EP3692278A1 - Aktuator einer lenkung, insbesondere für eine hinterachslenkung eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Aktuator einer lenkung, insbesondere für eine hinterachslenkung eines kraftfahrzeuges

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Publication number
EP3692278A1
EP3692278A1 EP18772765.6A EP18772765A EP3692278A1 EP 3692278 A1 EP3692278 A1 EP 3692278A1 EP 18772765 A EP18772765 A EP 18772765A EP 3692278 A1 EP3692278 A1 EP 3692278A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
actuator according
connecting member
actuator
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18772765.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henning Schwenke
Dirk Graeuler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3692278A1 publication Critical patent/EP3692278A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B62D5/0424—Electric motor acting on or near steering gear the axes of motor and final driven element of steering gear, e.g. rack, being parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/1581—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by comprising an electrical interconnecting system between the steering control means of the different axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2037—Actuator supports or means for fixing piston end, e.g. flanges

Definitions

  • Actuator of a steering in particular for a rear axle steering of a motor vehicle
  • the invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1 and a use of the actuator.
  • a servo motor also called actuator or short actuator
  • the actuator is mounted centrally on the axle of the motor vehicle and at the same time acts on the steering of the two rear wheels.
  • the actuator has a spindle drive, consisting of spindle and spindle nut, which is rotatably mounted in the housing and axially fixed.
  • the spindle nut is driven by an electric motor and causes an axial displacement of the spindle to one side or the other.
  • the spindle has an approximately centrally disposed threaded portion with a movement thread, which is in engagement with the spindle nut, and two conical spindle ends, which are each connected via a threaded sleeve with a bearing sleeve, which in turn are slidably guided in the housing.
  • joint forks are arranged for connection to a steering linkage. A problem with such actuators can occur when transverse forces act on the joint forks and thus also on the bearing pins, wherein the transverse forces can exert bending moments on the spindle, so that it comes to the spindle to increased stress.
  • An object of the present invention is to make the actuator of a steering or the spindle drive, in particular the spindle and its connection to the yoke claim more stress.
  • the invention comprises the features of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
  • an actuator has a steering, a housing and a spindle drive arranged in the housing.
  • the spindle drive has a spindle engaging with a spindle nut with at least one attachment end.
  • at least one bearing pin which is displaceably arranged in the housing and which is connected to the at least one fastening end of the spindle.
  • At least one joint connecting piece is provided, which is arranged outside the housing and connected to the at least one bearing journal, wherein within the bearing pin, which is hollow, a connecting member is arranged, which is connected on the one hand with the spindle and on the other hand with the joint connector.
  • the spindle is thus not - as in the prior art - connected via the bearing journal with the joint connector, in particular a yoke, but indirectly via the connecting member, which can be designed to claim.
  • the connecting member can be adapted in terms of its structural design to increased bending stresses.
  • the connecting member has a flexurally soft region, which is preferably designed as a cross-sectional constriction or constriction.
  • a "desired bending point" is created in which bending is permitted when bending moments which are introduced via the hinged fork occur. reduced especially in the edge fiber area, whereby the service life of the connecting member is increased.
  • the cross-sectional constriction is formed as an annular groove, preferably with a semicircular shape, whereby the cross-section is reduced continuously and voltage peaks are avoided.
  • an annular groove can be produced, for example, by forming by means of a round profile.
  • the bearing pin is cup-shaped, ie it has a bottom and a cylindrical shell and is open on the opposite side of the ground. From the open side, the connecting link can be inserted into the jacket.
  • the bottom has an opening or a through-hole, in which the spindle is received, preferably with an interference fit.
  • the spindle passes through the opening and protrudes with its threaded fastening end into the cavity of the journal.
  • the connecting member has a first threaded blind hole into which the fastening end of the spindle is screwed. For a solid connection between the spindle and the connecting member is made.
  • the connecting member coaxial with the first threaded blind hole, a second threaded blind hole, in which a fastening bolt is screwed, which connects the joint connector with the connecting member.
  • the second threaded blind hole on an annular flange, d. H. an approximately annular flat bearing surface, which is braced with a corresponding bearing surface of the joint connector.
  • This connection between the annular flange and articulated joint or joint fork by means of the fastening bolt is designed such that not only tensile and compressive forces in the axial direction, but in particular also bending moments can be transmitted.
  • the bending moments result from the introduction of force via the joint connector, preferably by a yoke, which is connected to a steering linkage.
  • the connecting member and the joint connector on the one hand and the jacket of the journal on the other hand leave a game in both the radial and in the axial direction. This ensures that the outgoing from the yoke bending moment is only introduced into the connecting member, and not in the mantle of the journal, which is thus not subjected to bending.
  • the link including joint connector and the jacket of the journal are thus decoupled with respect to the bending stress.
  • bearing journal in particular its jacket is formed rigid. This ensures that between the outer circumference of the bearing pin, which is guided in a plain bearing of the housing, a constant bearing clearance is maintained and no clamping occurs.
  • the spindle has a notch or slight cross-sectional constriction in the region between the bottom of the bearing journal and the connecting member or its screwed fastening end, whereby a further flexible point, however, is created in the spindle. In this area, therefore, a controlled bending is also allowed in order to reduce the stresses.
  • the aforementioned actuator of a steering is preferably used in a steer-by-wire steering, preferably in a rear axle steering of a motor vehicle. Since the rear axle steering in the motor vehicle is a safety-relevant system, an increased resistance to breakage and a prolonged service life of the spindle and connecting member have a particularly advantageous effect.
  • Steer-by-wire steering systems are preferably operated electromechanically and have no direct or direct mechanical connection to the steering wheel of the driver.
  • the steering is enabled via one or more actuators, which generate the steering movement due to electrical control signals. Since the steering is almost done via a cable is spoken by steer-by-wire. A faultless function of the actuator of the steering is therefore to ensure over the entire vehicle life.
  • the term cable is to be understood in this context only as a synonym, since the steering or control signals via a Bus system, such as CAN bus, or at least partially wirelessly can be transmitted.
  • Fig. 2 shows an inventive arrangement of spindle, journals and
  • Fig. 1 shows a known actuator 1, also called servomotor 1, with a housing 2 which is fixed to an axle of a motor vehicle and two diametrically opposed joint forks 3, 4, also generally referred to as joint connectors 3, 4, for connection with not Having shown track control.
  • the actuator 1 comprises a spindle drive with an axially displaceable spindle 5, which can be driven via a spindle nut 6 by an electric motor 7, d. H. is adjustable.
  • the spindle 5 has in the region of the spindle nut 6 designed as a trapezoidal thread, self-locking movement thread 5a, which is in engagement with a corresponding internal thread 6a of the spindle nut 6.
  • the spindle 5 Upon rotation of the spindle nut 6 performs the spindle 5, which is prevented in a manner not shown from twisting, an axial movement (in the drawing) to the right or left.
  • the spindle 5 has two opposite spindle or mounting ends 8, 9, which in turn are fixedly connected to bearing pins 10, 1 1.
  • the bearing pins 10, 1 1 are on the housing side guided in plain bearings 12, 13 and connected by means of bolts 14, 15 with the two joint forks 3, 4.
  • Fig. 2 shows a journal 1 10 according to the invention for an actuator of a rear axle steering for a motor vehicle.
  • the same or analogous parts in FIG. 2 are labeled with the same but increased by 100 reference numerals as in FIG.
  • the journal 1 10 is cup-shaped and has a pot bottom 1 10a, in the following short ground 1 10a called, and a cylindrical shell 1 10b, which has an inner or cavity 1 16 and is guided in a housing-side slide bearing 1 12.
  • a breakthrough 1 17 is arranged, which is penetrated by a spindle 105.
  • the spindle 105 has a mounting end 108 with a thread 108a.
  • An articulated joint 104 designed as a joint fork 104 is partially, ie shown in its fastening region - the joint fork 104 forms the connection to an unillustrated steering linkage for a rear wheel of the motor vehicle.
  • the yoke 104 has a through hole 104 a, which is penetrated by a fastening bolt 1 14.
  • a connecting member 1 18 is arranged, which has a first threaded blind hole 1 19 in a coaxial arrangement and a second threaded blind hole 120 on the opposite end.
  • the connecting member 1 18 has at its front end in the region of the second threaded blind hole 120 has an annular flange 121 with an approximately circular-shaped bearing surface 121 a.
  • the connecting member 1 18 a flexurally soft region 122, which has a reduced diameter and a reduced area moment of inertia compared to the adjacent areas.
  • the flexurally soft region 122 is formed as a constriction or circumferential notch with an approximately semi-circular profile, so that a gradual reduction in diameter is achieved.
  • the connecting member 1 18 is connected on the one hand to the fastening end 108 of the spindle 105 and on the other hand by means of the fastening bolt 1 14 with the yoke 104. In this case, the fastening region 108 is screwed into the first threaded blind hole 1 19.
  • the spindle 105 is preferably received in the through hole 1 17 of the bottom 1 10a with a press fit, so that between the spindle 105 and journal 1 10 there is a friction or adhesion.
  • the spindle 105 has a circumferential, rounded notch 105a, which acts as a flexible point.
  • the yoke 104 is firmly clamped over the bolt 1 14 with the support surface 121 a of the annular flange 121, so that there is a rigid connection.
  • a radial clearance s1 and between the end face of the shell 1 10b and the yoke 104 leave an axial clearance s2.
  • the radial play s1 and the axial play s2 have the effect that bending moments introduced by the yoke 104 are transmitted exclusively via the annular flange 121 into the connecting link 118 and are degraded there, in particular in the flexurally soft region 122 and, to a lesser extent, in the notch 105a of FIG Spindle 105.
  • the shell 1 10b which is preferably formed rigid, is thus decoupled with respect to a bending stress from the connecting member 1 18, so that between the outer periphery of the shell 1 10b and the housing-side sliding bearing 1 12 no tilting or jamming occurs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, umfassend ein Gehäuse, einen im Gehäuse angeordneten Spindelantrieb, welcher eine mit einer Spindelmutter in Eingriff stehende Spindel (105) mit mindestens einem Befestigungsende (108) aufweist, mindestens einen verschiebbar im Gehäuse angeordneten Lagerzapfen (110), der mit dem mindestens einem Befestigungsende (108) der Spindel (105) verbunden ist, mindestens ein Gelenkverbindungsstück (104), welches außerhalb des Gehäuses angeordnet und mit dem mindestens einen Lagerzapfen (110) verbunden ist. Es wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Lagerzapfen (110) einen Hohlraum (116) aufweist, dass in dem Hohlraum (116) ein Verbindungsglied (118) angeordnet und dass das Verbindungsglied (118) einerseits mit dem Befestigungsende (108) der Spindel (105) und andererseits mit den Gelenkverbindungsstück (104) verbunden ist.

Description

Aktuator einer Lenkung, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Verwendung des Aktuators.
Durch die DE 10 2014 206 934 A1 wurde ein Stellmotor, auch Aktuator oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei konisch ausgebildete Spindelenden auf, welche jeweils über eine Gewindehülse mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt sind. An den Lagerhülsen, im Folgenden auch Lagerzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. Ein Problem bei derartigen Aktua- toren kann dann auftreten, wenn Querkräfte auf die Gelenkgabeln und damit auch auf die Lagerzapfen wirken, wobei die Querkräfte Biegemomente auf die Spindel ausüben können, so dass es für die Spindel zu einer erhöhten Beanspruchung kommt.
In der DE 10 2016 200 101 A1 wurde zur Lösung des vorgenannten Problems bereits vorgeschlagen, dass die Spindel, die direkt mit dem Lagerzapfen verbunden ist, zur Verminderung von Biegebeanspruchungen einen biegeweichen Abschnitt aufweist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Aktuator einer Lenkung bzw. den Spindelantrieb, insbesondere die Spindel und deren Anbindung an die Gelenkgabel beanspruchungsgerechter zu gestalten. Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Aktuator eine Lenkung, ein Gehäuse sowie einen im Gehäuse angeordneten Spindelantrieb auf. Der Spindelantrieb weist eine mit einer Spindelmutter in Eingriff stehende Spindel mit mindestens einem Befestigungsende auf. Des Weiteren mindestens einen verschiebbar im Gehäuse angeordneten Lagerzapfen, der mit dem mindestens einen Befestigungsende der Spindel verbunden ist. Mindestens ein Gelenkverbindungsstück ist vorgesehen, welches außerhalb des Gehäuses angeordnet und mit dem mindestens einen Lagerzapfen verbunden ist, wobei innerhalb des Lagerzapfens, welcher hohl ausgebildet ist, ein Verbindungsglied angeordnet ist, welches einerseits mit der Spindel und andererseits mit dem Gelenkverbindungsstück verbunden ist. Die Spindel ist somit nicht - wie beim Stand der Technik - über den Lagerzapfen mit dem Gelenkverbindungsstück, insbesondere einer Gelenkgabel verbunden, sondern mittelbar über das Verbindungsglied, welches beanspruchungsgerecht gestaltet werden kann. Insbesondere kann das Verbindungsglied hinsichtlich seiner konstruktiven Ausbildung an erhöhte Biegebeanspruchungen angepasst werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsglied einen biegeweichen Bereich auf, welcher vorzugsweise als Querschnittsverengung oder Einschnürung ausgebildet ist. Es ergibt sich somit für das Verbindungsglied, welches gegenüber dem Stand der Technik ein zusätzliches Bauteil darstellt, eine„Soll- Biegestelle", in welcher bei Auftreten von Biegemomenten, welche über die Gelenkgabel eingeleitet werden, eine Biegung zugelassen wird. Dadurch werden die Beanspruchungen, insbesondere im Randfaserbereich reduziert, wodurch auch die Lebensdauer des Verbindungsgliedes erhöht wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Querschnittsverengung als Ringnut, vorzugsweise mit einer Halbkreisform ausgebildet, wodurch der Querschnitt kontinuierlich verringert wird und Spannungsspitzen vermieden werden. Eine solche Ringnut kann z.B. durch Umformen mittels eines Rundprofils hergestellt werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Lagerzapfen topfförmig ausgebildet, d. h. er weist einen Boden und einen zylindrischen Mantel auf und ist an der dem Boden gegenüberliegenden Seite offen. Von der offenen Seite her kann das Verbindungsglied in den Mantel eingesetzt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Boden einen Durchbruch oder eine Durchgangsbohrung auf, in welcher die Spindel, vorzugsweise mit einem Presssitz aufgenommen ist. Die Spindel durchsetzt den Durchbruch und ragt mit ihrem ein Gewinde aufweisenden Befestigungsende in den Hohlraum des Lagerzapfens hinein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsglied ein erstes Gewindesackloch auf, in welches das Befestigungsende der Spindel eingeschraubt ist. Damit ist eine feste Verbindung zwischen der Spindel und dem Verbindungsglied hergestellt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungsglied, koaxial zum ersten Gewindesackloch, ein zweites Gewindesackloch, auf, in welches ein Befestigungsbolzen einschraubbar ist, welcher das Gelenkverbindungsstück mit dem Verbindungsglied verbindet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Gewindesackloch einen Ringflansch auf, d. h. eine etwa kreisringförmige ebene Auflagefläche, welche mit einer entsprechenden Auflagefläche des Gelenkverbindungsstücks verspannt ist. Diese Verbindung zwischen Ringflansch und Gelenkverbindungsstück respektive Gelenkgabel mittels des Befestigungsbolzens ist derart ausgebildet, dass nicht nur Zug- und Druckkräfte in axialer Richtung, sondern insbesondere auch Biegemomente übertragen werden können. Die Biegemomente resultieren aus der Krafteinleitung über das Gelenkverbindungsstück, vorzugsweise durch eine Gelenkgabel, die mit einem Lenkgestänge verbunden ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Verbindungsglied und dem Gelenkverbindungsstück einerseits und dem Mantel des Lagerzapfens andererseits ein Spiel sowohl in radialer als auch in axialer Richtung belassen. Damit wird erreicht, dass das von der Gelenkgabel ausgehende Biegemoment ausschließlich in das Verbindungsglied, und nicht in den Mantel des Lagerzapfens eingeleitet wird, der somit nicht auf Biegung beansprucht wird. Das Verbindungsglied einschließlich Gelenkverbindungsstück und der Mantel des Lagerzapfens sind also bezüglich der Biegebeanspruchung entkoppelt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Lagerzapfen, insbesondere dessen Mantel biegesteif ausgebildet. Damit wird erreicht, dass zwischen dem Außenumfang des Lagerzapfens, welcher in einem Gleitlager des Gehäuses geführt wird, ein konstantes Lagerspiel aufrechterhalten wird und keine Klemmung eintritt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Spindel im Bereich zwischen dem Boden des Lagerzapfens und dem Verbindungsglied respektive ihrem eingeschraubten Befestigungsende eine Kerbe oder leichte Querschnittsverengung auf, wodurch eine weitere biegeweiche Stelle, allerdings in der Spindel geschaffen wird. In diesem Bereich wird also ebenfalls eine kontrollierte Biegung zugelassen, um damit die Beanspruchungen zu reduzieren.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der vorgenannte Aktuator einer Lenkung bevorzugt in einer steer-by-wire-Lenkung, vorzugsweise in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet. Da die Hinterachslenkung im Kraftfahrzeug ein sicherheitsrelevantes System darstellt, wirken sich eine erhöhte Bruchsicherheit und eine verlängerte Lebensdauer von Spindel und Verbindungsglied besonders vorteilhaft aus. Steer-by-wire-Lenkungen werden bevorzugt elektromechanisch betrieben und haben keine direkte bzw. unmittelbare mechanische Verbindung zum Lenkrad des Fahrers. Die Lenkung wird über einen oder mehrere Aktuatoren ermöglicht, welche aufgrund elektrischer Steuersignale die Lenkbewegung erzeugen. Da das Lenken quasi über ein Kabel erfolgt wird von steer-by-wire gesprochen. Eine fehlerfreie Funktion des Aktuators der Lenkung ist daher über die gesamte Fahrzeuglebensdauer zu gewährleisten. Der Begriff Kabel ist in diesem Zusammenhang lediglich als ein Synonym zu verstehen, da die Lenk- bzw. Steuersignale auch über ein Bussystem, wie z.B. CAN-Bus, oder zumindest zum Teil auch drahtlos übertragen werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung 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
Fig. 1 einen Aktuator einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug nach dem
Stand der Technik und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung von Spindel, Lagerzapfen und
Gelenkgabel eines Aktuators.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Aktuator 1 , auch Stellmotor 1 genannt, mit einem Gehäuse 2, welches an einem Achsträger eines Kraftfahrzeuges befestigt ist und zwei diametral zueinander angeordnete Gelenkgabeln 3, 4, allgemein auch als Gelenkverbindungsstücke 3, 4 bezeichnet, zur Verbindung mit nicht dargestellten Spurlenkern aufweist. Der Aktuator 1 umfasst einen Spindelantrieb mit einer axial verschiebbaren Spindel 5, welche über eine Spindelmutter 6 von einem Elektromotor 7 antreibbar, d. h. verstellbar ist. Die Spindel 5 weist im Bereich der Spindelmutter 6 ein als Trapezgewinde ausgebildetes, selbsthemmendes Bewegungsgewinde 5a auf, welches mit einem entsprechenden Innengewinde 6a der Spindelmutter 6 in Eingriff steht. Bei Rotation der Spindelmutter 6 führt die Spindel 5, welche auf nicht dargestellte Weise am Verdrehen gehindert ist, eine Axialbewegung (in der Zeichnung) nach rechts oder links aus. Die Spindel 5 weist zwei entgegengesetzte Spindel- oder Befestigungsenden 8, 9 auf, welche ihrerseits fest mit Lagerzapfen 10, 1 1 verbunden sind. Die Lagerzapfen 10, 1 1 sind gehäuseseitig in Gleitlagern 12, 13 geführt und mittels Schraubbolzen 14, 15 mit den beiden Gelenkgabeln 3, 4 verbunden.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Lagerzapfen 1 10 für einen Aktuator einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug. Gleiche oder analoge Teile in Fig. 2 sind mit gleichen, jedoch um 100 erhöhten Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Lagerzapfen 1 10 ist topfförmig ausgebildet und weist einen Topfboden 1 10a, im Fol- genden kurz Boden 1 10a genannt, sowie einen zylindrischen Mantel 1 10b auf, welcher einen Innen- oder Hohlraum 1 16 aufweist und in einem gehäuseseitigen Gleitlager 1 12 geführt ist. Im Boden 1 10a ist ein Durchbruch 1 17 angeordnet, welcher von einer Spindel 105 durchsetzt wird. Die Spindel 105 weist ein Befestigungsende 108 mit einem Gewinde 108a auf. Ein als Gelenkgabel 104 ausgebildetes Gelenkverbindungsstück 104 ist teilweise, d. h. in seinem Befestigungsbereich dargestellt - die Gelenkgabel 104 bildet den Anschluss an ein nicht dargestelltes Lenkgestänge für ein Hinterrad des Kraftfahrzeuges. Die Gelenkgabel 104 weist eine Durchgangsbohrung 104a auf, welche von einem Befestigungsbolzen 1 14 durchsetzt wird.
Innerhalb des Hohlraumes 1 16 ist ein Verbindungsglied 1 18 angeordnet, welches in koaxialer Anordnung ein erstes Gewindesackloch 1 19 und auf dem entgegengesetzten Ende ein zweites Gewindesackloch 120 aufweist. Das Verbindungsglied 1 18 weist an seinem stirnseitigen Ende im Bereich des zweiten Gewindesackloches 120 einen Ringflansch 121 mit einer etwa kreisringförmig ausgebildeten Auflagefläche 121 a auf. Zwischen der ersten Sacklochbohrung 1 19 und dem zweiten Gewindesackloch 120 weist das Verbindungsglied 1 18 einen biegeweichen Bereich 122 auf, welcher gegenüber den benachbarten Bereichen einen verminderten Durchmesser und ein vermindertes Flächenträgheitsmoment aufweist. Der biegeweiche Bereich 122 ist als Einschnürung oder umlaufende Kerbe mit einem etwa halbkreisförmigen Profil ausgebildet, so dass eine allmähliche Durchmesserverringerung erreicht wird. Das Verbindungsglied 1 18 ist einerseits mit dem Befestigungsende 108 der Spindel 105 und andererseits mittels des Befestigungsbolzens 1 14 mit der Gelenkgabel 104 verbunden. Dabei ist der Befestigungsbereich 108 in das erste Gewindesackloch 1 19 eingeschraubt. Die Spindel 105 ist in der Durchgangsbohrung 1 17 des Bodens 1 10a bevorzugt mit einem Presssitz aufgenommen, sodass zwischen Spindel 105 und Lagerzapfen 1 10 ein Reib- oder Kraftschluss besteht. Zwischen dem Boden 1 10a und dem Gewinde 108a weist die Spindel 105 eine umlaufende, gerundete Kerbe 105a auf, welche als biegeweiche Stelle wirkt. Die Gelenkgabel 104 ist über den Schraubbolzen 1 14 mit der Auflagefläche 121 a des Ringflansches 121 fest verspannt, so dass sich eine biegesteife Verbindung ergibt. Gleichzeitig ist zwischen dem Ringflansch 121 und dem Mantel 1 10b ein Radialspiel s1 sowie zwischen der Stirnseite des Mantels 1 10b und der Gelenkgabel 104 ein Axialspiel s2 belassen. Das Radial- spiel s1 und das Axialspiel s2 haben die Wirkung, dass von der Gelenkgabel 104 eingeleitete Biegemomente ausschließlich über den Ringflansch 121 in das Verbindungsglied 1 18 übertragen und dort abgebaut werden, insbesondere in dem biegeweichen Bereich 122 und - auch in geringerem Maße in der Kerbe 105a der Spindel 105. Der Mantel 1 10b, der vorzugsweise biegesteif ausgebildet ist, ist somit bezüglich einer Biegebeanspruchung vom Verbindungsglied 1 18 entkoppelt, so dass zwischen dem Außenumfang des Mantels 1 10b und dem gehäuseseitigen Gleitlager 1 12 keine Verkippung oder Verklemmung auftritt.
Bezuqszeichen
Aktuator
Gehäuse
Gelenkgabel
Gelenkgabel
Spindel
a Trapezgewinde
Spindelmutter
a Trapezgewinde
Elektromotor
Spindelende
Spindelende
0 Lagerzapfen
1 Lagerzapfen
2 Gleitlager
3 Gleitlager
4 Schraubbolzen
5 Schraubbolzen 04 Gelenkgabel
04a Durchgangsbohrung
05 Spindel
05a Kerbe
08 Befestigungsende
08a Gewinde
10 Lagerzapfen
10a Boden
10b Mantel
12 Gleitlager
14 Schraubbolzen
16 Hohlraum
17 Durchbruch Verbindungsglied erstes Gewindesackloch zweites Gewindesackloch Ringflansch
Auflagefläche
biegeweicher Bereich
Radialspiel
Axialspiel

Claims

Patentansprüche
1. Aktuator, aufweisend ein Gehäuse (2), einen im Gehäuse (2) angeordneten Spindelantrieb, welcher eine mit einer Spindelmutter (6) in Eingriff stehende Spindel (5) mit mindestens einem Befestigungsende (8, 9) aufweist, mindestens einen verschiebbar im Gehäuse (2) angeordneten Lagerzapfen (10, 1 1 ), der mit dem mindestens einen Befestigungsende (8, 9) der Spindel (5) verbunden ist, mindestens ein Gelenkverbindungsstück (3, 4), welches außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet und mit dem mindestens einen Lagerzapfen (10, 1 1 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerzapfen (110) einen Hohlraum (116) aufweist, dass in dem Hohlraum (1 16) ein Verbindungsglied (1 18) angeordnet und dass das Verbindungsglied (1 18) einerseits mit dem Befestigungsende (108) der Spindel (105) und andererseits mit dem Gelenkverbindungsstück (104) verbunden ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (1 18) einen biegeweichen Bereich (122) aufweist.
3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (1 18) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und dass der biegeweiche Bereich als Querschnittsverengung (122) ausgebildet ist.
4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung als Ringnut (122) mit einem Rundprofil ausgebildet ist.
5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (110) topfförmig ausgebildet ist und einen Boden (1 10a) sowie einen zylindrischen Mantel (1 10b) aufweist.
6. Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (1 10a) einen Durchbruch (1 17) aufweist, welcher von der Spindel (105) durchsetzt wird.
7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (1 18) ein erstes Gewindesackloch (1 19) aufweist, in welches das Befestigungsende (108) der Spindel (105) eingeschraubt ist.
8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsglied (1 18) ein zweites Gewindesackloch (120) aufweist, in welches ein Befestigungsbolzen (1 14) zur Befestigung des Gelenkverbindungsstücks (104) eingeschraubt ist.
9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gewindesackloch (120) einen Ringflansch (121 ) aufweist, welcher über den Befestigungsbolzen (1 14) mit dem Gelenkverbindungsstück (104) verspannt ist.
10. Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mantel (110b) des Lagerzapfens (1 10) und dem Gelenkverbindungsstück (104) ein Spiel (s1 , s2) in radialer und axialer Richtung belassen ist.
1 1 . Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (110) respektive dessen Mantel (1 10b) biegesteif ausgebildet ist.
12. Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (105) im Bereich zwischen dem Verbindungsglied (1 18) und dem Boden (1 10a) des Lagerzapfens (1 10) eine umlaufende Kerbe (105a) aufweist.
13. Verwendung eines Aktuators nach einem der vorhergehenden Ansprüche für steer-by-wire-Lenkung, vorzugsweise eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.
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