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Die Erfindung betrifft einen insbesondere für die Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeigneten Fahrwerksaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Fahrwerksaktuator ist beispielsweise aus der
DE 10 2019 105 533 A1 bekannt. Der bekannte Fahrwerksaktuator ist als elektromechanischer Aktuator ausgebildet und umfasst ein Rotativ-Linear-Getriebe in Form eines Planetenwälzgetriebes. Die elektrisch angetriebene Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes ist aus zwei Mutterteilen aufgebaut, zwischen welcher ein Distanzring eingesetzt ist, um eine Vorspannung zu erzeugen.
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Die
DE 10 2020 106 785 A1 offenbart eine Hinterachslenkung und Lenkwinkelmessung an der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird davon ausgegangen, dass zu lenkende Räder, in diesem Fall Hinterräder, des Kraftfahrzeugs mit der Spindel des Spindeltriebs gekoppelt sind. Ein erster Rotorlagegeber ist an einem Elektromotor eines Aktuators der Hinterachslenkung vorgesehen. Zusätzlich schlägt die
DE 10 2020 106 785 A1 vor, einen zweiten Rotorlagegeber zur Zustandserfassung am Spindeltrieb vorzusehen. Konkret soll mit Hilfe des zweiten Rotorlagegebers die Winkellage eines Planetenträgers detektiert werden, welcher zwischen ein Umschlingungsgetriebe und die Spindel des Spindeltriebs geschaltet ist.
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Bei einem Planetenwälzgetriebe kann grundsätzlich entweder die Gewindespindel oder ein die Planenten führender Planetenträger als antreibendes Element fungieren. Im letztgenannten Fall ist ein steigungstreues Planetenwälzgetriebe (SPWG) gegeben. Mögliche Bauformen von SPWGs sind in den Dokumenten
DE 10 2021 100 275 A1 und
DE 10 2019 125 310 A1 beschrieben.
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Alternativ zu einem Planetenwälzgetriebe kann zum Beispiel ein Kugelgewindetrieb als Rotativ-Linear-Getriebe eines Fahrwerksaktuators, insbesondere Lenkungsaktuators, vorgesehen sein. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
US 2012/0024616 A1 hingewiesen.
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Grundsätzlich kann bei Rotativ-Linear-Getrieben, die eine Spindel und eine Spindelmutter umfassen, entweder die Spindel oder die Spindelmutter als rotierendes Antriebselement fungieren, wobei das jeweils andere Element als Abtriebselement verdrehgesichert verschiebbar ist. Eine mögliche Bauform einer Verdrehsicherung in einem Aktuator, welcher ein Rotativ-Linear-Getriebe umfasst, geht im Detail aus der
DE 10 2018 130 228 B3 hervor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten Fahrwerksaktuator, beispielsweise Lenkungsaktuator, insbesondere Aktuator einer Hinterachslenkung, anzugeben, welcher sich durch einen besonders kompakten, robusten und fertigungsfreundlichen Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fahrwerksaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Fahrwerksaktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Rotativ-Linear-Getriebe, das heißt ein Getriebe zur Umsetzung einer Rotation in eine lineare Bewegung, welches ein drehbares Eingangselement und eine hierzu konzentrische, verdrehgesichert verschiebbare Spindel als Ausgangselement aufweist, wobei ein einen Rotor und einen Stator aufweisender Elektromotor zum direkten Antrieb des Eingangselementes vorgesehen ist. Gemäß Anspruch 1 existiert eine mit dem Elektromotor des Fahrwerksaktuators sowie mit der Spindel des Rotativ-Linear-Getriebes zusammenwirkende Ansteuerungs- und Sensoreinheit, welche stirnseitig an den Stator des Elektromotors angesetzt ist und die Spindel ringförmig umgibt. Ebenso wie die Ansteuerungs- und Sensoreinheit hat der Elektromotor eine hohle Form, so dass die konzentrisch in der Anordnung aus Ansteuerungs- und Sensoreinheit sowie Elektromotor angeordnete Spindel in dieser Anordnung linear verlagerbar ist.
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Die Ansteuerungs- und Sensoreinheit hat somit zwei Aufgaben, nämlich erstens die Ansteuerung des Elektromotors, bei welchem es sich beispielsweise um einen bürstenlosen Gleichstrommotor handelt, und zweitens die Erfassung der Position der Spindel in Relation zum Gehäuse des Fahrwerksaktuators.
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Was die Funktion der Ansteuerungs- und Sensoreinheit als Positionssensor betrifft, kann beispielsweise eine inkrementelle Erfassung von Positionsänderungen der Spindel vorgesehen sein. Ebenso kann die Ansteuerungs- und Sensoreinheit zur absoluten Positionserfassung der Spindel ausgebildet sein. Zur Erfassung von Positionen und/oder Positionsänderungen kann auf beliebige prinzipiell bekannte Prinzipien zurückgegriffen werden. Beispielsweise können optische oder induktive Messprinzipien genutzt werden. Insbesondere kann hierbei ein ein- oder mehrgängiges Gewinde der Spindel als Maßverkörperung dienen.
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Unabhängig von der Art der Sensorik befindet sich die Ansteuerungs- und Sensoreinheit in verschiedenen typischen Ausgestaltungen auf der dem Rotativ-Linear-Getriebe abgewandten Stirnseite des Elektromotors, wobei sie zusammen mit dem Stator des Elektromotors in einem gemeinsamen rohrförmigen Gehäuseelement des Fahrwerksaktuators aufgenommen sein kann.
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Gemäß einer möglichen Weiterbildung weist die aus der Ansteuerungs- und Sensoreinheit und dem Stator gebildete Baugruppe an ihrer Außenumfangsfläche leistenförmige Verdrehsicherungskonturen auf, welche sich jeweils zumindest über einen Abschnitt des Stators sowie über einen hieran angrenzenden Abschnitt der Ansteuerungs- und Sensoreinheit erstrecken und mit rillenförmigen Gegenkonturen im Gehäuseelement zusammenwirken. Darüber hinaus können sich die leistenförmigen Verdrehsicherungskonturen bis in einen Motordeckel hinein erstrecken, welcher sich auf der der Ansteuerungs- und Sensoreinheit abgewandten und damit dem Rotativ-Linear-Getriebe zugewandten Stirnseite des Elektromotors befindet. Dies gilt analog auch für Fälle, in denen die Verdrehsicherung auf andere Weise, beispielsweise durch polygonförmige Konturen, realisiert ist.
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Die Verdrehsicherungskonturen, welche beispielsweise in Form von Leisten vorliegen, sind optional durch ein elektrisch isolierendes keramisches Material, das zum Beispiel Al2O3 umfasst, des Motorgehäuses des Elektromotors gebildet.
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Sofern das Rotativ-Linear-Getriebe des Fahrwerksaktuators als Planetenwälzgetriebe ausgebildet ist, kann entweder die Spindelmutter oder der Planetenträger als antreibendes, drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbundenes Getriebeelement vorgesehen sein. Auch ist es möglich, die Spindelmutter in Axialrichtung zu verlängern und selbst als Rotor des Elektromotors auszubilden, wobei in dem als Rotor des Elektromotors ausgebildeten Abschnitt beispielsweise Permanentmagnete platziert sind.
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Sogar eine Ausbildung der Spindel als Rotor eines Elektromotors ohne Steigerung ihrer Länge über das für Ihre Funktion als antreibendes Element des Rotativ-Linear-Getriebes erforderliche Maß hinaus ist denkbar. In einem solchen Fall befinden sich beispielsweise Permanentmagnete oder bestrombare Spulen auf der Außenumfangsfläche der Spindel. Durch geeignete geometrische Strukturierung der Spindel ist es auch möglich, diese als Rotor eines Reluktanzmotors auszubilden.
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In allen Fällen liegt ein Vorteil des anmeldungsgemäßen Fahrwerksaktuators gegenüber herkömmlichen, für die Verwendung in Fahrzeugen vorgesehenen Aktuatoren insbesondere in der geringen Bauhöhe, die sich aus der konzentrischen Anordnung von Elektromotor, Getriebe sowie Ansteuerungs- und Sensoreinheit ergibt. Eine zusätzliche Getriebestufe, etwa in Form eines Riementriebs oder sonstigen Umschlingungsgetriebes, ist in typischer Ausgestaltung des Fahrwerksaktuators nicht vorgesehen. Dementsprechend hat der Elektromotor ein für den direkten Antrieb der Spindelmutter oder des sonstigen Antriebselements des Rotativ-Linear-Getriebes ausreichend hohes Drehmoment bereitzustellen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 Komponenten einer Hinterachslenkung einschließlich eines elektromechanischen Fahrwerksaktuators in Explosionsdarstellung,
- 2 den Fahrwerksaktuator in geschnittener perspektivischer Ansicht,
- 3 einen Elektromotor des Fahrwerksaktuators in Explosionsdarstellung,
- 4 bis 7 Komponenten des Elektromotors, jeweils in perspektivischer, teilweise geschnittener Darstellung,
- 8 ein Rotativ-Linear-Getriebe, nämlich Planetenwälzgetriebe, des Fahrwerksaktuators in Explosionsdarstellung,
- 9 das Planetenwälzgetriebe in perspektivischer Ansicht,
- 10 das Planetenwälzgetriebe in perspektiver, geschnittener Darstellung,
- 11 den Fahrwerksaktuator in geschnittener Darstellung,
- 12 den Fahrwerksaktuator in einer Darstellung analog 11 mit eingezeichnetem Kraftfluss.
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Ein Fahrwerksaktuator 1 ist als elektromechanischer Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Fahrwerksaktuators 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Ein Gehäuse 2 des Fahrwerksaktuators 1 umfasst ein erstes, kurzes Gehäuseelement 3 und ein zweites, vergleichsweise langes Gehäuseelement 4. Schrauben, mit welchen das Aktuatorgehäuse 2 zusammengehalten ist, sind mit 5 bezeichnet. Gabelförmige Anschlusselemente 6, die mit weiteren, nicht dargestellten Fahrwerkskomponenten gelenkig verbindbar sind und der Änderung des Lenkeinschlags der Hinterräder des Fahrzeugs dienen, sind mittels des Fahrwerksaktuators 1 in Fahrzeugquerrichtung verschiebbar. Die gabelförmigen Anschlusselemente 6 sind fest mit einer Gewindespindel 8 des Aktuators 1 verbunden. Befestigungskonturen, über welche eine Verbindung zwischen dem Aktuatorgehäuse 2 und dem Fahrzeugaufbau herstellbar ist, sind mit 7 bezeichnet.
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Der Fahrwerksaktuator 1 umfasst einen Elektromotor 9 und ein durch diesen betätigtes Rotativ-Linear-Getriebe 10 in Form eines Planetenwälzgetriebes. An ein Motorgehäuse 11 des Elektromotors 9 ist stirnseitig eine Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12 angesetzt. Auf der der Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12 abgewandten Stirnseite des Elektromotors 9 befindet sich ein Motordeckel 13. Der Motordeckel 13 weist eine Ringform auf. Gleiches gilt für ein mit 14 bezeichnetes Sensorgehäuse der Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12.
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Dem elektromotorisch betätigten Rotativ-Linear-Getriebe 10 sind unter anderem mehrere Planeten 15 zuzurechnen. Jeder Planet 15 hat eine langgestreckte Form und kontaktiert mit seinem mittleren, verdickten Abschnitt die Gewindespindel 8 und mit seinen beiden äußeren, vergleichsweise dünnen Abschnitten jeweils ein Mutterteil 17, 18 einer insgesamt mit 16 bezeichneten Spindelmutter. Sämtliche Abschnitte der Planeten 15 sind steigungslos profiliert. Zwischen die Mutterteile 17, 18 ist ein Abstandshalter 19 eingesetzt. Die Mutterteile 17, 18 sind derart auf Abstand zueinander gehalten, dass sich eine Vorspannung zwischen der Spindelmutter 16, den Planeten 15 und der Gewindespindel 8 einstellt. Ein Federstück ist mit 40 bezeichnet. Die gesamte Spindelmutter 16 ist mit Hilfe zweier Wälzlager 36, 38 im Gehäuseelement 4 des Aktuatorgehäuses 2 gelagert. Hierbei stützt sich das erste Wälzlager 36 in Axialrichtung an einem Sicherungsring 37 ab, während das zweite Wälzlager 38 in Axialrichtung an einem mit 39 bezeichneten Boden des zweiten Gehäuseelementes 4 abgestützt ist.
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An die Spindelmutter 16 ist mit mehreren Schrauben 21 ein ringförmiges Verbindungselement 20 angeschraubt, welches die Verbindung zwischen dem Elektromotor 9 und dem Rotativ-Linear-Getriebe 10 herstellt. Die Schrauben 21 sind durch einen Flansch 35 des ringförmigen Verbindungselementes 20 durchgesteckt und in das Mutterteil 17 eingeschraubt. An den inneren Rand des Flansches 35 schließt ein hülsenförmiger Abschnitt 23 des Verbindungselementes 20 an. Der hülsenförmige Abschnitt 23 ist an seiner Außenumfangsfläche mit einer Verzahnung 34 versehen, welche formschlüssig in eine entsprechend konturierte Innenumfangsfläche des mit 22 bezeichneten Rotors des Elektromotors 9 eingesteckt ist. Auf diese Weise ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor 22 und der Spindelmutter 16 hergestellt.
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Durch die Rotation der Spindelmutter 16 werden die Planten 15 mitgenommen, wobei diese in Führungsringen 41 geführt und damit in Umfangsrichtung auf Abstand zueinander gehalten werden. Die Führungsringe 41 sind in Axialrichtung jeweils durch einen Anschlagring 42, welcher in eines der Mutterteile 17, 18 eingesetzt ist, gesichert. In nicht dargestellter, abgewandelter Ausführungsform könnten statt der Mutterteile 17, 18 die einen Planetenkäfig bildenden Führungsringe 41 angetrieben sein, was gleichbedeutend mit der Bildung eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes wäre.
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Der Rotor 22 des Elektromotors 9 umfasst Magneten 24, wobei eine Anschlagscheibe, die eine Verschiebung der Magneten 24 verhindert, mit 25 bezeichnet ist. Zwei Wälzlager zur Lagerung des Rotors 22 sind mit 26, 27 bezeichnet. Gehäusekomponenten 11, 13, 14 des Elektromotors 9 sind mit Schrauben 28 miteinander verschraubt. Über alle drei Gehäusekomponenten 11, 13, 14 erstrecken sich leistenförmige Verdrehsicherungskonturen 30, die in rillenförmige Gegenkonturen 31 in der Innenumfangsfläche des Gehäuseelementes 3 eingreifen.
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Die Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12 hat zum einen die Aufgabe, den Elektromotor 9, dessen mit 43 bezeichneter Stator unter anderem Kupferbleche 32 umfasst, anzusteuern, und zum anderen die Aufgabe, die Position der Gewindespindel 8 relativ zum Aktuatorgehäuse 2 zu detektieren. Letztgenannte Aufgabe wird mit Hilfe eines Sensors 33 erfüllt, der Bestandteil der Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12 ist. Die Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12 erfüllt damit in raumsparendem Aufbau und geschützter Anordnung eine Doppelfunktion. Ein an die Ansteuerungs- und Sensoreinheit 12 angeschlossenes Kabel ist mit 29 bezeichnet. Im Vergleich zu herkömmlich aufgebauten Aktuatoren von Hinterachslenkungen ist insbesondere der geringe Raumbedarf des Fahrwerksaktuators 1 in radialer Richtung der Gewindespindel 8 hervorzuheben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrwerksaktuator
- 2
- Aktuatorgehäuse
- 3
- erstes, kurzes Gehäuseelement
- 4
- zweites, langes Gehäuseelement
- 5
- Schraube
- 6
- gabelförmiges Anschlusselement
- 7
- Befestigungskontur
- 8
- Gewindespindel
- 9
- Elektromotor
- 10
- Rotativ-Linear-Getriebe
- 11
- Motorgehäuse des Elektromotors
- 12
- Ansteuerungs- und Sensoreinheit
- 13
- Motordeckel des Elektromotors
- 14
- Sensorgehäuse
- 15
- Planet
- 16
- Spindelmutter
- 17
- Mutterteil
- 18
- Mutterteil
- 19
- Abstandshalter
- 20
- ringförmiges Verbindungselement
- 21
- Schraube
- 22
- Rotor
- 23
- hülsenförmiger Abschnitt
- 24
- Magnet
- 25
- Anschlagscheibe
- 26
- Lager des Rotors
- 27
- Lager des Rotors
- 28
- Schraube
- 29
- Kabel
- 30
- Verdrehsicherungskontur
- 31
- Gegenkontur
- 32
- Kupferblech
- 33
- Sensor
- 34
- Verzahnung des ringförmigen Verbindungselementes
- 35
- Flansch des ringförmigen Verbindungselementes
- 36
- Wälzlager
- 37
- Sicherungsring
- 38
- Wälzlager
- 39
- Boden des zweiten Gehäuseelementes
- 40
- Federstück
- 41
- Führungsring
- 42
- Anschlagring
- 43
- Stator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019105533 A1 [0002]
- DE 102020106785 A1 [0003]
- DE 102021100275 A1 [0004]
- DE 102019125310 A1 [0004]
- US 20120024616 A1 [0005]
- DE 102018130228 B3 [0006]
