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Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Lenkung sowie eine Steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeuges nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Aktuatoren mit Spindelantrieben sind bekannt und werden beispielsweise als Stellantriebe in Lenkungen verwendet. Der Spindelantrieb umfasst eine Spindelmutter und eine Spindel, welche mit der Spindelmutter über ein Bewegungsgewinde, beispielsweise ein Trapez-, Rechteck- oder Sägengewinde in Wirkverbindung steht. Bei einem Drehantrieb der Spindelmutter führt die Spindel, welche mittels einer Verdrehsicherung gegen Verdrehen um ihre Längsachse gesichert ist, eine Längs- oder Stellbewegung entlang ihrer Längsachse aus.
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In der
DE 10 2014 206 934 A1 ist ein Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung mit einem Spindelantrieb offenbart, welcher für die Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet wird. Ein Problem bei derartigen Spindelantrieben ist die Koaxialität von Spindel und Spindelmutter. Im Regelfalle zentriert sich das Bewegungsgewinde, beispielsweise ein Trapezgewinde, selbst über seine Flanken mittels der sogenannten Flankenzentrierung. Dieses funktioniert so lange, wie die Spindel nur durch Axialkräfte belastet wird. Treten im Fahrwerk eines Fahrzeuges jedoch Querkräfte und/oder Biegemomente auf, so kann es aufgrund von vorhandenem Spiel im Bewegungsgewinde zu einem kurzzeitigen Verkanten oder Verklemmen des Bewegungsgewindes kommen. Dieses mindert die Leistung des Aktuators und kann die Lebensdauer reduzieren.
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Aus der
DE 24 06 750 A1 ist des Weiteren ein Spindeltrieb bekannt, wobei die Spindelmutter gegenüber der Spindel mittels Nadellagern oder Gleitlager gegenüber der Spindel zentriert wird. Die Lager sind dabei jenseits des mittig in der Spindelmutter vorhandenen Innengewindes innerhalb der Grenzen der Spindelmutter angeordnet.
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Bei einem Spindelantrieb der eingangs genannten Art soll eine alternative Maßnahme für eine verbesserte Koaxialität des Bewegungsgewindes bereitgestellt werden.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es ist ein Aktuator einer Lenkung vorgesehen, welcher vorzugsweise für eine Steer-by-wire-Lenkung verwendet wird, um Radlenkwinkel von Rädern an einer Achse eines Fahrzeugs, vorzugsweise einer Hinterachse, ändern zu können. Mit anderen Worten kann der Aktuator an einer Fahrzeugachse zum Lenken der Räder eingesetzt werden. Ein solcher Aktuator umfasst einen Spindelantrieb mit einer Spindel mit einem Spindelgewinde und eine Spindelmutter mit einem Innengewinde. Das Spindelgewinde und das Innengewinde der Spindelmutter bilden ein Bewegungsgewinde aus. Vorzugsweise mittels eines elektromotorischen Antriebs kann mittels Drehen der bevorzugt ortsfest gelagerten Spindelmutter die Spindel axial entlang ihrer Spindellängsachse verschoben werden. Für einen leichtgängigen und verschleißfreien Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die Spindelmutter und die Spindel koaxial zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Bauteile bevorzugt konzentrisch zueinander angeordnet und das Innengewinde der Spindelmutter und das Spindelgewinde der Spindel verlaufen koaxial zueinander.
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Spindeltrieb, Aktuator und somit auch die Steer-by-wire-Lenkung insgesamt müssen hohe Kräfte im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bewerkstelligen können. Es besteht für eine Radlenkung die Anforderung, dass diese radführend ausgebildet sein muss, damit der beabsichtigte Fahrweg eingehalten werden kann. Das heißt, dass ein eingestellter Radlenkwinkel auch dann gehalten werden muss, wenn hohe Seiten- und/oder Querkräfte und daraus resultierende Biegemomente, welche in einem Fahrwerk auftreten können, ausgehend von den Rändern auf den Aktuator einer Lenkung wirken. Damit der Radlenkwinkel auch bei Stillstand der Lenkung, zum Beispiel bei stromlos geschaltetem Antrieb des Aktuators, den Radlenkwinkel beibehält, ist das Bewegungsgewinde selbsthemmend ausgeführt. Wirkt eine Längskraft auf die Spindel des Aktuators aufgrund der vorgenannten Kräfte im Fahrwerk, so verändert sich die Position der Spindel nicht und somit auch nicht der eingestellte Radlenkwinkel.
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Wird die Spindelmutter aus dem Stillstand heraus von dem Elektromotor drehangetrieben, so kann es aufgrund der Selbsthemmung und/oder der Seiten- und/oder Querkräfte zu einer nichtlinearen Drehbewegung der Spindelmutter gegenüber der Spindel kommen. Dabei wird die Drehbewegung immer wieder durch kurzzeitigen Stillstand der Spindelmutter unterbrochen. Die hohen Kräfte bewirken in dem Bewegungsgewinde des Spindeltriebs des Aktuators eine hohe Reibung. Zwischen den Gewindeflanken von Spindel und Spindelmutter tritt auch bei Verwendung von optimierten Schmiermitteln eine hohe Reibung auf. Aufgrund der zwischen den Gewindepartnern auftretenden Haftreibung und Gleitreibung an den Kontaktflächen der aneinander liegenden Gewindeflanken kann es zu einem sogenannten Stick-Slip-Effekt kommen. Es handelt sich hierbei um das abwechselnde Haften und Gleiten der Gewindeflanken, welche zum einen zu schwankenden Drehmomenten zwischen der Spindelmutter und der Spindel führen kann. Hierbei kann beispielsweise die Spindel zu Drehschwingungen angeregt werden.
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Es bewirken die hohen Seiten- und/oder Querkräfte eine hohe Flächenpressung zwischen den Gewindeflanken in dem Bewegungsgewinde des Spindelantriebs des Aktuators. Dadurch ergeben sich schwankende Drehmomente, wobei sich der sogenannte Stick-Slip-Effekt verstärkt, wenn der Drehantrieb die Spindelmutter temporär bzw. in Intervallen antreibt. Dabei ist zu bedenken, dass im Normalbetrieb einer Lenkvorrichtung größtenteils geringe Radlenkwinkeländerungen vorgenommen werden. Diese geringen Änderungen können durch geringe Drehbewegungen der Spindelmutter erreicht werden. Somit kann es im Normalbetrieb des Aktuators durch einen ständigen Wechsel von drehender und stehender Spindelmutter zu Anregungen von Schwingungen, insbesondere in dem Bauteil Spindel kommen. Besonders beim Parkieren drehen sich die Räder nur mit sehr geringer Geschwindigkeit, so dass besonders hohe Kräfte auf die Spindel wirken, weil die Räder hierbei eine erhöhte Reibung gegenüber der Fahrbahn aufbauen.
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Begünstigt wird der Stick-Slip-Effekt, wenn Spindelmutter und Spindel nicht koaxial zueinander angeordnet sind. Besonders bei auf die Spindel wirkenden Querkräften kann sich aufgrund des Spiels zwischen dem Innengewinde der Spindelmutter und dem Spindelgewinde der Spindel quasi eine Schiefstellung der Spindelmutter gegenüber der Spindel ergeben.
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Der Begriff Stick-Slip-Effekt (Haftgleiteffekt) leitet sich aus den beiden englischen Wörtern „stick“ (haften) und „slip“ (gleiten) ab. In der Physik und Technik beschreibt der Stick-Slip-Effekt ein in aller Regel unerwünschtes, ruckartiges Gleiten (Stillstand-Gleiten-Stillstand-Gleiten) von Festkörpern, die sich gegeneinander bewegen. Bei der Spindel wird eine mögliche Drehschwingung durch die Spindelmutter verursacht, wobei sich die Spindel hier selbst nicht dreht. Dieses liegt darin begründet, dass die Gewindeflanken der Spindelmutter sich gegenüber den Gewindeflanken der Spindel gleiten bzw. bewegen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Spindelmutter an ihrer Innenwandung mit Wälzlagern oder Gleitlagern auszurüsten, sodass die Koaxialität der Spindelmutter gegenüber der Spindel gegeben ist. Gemäß der Erfindung kann nun in vorteilhafter Weise eine Koaxialität erreicht werden, dadurch, dass die Spindelmutter zumindest in einem Teilbereich eine Verjüngung aufweist. Diese Verjüngung gleitet bzw. wälzt auf der Kopfkreisfläche des Spindelgewindes. Die Verjüngung bewirkt eine Führung der Spindelmutter gegenüber der Spindel. Die Verjüngung ist radial einwärts und vorzugsweise koaxial sowie konzentrisch zum Kopfkreis des Innengewindes der Spindelmutter ausgebildet. Die Verjüngung ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und bildet eine zylindrische Innenfläche aus. Bevorzugt ist die Verjüngung mit einer axialen Erstreckung und konzentrisch zur Längsachse der Spindelmutter ausgebildet, so dass zumindest ein Gewindegang, insbesondere mehrere Gewindegänge des Spindelgewindes überdeckt werden. Mit anderen Worten wird die schraubenförmig ausgebildete Kopfkreisfläche des Spindelgewindes von der Fläche der Verjüngung zumindest teilweise überdeckt. Eine etwaige Bewegung der Spindelmutter im Sinne einer Kippbewegung der Spindelmutter gegenüber der Spindel wird minimiert bzw. bevorzugt ganz verhindert.
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Der Stick-Slip-Effekt wird somit verhindert oder zumindest minimiert, so dass sich dieser Effekt nicht negativ auf den Spindelantrieb auswirkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser der Verjüngung etwa gleich, vorzugsweise gleich dem Kopfkreis des Spindelgewindes und/oder dem Außendurchmesser eines zylindrischen, vorzugsweise glatt zylindrischen, Teilbereichs der Spindel ausgebildet. Mit etwa gleich ist hier gemeint, dass der Innendurchmesser der Verjüngung geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Spindelgewindes. Im Sinne eines notwendigen geringen Spiels zwischen Verjüngung und der Kopfkreisfläche des Spindelgewindes, soll durch die Verjüngung keine zusätzliche Reibung in Zusammenwirken mit der Spindel erzeugt werden. Der Durchmesser der Verjüngung ist in Bezug auf den vorgegebenen Durchmesser des Kopfkreises des Spindelgewindes somit bevorzugt nach dem System Einheitswelle bzw. Einheitsbohrung ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser der Verjüngung mindestens gleich groß oder geringfügig größer als der Außendurchmesser des Kopfkreises. Jenseits des Spindelgewindes kann an dieses anschließend der übrige Teil der Spindel wie eine Stange oder ein Rohr glatt oder glatt zylindrisch ausgebildet sein. Dieses kann mit Blick auf eine Dichtung der Spindelmutter von Vorteil sein, weil eine umlaufende Dichtung auf einem glatten Teil der Spindel einen hohen Wirkungsgrad hat. Als Dichtung kann bevorzugt eine Radialwellendichtring verwendet werden.
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Bezogen auf die axiale Erstreckung der Spindelmutter kann die Verjüngung an verschiedenen Orten der Spindelmutter angeordnet sein. Um ein Kippen zu verhindern und die Koaxialität größtmöglich zu gewährleisten, haben sich verschiedene vorteilhafte Anordnungen der Verjüngung ergeben, welche von der Ausbildung der Spindelmutter abhängig sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verjüngung jenseits des Innengewindes der Spindelmutter ausgebildet. Die Verjüngung ist somit axial beabstandet von dem Innengewinde angeordnet. Bevorzugt kann die zumindest eine Verjüngung im Bereich zumindest einer der Stirnseiten der Spindelmutter ausgebildet sein. Dabei kann das Innengewinde etwa mittig, genau mittig oder auch auf der gegenüberliegenden Seite der vorgenannten Stirnseite angeordnet sein. Ist das Innengewinde etwa mittig oder genau mittig, so kann jenseits des Innengewindes im Bereich der Stirnseite zumindest jeweils eine Verjüngung angeordnet sein. Dabei kann das Innengewinde auch mehrteilig ausgebildet sein. Das Innengewinde ist dabei nicht durchgehend, so das jeweils eine Anzahl von Gewindegängen durch einen Bereich ohne Innengewinde unterbrochen sein kann.
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In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich das Innengewinde lediglich über zumindest ein Teilbereich der axialen Erstreckung der Spindelmutter. Grundsätzlich spielt die Auslegung des Bewegungsgewindes eine Rolle. In Abhängigkeit der benötigten Tragkraft wird eine gewisse Anzahl an Gewindegängen, also zumindest ein Gewindegang, benötigt, deren Flanken mit den Flanken des Spindelgewindes in Kontakt steht. Aus der benötigten sich überdeckenden Fläche ergibt sich die Tragkraft und somit die Anzahl an Gewindegängen des Innengewindes der Spindelmutter. Mit Blick auf eine möglichst geringe Reibung kann vorteilhaft die benötigte Anzahl an Gewindegängen bestimmt werden.
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Ein Aktuator für eine Lenkung ist ein sicherheitsrelevantes Bauteil, welches in der Regel für die gesamte Lebensdauer des Fahrwerks bzw. des Fahrzeuges ausgelegt ist. Für die Schmierung des Bewegungsgewindes ist somit auch für die Lebensdauer ausreichendes Schmiermittel vorzusehen. Bevorzugt sind bei dem Aktuator Schmiermittelreservoire in Form von Hohlräumen vorgesehen. Diese Hohlräume sind bevorzugt axial zwischen zumindest einer Verjüngung und zumindest einem Teilbereich des Innengewindes und/oder zumindest einer weiteren Verjüngung vorgesehen. Solche Hohlräume erstrecken sich radial um die Spindel herum und umgreifen die Spindel. Diese Hohlräume werden auch als sogenannte Fetttaschen bezeichnet. Diese werden vor der Montage mit Schmiermittel gefüllt und es steht im Betrieb ausreichend Schmiermittel im Bewegungsgewinde während der gesamten Lebensdauer des Spindelantriebs zur Verfügung.
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In einer weiteren Ausführungsform sind in die Spindelmutter im Bereich zumindest einer ihrer Stirnseiten zumindest eine Dichtung angeordnet, welche die Kopfkreisfläche und/oder die zylindrischen Teilbereiche der Spindel umgreift. Die Dichtung kann jenseits der Verjüngung, bevorzugt zwischen Verjüngung und Stirnseite angeordnet sein. Die Verjüngung kann auch an ihrer Innenseite eine kreisringförmige oder eine zylindrische Fläche aufweisen, welche mit einem Dichtmaterial wie zum Beispiel einem Elastomer oder einer Teflonbeschichtung oder auch einer Metallbeschichtung, wie z.B. Messing beschichtet ist. Die Dichtungen im Bereich der Stirnseiten können somit auch durch eine Beschichtung gebildet sein. Eine Dichtung kann auch durch einen Radialwellendichtring dargestellt werden. Mittels der Dichtung der Spindelmutter gegenüber der Spindel lässt sich bewirken, dass das Schmiermittel innerhalb der Grenzen der Spindelmutter verbleibt und sich im Laufe des Betriebes des Aktuators nicht durch die translatorische Verlagerung der Spindel auf dieser ablagert und somit nicht mehr im Bewegungsgewinde zur Verfügung steht.
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Neben dem Spindelantrieb weist der Aktuator ein Gehäuse auf, welches mit einem Fahrzeugaufbau und/oder einer Achse eines Fahrzeugs gekoppelt, bevorzugt mit diesem form- und/oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist. Die Spindelmutter ist gegenüber dem Gehäuse ortsfest gelagert und in Drehrichtung, bevorzugt mittels eines Elektromotors, antreibbar, vorzugsweise mittelbar mittels eines Getriebes, bevorzugt mittels eines Riementriebs. Die Spindel ist somit als in Richtung der Längsachse axial verschiebbares Stellmittel ausgebildet, welches mittels zumindest einer Gelenkverbindung an zumindest einem Ende der Spindel mittelbar oder unmittelbar mit einem Radträger gekoppelt ist. Bevorzugt ist das Ende der Spindel mit einem Lagerzapfen gekoppelt, bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt, welches wiederum mit der Gelenkverbindung, zum Beispiel einer Gelenkgabel gekoppelt, bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist. Die Gelenkgabel ist wiederum mit einem Gelenk, wie zum Beispiel einem Kugelgelenk oder einem Gummilager gekoppelt, bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt.
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Der Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges kann sowohl als Zentralsteller zur gleichzeitigen Lenkung beider Räder einer Achse als auch als Einzelsteller zur Lenkung jeweils eines Rades einer Achse ausgebildet sein. An einer Achse ist somit pro Seite jeweils zumindest ein Aktuator angeordnet.
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Schließlich betrifft die Erfindung eine Steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs, welche vorzugsweise als Hinterradlenkung ausgebildet ist. Die Steer-by-wire-Lenkung weist in vorteilhafter Weise einen Aktuator nach einer oder mehreren der vorgenannten Ausführungen auf.
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Eine Steer-by-wire-Lenkung ist eine von einer mechanischen Lenkhandhabe, z.B. einem Lenkrad entkoppelte, z.B. elektromechanische Einheit. Aufgrund von Lenksignalen und unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Parameter wie z.B. einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrzeugbeschleunigung, eines Lenkradwinkels und/oder einer Lenkradwinkelgeschwindigkeit, aktuell vorliegenden Lenkwinkeln an Vorder- und/oder Hinterachse, einer Gierrate und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs etc. werden in einem Steuergerät Lenksignale generiert. Die Lenkbewegung erfolgt mittels zumindest eines Aktuators der Steer-by-wire-Lenkung, welcher vom Steuergerät Lenksignale erhält. Beispielsweise kann in dem Aktuator, wie zuvor bereits angesprochen, mittels eines Spindeltriebs eine Spindel oder Lenkstange linear verlagert werden, welche unmittelbar oder mittelbar mit Radträgern gelenkig gekoppelt sind. Durch die Verlagerung der Spindel können die Radträger um ihre Hochachse geschwenkt werden, so dass die drehbar an den Radträgern gelagerten Räder mit einer Änderung der Radlenkwinkel des jeweiligen Radträgers beaufschlagt werden können.
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Beispiele zum Stand der Technik sowie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 eine Hinterachse mit einem Aktuator mit einem Spindelantrieb,
- 2 eine Teildarstellung eines Aktuators mit Spindelantrieb gem. Stand der Technik und
- 3 eine erfindungsgemäße Ausführung eines Spindelantriebs
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Fahrzeugachse 1 mit einer Steer-by-wire-Lenkung 12, die Fahrzeugachse hier dargestellt als eine Hinterachse, welche mit einem Hilfsrahmen 2 und somit mit einem Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeuges befestigt ist. Die Räder 5 und 6 sind mittels Lenkern 3 an dem Hilfsrahmen 2 angelenkt. Die Lenker 3 sind Teil der Radaufhängung für die Räder 5, 6. An dem Hilfsrahmen 2 ist ein Aktuator 10 einer steer-by-wire-Lenkung 12 angeordnet. Der Aktuator 10 ist mit seinem Gehäuse 22 an dem Hilfsrahmen 2 befestigt. Der Aktuator 10 weist in der vorliegenden Ausführung als ein zentraler Aktuator eine Lenkstange 24 in Form einer Spindel auf, welche durch das Gehäuse 22 des Aktuators 10 hindurchgeführt ist und an deren Ende Gelenkverbindungen 27 zur Verbindung mit Spurstangen 23, 25 vorgesehen sind. Der Antriebsmotor in Form eines Elektromotors 29 ist achsparallel zur Lenkstange 24 angeordnet. Die axiale Verlagerung der Lenkstange 24 erfolgt aufgrund eines Rotations-/Translationswandlers, welcher in 2 als Spindelantrieb 43 dargestellt ist. An den Enden der Lenkstange 24 sind Spurstangen 23, 25 angelenkt, welche mit dem von dem Aktuator 10 abgewandten Ende jeweils mit Radträgern (dargestellt ist Radträger 7) gelenkig verbunden sind, welche die Räder drehbar aufnehmen. Es ist offensichtlich, dass bei einer axialen Verlagerung, also einer Verlagerung der Lenkstange 24 entlang einer Längsachse in die eine oder andere Richtung, eine Veränderung des Radlenkwinkels erfolgt, weil die Spurstangen 23, 25 eine Zwangsverbindung zwischen Rad 5, 6 bzw. Radträger 7 und dem Aktuator 10 darstellen. Zur Lenkung der Räder 5, 6 sind diese mittels Radträgern 7 um deren Hochachse drehbar an der Radaufhängung mittels Querlenkern 3 angelenkt, wie durch Doppelpfeile 8, 9 (Drehsinn) angedeutet. Hierdurch ergibt sich für die Räder 5, 6 eine Lenkbewegung. Der Aktuator 10 ist mit anderen Worten eine Vorrichtung, welche ein Betreiben der Steer-by-wire-Lenkung 12 ermöglicht.
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2 zeigt in einer teilgeschnittenen Detaildarstellung einen Aktuator in Form eines Einzelstellers gemäß Stand der Technik. Dieser Aktuator 40 ist mit seinem Gehäuse 42 an seinem einen Ende mittels eines Gelenkverbindungs 53 gelenkig mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. In dem Gehäuse 42 ist ein Spindelantrieb 43 mit einer Spindel 44 und einer Spindelmutter 45 angeordnet. Die Spindelmutter 45 weist ein Innengewinde 45a und die Spindel 44 ein Spindelgewinde 44a auf, welche in Eingriff stehen ein Bewegungsgewinde bilden. Die Spindelmutter 45 ist in dem Gehäuse 42 ortsfest mittels der Wälzlager 48a, 48b gelagert. Die Spindelmutter 45 wird von einem Elektromotor 49 mittels eines Riementriebs 46 drehangetrieben. Bei Drehung der Spindelmutter 45 wird die Spindel 44 axial oder mit anderen Worten translatorisch verlagert. An ihrem einen Ende ist die Spindel 44 mit einem Lagerzapfen 50 gekoppelt, welche aus dem Gehäuse 42 herausragt und mittels einer Lagerhülse 51 axial geführt ist. Das von dem Spindelende abgewandte Ende der Lagerhülse 51 ist mit einer Gelenkverbindung 52 in Form eines Kugelhülsengelenk gekoppelt. Die Gelenkverbindung 52 ist wiederum unmittelbar oder mittelbar mit einem Radträger gelenkig verbunden (nicht dargestellt), sodass mittels der axialen Verlagerung der Spindel 44 eine Änderung des Radlenkwinkels des verbundenen Rades bewirkt werden kann. Über die Gelenkverbindung 52 kann es zur Belastung der Spindel 44 sowohl mit Längskräften, welche parallel zur Längsachse der Spindel 44 verlaufen können, als auch zur Belastung durch Querkräfte kommen. Aufgrund der Querkräfte kann es zu Biegemomenten kommen, sodass die Spindel 44 und die Spindelmutter 45 temporär nicht koaxial zueinander angeordnet sind oder bei Drehbewegung der Spindelmutter 45 sich nicht koaxial zueinander bewegen. Dieses kann zu einer Schwergängigkeit oder zu einem Verklemmen führen. Um dieses zu verhindern sind in dem Aktuator 40 bzw. dem dort eingebauten Spindelantrieb 43 links und rechts des Spindelgewindes 44a Radiallager 47a, 47b in Form von Nadellagern eingesetzt. Über diese Radiallager 47a, 47b, welche auf der Kopfkreisfläche des Spindelgewindes 44a der Spindel 44 abwälzen, ist die Spindelmutter 45 abgestützt und somit koaxial zur Spindel 44 angeordnet. Bei dieser Lösung gem. Stand der Technik werden zusätzlich Wälzlager benötigt, um eine Koaxialität herzustellen, so dass sich die Spindelmutter 45 stets konzentrisch um die Spindel 44 herum drehen kann.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Dargestellt ist eine geschnittene Detailansicht eines Aktuators mit einem Gehäuse 102, welches einen Spindelantrieb 103 aufnimmt. Eine Spindelmutter 105 ist mittels eines Wälzlagers 108 ortsfest in dem Gehäuse 102 gelagert. Der Drehantrieb der ortsfest gelagerten Spindelmutter 105 erfolgt mittels eines Riementriebs, wobei in dieser Detaildarstellung lediglich ein Teil der Riemenscheibe 106r dargestellt ist, welche auf der Spindelmutter 105 aufgepresst ist. Die Spindelmutter 105 weist ein geteiltes Innengewinde bestehend aus den Innengewinden 105a, 105b auf. Die Spindelmutter 105 umgreift eine Spindel 104, welche ein als Spindelgewinde ausgebildetes Spindelgewinde 104a aufweist. Das Innengewinde 105a, 105b ist in Eingriff mit dem Spindelgewinde 104a der Spindel 104, welche somit ein Bewegungsgewinde bilden. Die Innengewinde 105a, 105b weisen gegenüber der gesamten axialen Erstreckung der Spindelmutter 105 lediglich eine geringe axiale Erstreckung 1051, 105r auf. Somit sind nur wenige Gewindegänge des Innengewindes 105a, 105b mit dem Spindelgewinde 104a der Spindelmutter 105 in Eingriff. Aufgrund dieser geringen Überdeckung des Innengewindes 105a, 105b mit dem Spindelgewinde 104a ergibt sich eine deutlich geringere Reibung, als wenn die Spindelmutter 105 ein durchgehendes Innengewinde hätte. Dieses liegt darin begründet, dass aufgrund der schmaleren Ausführung des Innengewindes weniger Flanken mit den entsprechenden Flanken des Spindelgewindes 104 a in Kontakt stehen, als wenn das Innengewinde der Spindelmutter 105 durchgehend ausgeführt wäre.
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Im Bereich der Stirnseiten s1, s2 ist jeweils eine Verjüngung 160,161 angeordnet. Die Verjüngung 160,161 weist einen Durchmesser dv auf, welcher dem Kopfkreisdurchmesser DK entspricht. Der Durchmesser dv ist in Bezug auf den Kopfkreisdurchmesser DK nach dem System Einheitsbohrung/Einheitswelle ausgeführt. Dieses entspricht einer Spielpassung, wobei der Durchmesser dv maximal den Kopfkreisdurchmesser DK oder aber kleiner ausgeführt sein kann. Mit anderen Worten gleitet die Innenfläche der Verjüngung 160,161 auf der Kopfkreisfläche der Spindel 104 bzw. wälzt auf dieser ab. Auf diese einfache Weise wird bewirkt, dass die Spindelmutter 105 sich auf der Spindel 104 abstützt und somit die Spindelmutter 105 koaxial zur Spindel 104 angeordnet ist bzw. um diese herum dreht. Mit anderen Worten weisen die Spindelmutter 105 und die Spindel 104 stetig eine gemeinsame Längsachse a auf. Es sind keine zusätzlichen Radiallager, wie zum Beispiel bei dem Aktuator aus dem Stand der Technik gemäß 2 zu ersehen, erforderlich.
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Zwischen der Verjüngung 160 und dem Innengewinde 105a sowie zwischen den Innengewinden 105a, 105b ist jeweils ein Hohlraum 115,116 angeordnet, welcher umlaufend ausgestaltet ist. Diese Hohlräume 115, 116 bilden ein Reservoir für Schmiermittel zur Schmierung des Bewegungsgewindes, wobei das Schmiermittel während der Montage in diese Hohlräume eingebracht wird. Damit das Schmiermittel innerhalb der Grenzen der Spindelmutter 105 verbleibt, sind an dessen Stirnseiten s1, s2 radial einwärts zur Spindel 104 wirkende Dichtungen 120,121 angeordnet, welche hier schematisch dargestellt sind. Es können hier z.B. Radialwellendichtringe eingesetzt werden. Diese umgreifen das Spindelgewinde 104a bzw. die Spindel 104. Das Spindelgewinde 104 weist axiale Erstreckung auf, die so bemessen ist, so dass mittels des Bewegungsgewindes eine axiale Verlagerung der Spindel zum Stellen der erforderlichen Radlenkwinkel bewirkbar ist. Jenseits des Gewindes 104a der Spindel 104 ist die Spindel 104 in den Bereichen 144l, 144r glatt zylindrisch ausgebildet. Auf diesen glatt zylindrischen Teilbereichen der Spindel, welche einen Durchmesser Dz aufweisen, kann durch die Dichtungen 120,121 eine verbesserte Wirkung erzielt werden. Es kann somit bewirkt werden, dass das Schmiermittel innerhalb der Grenzen der Spindelmutter 105 verbleibt und während der gesamten Lebensdauer des Aktuators für das Bewegungsgewinde zur Verfügung steht. Es ergibt sich somit hinsichtlich der Koaxialität des Spindelantriebs 103 eine kostengünstige Lösung ohne zusätzliche Lager bei dem hier vorgestellten Aktuator.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugachse
- 2
- Hilfsrahmen
- 3
- Querlenker
- 5
- Rad
- 6
- Rad
- 7
- Radträger
- 8
- Drehsinn
- 9
- Drehsinn
- 10
- Aktuator
- 12
- Steer-by-wire-Lenkung
- 22
- Gehäuse
- 23
- Spurstange
- 24
- Lenkstange, Spindel
- 25
- Spurstange
- 27
- Gelenkverbindung
- 29
- Elektromotor
- 40
- Aktuator
- 42
- Gehäuse
- 43
- Spindelantrieb
- 44
- Spindel
- 44a
- Spindelgewinde
- 45
- Spindelmutter
- 45a
- Innengewinde
- 46
- Riementrieb
- 46r
- Riemenscheibe
- 47a
- Radiallager, Nadellager
- 47b
- Radiallager, Nadel
- 48a
- Wälzlager
- 48b
- Wälzlager
- 49
- Elektromotor
- 50
- Lagerzapfen
- 51
- Lagerhülse
- 52
- Gelenkverbindung
- 53
- Gelenkverbindung
- 102
- Gehäuse
- 103
- Spindelantrieb
- 104
- Spindel
- 104a
- Spindelgewinde
- 105
- Spindelmutter
- 105a
- Innengewinde
- 105b
- Innengewinde
- 105l
- axiale Erstreckung Innengewinde
- 105r
- axiale Erstreckung Innengewinde
- 106r
- Riemenscheibe
- 108
- Wälzlager
- 115
- Hohlraum
- 116
- Hohlraum
- 120
- Dichtung
- 121
- Dichtung
- 144l
- zylindrischer Teil der Spindel, links
- 144r
- zylindrischer Teil der Spindel, rechts
- 160
- Verjüngung
- 161
- Verjüngung
- a
- Längsachse
- dv
- Innendurchmesser Verjüngung
- dK
- Kopfkreisdurchmesser Innengewinde
- Dz
- Spindeldurchmesser, zylindrischer Teil
- DK
- Durchmesser Kopfkreis Spindelgewinde
- DH
- Durchmesser Hohlraum
- F
- Fahrtrichtung
- s1
- Stirnseite
- s2
- Stirnseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206934 A1 [0003]
- DE 2406750 A1 [0004]
