefahren wird. Diese Kräfte sind am Gehäuse des Aktuators, insbesondere an einem Fahrwerk des Fahrzeugs, abzustützen. Dazu ist an der Spindel ein Anschlag oder eine Schulter angeformt, um die Axialkräfte direkt in das Gehäuse weiterzuleiten.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle vorzuschlagen, die einen vergleichsweise großen Anschlag bei gleichzeitig unveränderten Wellenabmessungen realisiert. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch eine Hinterachslenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
-
In einer erfindungsgemäßen Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle weist die Welle eine wenigstens teilweise umlaufende Nut auf, in die ein geteilter Spannring mit wenigstens zwei Ringsegmenten eingesetzt ist, wobei die Nut derart ausgebildet ist, dass die Ringsegmente im Wesentlichen spielfrei in der Nut angeordnet sind, wobei der geteilte Spannring einen größeren Außendurchmesser aufweist als die Welle, um einen Anschlag zur axialen Abstützung der Welle zu bilden, und wobei an der Welle eine Überwurfmutter zur radialen Sicherung der Ringsegmente angeordnet ist.
-
Die Nut ist eine wenigstens teilweise umlaufende Ausnehmung, deren Form an den Querschnitt der Ringsegmente angepasst ist, sodass eine im Wesentlichen spielfreie Montage der Ringsegmente möglich ist. Unter dem Wortlaut „im Wesentlichen spielfrei“ ist zu verstehen, dass die Abmessungen der Nut im Gegensatz zur Form der Ringsegmente derart gewählt ist, dass die Ringsegmente nach der Montage in der Nut verklemmen. Eine Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Ringsegment und der Welle wird dadurch verhindert und die Ringsegmente können nach der Montage nicht wieder aus der Nut herausfallen, insbesondere bis die Überwurfmutter zur Sicherung der Ringsegmente montiert ist.
-
Nach dem Einsetzen der Ringsegmente in die Nut werden die Ringsegmente weder miteinander noch weiter mit der Welle verbunden. Mit anderen Worten sind die Ringsegmente nicht durch eine mechanische Verbindung miteinander oder mit der Welle verbunden. Dadurch wird die Montage der Anordnung vereinfacht und kostengünstiger gestaltet, denn ein zusätzliches Verbinden der Ringsegmente ist zur Sicherstellung der Funktion des Spannrings nicht erforderlich. Mit einer derartigen Anordnung wird eine kostengünstige Lösung zur axialen Abstützung der Welle realisiert, die einfach zu montieren ist und vergleichsweise hohe Kräfte überträgt. Insbesondere wird ein im Vergleich zum Stand der Technik größerer Anschlag bei gleichen Wellenabmessungen realisiert.
-
Vorzugsweise sind die Ringsegmente lösbar miteinander verbunden. Insbesondere sind die Ringsegmente miteinander verklebt. Dadurch können die Ringsegmente zusätzlich in der Nut gehalten werden, wenn die Klemmwirkung nicht ausreicht. Ein nachträgliches Demontieren der Anordnung ist weiterhin möglich, indem die Klebeverbindung gelöst wird.
-
Um den Herstellungs- und Montageaufwand gering zu halten, ist es von Vorteil, zwei identische Ringsegmente vorzusehen, wobei jedes Ringsegment halbmondförmig ausgebildet ist und die Welle hälftig umschließt. Beide Ringsegmente bilden folglich den Spannring, der die Welle vollständig umschließt. In diesem Sinn ist die Nut vorzugsweise vollumfänglich um die Welle ausgebildet.
-
Eine Welle ist nicht ausschließlich ein zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen. Vielmehr ist als Welle auch ein allgemeines Verbindungselement zu verstehen, das einzelne Bauteile der Anordnung miteinander verbindet, insbesondere mehrere Bauteile drehfest miteinander verbindet.
-
Die Ringsegmente werden mittels der Nut in ihrer axialen Position und mittels der Überwurfmutter in ihrer radialen Position gehalten. Dazu weist die Überwurfmutter bevorzugt ein Innengewinde auf, das auf ein Außengewinde der Welle aufgeschraubt ist, und zwar derart, dass der Spannring wenigstens teilweise radial innerhalb der Überwurfmutter angeordnet ist. Mithin wird nach dem Verklemmen der Ringsegmente des Spannrings die Überwurfmutter auf die Welle geschraubt, bis die Überwurfmutter den Außenumfang der Ringsegmente wenigstens teilweise umschließen, damit die Ringsegmente nicht aus der Nut herauswandern können.
-
Vorzugsweise ist der Spannring nach Montage der Überwurfmutter vollständig radial innerhalb der Überwurfmutter angeordnet. Der Innendurchmesser der Überwurfmutter ist bevorzugt derart ausgelegt, dass der Spannring an seiner Position geklemmt bzw. gehalten wird. Mithin sind die Ringsegmente durch die Überwurfmutter zumindest radial fixiert.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche zwischen den Ringsegmenten und der Überwurfmutter spielfrei gestaltet. In diesem Fall weist jedes Ringsegment im Querschnitt bevorzugt eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform auf, wobei die Nut und die Überwurfmutter entsprechende Kontaktflächen aufweisen.
-
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Überwurfmutter eine in Axialrichtung wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Innenmantelfläche auf, um die Ringsegmente während des Aufschraubens der Überwurfmutter radial vorzuspannen. Alternativ oder ergänzend weisen die Ringsegmente eine in Axialrichtung wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Außenmantelfläche auf, um die Ringsegmente während des Aufschraubens der Überwurfmutter radial vorzuspannen. Vorteilhaft ist, wenn sowohl die Überwurfmutter als auch die Ringsegmente wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Innenmantel- bzw. Außenmantelflächen aufweisen, wobei in diesem Fall die in Axialrichtung wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Innenmantelfläche der Überwurfmutter und die wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Außenmantelfläche der Ringsegmente gegenläufig ansteigend ausgebildet sind.
-
Die wenigstens teilweise rampenförmig ansteigenden Flächen können einen konstanten oder sich ändernden Radius aufweisen. Alternativ können die Ringsegmente und/oder die Überwurfmutter an den entsprechenden Kontaktflächen konisch ausgebildet sein und folglich Schrägflächen aufweisen. Die Schrägflächen an der Überwurfmutter und/oder die Schrägflächen an den Ringsegmenten können jeweils übereinstimmende Schrägungswinkel von größer als 0° bis zu 45° gegenüber der Längsachse der Welle haben. Ein kurzer Verschraubungsweg führt auf diese Weise zu einem relativ großen Spannweg, das heißt schon eine relativ geringe Verdrehung der Überwurfmutter genügt für die gewünschte Verklemmung der Ringsegmente.
-
Ein erfindungsgemäßer Aktuator zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung umfasst eine Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle gemäß den vorhergenannten Ansprüchen. Der Aktuator kann beispielsweise für eine Hinterachslenkung, eine Niveauverstelleinrichtung oder für Stellmotoren eingesetzt werden, bei denen eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umgewandelt wird und bei denen ein axialer Anschlag erforderlich ist, um die Welle axial abzustützen, insbesondere um die Welle zumindest mittelbar axial an einem Gehäuse abzustützen.
-
Vorzugsweise ist die Welle eine Spindelstange eines Gewindetriebs ist, der ferner eine axialfeste, drehantreibbare Spindelmutter aufweist, deren Rotation eine Axialbewegung der Spindelstange bewirkt. Der Gewindetrieb kann als Kugelgewindetrieb, Trapezgewindetrieb oder Planetenwälzgetriebe ausgebildet sein. Entsprechend können zwischen der Spindelstange und der Spindelmutter Wälzkörper bzw. Planeten mit Außengewinde angeordnet sein.
-
Der Aktuator weist einen Antrieb auf, beispielsweise einen Elektromotor, der die Spindelmutter des Gewindetriebs in eine Rotationsbewegung versetzt. Die Spindelmutter kann als Rotorwelle ausgebildet sein, deren Rotationsbewegung die damit zumindest mittelbar in Eingriff stehende Spindelstange in eine axiale Bewegung umwandelt.
-
Vorzugsweise ist die Spindelstange über Lagerelemente, insbesondere Radiallager, gegenüber einem Gehäuse drehbar gelagert. Die Lagerelemente sind insbesondere derart ausgebildet, dass sie Axialkräfte, die auf die Spindelstange einwirken, in das Gehäuse leiten. Der Spannring kann in diesem Fall direkt zwischen der Spindelstange bzw. der Welle und dem jeweiligen Lagerelement angeordnet sein und dabei einerseits in der Nut der Welle bzw. der Spindelstange und andererseits mit einer Stirnseite axial am Lagerelement abstützen. Alternativ kann sich der Spannring direkt am Gehäuse abstützen.
-
Ferner alternativ kann sich der Spannring an der Überwurfmutter abstützen, die wiederum am Gehäuse oder am Lagerelement axial abgestützt sein kann. In diesem Sinn weist die Überwurfmutter eine Schulter oder eine entsprechende Stirnseite zur zumindest mittelbaren axialen Abstützung der Welle auf. Die Überwurfmutter ist in diesem Fall im Kraftfluss zwischen dem Spannring und einem Lagerelement oder zwischen dem Spannring und dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann wiederum am Fahrwerk des Fahrzeugs wenigstens axial, insbesondere ferner radial, abgestützt sein.
-
Ein derartiger Aktuator wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Hinterachslenkung eines Fahrzeugs eingesetzt. Dabei kann das Fahrzeug mehrere Hinterachsen aufweisen, wobei jeweils eine oder mehrere der Hinterachsen eine jeweilige Hinterachslenkung mit einem solchen Aktuator aufweisen. Der Aktuator ist in diesem Fall dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern der Spindelstange gegenüber der als Rotor ausgebildeten Spindelmutter eine Einstellung eines Lenkwinkels von mit der Spindelstange des Aktuators wirkverbundenen Fahrzeugrädern an der jeweiligen Hinterachse des Fahrzeugs auszuführen. Dadurch wird beispielsweise eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs eingeleitet oder ausgeführt. Die Spindelstange fungiert insoweit als Schubstange und weist an ihren freien Enden vorzugsweise eine jeweilige Gabelanbindung mit einem Gabelelement auf, an dem das jeweilige Fahrzeugrad zumindest mittelbar aufgenommen ist.
-
Unter einer Wirkverbindung ist entweder eine unmittelbare oder eine zumindest mittelbare Verbindung zwischen zwei Elementen zu verstehen. Mithin können die beiden miteinander wirkverbundenen Elemente entweder direkt oder über weitere Elemente miteinander verbunden sein. Als zumindest mittelbare Verbindung ist eine Verbindung zu verstehen, bei der zwei Elemente über mindestens ein weiteres Element, das zwischen den beiden Elementen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder bei der die beiden Elemente direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung drei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hinterachslenkung,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators der Hinterachslenkung gemäß 1,
- 3a eine schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle des Aktuators gemäß 2 in einem ersten Montageschritt,
- 3b eine schematische Perspektivdarstellung der Anordnung gemäß 3a in einem zweiten Montageschritt,
- 3c eine schematische Perspektivdarstellung der Anordnung gemäß 3a und 3b in einem dritten Montageschritt,
- 3d eine schematische Perspektivdarstellung der Anordnung gemäß 3a bis 3c in einem vierten Montageschritt,
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung der Anordnung gemäß 3a bis 3d im montierten Zustand,
- 5 eine schematische Längsschnittdarstellung der Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 6 eine schematische Längsschnittdarstellung der Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle gemäß einer dritten Ausführungsform, und
- 7 eine schematische Längsschnittdarstellung der Anordnung zur zumindest axialen Abstützung einer Welle gemäß einer vierten Ausführungsform.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Hinterachslenkung 11 für ein - hier nicht gezeigtes - Fahrzeug. Die Hinterachslenkung 11 ist ein exemplarisches Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung. Die Hinterachslenkung 11 umfasst ein Gehäuse 12, in dem der Aktuator 1 aufgenommen ist, wobei das Gehäuse 12 gegenüber einem Fahrwerk des Fahrzeugs abgestützt ist, was hier nicht gezeigt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein in 2 gezeigter Gewindetrieb 4 des Aktuators 1 angeordnet, der vorliegend als Planetenwälzgetriebe ausgebildet ist. Der Gewindetrieb 4 umfasst demnach eine von einer - hier nicht gezeigten - Antriebseinheit, beispielsweise eine elektrische Maschine, zumindest mittelbar drehantreibbare Spindelmutter 3 sowie eine als Spindelstange ausgebildete Welle 2, die im Gehäuse 12 longitudinal geführt ist. Wann immer nachfolgend von einer Spindelstange die Rede ist, ist damit gleichermaßen die Welle 2 zu verstehen, weshalb nachfolgend auch für die Spindelstange das Bezugszeichen 2 verwendet wird. Es sei hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht ausschließlich auf Hinterachslenkungen beschränkt ist.
-
Räumlich zwischen der Spindelmutter 3 und der Spindelstange 2 sind Planeten 13 angeordnet, die sowohl mit der Spindelmutter 3 als auch mit der Spindelstange 2 in Eingriff stehen. Durch Rotation der Spindelmutter 3 erfolgt eine Axialbewegung der Spindelstange 2, wodurch wiederum ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche an Gabelelementen 14 der Hinterachslenkung 11 zumindest mittelbar angeordnet sind, einstellbar ist.
-
Der Aktuator 1 umfasst ferner eine Anordnung zur zumindest axialen Abstützung der Welle bzw. Spindelstange 2, die in 2 auf der rechten Seite angedeutet und anhand der 3a bis 6 anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben wird.
-
Nach 3a bis 6 weist die Spindelstange bzw. Welle 2 eine umlaufende Nut 6 auf, in die ein geteilter Spannring 5 mit zwei identischen Ringsegmenten 5a, 5b eingesetzt ist. In 3a sind die Ringsegmente 5a, 5b vor der Montage dargestellt. Die Pfeile symbolisieren die Montagerichtung der Ringsegmente 5a, 5b von radial außen in die Nut 6. Die Nut 6 ist derart ausgebildet, dass die Ringsegmente 5a, 5b nahezu spielfrei in der Nut 6 angeordnet sind. Mit anderen Worten werden die Ringsegmente 5a, 5b derart in die Nut 6 eingesetzt, dass sie darin verklemmt sind und ein ungewolltes Herausfallen wenigstens für die Dauer der Montage verhindert wird. Die Ringsegmente 5a, 5b kommen nach der Montage aneinander zur Anlage und bilden den Spannring 5 aus.
-
Wie in 3b gezeigt ist, weist der Spannring 5 einen größeren Außendurchmesser auf als die Welle 2, wodurch eine Anschlagfläche bereitgestellt wird, über die die Welle 2 an weiteren Bauteilen, insbesondere an Lagerelementen oder direkt am Gehäuse 12, axial abgestützt wird. Der größere Außendurchmesser des Spannrings 5 bildet somit einen Anschlag zur axialen Abstützung der Welle 2. Die Ringsegmente 5a, 5b werden während und nach der Montage nicht mechanisch miteinander verbunden. Unter einer mechanischen Verbindung ist beispielsweise eine Schweißverbindung zu verstehen, auf die vorliegend verzichtet werden kann, denn an die Welle 2 wird nach dem Einsetzen der Ringsegmente 5a, 5b in die Nut 6 eine Überwurfmutter 7 zur radialen Sicherung der Ringsegmente 5a, 5b angeordnet. Damit sind die Ringsegmente 5a, 5b lösbar miteinander und lösbar mit der Welle 2 verbunden. Denkbar ist auch, dass die Ringsegmente 5a, 5b miteinander und/oder mit der Welle 2 verklebt werden, wenn ein Verklemmen der Ringsegmente 5a, 5b in der Nut 6 nicht ausreicht. Die Klebeverbindung kann nachträglich wieder gelöst werden.
-
Zur Anordnung der Überwurfmutter 7 an der Spindelstange 2, weist die Spindelstange bzw. Welle 2 ein Außengewinde 8 und die Überwurfmutter 7 ein Innengewinde 9 auf.
-
Die Überwurfmutter 7 wird auf der Welle 2 angeordnet, sodass diese radial innerhalb der Überwurfmutter 7 liegt. Die Überwurfmutter 7 wird in Richtung des Pfeiles nach 3c auf die Welle 2 aufgeschraubt, bis sich der Spannring 5 gemäß 3d in Verbindung mit 4 radial innerhalb der Überwurfmutter 7 befindet. Vorliegend ist die Überwurfmutter 7 derart ausgebildet, dass sie spielfrei zu den Ringsegmenten 5a, 5b angeordnet ist. Alternativ weisen die Überwurfmutter 7 eine in Axialrichtung wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Innenmantelfläche und die Ringsegmente 5a, 5b eine in Axialrichtung wenigstens teilweise rampenförmig ansteigende Außenmantelfläche auf, um die Ringsegmente 5a, 5b während des Aufschraubens der Überwurfmutter 7 radial vorzuspannen. Die Innenmantelfläche der Überwurfmutter 7 und die Außenmantelfläche der Ringsegmente 5a, 5b bilden dabei bei dem Aufschrauben der Überwurfmutter 7 aneinander abgleitende Kontaktflächen aus, die gegenläufig ansteigend ausgebildet sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3d werden die Axialkräfte aus der Spindelstange 2 über den Spannring 5 und die Überwurfmutter 7 weitergeleitet, beispielsweise direkt in das Gehäuse 12 der Hinterachslenkung 11.
-
5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Anordnung zur zumindest axialen Abstützung der Welle bzw. Spindelstange 2. Vorliegend weist die Überwurfmutter 7 eine Schulter 10 zur axialen Abstützung der Welle 2 an einem Lagerelement 15 auf, wobei die Überwurfmutter 7 im Kraftfluss zwischen dem Spannring 5 und dem Lagerelement 15 angeordnet ist.
-
6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Anordnung zur zumindest axialen Abstützung der Welle bzw. Spindelstange 2, die sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 5 dahingehend unterscheidet, dass sich das Lagerelement 15 axial an einer Stirnfläche 16 der Überwurfmutter 7 abstützt. Das Lagerelement 15 ist hier direkt auf der Welle 2 montiert.
-
7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Anordnung zur zumindest axialen Abstützung der Welle bzw. Spindelstange 2. Vorliegend sind der Spannring 5 und die Überwurfmutter 7 derart ausgeformt, dass sich der Spannring 5 direkt am Lagerelement 15 abstützt, wodurch die Überwurfmutter 7 ausschließlich die Funktion der radialen Sicherung der Ringsegmente 5a, 5b erfüllt. Die Überwurfmutter 7 kommt ebenfalls am Lagerelement 15 zur Anlage und nimmt den Spannring 5 radial auf. Die Überwurfmutter 7 weist in diesem Fall kein Innengewinde auf und kann auf den Spannring 5 aufgepresst sein. Mithin wird die Überwurfmutter 7 in diesem Ausführungsbeispiel nicht auf die Welle bzw. Spindelstange 2 aufgeschraubt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Aktuator
- 2
- Spindelstange bzw. Welle
- 3
- Spindelmutter
- 4
- Gewindetrieb
- 5
- Spannring
- 5a, 5b
- Ringsegment
- 6
- Nut
- 7
- Überwurfmutter
- 8
- Außengewinde
- 9
- Innengewinde
- 10
- Schulter
- 11
- Hinterachslenkung
- 12
- Gehäuse
- 13
- Planet
- 14
- Gabelelement
- 15
- Lagerelement
- 16
- Stirnfläche der Überwurfmutter
