DE102021202609A1

DE102021202609A1 - Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung sowie Steer-by-wire-Lenkung

Info

Publication number: DE102021202609A1
Application number: DE102021202609.5A
Authority: DE
Inventors: Roland Kienzl; Alejandro Garza Alanis
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-22

Abstract

Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung, vorzugsweise eine Hinterachslenkung, umfassend ein Gehäuse (109), eine Spindelmutter (102) mit einem Innengewinde (102i), welche eine Längsachse (m) aufweist, um welche die Spindelmutter ortsfest und drehbar in dem Gehäuse (109) gelagert ist, eine Spindel (103) mit einem Außengewinde (103a), welche eine Längsachse (s) aufweist, wobei die Spindel (103) in dem Gehäuse (109) entlang ihrer Längsachse (s) axial verschiebbar gelagert ist, wobei das Spindelgewinde (103a) und das Spindelmuttergewinde (102i) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind, so dass mittels Drehbewegung der Spindelmutter (102) die Spindel (103) axial gegenüber der Spindelmutter (102) verschiebbar ist.
Der Aktuator zeichnet sich dadurch aus, dass die Spindel (103) derart im Gehäuse (109) gelagert ist, dass die Längsachse (s) der Spindel (103) und die Längsachse (m) der Spindelmutter (102) sich schneiden oder windschief zueinander oder
parallel zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung sowie eine Hinterachslenkung nach den unabhängigen Ansprüchen.
Es sind Steer-by-wire-Lenkungen bekannt, bei welchen Aktuatoren, auch Stellmotoren genannt, für Lenkungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. In der DE 10 2014 206 934 A1 ist ein Stellmotor mit einem Spindelantrieb offenbart, umfassend eine axial verschiebbare Spindel und eine Spindelmutter. Die Spindelmutter ist in dem Gehäuse des Aktuators gelagert und wird über einen Riementrieb von einem Elektromotor angetrieben. Aufgrund des als Trapezgewinde ausgebildeten Bewegungsgewindes wird die Spindel, welche in gehäuseseitigen Lagern geführt ist und eine Verdrehsicherung aufweist, in axialer Richtung verschoben und wirkt über je eine Gelenkverbindung gleichzeitig auf die Lenkung beider Hinterräder. Der Aktuator, der hier etwa mittig in Bezug auf die Hinterräder im Fahrzeug angeordnet ist, wirkt somit nach zwei Seiten oder zweifach und wird auch Zentralsteller genannt. Für die Steer-by-wire-Lenkung sind andererseits auch einfach wirkende Aktuatoren bekannt, welche nur nach einer Seite, d. h. nur auf ein Rad wirken und daher in der Nähe zu den Rädern angeordnet sind. Diese werden auch Einzelsteller genannt und sind z.B. aus der DE 10 2013 107 827 A1 bekannt.
Für einen laufruhigen Betrieb sind die an der Verlagerung der Spindel beteiligten Bauteile, wie Spindel, Spindelmutter und Lager in der Regel fluchtend in dem Gehäuse angeordnet. Mit anderen Worten weisen diese eine gemeinsame Längsachse auf. In Abhängigkeit von der Einbausituation und den vorherrschenden Kräften in dem Fahrwerk eines betreffenden Fahrzeuges kann es erforderlich sein, ein etwaiges Spiel der zueinander gelagerten Bauteile zu minimieren, um eine verbesserte Laufruhe insbesondere in dem Bewegungsgewinde zu erhalten.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung einen Aktuator für eine Steer-by-wire-Lenkung mit einem verbesserten Spindelantrieb gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung, welche im Fahrwerk zur Lenkung der Räder eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden kann. Der Aktuator umfasst ein Gehäuse und eine Spindelmutter mit konzentrisch zu ihrer Längsachse ausgebildetem Innengewinde auf. Dabei ist die Spindelmutter drehbar um ihre Längsachse und in dem Gehäuse ortsfest gelagert. Die Längsachse der Spindelmutter weist mit anderen Worten eine definierte Lage gegenüber dem Gehäuse auf. Die Spindel weist eine Längsachse und ein konzentrisch hierzu angeordnetes Außengewinde auf. Es bilden das Spindelgewinde und das Muttergewinde ein Bewegungsgewinde aus, sodass mittels Drehbewegung der Spindelmutter die Spindel axial gegenüber der Spindelmutter verschiebbar ist. Hierzu ist die Spindel in dem Gehäuse gegen Verdrehen gesichert abgestützt.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spindel derart im Gehäuse gelagert ist, dass die Längsachse der Spindel und die Längsachse der Spindelmutter sich schneiden oder windschief zueinander oder parallel zueinander angeordnet sind.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Steer-by-wire-Lenkungen sind in den üblicherweise verwendeten Aktuatoren die Spindel und die Spindelmutter koaxial angeordnet, so dass deren Längsachsen fluchten oder mit anderen Worten deren Längsachsen aufeinander liegen. Die Spindelmutter umgreift dabei die Spindel konzentrisch. Die Lage der Spindelmutter ist in der Regel vorgegeben durch die Lage des Wälzlagers in dem Gehäuse des Aktuators, in welches die Spindelmutter konzentrisch eingepresst ist. Dadurch bedingt liegen die Längsachsen des Wälzlagers und der Spindelmutter aufeinander. Das Wälzlager liegt mit seinem Außenring an einer ebenen Lagerfläche in dem Gehäuse an. Die Lagerfläche ist somit orthogonal zur gemeinsamen Längsachse von Spindelmutter und Wälzlager. Die Lage der Spindel wiederum ist durch deren Lagerung bzw. die Lager des zumindest einen Spindellagers in dem Gehäuse des Aktuators vorgegeben. In Konstruktionslage sind die vorgenannten Lager in Bezug auf das Gehäuse bei einer fluchtenden Anordnung derart angeordnet, dass die Längsachsen der Lager der Spindelmutter und auch der Spindel aufeinanderliegen. Durch die Führung der Lager liegen somit die Längsachsen der Spindelmutter und der Spindel ebenfalls aufeinander. Die Anlagefläche des Wälzlagers ist in der vorgenannten Konstruktionslage somit orthogonal zur Längsachse der Spindel bzw. zur Längsachse des zumindest einen Lagers der Spindel.
Zur Verbesserung der Laufruhe in dem Spindelantrieb des Aktuators hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass eine von einer fluchtenden Anordnung abweichende Anordnung der Spindel zur Spindelmutter zu einer Verbesserung der Laufruhe führt. Die Gewinde von Spindelmutter und Spindel sind hierbei nicht konzentrisch zueinander angeordnet, wenn sich die Längsachsen nicht fluchtend zueinander verhalten.
Bei der vorliegenden Erfindung wird durch geeignete Maßnahmen sichergestellt, dass die Längsachsen nicht aufeinander liegen. Zum einen können sich die Längsachsen schneiden, so dass diese einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. Dieser Schnittpunkt liegt bevorzugt im Bereich der axialen Erstreckung der Spindelmutter. Des Weiteren können die Längsachsen parallel oder windschief zueinander angeordnet sein. Bei einer parallelen Anordnung von Spindelmutter zur Spindel weisen die Längsachsen dieser Bauteile einen immer gleichen Abstand zueinander auf. Bei einer windschiefen Anordnung schneiden sich die Längsachsen von Spindelmutter und Spindel nicht - die Längsachsen sind jedoch ebenfalls nicht parallel zueinander angeordnet.
In der Geometrie nennt man zwei Geraden (entspricht hier den Längsachsen) windschief, wenn sie sich weder schneiden noch parallel zueinander sind. Dieses ist im zweidimensionalen Raum nicht möglich, da hier alle denkbaren Geraden in der gleichen Ebene liegen und sich entweder schneiden oder parallel sind. Windschiefe Geraden gibt es daher nur in dreidimensionalen Räumen. In einem Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung liegt ein dreidimensionaler Raum vor.
Durch die nicht fluchtende Anordnung der Spindelmutter zur Spindel kommt es zumindest partiell zu einer Annäherung der Bauteile in Bezug auf die axiale Überdeckung der Spindelmutter mit der Spindel. Hierdurch wird das bei einer konzentrischen Anordnung vorhandene gleichmäßige Spiel zumindest teilweise verändert bzw. zumindest partiell reduziert. Im Bereich der axialen Überdeckung kann zum Beispiel an der einen Stirnseite der Spindelmutter ein konzentrisches Radialspiel zwischen Spindelmutter und Spindel vorliegen. An der gegenüberliegenden Stirnseite der Spindelmutter hingegen kann das Radialspiel verringert sein. Das Spiel zwischen Spindelmutter und Spindel nimmt somit ausgehend von der erstgenannten Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite, bevorzug linear, ab. In der Wirkung ergibt sich eine verbesserte Laufruhe in dem Spindelantrieb des Aktuators. Die nicht fluchtende Anordnung lässt sich auf verschiedene Weisen erreichen. Hierzu kann in einfacher Weise in Bezug auf die vorgenannte Konstruktionslage die Lagerung der Spindelmutter und/oder die zumindest eine Lagerung der Spindel in dem Gehäuse angepasst werden. Die Anpassung kann durch einen Versatz und/oder eine Verkippung zumindest eines Lagers erreicht werden. Beispielsweise kann die Lage eines Lagers in dem Gehäuse in Bezug auf die vorgenannte Konstruktionslage parallel verschoben werden. Bei einer Verkippung wird beispielsweise die Längsachse eines Lagers ausgehend von ihrer ursprünglichen Lage in der o.g. Konstruktionslage gegenüber dem Gehäuse und somit gegenüber der Spindellängsachse quasi verschwenkt bzw. verdreht. Durch eine der gennannten Maßnahmen oder einer kombinierten Anwendung der genannten Maßnahmen kann erreicht werden, dass die Längsachsen der Spindel und die Längsachse der Spindelmutter sich durch Verkippung schneiden oder durch Versatz parallel zueinander angeordnet sind oder windschief zueinander verlaufen (durch Verkippung und Versatz). Ein vorteilhafter Versatz ergibt sich dabei ausgehend von der Konstruktionslage bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 1 hundertstel Millimeter, vorzugsweise 0,2 bis 0,9 hundertstel Millimeter. Bei Verkippung ergibt sich ausgehend von der Konstruktionslage bevorzugt ein vorteilhafter Bereich von 0,2 bis 1,5 Bogenminuten, auch Winkelminute oder Minute genannt. Vorzugsweise wird bei der Verkippung ein Bereich von 0,4 bis 1,25 Bogenminuten gewählt. Mit anderen Worten kann mit einer Abweichung von der Konstruktionslage in den vorgenannten Bereichen die Verbesserung in dem Spindelantrieb des Aktuators und letztlich der Steer-by-wire-Lenkung erzielt werden.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann die Spindel mittels zumindest eines Lagers, vorzugsweise ausgebildet als ein Gleitlager, zumindest mittelbar in dem Gehäuse gelagert sein. Bevorzugt weist das Gleitlager eine zylindrische, bevorzugt glattzylindrische Innenwandung auf, welche als eine Öffnung in dem Gehäuses, bevorzugt als glattzylindrische Aussparung ausgebildet ist. In der Öffnung ist vorzugsweise eine Lagerbuchse eingepresst, wobei die Lagerbuchse bevorzugt aus einem Werkstoff wie Kunststoff oder Messing ausgebildet ist. Bevorzugt weist die Spindel in ihrem axialen Überdeckungsbereich mit dem Gleitlager eine glattzylindrische Außenwandung als Lagerfläche auf. Das Gleitlager ist in dem Gehäuse versetzt und/oder gekippt in dem Gehäuse angeordnet. Aufgrund der Führung der Spindel mittels des Gleitlagers in dem Gehäuse wird durch den Versatz und/oder die Verkippung die Lage der Spindel im Gehäuse verändert. Wenn sich die Lage der Spindelmutter bzw. des Lagers der Spindelmutter in dem Gehäuse nicht geändert hat, liegen die Längsachsen der Spindelmutter und der Spindel im Vergleich zur Konstruktionslage nun nicht mehr aufeinander bzw. fluchten nicht mehr. Es ergibt sich hierdurch eine partielle Lageveränderung der Spindel gegenüber der Spindelmutter, sodass sich im Bereich der axialen Überdeckung in dem Bewegungsgewindes die Gewindeflanken der Spindel partiell an die Gewindeflanken der Spindelmutter annähern. In der Wirkung kommt es in Bezug auf die axiale Erstrekkung der Spindelmutter und deren axialer Überdeckung partiell zu einer Spielreduzierung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spindelmutter mittels eines Lagers bevorzugt ausgebildet als Wälzlager im Gehäuse gelagert, wobei das Wälzlager mit seiner Längsachse versetzt und/oder gekippt zur Längsachse der Spindel in dem Gehäuse angeordnet sein kann. Bei dieser Ausführung wird die Lage der Spindel in Bezug auf das Gehäuse nicht verändert. Bezogen auf die oben genannte Konstruktionslage bleibt die Lage des zumindest einen Gleitlagers unverändert. Um den Versatz des Wälzlagers im Gehäuse anzupassen muss lediglich die für das Wälzlager vorgesehene Aussparung in dem Gehäuse verändert werden. Bei einer Verkippung wird die Anlagefläche des Gehäuses zur Anlage des Außenringes des Wälzlagers verändert. Durch diese Veränderung schneiden sich aufgrund der Verkippung die von der Anlagefläche im Gehäuse und von dem Außenring des Wälzlagers aufgespannten Ebenen. Diese liegen in der vorgenannten Konstruktionslage aufeinander bzw. es liegt ohne eine Veränderung eine gemeinsame Ebene vor. Ein vorteilhafter Versatz ergibt sich auch hier ausgehend von der vorgenannten Konstruktionslage bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 1 hundertstel Millimeter, vorzugsweise 0,2 bis 0,9 hundertstel Millimeter. Bei Verkippung ergibt sich ausgehend von der vorgenannten Konstruktionslage bevorzugt ein vorteilhafter Bereich von 0,2 bis 1,5 Bogenminuten, auch Winkelminute oder Minute genannt. Vorzugsweise wird bei der Verkippung ein Bereich von 0,4 bis 1,25 Bogenminuten gewählt. Mit anderen Worten kann mit einer Abweichung von der Konstruktionslage in den vorgenannten Bereichen die beabsichtigte Verbesserung in dem Spindelantrieb des Aktuators und letztlich der Steer-by-wire-Lenkung erzielt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Aktuators weist die Spindel zumindest an einem Endbereich einen Lagerabschnitt auf, wobei der Lagerabschnitt zumindest mittelbar in dem Gehäuse, bevorzugt mittels einer Lagerbuchse, gelagert ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an die Spindel zumindest an einem Endbereich zumindest ein Lagerzapfen angeordnet. Vorzugsweise ist der Lagerzapfen mit seinem zumindest einen Ende mit der Spindel stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Der Lagerzapfen weist zumindest in einem Teilbereich einen Lagerabschnitt auf, welcher vorzugsweise glattzylindrisch ausgebildet ist und zur Lagerung der Spindel im Gehäuse dient.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Steer-by-wire-Lenkung mit einem Aktuator nach einem der vorgenannten Ausführungen. Bevorzugt ist die Steer-by-wire-Lenkung als eine Hinterachslenkung beim Kraftfahrzeug ausgeführt.
Bei einer Steer-by-wire-Lenkung handelt es sich um eine mechanisch entkoppelte Lenkvorrichtung. Die Steer-by-wire-Lenkung wird mittels Stellsignalen angesteuert, welche beispielsweise basierend auf den Eingaben eines Fahrers (Fahrerwunsch, eingegeben mittels einer Lenkhandhabe wie zum Beispiel einem Lenkrad) und/oder den Berechnungen eines Steuergerätes ausgeführt werden. Steer-by-wire-Lenkungen können an allen Achsen eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Wird zusätzlich zur Vorderachslenkung eine Hinterachslenkung eingesetzt, so ergeben sich für das Fahren und Rangieren des Fahrzeuges Vorteile. Bei Fahrten mit einer Geschwindigkeit von etwa über 50 km/h kann die Fahrstabilität zum Beispiel bei einem Überholvorgang verbessert werden, wenn die Hinterachslenkung gleichsinnig zur Vorderachslenkung gestellt wird. Bei niedrigen Geschwindigkeiten von zum Beispiel unter 50 km/h kann die Agilität des Fahrzeuges verbessert werden. Durch eine gegensinnige Lenkbewegung der Räder an der Hinterachse zur Vorderachse lässt sich der Wendekreis eines Fahrzeuges deutlich verringern. Auch kann durch die zusätzliche Lenkung an der Hinterachse z.B. eine Verbesserung bei einem Parkiervorgang bewerkstelligt werden. In Bezug auf das autonome Fahren ist es von Vorteil, wenn sowohl an der Vorder- als auch an der Hinterachse eine Steer-by-wire-Lenkung eingesetzt wird. Eine vorberechnete Fahrtstrecke, auch Trajektorie genannt, kann an dem Fahrzeug mittels Steer-by-wire-Lenkung an der Vorder- und der Hinterachse eingestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Aktuator nach dem bekannten Stand der Technik,
2a bis
4 schematische Darstellungen eines Aktuators oder Teilen davon in verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen

1 zeigt einen als Zentralsteller 100 ausgebildete Steer-by-wire- Lenkvorrichtung gemäß Stand der Technik, welche in einem Fahrzeug als Lenkvorrichtung eingesetzt sein kann. Der Zentralsteller 100 weist ein fahrzeugseitig befestigbares Gehäuse 109 auf, in welchem eine Spindel 103 mittelbar über Gleitlager 110, 111 abgestützt entlang ihrer Längsachse s axial verschiebbar gelagert ist. Die Spindel 103 ist mit ihrem Außengewinde 103a in Eingriff mit dem Innengewinde 102i der Spindelmutter 102 und bildet ein Bewegungsgewinde eines Spindelantriebs 104. Auf der Spindelmutter 102 ist drehfest ein Riemenrad 106 eines Zugmitteltriebes 114 angeordnet. Die Spindelmutter 102 weist eine Längsachse m auf und ist gegenüber dem Gehäuse 109 durch ein Wälzlager 107 mit Längsachse w abgestützt, wodurch die Spindelmutter 102 gegenüber dem Gehäuse 109 ortsfest und drehbar gelagert ist. Der Zugmitteltrieb 114, welcher neben dem Riemenrad 106 ein Antriebsrad als Riemenrad 116 sowie einen Antriebsriemen 101 umfasst, wird durch einen Elektromotor 115, welcher achsparallel zur Spindelmutter 102 angeordnet ist, angetrieben. Die Spindel 103 des Zentralstellers 100 ist an ihren Enden jeweils mittelbar mit außerhalb des Gehäuses 109 angeordneten Gelenken 117, 118 verbunden, welche ihrerseits mit (hier nicht dargestellten) Spurstangen für jeweils an Radträgern drehbar angeordneten Hinterrädern gelenkig gekoppelt sind. Alternativ können die Gelenke 117, 118 auch unmittelbar gelenkig mit den Radträgern gekoppelt sein. Zwischen den Enden der Spindel 103 und den Gelenken 117, 118 sind jeweils Lagerzapfen 120, 121 mit Längsachsen I₁, I₂ angeordnet, welche in den Gleitlagern 110, 111 geführt sind. Die Gleitlager 110, 111 weisen jeweils eine Längsachse g₁, g₂ auf und sind als in das Gehäuse 109 eingepresste Lagerbuchsen 110, 111 ausgebildet. Der Zentralsteller 100 wirkt bei einer Drehung der Spindelmutter 102 und daraus folgender axialer Verlagerung der Spindel 103 gleichzeitig auf die Hinterräder einer Fahrzeugachse (nicht dargestellt) und bewirkt eine Änderung der Radlenkwinkel der Räder mittels Drehung um deren Hochachse. Die Bauteile Spindelmutter 102 und das Wälzlagers 107 sowie die Gleitlager 110, 111, die Lagerzapfen 120, 121 und die Spindel 103 sind fluchtend angeordnet, so dass deren jeweilige Längsachsen s, m, g₁, g₂, I₁, I₂ und w aufeinander liegen. Mit anderen Worten weisen diese Bauteile eine gemeinsame Längsachse auf.
Die 2a bis 4 zeigen unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungen. Diese zeigen in den 2a, 2b sowie 3 und 4 in einer schematischen, vereinfachten Darstellung wesentliche Bauteile des Aktuators 100, wie ein Gehäuse 209 und den darin befindlichen Spindelantrieb 204, bestehend aus der Spindel 203 mit Außengewinde und der Spindelmutter 202 mit Innengewinde, welche ein Bewegungsgewinde darstellen. Die Spindel 203 weist eine Längsachse s auf und ist jeweils mittels Gleitlagern 210, 211, welche ihrerseits Längsachsen g₁, g₂ aufweisen, in dem Gehäuse 209 axial verschieblich gelagert bzw. geführt. Die Spindelmutter 202 ist drehbar gelagert und ortsfest mittels eines Wälzlagers 207 in dem Gehäuse 209 angeordnet bzw. gegenüber diesem abgestützt. Hierzu ist die Spindelmutter 202 in das Wälzlager 207 eingepresst, wobei das Wälzlager 207 an der Anlagefläche 209a an dem Gehäuse 209 anliegt. Gleiche Bauteile sind in den 3 und 4 mit um 100 bzw. 200 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet.
2a zeigt den Aktuator in Konstruktionslage. In dieser Konstruktionslage ist der Aktuator der Steer-by-wire-Lenkung etwa mittig in Bezug auf die Fahrzeugquerrichtung (Fahrzeugquerachse y) im nicht dargestellten Fahrzeug beispielsweise an der Hinterachse eingebaut, sodass in dieser Darstellung und den weiteren Darstellungen (2b, 3, 4) in Fahrzeuglängsrichtung x eine Ansicht von hinten auf den Aktuator dargestellt ist. Es liegen die Längsachse s der Spindel 203, der Längsachse g₁ des linken Gleitlagers 210 sowie die Längsachse m der Spindelmutter 202 und die Längsachse w des Wälzlagers 207 aufeinander. Es ist vorgesehen, dass rechte Gleitlager 211 konstruktiv parallel zur Fahrzeughochachse z versetzt, mit anderen Worten verschoben in Richtung der Fahrzeughochachse z in dem Gehäuse 209 einzusetzen. Dieses ist daran erkennbar, dass die Längsachse g2 beabstandet und parallel zur Spindelachse s angeordnet ist. Die gestrichelte Hilfsachse h wurde zur Verdeutlichung eingezeichnet, sodass der Versatz bzw. die Parallelverschiebung des Gleitlagers 211 in Bezug auf das Gleitlager 210 in dem Gehäuse 209 ersichtlich ist.
In 2b ist die tatsächliche Lage der Spindel 203 in dem Gehäuse 209 dargestellt. Es wird in 2b somit die Einbaulage gezeigt. Mittels der Hilfslinie h ist, wie in 2a ersichtlich, dass das Gleitlager 211 mit seiner Längsachse g2 gegenüber der Lage des linken Gleitlagers 210 parallel in Richtung Fahrzeughochachse z verschoben ist. Die Längsachsen g1, g2 der Gleitlager 210, 211 fluchten somit nicht. Da die Spindel 203 in den Gleitlagern 210, 211 gleitend geführt wird, fluchtet nun die Spindel 203 mit ihrer Längsachse s nicht mehr mit der Längsachse m der Spindelmutter 202. Aufgrund der Zwangsführung der Spindel 203 ergibt sich somit, dass sich die Längsachse s der Spindel 203 und die Längsachse m der Spindelmutter 202 in einem Punkt P(m; s) schneiden. Der Versatz des rechten Gleitlagers 211 gegenüber dem linken Gleitlager 210 ist in der Realität, wie oben bereits gesagt, sehr gering (im Bereich von 0,1 bis 1 hundertstel Millimeter). Die Längsachsen m der Spindelmutter 202 und der Längsachse s der Spindel 203 verlaufen in einem solch vom Betrag her kleinen spitzen Winkel, dass in dieser Darstellung das Schneiden der Längsachsen s, m kaum erkennbar wäre und daher an dieser Stelle nicht dargestellt ist. Erkennbar ist jedoch, dass in Fahrzeughochrichtung gesehen die Spindel 203 geringer beabstandet an der Spindelmutter 202 angeordnet ist als im Vergleich zur 2a. Erkennbar ist somit, dass sich durch die Maßnahme „Versatz des Gleitlagers 211 in Richtung Fahrzeughochachse z“ die Lage der Spindel 203 nicht weiter konzentrisch zur Spindelmutter 202 ist. Die Schnittlinie IIc-IIc weist auf die Schnittdarstellung gemäß 2c bzw. 2d welche im nächsten Absatz beschrieben sind.
In den 2c bzw. 2d sind zwei Möglichkeiten eines Versatzes des Gleitlagers 211 dargestellt. 2c ist eine vereinfachte Schnittdarstellung gemäß 2b, welche lediglich die Spindelmutter 202 sowie das Gleitlager 211 zeigt. In der 2c ist die Fahrzeuglängsachse x sowie die Fahrzeughochachse z angegeben. Es ist ersichtlich, dass das Gleitlager 211 in Richtung der Fahrzeughochachse z gegenüber der Spindelmutter 202 versetzt wurde. Aus 2d ist eine andere Variante ersichtlich, dass ein Versatz des Gleitlagers 211 in Richtung der Fahrzeuglängsachse x, Richtung hier als X+ dargestellt, also in Fahrtrichtung nach vorne gegenüber der Spindelmutter 202 möglich ist. Auch wäre ein kombiniertes Versetzen in Richtung der Fahrzeuglängsachse x und in Richtung der Fahrzeughochachse z möglich.
In 3 ist eine Ausführung in Einbaulage dargestellt, bei der nicht die Lage der Gleitlager 310, 311 gegenüber dem Gehäuse 309 verändert wurde. In Abweichung zu den Ausführungen gemäß der 2 b bis 2 d wurde hier in Richtung der Fahrzeughochachse z das Lager 307 versetzt. Aufgrund der Zwangsführung der Spindelmutter 302 durch das Wälzlager 307 ergibt sich eine Parallelverschiebung der Spindelmutter 302 und somit der Längsachsen m, w gegenüber den Längsachsen s, g₁, g₂ der Spindel 303 und den Gleitlagern 310, 311. Daraus ergibt sich, dass die Spindel 303 und die Spindelmutter 302 nicht fluchtend und nicht konzentrisch zueinander angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Bauteilen ergibt sich somit ein verändertes Radialspiel. Auch durch diese Maßnahme ergibt sich der Vorteil einer Verbesserung der Laufruhe in dem Spindelantrieb.
Im Gegensatz zu der Maßnahme „Versatz“ gemäß Darstellungen in den 2a bis 3 zeigt 4 eine Maßnahme der Verkippung. In 2a ist die Anlagefläche 209a im Gehäuse 209 für das Wälzlager 207 orthogonal zur Längsachse g₁ des Gleitlagers 210 in dem Gehäuse 209 angeordnet. In 4 ist die Anlagefläche 409a um einen Winkel α verkippt in das Gehäuse 409 eingearbeitet. Dadurch ergibt sich eine Verkippung des Wälzlagers 407 und damit der Spindelmutter 402. In der gezeigten Einbaulage fluchten die Spindel 403 mit ihrer Längsachse s sowie die Gleitlager 410, 411 mit ihren Längsachsen g₁, g₂. Mit anderen Worten liegen die Längsachsen s, g₁, g₂ aufeinander. Die Längsachsen m, w der Spindelmutter 402 bzw. des Wälzlagers 407 liegen ebenfalls aufeinander. Sie bilden jedoch keine gemeinsame Längsachse mit den Längsachsen s, g₁, g₂. Statt dessen schneidet die gemeinsame Längsachse m, w die gemeinsame Längsachse s, g₁, g₂ in dem Punkt P(m; s). Hierdurch ergibt sich ein im Vergleich zur Ausführung gem. 2b ähnliches Verhalten der Spindel zur Spindelmutter. Auch mit der Maßnahme gem. 4 ergibt sich mittels der nicht fluchtenden Anordnung der Spindelmutter 402 zur Spindel 403 eine zumindest partielle Annäherung der Bauteile. Hierdurch wird das bei einer konzentrischen Anordnung vorhandene Spiel partiell verändert bzw. zumindest partiell reduziert. In der Wirkung ergibt sich hier ebenfalls eine verbesserte Laufruhe in dem Spindelantrieb des Aktuators.
Neben den gezeigten Ausführungsbeispiel sind aus diesen Möglichkeiten hinsichtlich der Maßnahmen Versatz und Verkippung weitere Kombinationen denkbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Bezugszeichenliste

100: Aktuator
101: Antriebsriemen
102: Spindelmutter
102i: Innengewinde
103: Spindel
103a: Außengewinde
104: Spindelantrieb
106: Riemenrad
107: Wälzlager
109: Gehäuse
109a, 409a: Anlagefläche
110: Gleitlager, Lagerbuchse
111: Gleitlager, Lagerbuchse
114: Zugmitteltrieb
115: Elektromotor
116: Riemenrad
117: Gelenk
118: Gelenk
120: Lagerzapfen
121: Lagerzapfen
202, 302, 402: Spindelmutter
203, 303, 403: Spindel
207, 307, 407: Wälzlager
209, 309, 409: Gehäuse
210, 310, 410: Lager, Gleitlager
211, 311, 411: Lager, Gleitlager
230: Lagerabschnitt
α: Winkel
h: Hilfslinie
s: Längsachse Spindel
m: Längsachse Spindelmutter
g1: Längsachse Gleitlager
g2: Längsachse Gleitlager
w: Längsachse Wälzlager
I1: Längsachse Lagerbuchse
I2: Längsachse Lagerbuchse
x: Fahrzeuglängsachse
y: Fahrzeugquerachse
z: Fahrzeughochachse
P(m; s): Schnittpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014206934 A1 [0002]
DE 102013107827 A1 [0002]

Claims

Aktuator (100) einer Steer-by-wire-Lenkung, vorzugsweise eine Hinterachslenkung, umfassend ein Gehäuse (109), eine Spindelmutter (102) mit einem Innengewinde (102i), welche eine Längsachse (m) aufweist, um welche die Spindelmutter ortsfest und drehbar in dem Gehäuse (109) gelagert ist, eine Spindel (103) mit einem Außengewinde (103a), welche eine Längsachse (s) aufweist, wobei die Spindel (103) in dem Gehäuse (109) entlang ihrer Längsachse (s) axial verschiebbar gelagert ist, wobei die Gewinde (102i, 103a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind, so dass mittels Drehbewegung der Spindelmutter (102) die Spindel (103) axial gegenüber der Spindelmutter (102) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (203, 303, 403) derart im Gehäuse (209, 309, 409) gelagert ist, dass die Längsachse (s) der Spindel (203, 303, 403) und die Längsachse (m) der Spindelmutter (202, 302, 402) sich schneiden oder windschief zueinander oder parallel zueinander angeordnet sind.
Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (203, 303, 403) mittels zumindest eines Lagers (210, 310, 410, 211, 311, 411), vorzugsweise eines Gleitlagers, zumindest mittelbar in dem Gehäuse (209, 309, 409) gelagert ist, wobei das zumindest eine Gleitlager (210, 310, 410, 211, 311, 411) mit seiner Längsachse (g) versetzt und/oder gekippt zur Längsachse (m) der Spindelmutter (202, 302, 402) in dem Gehäuse (209, 309, 409) angeordnet ist.
Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (202, 302, 402) mittels eines Lagers (207, 307, 407), bevorzug ausgebildet als Wälzlager, im Gehäuse (209, 309, 409) gelagert ist, wobei das Wälzlager (207, 307, 407) mit seiner Längsachse (w) versetzt und/oder gekippt zur Längsachse (s) der Spindel (203, 303, 403) in dem Gehäuse (209, 309, 409) angeordnet ist.
Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (203, 303, 403) zumindest einen Lagerabschnitt (230) aufweist und dass der Lagerabschnitt zumindest in dem Gehäuse, bevorzugt mittels einer Lagerbuchse (110, 111) gelagert ist.
Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Spindel (203, 303, 403) zumindest an einem Endbereich zumindest ein Lagerzapfen (120, 121) angeordnet ist, vorzugsweise der Lagerzapfen mit seinem zumindest einen Ende mit der Spindel (203, 303, 403) stoff-, und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist, wobei der Lagerzapfen (120, 121) zumindest teilweise einen Lagerabschnitt (230) zur Lagerung der Spindel (203, 303, 403) in dem Gehäuse ausbildet.
Steer-by-wire-Lenkung mit einem Aktuator (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steer-by-wire-Lenkung bevorzugt als Hinterachslenkung ausgebildet ist.