DE3836255A1 - Elektromotorisches stellelement - Google Patents

Elektromotorisches stellelement

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DE3836255A1 DE19883836255 DE3836255A DE3836255A1 DE 3836255 A1 DE3836255 A1 DE 3836255A1 DE 19883836255 DE19883836255 DE 19883836255 DE 3836255 A DE3836255 A DE 3836255A DE 3836255 A1 DE3836255 A1 DE 3836255A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein elektromotorisches Stellele­ ment, insbesondere zum Lenken eines Hinterrades eines Personenkraftwagens, welches in einem Gehäuse als Stell­ glied eine von einer drehbar angeordneten Spindelmutter verschiebbare Gewindespindel aufweist und bei dem die Spindelmutter mittels eines Elektromotors über ein Plane­ tengetriebe angetrieben ist, wobei der Rotor des Elektro­ motors ein Sonnenrad antreibt und die mit diesem kämmen­ den Planetenräder die Spindelmutter antreiben.
Ein sol­ ches Stellelement ist in der DE-OS 37 35 517 beschrie­ ben.
Das bekannte Stellelement ist genau wie ein Lenkgetriebe der Vorderachse eines Personenkraftwagens angeordnet und betätigt mit zwei aus seinen Stirnseiten herausgeführten Stellgliedern eine Spurstange, welche ihrerseits die Spurhebel der Hinterräder zu verschwenken vermag. Die Ge­ windespindel, das Planetengetriebe und der Elektromotor sind bei dem Stellelement hintereinander auf der Gewinde­ spindel vorgesehen. Hierdurch wird das Stellelement rela­ tiv lang. Außerdem ergibt sich durch die Vielzahl von verschiedenen Bauteilen ein großes Gewicht des Stellele­ mentes. Dieses relativ hohe Gewicht und die Baugröße können bei der in der genannten DE-OS 37 35 517 vorge­ sehenen Anordnung des Stellelementes noch hingenommen werden.
Zur Vereinfachung der Hinterachslenkung will man bei modernen Fahrzeugen jedoch jeweils ein Stellelement an einem Radführungsglied des Hinterrades anordnen. Eine solche Hinterachse ist beispielsweise in der DE-OS 31 39 792 gezeigt. Das Stellelement für eine solche Hinterachs­ lenkung muß möglichst kompakt sein, weil es sich sonst am Radführungsglied nicht anordnen läßt. Da das Stell­ element bei dieser Anordnung die ungefederte Masse des Fahrzeugs erhöht, soll es des weiteren möglichst leicht sein. Um diese beiden Erfordernisse zu erfüllen, ist das Stellelement nach der DE-OS 31 39 792 als hydraulisch arbeitender Stellzylinder ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektro­ motorisches Stellelement der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es möglichst kompakt und leicht wird, so daß es beispielsweise auch an einem Hinterachsschräg­ lenker befestigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spindelmutter als Hohlwelle ausgebildet und der Rotor des Elektromotors auf der Spindelmutter drehbar gelagert ist.
Durch diese Gestaltung sind die Spindelmutter, das Plane­ tengetriebe und der Elektromotor nicht mehr hintereinan­ der, sondern ineinander verschachtelt angeordnet. Da­ durch wird das Stellelement wesentlich kürzer als das nach der DE-OS 37 35 517. Weiterhin ist es einfacher auf­ gebaut und hat ein geringeres Gewicht.
Ganz besonders einfach aufgebaut ist das Stellelement, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung die Achsen der Planetenräder an einem einen Plane­ tenträger bildenden Flansch der Spindelmutter befestigt sind und wenn die Planetenräder in einer ein Hohlrad bildenden, feststehenden Innenverzahnung des Gehäuses kämmen. Ein solches Stellelement kann durch die erfin­ dungsgemäße Gestaltung des Planetengetriebes ein beson­ ders großes Übersetzungsverhältnis aufweisen.
Zur weiteren Vereinfachung des Stellelementes trägt es bei, wenn die beiden Endbereiche der Spindelmutter je­ weils mittels eines außenseitig auf diesen angeordneten Lagers im Gehäuse gelagert sind.
Eine Verdopplung des Übersetzungsverhältnisses läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß die Achsen der Planetenräder auf einem auf der Spindelmutter drehbar ge­ lagerten Tragkörper vorgesehen sind, welcher auf der dem Elektromotor abgewandten Seite ein weiteres Sonnenrad aufweist, in dem Planetenräder kämmen, die an dem einen Planetenträger bildenden Flansch der Spindelmutter vorge­ sehen sind und wenn alle Planetenräder in der ein Hohl­ rad bildenden, feststehenden Innenverzahnung des Gehäu­ ses kämmen.
Ein selbsttätiges, durch Radkräfte bedingtes Zurücklau­ fen des gelenkten Rades nach beendetem Lenkvorgang kann auf einfache Weise dadurch ausgeschlossen werden, daß in dem Gehäuse eine elektromagnetische Klauenkupplung zum Blockieren der Spindelmutter bei nicht bestromten Elek­ tromotor angeordnet ist.
Besonders einfach gestaltet ist die Klauenkupplung, wenn sie gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung eine unverdrehbar auf einem dem Elektromotor abgewandten Bund der Spindelmutter angeordnete Kupplungsscheibe hat, wel­ che von einer Feder gegen eine Stirnwand des Gehäuses vorgespannt ist und der auf der Seite der Feder ein Ring­ magnet zum Verschieben der Kupplungsscheibe gegen die Kraft der Feder zugeordnet ist.
Die Klauenkupplung hat eine hohe Haltekraft, wenn die Kupplungsscheibe zur Stirnwand des Gehäuses hin und die Stirnwand des Gehäuses jeweils mit einer ineinandergrei­ fenden Stirnverzahnung versehen sind.
Für die Anordnung des Stellelementes zwischen einem Rad­ führungselement und einem Spurhebel ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse an einer Stirnseite vollständig ge­ schlossen und mit einem Anschlußauge versehen ist und wenn die aus der anderen Stirnseite herausgeführte Gewin­ despindel an ihrem freien Ende zum Anschluß an einen Spurhebel eines gelenkten Rades ausgebildet ist.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfol­ gend beschrieben. In ihr zeigen die
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine angetriebene Schräglenker-Hinterachse mit den erfindungs­ gemäßen Stellelementen,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die obere Hälfte einer ersten Ausführungsform eines Stellele­ mentes nach der Erfindung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die obere Hälfte einer ersten Ausführungsform eines Stellele­ mentes nach der Erfindung.
Die in Fig. 1 gezeigte Schräglenker-Hinterachse hat einen Hilfsrahmen 1, an dem zwei Schräglenker 2, 3 ange­ lenkt sind. Jeder Schräglenker 2, 3 hat einen relativ zu ihm schwenkbaren Achsschenkel 4, 5, der jeweils ein Fahr­ zeugrad 6, 7 lagert. Das Einschlagen der Fahrzeugräder 6, 7 erfolgt jeweils mit einem elektromotorischen Stell­ element 8, 9, welches jeweils zwischen dem Schräglenker 2, 3 und einem Lenkhebel des Achsschenkels 4, 5 be­ festigt ist.
Die Fig. 2 zeigt am Beispiel des Stellelementes 8, daß dieses ein Gehäuse 10 hat welches an seiner linken Seite von einer Stirnwand 11 verschlossen ist, die zur Verbindung mit dem Schräglenker 2 ein Anschlußauge 12 aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist aus einer Stirnwand 13 eine Gewindespindel 14 herausgeführt, deren nicht zu sehendes Ende zum Verbinden mit einem Spurhebel des in Fig. 1 gezeigten Achsschenkels 4 ausgebildet ist. Koaxial zur Gewindespindel 14 ist im Stellelement 8 eine Spindelmutter 15 angeordnet. Diese Spindelmutter 15 ist mittels eines Elektromotors 16 unter Zwischenschal­ tung eines Planetengetriebes 17 antreibbar. Dreht sich die Spindelmutter 15, dann bewegt sie mittels in sie und die Gewindespindel 14 eingreifenden Kugeln 18 die unver­ drehbare Gewindespindel 14 aus dem Stellelement 8 heraus oder in es hinein.
Der Elektromotor 16 hat eine innenseitig am Gehäuse 10 befestigte Wicklung 19 und einen Rotor 20, der auf einem hohlwellenartigen Bereich der Spindelmutter 15 mittels Lager 21, 22 drehbar gelagert ist. Zum Planetengetriebe 17 hin ist am Rotor 20 ein Sonnenrad 23 vorgesehen, wel­ ches mit Planetenrädern 24 kämmt. Jedes Planetenrad 24 hat eine Achse 25, welche von einem Flansch 26 der Spin­ delmutter 15 gehalten wird. Der Flansch 26 bildet somit einen Planetenträger. Jedes Planetenrad 24 kämmt sowohl mit dem Sonnenrad 23 als auch mit einer ein Hohlrad bil­ denden, feststehenden Innenverzahnung 27 des Gehäuses 10.
Die Fig. 2 läßt weiterhin erkennen, daß die beiden End­ bereiche der Spindelmutter 15 jeweils mit einem Lager 28, 29 in den Stirnwänden 11, 13 des Gehäuses 10 gela­ gert sind.
Ein weiteres, für die Erfindung wichtiges Merkmal ist eine Klauenkupplung 30 im Inneren des Gehäuses 10. Diese Klauenkupplung 30 hat eine Kupplungsscheibe 31, welche axial verschieblich, jedoch unverdrehbar auf einem dem Elektromotor 16 abgewandten Bund 32 des Flansches 26 der Spindelmutter 15 angeordnet ist. Eine Feder 33 spannt diese Kupplungsscheibe 31 zur Stirnwand 11 des Gehäuses 10 hin vor. Durch jeweils eine Stirnverzahnung 34, 35 auf der Kupplungsscheibe 31 und der Innenseite der Stirn­ wand 11 läßt sich im eingekuppelten Zustand der Kupp­ lungsscheibe 31 eine formschlüssige Verbindung der Kupp­ lungsscheibe 31 mit der Stirnwand 11 und dadurch ein Blockieren der Spindelmutter 15 sowie der Gewindespindel 14 erreichen. Zum Auskuppeln der Klauenkupplung 30 ist auf der Seite der Feder 33 ein Ringmagnet 36 vorgesehen, der bei Erregung die Kupplungsscheibe 31 gegen die Kraft der Feder 33 nach rechts aus der Stirnverzahnung 34 zieht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind vom Sonnenrad 23 des Rotors 20 angetriebene Planetenräder 39 mit ihrer jeweiligen Achse 40 auf einem Tragkörper 37 gehalten, der drehbar auf der Spindelmutter 15 gelagert ist. Der Tragkörper 37 hat koaxial zum Sonnenrad 23 ein weiteres Sonnenrad 38, in dem die Planetenräder 24 kämmen, welche mit ihrer Achse 25 jeweils am Flansch 26 der Spindelmut­ ter 15 gehalten sind. Alle Planetenräder 24, 39 kämmen in der Innenverzahnung 27 des Gehäuses 10, die bei dieser Ausführungsform breiter ausgeführt sein muß als bei der zuvor beschriebenen. Durch diese Gestaltung ist dem Planetengetriebe 17 ein weiteres Planetengetriebe 41 vorgeschaltet, so daß die Umdrehung des Rotors 20 zwei­ mal untersetzt wird.

Claims (8)

1. Elektromotorisches Stellelement, insbesondere zum Len­ ken eines Hinterrades eines Personenkraftwagens, welches in einem Gehäuse als Stellglied eine von einer drehbar angeordneten Spindelmutter verschiebbare Gewindespindel aufweist und bei dem die Spindelmutter mittels eines Elektromotors über ein Planetengetriebe angetrieben ist, wobei der Rotor des Elektromotors ein Sonnenrad antreibt und die mit diesem kämmenden Planetenräder die Spindel­ mutter antreiben, dadurch gekennzeichnet, daß die Spin­ delmutter (15) als Hohlwelle ausgebildet und der Rotor (20) des Elektromotors (16) auf der Spindelmutter (15) drehbar gelagert ist.
2. Elektromotorisches Stellelement nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achsen (25) der Planeten­ räder (24) an einem einen Planetenträger bildenden Flansch (26) der Spindelmutter (15) befestigt sind und daß die Planetenräder (24) in einer ein Hohlrad bilden­ den, feststehenden Innenverzahnung (27) des Gehäuses (10) kämmen.
3. Elektromotorisches Stellelement nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endbe­ reiche der Spindelmutter (15) jeweils mittels eines außenseitig auf diesen angeordneten Lagers (28, 29) im Gehäuse (10) gelagert sind.
4. Elektromotorisches Stellelement nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (40) der Planetenräder (39) auf einem auf der Spindelmutter (15) drehbar gelagerten Tragkörper (37) vorgesehen sind, welcher auf der dem Elektromotor (16) abgewandten Seite ein weiteres Sonnenrad (38) aufweist, in dem Planetenräder (24) kämmen, die an dem einen Pla­ netenträger bildenden Flansch (26) der Spindelmutter (15) vorgesehen sind und daß alle Planetenräder (24, 39) in der ein Hohlrad bildenden, feststehenden Innenver­ zahnung (27) des Gehäuses (10) kämmen.
5. Elektromotorisches Stellelement nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (10) eine elektromagnetische Klauenkupp­ lung (30) zum Blockieren der Spindelmutter (15) bei nicht bestromtem Elektromotor (16) angeordnet ist.
6. Elektromotorisches Stellelement nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauenkupplung (30) eine unverdrehbar auf einem dem Elektromotor (16) abgewandten Bund (32) der Spindelmut­ ter (15) angeordnete Kupplungsscheibe (31) hat, welche von einer Feder (33) gegen eine Stirnwand (11) des Ge­ häuses (10) vorgespannt ist und der auf der Seite der Feder (33) ein Ringmagnet (36) zum Verschieben der Kupp­ lungsscheibe (31) gegen die Kraft der Feder (33) zuge­ ordnet ist.
7. Elektromotorisches Stellelement nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (31) zur Stirnwand (11) des Gehäuses (10) hin und die Stirnwand (11) des Gehäuses (10) jeweils mit einer ineinandergrei­ fenden Stirnverzahnung (34, 35) versehen sind.
8. Elektromotorisches Stellelement nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) an einer Stirnseite vollständig ge­ schlossen und mit einem Anschlußauge (12) versehen ist und daß die aus der anderen Stirnseite herausgeführte Gewindespindel (14) an ihrem freien Ende zum Anschluß an einen Spurhebel eines gelenkten Fahrzeugrades (6, 7) ausgebildet ist.
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