-
Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator, umfassend eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei die Schubstange gelagert ist und eine Verdrehsicherung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Achslenkung, also eine Vorderachslenkung oder eine Hinterachslenkung, für ein Fahrzeug mit einem derartigen Linearaktuator.
-
Aus der
DE 10 2019 132 284 A1 geht eine Lenkanordnung hervor, umfassend ein nicht-zylindrisches Lenkelement, das sich entlang einer Mittelachse zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende durch ein Gehäuse erstreckt. Das nicht-zylindrische Lenkelement weist eine erste Seite, eine zweite Seite, die sich von der ersten Seite aus erstreckt, eine dritte Seite, die sich von der zweiten Seite aus erstreckt und der ersten Seite gegenüberliegt, und eine vierte Seite, die sich von der dritten Seite aus erstreckt und der zweiten Seite gegenüberliegt, auf. Ferner umfasst die Anordnung eine Verstellanordnung, umfassend ein erstes Verstellelement, das angeordnet ist, um eine erste Vorspannkraft auf die erste Seite und eine zweite Vorspannkraft auf die zweite Seite aufzubringen, und ein zweites Verstellelement, das angeordnet ist, um in die dritte Seite und die vierte Seite einzugreifen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Linearaktuator weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird durch einen Linearaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
-
Ein erfindungsgemäßer Linearaktuator umfasst eine Schubstange mit wenigstens einem nicht-zylindrischen Abschnitt, wobei die Schubstange innerhalb eines Gehäuses longitudinal verlagerbar ist, wobei am Bereich des jeweiligen nicht-zylindrischen Abschnitts der Schubstange wenigstens eine Lineargleitlageranordnung zur axialen Führung der Schubstange sowie zur Drehmomentabstützung angeordnet ist, wobei die Lineargleitlageranordnung wenigstens zwei Gleitelemente aufweist, die am nicht-zylindrischen Abschnitt der Schubstange zur Anlage kommen und dazu eingerichtet sind, die Schubstange kardanisch zu lagern sowie gegen ein Verdrehen um ihre Längsachse zu sichern.
-
Der Linearaktuator ist dazu vorgesehen, ein axiales Verlagern der Schubstange gegenüber einem ortsfesten Bauteil, insbesondere einem Gehäuse des Aktuators, auszuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Linearaktuator in einer Achslenkung integriert. Durch axiales Verlagern der Schubstange wird ein Lenkwinkels von mit dem Linearaktuator wirkverbundenen Fahrzeugrädern an einer Achse des Fahrzeugs, also an einer Hinter- oder Vorderachse des Fahrzeugs, eingestellt. Dadurch wird beispielsweise eine Kurvenfahrt des Fahrzeugs eingeleitet oder unterstützt. Die Schubstange weist dazu an dessen freien Enden vorzugsweise eine jeweilige Gabelanbindung mit einem Gabelelement oder eine Gelenkanordnung auf, an dem das jeweilige Fahrzeugrad zumindest mittelbar aufgenommen ist.
-
Die Schubstange ist bevorzugt ein- oder mehrteilig ausgebildet und weist eine zumindest mittelbar damit verbundene sowie konzentrisch dazu angeordnete Gewindespindel auf. Vorzugsweise ist die Schubstange wenigstens zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Schubstangensegmente über die Gewindespindel miteinander verbunden sein können. Ferner kann der Aktuator eine Verdrehsicherung und/oder ein Target aufweisen, das mit einer Sensorplatine wechselwirkt, insbesondere um eine axiale Position der Schubstange relativ zum Antrieb des Linearaktuators und/oder zum Gehäuse zu bestimmen. Es kann ein Lenkweg oder ein Lenkeinschlag erfasst werden.
-
Eine Antriebseinheit, beispielsweise in Form eines Elektromotors, ist vorgesehen, eine axial unverschiebliche, drehangetriebene Gewindemutter des Linearaktuators drehanzutreiben, wobei die Gewindemutter mit der Gewindespindel wirkverbunden ist. Die Gewindemutter ist drehbar zum Gehäuse angeordnet und entsprechend am Gehäuse gelagert und abgestützt. Die Gewindemutter kann auch direkt mit dem Rotor eines Hohlwellenmotors verbunden sein. Die Lager des E-Motors übernehmen dann auch die axiale Abstützung des Gewindemutter. Die Gewindespindel ist zumindest mittelbar an der Schubstange angeordnet, wobei die Gewindespindel zusammen mit der Schubstange durch eine Rotation der Gewindemutter in eine Längsverlagerung bzw. in eine longitudinale Verlagerung gegenüber dem Gehäuse bzw. der Gewindemutter versetzt wird. Mithin bilden die Gewindespindel und die Gewindemutter einen Gewindetrieb, wobei durch den Drehantrieb der Gewindemutter zumindest mittelbar eine lineare Stellbewegung der Schubstange erfolgt. Der Gewindetrieb kann beispielsweise als Kugelgewindetrieb, Trapezgewindetrieb oder als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet sein. Ferner kann die Antriebseinheit eine Getriebeeinrichtung umfassen, die beispielsweise als Riemen- oder Kettengetriebe ausgebildet ist und mit der Gewindemutter wirkverbunden ist.
-
Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten können zwischen Segmenten der Schubstange weitere Bauteile oder Elemente, wie beispielsweise die Gewindespindel und/oder ein Schlitten, angeordnet sein.
-
Unter einer Wirkverbindung oder miteinander wirkverbundenen Bauteilen ist insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen oder Elementen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt, also unmittelbar, oder mittelbar, beispielsweise über eine Übersetzungsstufe, erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle erfolgen. Bei einer mittelbaren Verbindung kann zwischen den beiden Bauteilen oder Elementen ein weiteres dazwischen angeordnetes Bauteil oder Element vorgesehen sein. Beispielsweise können zwischen zwei Wellen weitere Wellen wirksam angeordnet sein.
-
Die Schubstange ist einerseits am Gewindetrieb und andererseits an der jeweiligen Lineargleitlageranordnung gelagert und am Gehäuse abgestützt. Die jeweilige Lineargleitlageranordnung realisiert zudem eine Führung der Schubstange in Längsrichtung. Die Lineargleitlageranordnung weist außerdem kardanische Eigenschaften auf, um Winkelfehler an den Lagerstellen ausgleichen zu können. Das bedeutet, dass die Schubstange an der jeweiligen Lineargleitlageranordnung um zwei Achsen schwenkbar oder verformbar gelagert ist. Die kardanischen Eigenschaften der Lineargleitlageranordnung ermöglichen Durchbiegungen der Schubstange.
-
Dies kardanische Lagerung der Schubstange erfolgt über die Gleitelemente, die vorzugsweise in Richtung der Schubstange, also quer bzw. senkrecht zur Verlagerungsrichtung bzw. Längsachse der Schubstange, federvorgespannt sind. Die Gleitelemente kommen am nicht-zylindrischen Abschnitt der Schubstange zur Anlage. Die Federvorspannung ermöglicht eine spielfreie Drehmomentabstützung der Schubstange gegenüber dem Gehäuse, um insbesondere bei Drehmomentumkehr keine Flankenwechselgeräusche zu erzeugen. Die spielfreie Drehmomentabstützung bzw. das vergleichsweise kleine Drehmoment-Umkehrspiel sorgt außerdem für ein besseres Messsignal, wenn an der Schubstange ein Target angeordnet ist. Die Gleitelemente sind vorzugsweise derart um den nicht-zylindrischen Abschnitt angeordnet, dass die jeweilige Vorspannrichtung der Gleitelemente auf die Längsachse der Schubstange zu verläuft. Die Gleitelemente sind folglich Druckstücke, zwischen denen die Schubstange angeordnet, axial geführt und kardanisch gelagert wird. Die Gleitelemente sind insbesondere derart angeordnet und ausgelegt, dass die Schubstange um zwei Achsen, insbesondere um eine horizontale Achse und eine vertikale Achse, verschwenken kann.
-
Die Federvorspannung der Gleitelemente kann durch ein oder mehrere Federelemente erfolgen, das bzw. die bei der Montage des Linearaktuators in Richtung der Schubstange bzw. quer zur Längsachse der Schubstange axial vorgespannt werden. Das jeweilige Federelement weist federelastische Eigenschaften auf. Unter „federelastisch“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine solche Materialeigenschaft zu verstehen, bei welcher eine aufgrund einer äußeren Kraft eingetretene Verformung oder Auslenkung beim Entfernen der äußeren Kraft eine unmittelbare Rückverformung des Federelements zur Folge hat.
-
Über den nicht-zylindrischen Abschnitt der Schubstange, der zwischen den wenigstens zwei Gleitelementen angeordnet ist, wird die Verdrehsicherung der Schubstange realisiert. Die Gleitelemente sind im Wesentlichen komplementär zur äußeren Form des nicht-zylindrischen Abschnitts ausgebildet, wodurch ein Verdrehen der Schubstange um dessen Längsachse verhindert wird. Anders gesagt kommt es in Rotationsrichtung um die Längsachse der Schubstange herum zu einem Formschluss zwischen der Schubstange und der jeweiligen Lineargleitlageranordnung. Der nicht-zylindrische Abschnitt kann im Prinzip jede beliebige Form, mit Ausnahme einer kreisrunden Außenumfangsfläche, aufweisen. Vorteilhaft kann eine ovale Form sein. Besser ist jedoch eine eckige Form, beispielsweise ausgeführt als dreieckige, viereckige oder polygonale Querschnittsform. Mithin ist die Schubstange im Bereich des nicht-zylindrischen Abschnitts als Dreieckstab, Viereckstab bzw. Polygonstab ausgebildet und weist entsprechend Dreieckstab-, Viereckstab- bzw. Polygonstabflächen auf, die am jeweiligen Gleitelement zur Anlage kommen, und umgekehrt.
-
Das jeweilige Gleitelement weist schubstangenseitig eine reibungsreduzierte Oberfläche auf, um eine möglichst verlustfreie Längsverlagerung der Schubstange relativ zur Lineargleitlageranordnung zu gewährleisten. Das jeweilige Gleitelement kann mehrere Gleitsegmente umfassen, die miteinander verbunden sein können. Zudem kann das jeweilige Gleitelement mehrteilig ausgebildet sein, wobei jedes Teil des jeweiligen Gleitelements, wie nachfolgend näher beschrieben wird, funktional ausgebildet ist.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel weist der nicht-zylindrische Abschnitt der Schubstange eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einer dritten Seite auf, wobei die Lineargleitlageranordnung je ein Gleitelement für jede Seite des nicht-zylindrischen Abschnitts der Schubstange umfasst. Mit anderen Worten weist die Lineargleitlageranordnung drei Gleitelemente auf, die die axiale Führung sowie die kardanische Lagerung der Schubstange realisieren. An jeder Seite des nicht-zylindrischen Abschnitts ist die Schubstange im Wesentlichen flächig ausgebildet, um ein sicheres und möglichst reibungsarmes Abgleiten der Schubstange über die Gleitflächen der Gleitelemente zu gewährleisten.
-
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der nicht-zylindrische Abschnitt der Schubstange eine im Wesentlichen quaderförmige Querschnittsform mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite, einer dritten Seite und einer vierten Seite auf, wobei die Lineargleitlageranordnung ein Gleitelement für jede der Seiten des nicht-zylindrischen Abschnitts der Schubstange umfasst. Mit anderen Worten weist die Lineargleitlageranordnung vier Gleitelemente auf, die jeweils an einer Seite des nicht-zylindrische Abschnitts zur Anlage kommen, um die axiale Führung sowie die kardanische Lagerung der Schubstange sicherzustellen. An jeder Seite des nicht-zylindrischen Abschnitts ist die Schubstange bevorzugt im Wesentlichen flächig ausgebildet, um ein sicheres und möglichst reibungsarmes Abgleiten der Schubstange über die Gleitflächen der Gleitelemente zu gewährleisten.
-
Der Querschnitt der Schubstange ist über die axiale Länge des nicht-zylindrischen Abschnitts im Wesentlichen konstant, das heißt die Querschnittsfläche und die äußere Form ist über die axiale Länge gleichbleibend bzw. unverändert ausgebildet.
-
Die äußere Form des nicht-zylindrischen Abschnitts stellt die Verdrehsicherung der Schubstange sicher, wobei die Gleitelemente derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Schubstange um eine durch die Lineargleitlageranordnung geführte erste Achse sowie um eine ebenfalls durch die Lineargleitlageranordnung zweite Achse schwenkbar angeordnet ist.
-
Vorzugsweise sind wenigstens zwei der Gleitelemente über ein elastisches Element oder ein elastisches Formstück miteinander verbunden. Das elastische Element kann ein separates Formteil sein, das am jeweiligen Gleitelement aufgenommen ist, und zwei Gleitelemente miteinander lösbar verbindet. Das elastische Element lässt bei einer Verformung der Schubstange eine Bewegung der Gleitelemente zur Sicherstellung des kardanischen Effekts der Lineargleitlageranordnung zu. Das elastische Element kann ein Federring sein, der zwei Gleitelemente wenigstens teilweise umgreift. Alternativ kann das elastische Element ein Elastomerverbinder sein.
-
Ferner alternativ können zwei Gleitelemente einteilig über das elastische Formstück miteinander verbunden sein. In diesem Sinn sind die beiden verbundenen Gleitelemente direkt oder indirekt zu einem im Wesentlichen einteiligen Gleitelementpaar zusammengefasst. Das elastische Formstück fungiert als Verbindungsarm oder Koppelsteg, der derart ausgebildet ist, dass eine Beweglichkeit der Gleitelemente relativ zueinander sichergestellt ist, um eine Verformung der Schubstange zu ermöglichen. Die Verbindung von zwei Gleitelementen hat den Vorteil, dass eine Montage der Lineargleitlageranordnung vereinfacht wird.
-
Bevorzugt umfasst das jeweilige Gleitelement wenigstens einen Lagerschuh mit einer dazugehörigen und der Schubstange zugewandten Gleitscheibe. Das Gleitelement kann mit anderen Worten mehrteilig ausgebildet sein, wobei jedes Segment des Gleitelements funktional ausgebildet ist. Der Lagerschuh ist dazu vorgesehen, eine einfache Montage sowie einen sicheren Sitz des jeweiligen Gleitelements im Gehäuse zu gewährleisten. Der jeweilige Lagerschuh ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet. Dadurch ist das Gleitelement vergleichsweise leicht, sodass das Gesamtgewicht des Linearaktuators reduziert wird. Der jeweilige Lagerschuh ist bevorzugt mittels Spritzgießverfahren hergestellt. Insbesondere ist das Gleitelement mittels 2K-Spritzgißeverfahren herstellbar, wobei die schubstangenseitig angeordnete Gleitscheibe, die bevorzugt aus einem reibungsreduzierenden Material ausgebildet ist als der Lagerschuh, mit dem Kunststoff des Lagerschuhs umspritzt sein kann. Ferner ist denkbar, den Lagerschuh im 3D-Druck zu fertigen.
-
Die jeweilige Gleitscheibe ist vorzugsweise aus umgeformtem Blech ausgebildet. Ein Blech ist ein flaches metallisches Bauteil, dessen Breite und Länge um ein Vielfaches größer sind als dessen Dicke. In diesem Sinn ist die Gleitscheibe des jeweiligen Gleitelements bevorzugt aus einem Metall ausgebildet. Die Gleitscheibe ist dazu eingerichtet, eine möglichst reibungsarme axiale Verlagerung und kardanische Lagerung der Schubstange sicherzustellen. Die Gleitscheibe kann alternativ aus Kunststoff ausgebildet sein. Ferner ist denkbar, dass die Gleitscheibe schubstangenseitig eine reibungsreduzierende Beschichtung aufweist.
-
Der Lagerschuh weist bevorzugt wenigstens eine Ausnehmung, einen oder mehrere Hohlräume und/oder eine Wabenstruktur auf. Dadurch kann das Bauteilgewicht zusätzlich reduziert werden. Die Struktur kann alternativ oder ergänzend derart ausgebildet sein, dass Formelemente oder Kragen der Gleitscheibe formschlüssig darin aufgenommen werden, um einen sicheren Sitz der Gleitscheibe sicherzustellen.
-
Die Erfindung schließt in diesem Sinn die technische Lehre ein, dass die Gleitscheibe form- und/oder reibschlüssig mit dem dazugehörigen Lagerschuh verbunden ist. Die Gleitscheibe kann beispielsweise wenigstens einen stiftförmigen Formabschnitt aufweisen, der jeweils in eine komplementäre Ausnehmung am Lagerschuh mit Übermaß eingepresst ist. In diesem Sinn ist die Gleitscheibe und der dazugehörige Lagerschuh im Wesentlichen reibschlüssig miteinander verbunden. Alternativ oder ergänzend kann an der Gleitscheibe wenigstens ein rohrförmiger Abschnitt ausgebildet sein, der durch plastisches Umformen im Wesentlichen formschlüssig mit dem Lagerschuh verbunden sein kann. Insbesondere ist ein Bördelsitz zwischen der Gleitscheibe und dem dazugehörigen Lagerschuh denkbar, wobei der rohrförmige Abschnitt gebördelt wird. Ferner kann die Gleitscheibe elastisch verformbare Rastelemente aufweisen, die in jeweilige Hinterschnitte am Lagerschuh eingeclipst werden.
-
Vorzugsweise weist das jeweilige Gleitelement schubstangenseitig Vertiefungen zur Aufnahme von Schmiermittel auf. Die Vertiefungen sind Prägungen an der der Schubstange zugewandten Seite des jeweiligen Gleitelements, die als Schmiermittelreservoirs bzw. -taschen zum Vorhalten von Schmiermittel dienen. Die Ausbildung der Vertiefungen ist anwendungsabhängig. Die Vertiefungen können punktuelle Vertiefungen oder Vertiefungsrillen sein, die auf der schubstangenseitigen Oberfläche der Gleitscheibe verteilt angeordnet sind.
-
Für den Fall, dass das Gleitelement aus einem Material einteilig ausgebildet ist, können ebenfalls Vertiefungen auf der schubstangenseitigen Oberfläche des Gleitelements angeordnet sein.
-
Bevorzugt weist das jeweilige Gleitelement gehäuseseitig eine Aussparung auf. Am Gehäuse des Linearaktuators ist eine Fassung ausgebildet, die zur Aufnahme der Lineargleitlageranordnung dient. Die Fassung des Gehäuses ist derart ausgebildet, dass ein Außenumfang des Gleitelements an einem im Wesentlichen korrespondierenden Innenumfang der Fassung zur Anlage kommt und im Fall einer Verformung der Schubstange daran abgleiten kann. Die Gleitelemente werden bei Verformung der Schubstange radial gegen die Innenwandung des Gehäuses bzw. der Fassung gedrückt. Vorzugsweise weist das Gehäuse eine zylindrische Innenwandung und die Gleitelemente eine entsprechende wenigstens teilkreisförmige Außenwandung auf.
-
Als Aussparung ist im Sinn dieser Erfindung einer Materialrücknahme, beispielsweise ausgebildet als Abflachung, zu verstehen, die ein Anlagefläche des Gleitelements am Innenumfang des Gehäuses unterbricht. Die Aussparung ist bevorzugt an der Außenwandung des jeweiligen Gleitelements angeordnet und führt zu definierten Anlagebereichen mit dem Gehäuse. Alternativ kann die Aussparung an der Innenumfangsfläche der Fassung des Gehäuses in Form einer Vertiefung, insbesondere einer Nut, ausgebildet sein. Die Aussparung bewirkt ein im Wesentlichen flächiges zur Anlagekommen des Gleitelements am Gehäuse, insbesondere bei Toleranzschwankungen. Mithin können durch die Aussparung geringe Toleranzschwankungen ausgeglichen werden. Bei einer zwei- oder mehrteiligen Ausbildung des Gleitelements ist die Aussparung vorzugsweise am Lagerschuh, insbesondere am Außenumfang des Lagerschuhs, ausgebildet.
-
Ein derartiger Linearaktuator wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Achslenkung eines Fahrzeugs eingesetzt. Das Fahrzeug kann eine oder mehrere Hinterachsen sowie eine oder mehrere Vorderachsen aufweisen, wobei jeweils eine oder mehrere der genannten Achsen eine jeweilige erfindungsgemäße Achslenkung mit einem jeweiligen Linearaktuator aufweisen. Mithin kann die hier vorgeschlagene Achslenkung als Vorderachslenkung und/oder als Hinterachslenkung für ein Fahrzeug eingesetzt werden.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
- 1 eine vereinfachte schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Achslenkung mit einem erfindungsgemäßen Linearaktuator,
- 2 eine schematische Perspektivschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Linearaktuators nach 1,
- 3 eine schematische Explosionsdarstellung der Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß den 1 und 2,
- 4 eine zweite schematische Querschnittdarstellung durch eine Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß 1 bis 3,
- 5 eine schematische Teillängsschnittdarstellung durch die Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß den 1 bis 4,
- 6a eine schematische Längsschnittdarstellung durch die Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß den 1 bis 5,
- 6b eine detaillierte Längsschnittdarstellung durch die Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß 6a,
- 7a eine schematische Perspektivdarstellung eines Gleitelements der Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß den 1 bis 8,
- 7b eine schematische Perspektivdarstellung eines Lagerschuhs des Gleitelements nach 8a,
- 7c eine schematische Perspektivdarstellung einer Gleitscheibe des Gleitelements nach 8a und 8b,
- 7d eine schematische Schnittdarstellung des Gleitelements nach den 8a bis 8c,
- 8a eine schematische Perspektivdarstellung einer Gleitscheibe des Gleitelements der Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 8b eine schematische Schnittdarstellung des Gleitelements nach 8a,
- 9a eine erste schematische Perspektivdarstellung eines Gleitelements der Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 9b eine zweite schematische Perspektivdarstellung des Gleitelements nach 10a,
- 9c eine schematische Perspektivdarstellung von zwei über ein elastisches Element miteinander verbundenen Gleitelementen nach 9a und 9b,
- 9d eine schematische Schnittdarstellung durch die beiden Gleitelemente nach 9c,
- 9e eine schematische Perspektivdarstellung des elastischen Elements nach den 9c und 9d,
- 10a eine erste schematische Perspektivdarstellung eines Gleitelements der Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß einer vierten Ausführungsform,
- 10b eine zweite schematische Perspektivdarstellung des Gleitelements nach 10a,
- 10c eine schematische Perspektivdarstellung von zwei über ein elastisches Element miteinander verbundenen Gleitelementen nach 10a und 10b,
- 10d eine schematische Perspektivdarstellung des elastischen Elements nach den 10c und 10d,
- 11a eine erste schematische Perspektivdarstellung von zwei über ein elastisches Formstück miteinander verbundenen Gleitelementen gemäß einer fünften Ausführungsform,
- 11b eine schematische Schnittdarstellung durch die beiden Gleitelemente nach 11a,
- 11c eine erste schematische Explosionsdarstellung der beiden Gleitelemente nach 11a und 11b,
- 11d eine zweite schematische Explosionsdarstellung der beiden Gleitelemente nach den 11 a bis 11 c,
- 12a eine schematische Perspektivdarstellung der Lineargleitlageranordnung des erfindungsgemäßen Linearaktuators gemäß einer sechsten Ausführungsform,
- 12b eine schematische Schnittdarstellung der Lineargleitlageranordnung gemäß 12a,
- 12c eine schematische Perspektivdarstellung eines ersten Gleitelements der Lineargleitlageranordnung nach 12a und 12b,
- 12d eine erste schematische Perspektivdarstellung eines dritten Gleitelements der Lineargleitlageranordnung nach den 12a bis 12c, und
- 12e eine zweite schematische Perspektivdarstellung des dritten Gleitelements der Lineargleitlageranordnung nach 12d.
-
Gemäß 1 ist eine als Vorderachslenkung ausgebildete Achslenkung 14 für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug dargestellt, das einen Linearaktuator 1 mit einem Gehäuse 3 umfasst, in dem eine in den nachfolgenden Figuren dargestellte Schubstange 2 longitudinal geführt ist. Mittels der Schubstange 2 ist ein Lenkwinkel von jeweiligen - hier ebenfalls nicht gezeigten - Fahrzeugrädern, welche zumindest mittelbar an Kugelgelenken 34 der Achslenkung 14 angeordnet sind, einstellbar ist. Ferner weist die Achslenkung 14 eine - nicht näher beschriebene - Antriebseinheit 15 auf, welche die Schubstange 2 relativ zum Gehäuse 3 zumindest mittelbar in eine Längsverlagerung versetzt.
-
In den 2 bis 5 sowie 12a und 12b ist ein nicht-zylindrischer Abschnitt 4 der Schubstange 2 gezeigt. In den 2 bis 5 weist der nicht-zylindrische Abschnitt 4 der Schubstange 2 eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsfläche zur Ausbildung eines 4-Kant-Polygonstabs auf, wohingegen der nicht-zylindrische Abschnitt 4 der Schubstange 2 eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsfläche zur Ausbildung eines 3-Kant-Polygonstabs aufweist.
-
Am Bereich des nicht-zylindrischen Abschnitts 4 der Schubstange 2 ist eine Lineargleitlageranordnung 5 zur axialen Führung der Schubstange 2 sowie zu dessen Drehmomentabstützung angeordnet. In einer Basisausführung nach den 2 bis 7d weist die Lineargleitlageranordnung 5 vier in Richtung der Schubstange 2, also quer zur Verlagerungsrichtung der Schubstange 2 federvorgespannte Gleitelemente 6a, 6b, 6c, 6d auf, die an je einer Seitenfläche 9a, 9b, 9c, 9d des nicht-zylindrischen Abschnitts 4 der Schubstange 2 zur Anlage kommen, vgl. 4. Die Schubstange 2 weist insofern eine im Wesentlichen quaderförmige Querschnittsform mit einer ersten Seite 9a, einer zweiten Seite 9b, einer dritten Seite 9c und einer vierten Seite 9d auf. Die Schubstange 2 ist bezogen auf eine Horizontale rautenförmig im Gehäuse angeordnet, wobei die Gleitelemente 6a - 6d im Querschnitt dreieckig ausgebildet und derart zueinander ausgerichtet sowie im Gehäuse 3 angeordnet sind, dass die Schubstange 2 kardanisch, also um zwei Achsen verschwenkbar, gelagert ist. Die Schwenkachsen 35, 36 sind exemplarisch in 12a gezeigt und analog auf die anderen Beispiele anwendbar. Die Ausrichtung der Schwenkachsen 35, 36 ist vorliegend senkrecht bzw. vertikal bzw. waagerecht bzw. horizontal. Je nach Anordnung des Linearaktuators 1 bzw. der Achslenkung 14 am Fahrzeug kann die Ausrichtung der Schwenkachsen 35, 36 durch entsprechende Anpassung der Ausrichtung der Lineargleitlageranordnung 5 beliebig eingestellt werden.
-
Ein Kippen der Schubstange 2 um einen bestimmten Winkel bewirkt vereinfacht gesagt, dass sich jedes Gleitelement 6a - 6d gegenläufig um den gleichen Winkel schwenkt. Dieses Verhältnis gilt insbesondere bei kleinen Winkeln. Am vorliegenden Beispiel und unter Betrachtung von 4 können sich die Gleitelemente 6a - 6d um eine horizontale Achse und um eine vertikale Achse verdrehen. Die hier gezeigte Form des nicht-zylindrischen Abschnitts 4 der Schubstange 2 mit der entsprechenden Lagerung in der Lineargleitlageranordnung 5 durch die Gleitelemente 6a - 6d verhindert zudem ein Verdrehen der Schubstange 2 um dessen Längsachse.
-
Die Lineargleitlageranordnung 5 umfasst gemäß den 4 und 5 ferner eine Stützscheibe 16, ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 17, eine Druckfeder 18 sowie eine Einstellschraube 19. Mittels der Einstellschraube 19 werden die genannten Teile in Richtung der Gleitelemente 6a - 6d gedrückt, wobei durch die Druckfeder 18 die Federvorspannung der Gleitelemente 6a - 6d realisiert wird. Die Stützscheibe 16 stellt ein flächiges Anliegen der der Stützscheibe 16 zugewandten Gleitelemente 6a, 6b sowie einen sicheren Halt der Druckfeder 18 sicher, wobei das Dichtelement 17 den Innenraum des Linearaktuators 1 abdichtet. Durch die Federvorspannung wird eine spielfreie Drehmomentabstützung sowie verdrehsteife Anordnung der Schubstange 2 realisiert. Es ist denkbar die Druckfeder 18 sowie die Stützscheibe 16 als zusammenhängendes Bauteil auszubilden. So kann eine speziell gestaltete Tellerfeder z. B. mit radial nach innen erstreckenden Fingern die Funktionen der Druckfeder 18 und der Stützscheibe 16 übernehmen.
-
Gemäß 5 ist an der Schubstange 2 ein Target 20 angeordnet, das mit einer Sensorplatine 21 zur Bestimmung eines Lenkwinkels der mit der Achslenkung 14 wirkverbundenen Räder des Fahrzeugs wechselwirkt. Vorliegend umfasst der Linearaktuator 1 einen innerhalb des Gehäuses 3 vorgesehenen Raum 22 zur Aufnahme einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik.
-
Die 7a bis 7d zeigen das erste Gleitelement 6a der Lineargleitlageranordnung 5 im Detail. Die übrigen Gleitelemente 6b - 6d sind identisch dazu ausgebildet und werden daher nicht erneut gezeigt. Die Anordnung der Gleitelemente 6a - 6d ist in den 2 bis 6b detailliert gezeigt.
-
Vorliegend ist das erste Gleitelement 6a zweiteilig ausgebildet, bestehend aus einem aus Kunststoff ausgebildeten Lagerschuh 7 sowie einer aus einem Metall ausgebildeten Gleitscheibe 8. Die Gleitscheibe 8 ist plastisches Umformen, insbesondere durch Tiefziehen, herstellbar. Die Oberseite bzw. die der Schubstange 2 zugewandte Seite der Gleitscheibe 8 hat reibungsmindernde Eigenschaften, wohingegen der Lagerschuh 7 leichtbauend ausgebildet ist, was sich auch in der in 7b gezeigten Wabenstruktur mit Hohlräumen zeigt. Zudem weist das erste Gleitelement 6a schubstangenseitig Vertiefungen 12 zur Aufnahme von - nicht gezeigtem - Schmiermittel auf. Auch die Vertiefungen 12 werden durch Umformen hergestellt.
-
Der Lagerschuh 7 weist nach 7b eine Öffnung 23 auf, die zur Aufnahme eines an der Gleitscheibe 8 angeformten Stifts 24 nach 7c ausgebildet ist. Der Lagerschuh 7 und die Gleitscheibe 8 werden gefügt, wobei ein Pressverband zur Realisierung einer im Wesentlichen reibschlüssigen Verbindung erzeugt wird. Hier wird der Stift 24 mit Übermaß in die Öffnung 23 eingepresst. Der Presssitz ist am Querschnitt in 7d gezeigt.
-
Eine alternative Verbindung zwischen dem Lagerschuh 7 und der Gleitscheibe 8 zeigen die 8a und 8b. Der Stift 24 an der Gleitscheibe 8 ist rohrförmig, also mit einer Öffnung an dessen freien Ende, ausgebildet. Der Stift 24 ist vorliegend ein Nietkragen. Der Stift 24 kann entweder mit einem geringen Spiel oder mittels Einpressen in die Öffnung 23 eingeführt werden. Zusätzlich wird der Stift 24 am freien Ende, also an dem der Gleitscheibe 8 entgegengesetzten Ende des Stifts 24, in einem weiteren Umformschritt durch ein entsprechendes Werkzeug plastisch umgeformt bzw. gebördelt, derart, dass sich das freie Ende des Stifts 24 radial weitet und so in einen Hinterschnitt am Lagerschuh 7 eingreift. Dadurch wird nach 8b ein Bördelsitz erzeugt und die Gleitscheibe 8 und der Lagerschuh 7 werden im Wesentlichen formschlüssig miteinander verbunden.
-
Insbesondere die 6a und 6b zeigen, dass an den Gleitelementen 6a - 6d am Außenumfang 25, also gehäuseseitig, jeweils eine Aussparung 13 am Lagerschuh 7 ausgebildet ist. Die jeweilige Aussparung 13 stellt sicher, dass der Lagerschuh 7 mit dessen Außenumfang 25 flächig am Innenumfang 26 des Gehäuses 3 zur Anlage kommt. Mithin werden Fertigungstoleranzen ausgeglichen.
-
Die Montage der Gleitelemente 6a - 6d der Lineargleitlageranordnung 5 im Gehäuse 3 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Gleitelemente 6a - 6d können manuell eingesetzt und positioniert werden. Alternativ kann ein Montagehilfswerkzeug vorgesehen sein, auf dem eines der Gleitelemente 6a - 6d oder mehrere Gleitelemente 6a - 6d vormontiert und dann, beispielsweise unter Zuhilfenahme von Unterdruck, in die entsprechenden Aufnahmen am Gehäuse 3 eingesetzt werden. Dies betrifft insbesondere die vertikal bzw. in Schwerkraftrichtung unteren Gleitelemente 6c, 6d. Ferner alternativ können jeweils zwei der Gleitelemente 6a - 6d, sinnvollerweise die beiden unterhalb der Schubstange 2 angeordneten Gleitelemente 6c, 6d sowie die beiden oberhalb der Schubstange 2 angeordneten Gleitelemente 6a, 6b, miteinander verbunden werden, und zwar derart, dass einerseits ein einfaches Montieren der Lineargleitlageranordnung 5 und andererseits weiterhin die gewünschten kardanischen Eigenschaften der Lineargleitlageranordnung 5 gegeben sind.
-
Die 9a bis 9e zeigen eine derartige Anordnung der Gleitelemente 6a - 6d. Vorliegend sind die beiden vertikal unter der Schubstange 2 angeordneten Gleitelemente 6c, 6d gezeigt. Die beiden anderen Gleitelemente 6a, 6b sind analog dazu ausgebildet und spiegelverkehrt an der Schubstange 2 zur Anlage kommend angeordnet. Die 9a und 9b zeigen das dritte Gleitelement 6c wobei das vierte Gleitelement 6d spiegelverkehrt dazu ausgebildet ist. Die Gleitelemente 6a und 6b sind im Wesentlichen identisch zu den Gleitelementen 6c und 6d ausgebildet.
-
Insbesondere aus 9c und 9d geht hervor, dass die beiden Gleitelemente 6c, 6d über ein elastisches Element 10, vorliegend ausgebildet als Elastomerverbinder, miteinander verbunden sind. Das elastische Element 10 weist hier zwei Schultern 27a, 27b auf, wobei jede Schulter 27a, 27b in eine dazugehörige Ausnehmung 28 am Gleitelement 6c, 6d eingreift. Vorliegend sind die Gleitelemente 6a - 6d einteilig ausgebildet und kombinieren die Eigenschaften des Lagerschuhs 7 und der Gleitscheibe 8 gemäß den vorherigen Ausführungen.
-
Aus 9c geht zudem hervor, dass die beiden Gleitelemente 6c, 6d an ihren zugewandten Stirnseiten schräg ausgebildet sind. Mit anderen Worten vergrößert sich ausgehend vom elastischen Element 10 ein jeweiliger Spalt 29 zwischen den Gleitelementen 6c, 6d nach außen hin. Dadurch wird eine ungehinderte kardanische Lagerung der Schubstange 2 realisiert, denn die Gleitelemente 6c, 6d können sich relativ zueinander, insbesondere gegenläufig zueinander, verschwenken, um eine Biegung der Schubstange 2 zuzulassen und zu führen. Mit anderen Worten werden elastische Bewegungsfreiheiten für die Gleitelemente 6a - 6d trotz des Verbindungselements 10 zwischen jeweils zwei der vier Gleitelemente 6a - 6d sichergestellt. Diese Eigenschaft haben alle Ausführungsbeispiele gemeinsam.
-
Nach den 10a - 10d sind die Gleitelemente 6a, 6d im Wesentlichen identisch zum vorherigen Ausführungsbeispiel nach den 9a - 9e ausgebildet. Der Unterschied besteht vorliegend lediglich darin, dass am Außenumfang 25 der Gleitelemente 6c, 6d eine Nut 30 zur Aufnahme eines als geöffneter Federring ausgebildeten elastischen Elements 10 angeordnet ist. Innerhalb des elastischen Elements 10 sind also das dritte und vierte Gleitelement 6c, 6d angeordnet. Die beiden anderen Gleitelemente 6a, 6b sind analog dazu ausgebildet und spiegelverkehrt an der Schubstange 2 zur Anlage kommend angeordnet, wobei das erste und zweite Gleitelement 6a, 6b ebenfalls durch ein als geöffneter Federring ausgebildetes elastisches Element 10 verbunden sind. Der Federring kann aus einem Metall drahtförmig ausgebildet sein. Die jeweilige Nut 30 ist tiefer als der Außendurchmesser des elastischen Elements 10, sodass ein Überstand des Federrings zu den Funktionsflächen, insbesondere dem Gehäuse 3, verhindert wird. Aus 10c geht hier ebenfalls hervor, dass die beiden Gleitelemente 6c, 6d an ihren zugewandten Stirnseiten schräg ausgebildet sind, um ein gegenläufiges Verschwenken der miteinander gekoppelten Gleitelemente 6c, 6d ungehindert zu ermöglichen. Der Federring führt die Bewegung der Gleitelemente 6c, 6d.
-
Die Ausführungsbeispiele nach den 9a bis 10d haben gemeinsam, dass die beiden Gleitelementpaare 6a, 6b bzw. 6c, 6d lösbar miteinander verbunden sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 11 a bis 11 d sind die beiden Gleitelementpaare, also das erste und zweite Gleitelement 6a, 6b bzw. das dritte und vierte Gleitelement 6c, 6d zumindest mittelbar einteilig über ein elastisches Formstück 11 miteinander verbunden. Auch in diesem Fall sind lediglich das dritte und vierte Gleitelement 6c, 6d dargestellt, wobei das erste und dritte Gleitelement 6a, 6b analog dazu ausgebildet ist.
-
Vorliegend weisen die Gleitelemente 6c, 6d ebenfalls jeweils einen Lagerschuh 7 sowie eine Gleitscheibe auf. Diesbezüglich sei auf die beiden Ausführungsbeispiele nach 7a bis 8b verwiesen. Hervorzuheben ist, dass vorliegend die Gleitscheiben 8 der beiden Gleitelemente 6c, 6d zusammen gefertigt und daher einteilig miteinander verbunden sind. Das als Verbindungsarm ausgebildete elastische Formstück 11 verbindet an den einander zugewandten Stirnseiten der Gleitelemente 6c, 6d die diagonal gegenüberliegenden Ecken der Gleitscheiben 8 miteinander und ist teilweise wellenförmig ausgebildet, um die elastischen Bewegungsfreiheiten der Gleitelemente 6a - 6d, insbesondere die kardanische Lagerung der Schubstange 2, sicherzustellen. Die beiden Gleitscheiben 8 der Gleitelemente 6c, 6d sind hier aus Kunststoff in V-Anordnung ausgebildet und miteinander über einen gemeinsamen elastisch verformbaren Koppelsteg verbunden.
-
Die beiden Gleitscheiben 8 weisen vorliegend an Stelle eines Stifts oder eines Nietkragens gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen elastisch verformbare Rastelemente 31 auf, welche in die Öffnung 23 am jeweiligen Lagerschuh 7 eingeschoben und eingeclipst werden.
-
Im Gegensatz zu der punktförmigen Ausgestaltung der Vertiefungen 12 an der Gleitscheibe 8 gemäß den vorherigen Ausführungsformen weisen die Gleitscheiben 8 hier jeweils eine sternförmig ausgebildete Vertiefung 12 auf. Außerdem sind nach 11d an der jeweiligen Gleitscheibe 8 lagerschuhseitig mehrere Kragen 32 ausgebildet, die in die komplementär ausgebildete Wabenstruktur des jeweiligen Lagerschuhs 7 eingreifen. Dadurch wird ein fester Sitz der Gleitscheibe 8 am dazugehörigen Lagerschuh 7 sichergestellt. Denkbar ist auch eine einteilige Verbindung der genannten Bauteile. Beispielsweise mittels 2K-Scpritzgussverfahren können die Gleitscheiben 8 als dünne Schicht, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 1 mm direkt an den dazugehörigen Lagerschuh 7 angespritzt werden.
-
Alternativ ist denkbar, dass an Stelle der einteilig verbundenen Gleitscheiben 8 die beiden Lagerschuhe 7 des jeweiligen Gleitelementpaares einteilig miteinander verbunden sind. Dies kann die Herstellungskosten senken, da die Lagerschuhe 7 in einfacher Weise mittels Spritzgießen direkt zusammen fertigbar sind.
-
In einer alternativen Ausgestaltung der Schubstange 2 nach den 12a bis 12e ist diese als 3-Kant-Polygon also mit einer im Wesentlichen dreieckigen Querschnittsform mit einer ersten Seite 9a, einer zweiten Seite 9b und einer dritten Seite 9c ausgebildet. Daher weist die Lineargleitlageranordnung 5 drei Gleitelemente 6a, 6b, 6c auf, also je ein Gleitelement 6a, 6b, 6c für jede Seite 9a, 9b, 9c des nicht-zylindrischen Abschnitts 4 der Schubstange 2. Auch in diesem Beispiel wird durch die spezifische Anordnung und Ausbildung der Gleitelemente 6a - 6c zum einen eine kardanische Lagerung der Schubstange 2 und zum anderen die Verdrehsicherung der Schubstange 2 realisiert.
-
12c zeigt das erste Gleitelement 6a, wobei das zweite Gleitelement 6b spiegelverkehrt dazu ausgebildet. Das erste und zweite Gleitelement 6a, 6b ermöglicht ein Verschwenken der Schubstange 2 um eine im Wesentlichen vertikale Achse. Das dritte Gleitelement 6c ist tellerförmig ausgebildet und ermöglich ein Verschwenken der Schubstange 2 um eine im Wesentlichen horizontale Achse. Dazu weist das dritte Gleitelement 6c nach 12e einen sphärischen Sitz 33 zur Lagerung im Gehäuse 3 auf.
-
Aus 12a geht hervor, dass das erste und zweite Gleitelement 6a, 6b an ihren jeweiligen zugewandten Stirnseiten ausgehend von einer vertikal verlaufenden ersten Schwenkachse 35 im Zentrum der Lineargleitlageranordnung 5 schräg ausgebildet sind. Mit anderen Worten vergrößert sich ausgehend von der Schwenkachse 35 ein jeweiliger Spalt 29 zwischen den Gleitelementen 6a, 6b nach außen hin. Dadurch wird eine ungehinderte kardanische Lagerung der Schubstange 2 ermöglicht, denn die Gleitelemente 6a, 6b können sich relativ zueinander, insbesondere gegenläufig zueinander, verschwenken, um eine Biegung der Schubstange 2 zuzulassen und zu führen. Bei einer Biegung der Schubstange 2 um die erste Schwenkachse 35 nach links oder rechts vergrößert sich einer der Spalte 29 und verkleinert sich der jeweils andere Spalt 29 gleichermaßen, oder umgekehrt.
-
Bei einer Biegung der Schubstange 2 um eine zweite Schwenkachse 36 nach oben oder unten verkippt das dritte Gleitelement 6a entsprechend mit, wodurch sich ein Spalt 37 zwischen dem dritten Gleitelement 6c und den beiden anderen Gleitelementen 6a, 6b an einem axialen Ende der Lineargleitlageranordnung 5 vergrößert und an einem gegenüberliegenden Ende der Lineargleitlageranordnung 5 verkleinert, oder umgekehrt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Linearaktuator
- 2
- Schubstange
- 3
- Gehäuse
- 4
- nicht-zylindrischer Abschnitt der Schubstange
- 5
- Lineargleitlageranordnung
- 6a, 6b, 6c, 6d
- Gleitelemente
- 7
- Lagerschuh
- 8
- Gleitscheibe
- 9a, 9b, 9c, 9d
- Seite des nicht-zylindrischen Abschnitts
- 10
- Elastisches Element
- 11
- Elastisches Formstück
- 12
- Vertiefung
- 13
- Aussparung
- 14
- Achslenkung
- 15
- Antriebseinheit
- 16
- Stützscheibe
- 17
- Dichtelement
- 18
- Druckfeder
- 19
- Einstellschraube
- 20
- Target
- 21
- Sensorplatine
- 22
- Raum
- 23
- Öffnung am Lagerschuh
- 24
- Stift an der Gleitscheibe
- 25
- Außenumfang des Gleitelements
- 26
- Innenumfang des Gehäuses
- 27a, 27b
- Schulter am elastischen Element
- 28
- Ausnehmung am Gleitelement
- 29
- Spalt
- 30
- Nut
- 31
- Rastelement
- 32
- Kragen an der Gleitscheibe
- 33
- Sphärischer Sitz
- 34
- Kugelgelenk
- 35
- Erste Schwenkachse
- 36
- Zweite Schwenkachse
- 37
- Spalt
-
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 102019132284 A1 [0002]
