EP3924645A1 - Planetenwälzgewindetrieb und aktuator für eine hinterachslenkung eines kraftfahrzeuges mit einem derartigen planetenwälzgewindetrieb - Google Patents

Planetenwälzgewindetrieb und aktuator für eine hinterachslenkung eines kraftfahrzeuges mit einem derartigen planetenwälzgewindetrieb

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EP3924645A1
EP3924645A1 EP19823766.1A EP19823766A EP3924645A1 EP 3924645 A1 EP3924645 A1 EP 3924645A1 EP 19823766 A EP19823766 A EP 19823766A EP 3924645 A1 EP3924645 A1 EP 3924645A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nut
screw drive
threaded spindle
planetary screw
drive according
Prior art date
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Pending
Application number
EP19823766.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Faber
Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Alexander Hausmann
Alena Pöhnlein
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3924645A1 publication Critical patent/EP3924645A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/22Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2247Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
    • F16H25/2252Planetary rollers between nut and screw
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0451Roller spindle drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/2003Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash
    • F16H25/2006Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash with more than one nut or with nuts consisting of more than one bearing part
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/61Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts

Definitions

  • the present invention relates to a planetary screw drive and an actuator of a steering device of a motor vehicle, in particular a rear axle steering system with such a planetary screw drive.
  • Planetary screw drive with a threaded spindle is required.
  • a planetary roller screw drive according to the features of the preamble of claim 1 has become known. This is provided with a threaded spindle, and with a nut arranged on the threaded spindle, which is formed from nut parts arranged one behind the other along the threaded spindle, and with planets distributed over the circumference of the threaded spindle, which mesh on the one hand with the threaded spindle and on the other hand with the nut, and with a clamping element that axially pretensions the nut.
  • the clamping element is formed here by a multi-part spacer ring which is inserted between the two nut parts and presses the two nut parts axially away from one another. This force is supported by the planets with which the two nut parts are engaged. The planets are put under tension by the pre-tensioning force.
  • the object of the present invention was to specify an alternative planetary screw drive according to the features of the preamble of claim 1.
  • the planetary screw drive is provided with a threaded spindle, and with a nut element arranged on the threaded spindle, which has a nut formed from nut parts arranged one behind the other along the threaded spindle, and with planets distributed over the circumference of the threaded spindle, which on the one hand connect with the
  • the nut parts are mutually supported and connected to one another by means of the tensioning element.
  • the arrangement known from DE 10 2013 213 704 A1 absolutely requires a multi-part spacer ring that removes the two nut parts pushes each other.
  • the nut parts must either be axially supported by other components or by the planets that mesh with the nut parts.
  • the invention does not require any additional components and holds the nut parts axially or internally together.
  • the fact that the nut parts are pretensioned towards each other also result in further advantages: in this arrangement the planets are preloaded under pressure. Since the nut parts are mutually supported, this supporting force does not have to be absorbed by other components.
  • the nut element is to be rotatably mounted on a component by means of a bearing, this supporting force is not introduced into the bearing.
  • this bearing therefore only carries the axial external load and not the axial load due to the preload of the nut parts.
  • the bearing can therefore be dimensioned weaker.
  • the clamping element can have two clamping sleeves which mutually support one another in the axial direction, one of which is supported on one nut part and the other on the other nut part.
  • a multi-part spacer ring is not required.
  • a prestressing force of the clamping element acting on the nut is absorbed by the clamping sleeves, which mutually support one another in the axial direction.
  • the supporting force acting between the two clamping sleeves corresponds in the described arrangement to the axial force acting between the two nut parts plus an axial force component which, in the case of a preload of the planets, may be between the nut parts and the
  • the two clamping sleeves tighten the nut parts axially towards one another, that is to say press them together with a compressive force.
  • the clamping sleeves with one another are therefore subjected to tensile loads with a view to their mutual support.
  • the tensile force corresponding to the compressive force is applied by the two clamping sleeves.
  • the compressive force can be transmitted completely between the two nut parts, or else partially or completely from one nut part via the planets in rolling engagement to the other nut part.
  • the first clamping sleeve can have an external thread and the second clamping sleeve can have an internal thread, both clamping sleeves each receiving one of the nut parts.
  • the two clamping sleeves can each be provided with a nut seat.
  • the two clamping sleeves work with one another in the manner of a screw connection, the screw axis of which preferably coincides with the axis of the threaded spindle.
  • the nut seats ensure that the nut and the clamping element are correctly positioned with respect to one another and are axially pretensioned.
  • a variant is proposed, the two nut parts of which are screwed together.
  • One nut part has an external thread
  • the other nut part has an internal thread meshing with the external thread.
  • the two clamping sleeves can be omitted.
  • Both nut parts are supported and connected to one another by means of the screw connection.
  • Both mother parts mesh with the planets and put pressure on them.
  • Both nut parts are pretensioned towards one another.
  • An expedient further development provides a planet carrier which accommodates the planets and on which the nut element is rotatably mounted by means of a first bearing.
  • the planets distributed over the circumference can be rotatably mounted in pockets of the planet carrier. If a planetary screw drive with accurate pitch is required, it is beneficial to drive the planet carrier of the planetary screw drive. If the planet carrier is driven in rotation, the planets must rotate together with the planets around the spindle axis. Regardless of whether there is a slip between the planet and the threaded spindle, there will be an axial relative displacement between the planet carrier and the threaded spindle per revolution of the planet carrier, which corresponds to the pitch of the threaded spindle. Planetary screw drives with accurate pitch are particularly advantageous in actuators for rear-axle steering systems. In this application, precise articulation of the rear wheels must be guaranteed.
  • the nut element can be mounted axially and radially on the planet carrier by means of a first bearing of the first bearing.
  • its drive causes a relative rotation between the planet carrier and the nut element.
  • the planets in rolling engagement with the threaded spindle and the nut are set in rotation by the rotation of the planet carrier and thus drive the nut, which also rotates, but at a different speed than the planet carrier.
  • the planets can - as explained above - with their planet-side groove profile with a nut-side groove profile of the nut and a thread of the
  • the threaded spindle is in rolling engagement.
  • the planets are in play-free engagement with the nut and the spindle: the grooves of the groove profile both on the nut and on the planets are, as is known, limited by circumferential teeth; the teeth of one nut part and the teeth of the other nut part rest against tooth flanks of the planet-side teeth facing away from one another.
  • a spacer washer can be arranged between the two nut parts of the nut.
  • the preload of the planets can be varied depending on the width of the spacer washer, so that the efficiency of the planetary screw drive can be influenced.
  • the planets are preferably in play-free engagement with the nut and the spindle.
  • the rotationally driven planet carrier can be attached to a housing by means of a second
  • Storage be rotatably mounted. This arrangement can be advantageous in an actuator which has the planetary roller screw drive.
  • the housing can be advantageous in an actuator which has the planetary roller screw drive.
  • the planet carrier can have a sleeve section that receives the nut element, as well as flanges located at the axial ends of the sleeve section. These flanges can be provided with bearing seats for the two bearings of said second bearing.
  • the planetary roller screw drive according to the invention is advantageously part of an actuator for a steering device of a motor vehicle, preferably for rear axle steering.
  • This actuator is provided with a housing in which the planetary screw drive is arranged, and with a steering rod which penetrates the housing and of which the threaded spindle is part.
  • the planet carrier can have a belt drive through a
  • the threaded spindle can at its axial ends
  • Threaded spindle are connected.
  • the aim is to ensure that no steering movements can be carried out under the action of external forces acting on the actuator.
  • the actuator is to be "frozen”. If external axial forces are introduced into the actuator via the handlebar, the Planetary screw drive according to the invention ensure that a relative displacement between the steering rod and the fixed housing on the vehicle side
  • the invention can also be used in so-called steer-by-wire actuators.
  • the wheels of the front axle of the motor vehicle are articulated.
  • the amplitudes of the steering rod are significantly larger compared to the rear axle.
  • the handlebar can therefore be designed for correspondingly large travel ranges.
  • Figure 1 in a schematic representation of a longitudinal section through a
  • Figure 2 is a planetary screw drive according to Figure 1 in longitudinal section
  • FIG. 3 shows the planetary roller screw drive from FIG. 2 in a perspective illustration
  • Figure 4 shows an actuator of a rear axle steering of a motor vehicle with a
  • Figure 1 shows a planetary screw drive in longitudinal section.
  • a nut 2 which is formed from nut parts 3 arranged one behind the other along the threaded spindle 1, is arranged on a threaded spindle 1, which is arranged non-rotatably in this example.
  • planets 4 Arranged over the circumference of the threaded spindle 1 are planets 4, on the one hand with the
  • the planets 4 are each provided with radially tapered end sections 5 and one which is arranged between the two end sections 5 and is radially enlarged
  • Grooved profile 7, 8 provided.
  • the groove profile 8 of the middle section 6 meshes with a thread profile 9 arranged on the outer circumference of the threaded spindle 1.
  • the groove profiles 7 of the end sections 5 mesh with a groove profile 10 formed on the inner circumference of the nut 2. All the groove profiles 7, 8, 10 are inherent in a known manner closed grooves arranged transversely to the respective longitudinal axis are formed. Grooves arranged adjacent to one another are delimited by self-contained teeth.
  • On the nut 2 there is arranged a clamping element 11 which axially prestresses the nut 2 and which has two clamping sleeves 12, 13 which support each other in the axial direction, one of which is supported on one nut part 3 and the other on the other nut part 3.
  • the first clamping sleeve 12 has an external thread 14 and the second clamping sleeve 13 has an internal thread 15.
  • the two clamping sleeves 12, 13 are screwed together with their external thread 14 and internal thread 15, with both clamping sleeves 12, 13 each having a nut seat 18, 19 for receiving one of the nut parts 3.
  • the two clamping sleeves 12, 13 are supported on the two nut parts 3, for example, by means of radial ribs 16, 17 which are formed on the clamping sleeves 12, 13.
  • a spacer washer 40 is arranged axially between the two clamping sleeves 12, 13, the thickness of which is dimensioned such that the two nut parts 3, which are prestressed towards one another, are in play-free engagement with the planets 4.
  • the planets 4 are therefore biased under pressure.
  • the nut 2 can be part of a nut element 20, which in the present case is formed from the nut 2 and the clamping element 11. The prestressing force acts within this nut element 20.
  • the planets 4 are rotatably mounted in a planet carrier 21.
  • the planet carrier 21 has pockets 22 in which the planets 4 are rotatably mounted so that the planets 4 can rotate about their respective longitudinal axes.
  • the planet carrier 21 has flanges 23 located axially on both sides of the nut element 20, on the sides of which the pockets 22 are arranged.
  • the planet carrier 21 engages around the nut element 20 with a sleeve section 24, which is connected with its axial ends to the flanges 23.
  • the nut element 20 is rotatably mounted on the planet carrier 21 by means of a first bearing 25.
  • both clamping sleeves 12, 13 are each axially and radially on the first bearing 25 by means of a first bearing 26
  • the planetary carrier 21 is rotatably mounted on a housing 28 by means of a second bearing 27 having a second bearing 28.
  • the first and second bearings 26, 29 are arranged on end faces of the two flanges 23 facing away from one another.
  • Each flange 23 is provided with a first bearing seat 30 for the first bearing 26 and with a second bearing seat 31 for the second bearing 29.
  • the flanges 23 are by means of Sleeve section 24 rotated with each other and axially connected with play with play.
  • the housing 28 has two bearing seats 42 for receiving the second bearings 29.
  • the planet carrier 21 has first bearing seats 41 for receiving the first bearings 26.
  • FIGS. 1 and 2 show the planetary screw drive from Figure 1 in a constructive implementation.
  • the planet carrier 21 is designed in several parts and has a sleeve 32 corresponding to the sleeve section (FIG. 1), which is connected to the two flanges 23 in a rotationally fixed manner.
  • the non-rotatable connection is made possible in this exemplary embodiment by lugs 33 of the flange 23 which are arranged distributed over the circumference and which engage in slots 34 of the sleeve 32 with axial play (FIG. 3).
  • the axial play serves as an adjusting play for setting the bearings 25, 27 of the planetary roller screw drive in the housing 28.
  • the second bearings 29 are placed axially towards one another. Under this adjusting movement, the flanges 23 can be moved towards each other within the game game until the proper storage of the
  • Nut element 20 is set on the planet carrier by means of the first bearing 26. This setting is made possible in this exemplary embodiment by an adjusting ring 35, which is axially supported on the one hand on the housing 28 and on the other hand is axially positioned against the second bearing 29. An undesirable axial play between the nut element 20 and the housing is eliminated after the adjustment to such an extent that the planetary screw drive can be operated with high precision.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an actuator for a steering device of a motor vehicle, specifically for a rear axle steering or for a steer-by-wire steering system.
  • An electric motor 36 drives the planet carrier 21 of the
  • Planetary screw drive by means of a belt drive 37.
  • the housing 28 here includes the planetary roller screw drive and the belt drive 37 and protects them
  • the electric motor 36 can be integrated into the housing 28 or flanged to it.
  • a handlebar 38 penetrates the housing 28 and is connected with its fork-shaped ends to wheel control arms, not shown.
  • the threaded spindle 1 is part of the steering rod 38, which is formed from steering rods 39 at the end and the threaded spindle 1 arranged between the steering rods.
  • Control signals are controlled by an ECU - control / regulation unit - 43, which takes into account a large number of parameters on the input and output side, for example, the ACTUAL and TARGET position of the handlebar 38, vehicle speed, steering angle, lateral acceleration.
  • This actuator is designed to be self-locking or inhibiting. If the electric motor fails, the position of the steering rod 38 freezes. Under external forces acting on the handlebar 38, a rotary movement of the planetary roller screw drive, which is set with a sufficiently high preload, is excluded.

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Abstract

Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), und mit einem auf der Gewindespindel (1) angeordneten Mutterelement (20), das eine Mutter (2) aufweist, die aus entlang der Gewindespindel (1) hintereinander angeordneten Mutterteilen (3) gebildet ist, und mit über den Umfang der Gewindespindel (1) verteilt angeordneten Planeten (4), die einerseits mit der Gewindespindel (1) und andererseits mit der Mutter (2) kämmen, wobei das Mutterelement (20) mit einem die Mutter (2) axial vorspannenden Spannelement (11) versehen ist. Die Mutterteile (3) sind mittels des Spannelementes (11) gegenseitig abgestützt axial in Richtung aufeinander zu vorgespannt.

Description

Planetenwälzgewindetrieb und Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem derartigen Planetenwälzgewindetrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planetenwälzgewindetrieb und einen Aktuator einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einer Hinterachslenkung mit einem derartigen Planetenwälzgewindetrieb.
In zahlreichen Anwendungen wird ein einspielfreier Eingriff von Planeten des
Planetenwälzgewindetriebes mit einer Gewindespindel gefordert. Aus DE 10 2013 213 704 A1 ist ein Planetenwälzgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Dieser ist versehen mit einer Gewindespindel, und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter, die aus entlang der Gewindespindel hintereinander angeordneten Mutterteilen gebildet ist, und mit über den Umfang der Gewindespindel verteilt angeordneten Planeten, die einerseits mit der Gewindespindel und andererseits mit der Mutter kämmen, und mit einem die Mutter axial vorspannenden Spannelement. Das
Spannelement ist hier durch einen mehrteiligen Distanzring gebildet, der zwischen den beiden Mutterteilen eingesetzt ist und die beiden Mutterteile axial weg voneinander drückt. Diese Kraft wird abgestützt durch die Planeten, mit denen die beiden Mutterteile in Eingriff stehen. Die Planeten werden durch die Vorspannkraft auf Zug belastet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen alternativen Planetenwälzgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Planetenwälzgewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.
Der Planetenwälzgewindetrieb ist versehen mit einer Gewindespindel, und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutterelement, das eine Mutter aufweist, die aus entlang der Gewindespindel hintereinander angeordneten Mutterteilen gebildet ist, und mit über den Umfang der Gewindespindel verteilt angeordneten Planeten, die einerseits mit der
Gewindespindel und andererseits mit der Mutter kämmen, wobei das Mutterelement mit einem die Mutter axial vorspannenden Spannelement versehen ist.
Die Mutterteile sind erfindungsgemäß mittels des Spannelementes gegenseitig abgestützt und miteinander verbunden. Die aus der DE 10 2013 213 704 A1 bekannte Anordnung benötigt zwingend einen mehrteiligen Distanzring der die beiden Mutterteile weg voneinander drückt. Die Mutterteile müssen entweder über weitere Bauteile axial abgestützt werden oder über die Planeten, die mit den Mutterteilen kämmen. Demgegenüber benötigt die Erfindung keine zusätzlichen Bauteile und hält die Mutterteile axial oder in sich zusammen. Dadurch, dass die Mutterteile in Richtung aufeinander zu vorgespannt sind ergeben sich außerdem weitere Vorteile: in dieser Anordnung werden die Planeten auf Druck vorbelastet. Da die Abstützung der Mutterteile gegenseitig erfolgt, muss diese Stützkraft nicht durch weitere Bauteile aufgefangen werden. Wenn beispielsweise das Mutterelement drehbar mittels eines Lagers an einem Bauteil gelagert werden soll, wird diese Stützkraft nicht in das Lager eingeleitet. Wenn eine äußere axiale Last in die Gewindespindel eingeleitet wird, trägt dieses Lager demzufolge lediglich die axiale äußere Last und nicht die axiale Last aufgrund der Vorspannung der Mutterteile. Das Lager kann demzufolge schwächer dimensioniert werden.
Das Spannelement kann zwei in axialer Richtung sich gegenseitig stützende Spannhülsen aufweisen, von denen die eine an dem einen Mutterteil und die andere an dem anderen Mutterteil abgestützt ist. Ein mehrteiliger Distanzring ist nicht erforderlich. Eine auf die Mutter wirkende Vorspannkraft des Spannelementes wird aufgenommen von den Spannhülsen, die sich gegenseitig abstützen in axialer Richtung. Die zwischen den beiden Spannhülsen wirkende Stützkraft entspricht in der beschriebenen Anordnung der zwischen den beiden Mutterteilen wirkenden axialen Kraft zuzüglich einer axialen Kraftkomponente, die im Fall einer Vorspannung der Planeten gegebenenfalls zwischen den Mutterteilen und den
Planeten wirkt.
Die beiden Spannhülsen spannen die Mutterteile axial in Richtung aufeinander zu, drücken diese also zusammen mit einer Druckkraft. Die Spannhülsen untereinander werden mit Blick auf ihre gegenseitige Abstützung demzufolge auf Zug belastet. Die der Druckkraft entsprechende Zugkraft wird von den beiden Spannhülsen aufgebracht. Die Druckkraft kann vollständig zwischen den beiden Mutterteilen übertragen werden, oder aber auch teilweise oder vollständig von dem einen Mutterteil über die in Wälzeingriff stehenden Planeten auf das andere Mutterteil.
Der besondere Vorteil dieser geschilderten Anordnung besteht darin, dass eine axial auf die Gewindespindel einwirkende äußere Betriebslast oder Missbrauchskraft über eines der beiden Mutterteile in das Spannelement eingeleitet wird und von dort über die erste
Lagerung in den Planetenträger. Wenn der Planetenträger diese äußere Axiallast aufnimmt, werden nicht zusätzlich die Vorspannkräfte des Spannelementes in die erste Lagerung eingeleitet. Diese erste Lagerung kann demzufolge entlastet und schwächer dimensioniert werden gegenüber einer Lösung, mit der zusätzlich zu der äußeren Kraft die Vorspannkraft auf die erste Lagerung übertragen wird.
Zur gegenseitigen Abstützung der beiden Mutterteile können die erste Spannhülse ein Außengewinde und die zweite Spannhülse ein Innengewinde aufweisen, wobei beide Spannhülsen jeweils eines der Mutterteile aufnehmen. Zu diesem Zweck können die beiden Spannhülsen jeweils mit einem Muttersitz versehen sein. Die beiden Spannhülsen arbeiten nach Art einer Schraubenverbindung miteinander, deren Schraubenachse vorzugsweise mit der Achse der Gewindespindel zusammenfällt. Die Muttersitze sorgen dafür, dass die Mutter und das Spannelement einwandfrei zueinander positioniert und axial vorgespannt sind.
Alternativ und bauraumsparend wird eine Variante vorgeschlagen, dessen beide Mutterteile miteinander verschraubt sind. Das eine Mutterteil trägt ein Außengewinde, das andere Mutterteil ein mit dem Außengewinde kämmendes Innengewinde. Die beiden Spannhülsen können entfallen. Beide Mutterteile sind mittels der Schraubverbindung aneinander abgestützt und miteinander verbunden. Beide Mutterteile kämmen mit den Planeten und belasten diese auf Druck. Beide Mutterteile werden aufeinander zu vorgespannt.
Eine zweckdienliche Weiterbildung sieht einen die Planeten aufnehmenden Planetenträger vor, an dem das Mutterelement mittels einer ersten Lagerung drehbar gelagert ist. Die über den Umfang verteilt angeordneten Planeten können in Taschen des Planetenträgers drehbar gelagert sein. Wenn ein steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb gefordert ist, ist es günstig, den Planetenträger des Planetenwälzgewindetriebes anzutreiben. Wenn der Planetenträger drehangetrieben wird, müssen die Planeten gemeinsam mit den Planeten um die Spindelachse drehen. Gleichgültig ob ein Schlupf zwischen Planet und Gewindespindel eintritt, wird pro Umdrehung des Planetenträgers eine axiale Relativverschiebung zwischen Planetenträger und Gewindespindel erfolgen, die der Steigung der Gewindespindel entspricht. Steigungstreue Planetenwälzgewindetriebe sind insbesondere in Aktuatoren von Hinterachslenkungen vorteilhaft. In dieser Anwendung muss ein exaktes Anlenken der hinteren Räder gewährleistet sein.
Das Mutterelement kann mittels eines ersten Lagers der ersten Lagerung axial und radial an dem Planetenträger gelagert sein. Im Fall des drehangetriebenen Planetenträgers bewirkt dessen Antrieb eine Relativdrehung zwischen dem Planetenträger und dem Mutterelement. Die mit der Gewindespindel und der Mutter in Wälzeingriff stehenden Planeten werden unter Drehung des Planetenträgers in Eigenrotation versetzt und treiben somit die Mutter an, die ebenfalls rotiert, allerdings mit einer anderen Drehzahl als der Planetenträger. Die Planeten können - wie weiter oben ausgeführt wurde - mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil mit einem mutterseitigen Rillenprofil der Mutter und einem Gewinde der
Gewindespindel in Wälzeingriff stehen. Als Folge der Vorspannung der Mutter sind die Planeten in spielfreiem Eingriff mit der Mutter und die Spindel: die Rillen des Rillenprofils sowohl an der Mutter als auch an den Planeten sind im bekannterweise durch umlaufene Zähne begrenzt; die Zähne des einen Mutterteils und die Zähne des anderen Mutterteils liegen an voneinander abgewandten Zahnflanke der planetenseitigen Zähne an.
Zwischen den beiden Mutterteilen der Mutter kann eine Distanzscheibe angeordnet sein. Abhängig von der Breite der Distanzscheibe kann die Vorspannung der Planeten variiert werden, so dass der Wirkungsgrad des Planetenwälzgewindetriebs beeinflusst werden kann. Die Planeten stehen vorzugsweise in spielfreiem Eingriff mit der Mutter und der Spindel.
Der drehangetriebene Planetenträger kann an einem Gehäuse mittels einer zweiten
Lagerung drehbar gelagert sein. Diese Anordnung kann in einem Aktuator vorteilhaft sein, der den Planetenwälzgewindetrieb aufweist. Das Gehäuse kann den
Planetenwälzgewindetrieb aufnehmen und mit Lagersitzen für zweite Lager der zweiten Lagerung versehen sein.
Der Planetenträger kann einen das Mutterelement aufnehmenden Hülsenabschnitt, sowie an den axialen Enden des Hülsenabschnitts gelegene Flansche aufweisen. Diese Flansche können mit Lagersitzen für die zwei Lager der genannten zweiten Lagerung versehen sein.
In günstiger Weise ist der erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb Teil eines Aktuators für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise für eine Hinterachslenkung. Dieser Aktuator ist mit einem Gehäuse versehen, in dem der Planetenwälzgewindetrieb angeordnet ist, und mit einer das Gehäuse durchdringenden Lenkstange, deren Teil die Gewindespindel ist. Der Planetenträger kann über einen Riementrieb durch einen
Elektromotor angetrieben werden. Die Gewindespindel kann an ihren axialen Enden
Lenkstangenteile aufweisen, die das Gehäuse durchstoßen und starr mit der
Gewindespindel verbunden sind.
In Aktuatoren von Hinterachslenkungen wird im Fall eines Ausfalls des Aktuators angestrebt, dass keine Lenkbewegungen durchgeführt werden können unter Einwirkung von äußeren auf den Aktuator einwirkenden Kräften. Der Aktuator soll„eingefroren“ werden. Wenn über die Lenkstange äußere axiale Kräfte in den Aktuator eingeleitet werden, kann mit dem erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb sichergestellt werden, dass eine Relativverschiebung zwischen Lenkstange und fahrzeugseitig festem Gehäuse
ausgeschlossen ist.
Die Erfindung kann alternativ auch in sogenannten steer-by-wire Aktuatoren zum Einsatz kommen. In diesem Fall werden die Räder der Vorderachse des Kraftfahrzeuges angelenkt. Die Amplituden der Lenkstange sind in diesem Fall im Vergleich zur Hinterachse deutlich größer. Die Lenkstange kann demzufolge für entsprechend große Stellwege ausgelegt werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt vier Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen
Planetenwälzgewindetrieb,
Figur 2 einen Planetenwälzgewindetrieb gemäß Figur 1 im Längsschnitt,
Figur 3 den Planetenwälzgewindetrieb aus Figur 2 in perspektivischer Darstellung, und
Figur 4 einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem
derartigen Planetenwälzgewindetrieb.
Figur 1 zeigt einen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt. Auf einer in diesem Beispiel drehfest angeordneten Gewindespindel 1 ist eine Mutter 2 angeordnet, die aus entlang der Gewindespindel 1 hintereinander angeordneten Mutterteilen 3 gebildet ist. Über den Umfang der Gewindespindel 1 verteilt angeordnet sind Planeten 4, die einerseits mit der
Gewindespindel 1 und andererseits mit der Mutter 2 kämmen.
In bekannter Weise sind die Planeten 4 jeweils mit radial verjüngten Endabschnitten 5 sowie einem zwischen den beiden Endabschnitten 5 angeordneten radial vergrößerten
Mittelabschnitt 6 versehen. Alle Abschnitte sind an ihrem Umfang jeweils mit einem
Rillenprofil 7, 8 versehen. Das Rillenprofil 8 des Mittelabschnitts 6 kämmt mit einem am Außenumfang der Gewindespindel 1 angeordneten Gewindeprofil 9. Die Rillenprofile 7 der Endabschnitte 5 kämmen mit einem am Innenumfang der Mutter 2 ausgebildeten Rillenprofil 10. Alle Rillenprofile 7, 8, 10 sind in bekannter Weise durch in sich geschlossene, quer zur jeweiligen Längsachse angeordnete Rillen gebildet. Einander benachbart angeordnete Rillen sind durch in sich geschlossene Zähne begrenzt. Auf der Mutter 2 ist ein die Mutter 2 axial vorspannendes Spannelement 11 angeordnet, das zwei in axialer Richtung sich gegenseitig stützende Spannhülsen 12, 13 aufweist, von denen die eine an dem einen Mutterteil 3 und die andere an dem anderen Mutterteil 3 abgestützt ist. Die erste Spannhülse 12 weist ein Außengewinde 14 und die zweite Spannhülse 13 weist ein Innengewinde 15 auf. Die beiden Spannhülsen 12, 13 sind mit ihrem Außengewinde 14 und Innengewinde 15 miteinander verschraubt, wobei beide Spannhülsen 12, 13 jeweils einen Muttersitz 18, 19 zur Aufnahme eines der Mutterteile 3 aufweisen. Die Abstützung der beiden Spannhülsen 12, 13 an den beiden Mutterteilen 3 erfolgt beispielsweise mittels Radialborden 16, 17, die an den Spannhülsen 12, 13 ausgebildet sind. Axial zwischen den beiden Spannhülsen 12, 13 ist eine Distanzscheibe 40 angeordnet, deren Dicke derart bemessen ist, dass die beiden in Richtung aufeinander zu vorgespannten Mutterteile 3 in spielfreiem Eingriff mit den Planeten 4 stehen. Die Planeten 4 sind demzufolge auf Druck vorgespannt.
Die Mutter 2 kann Teil eines Mutterelementes 20 sein, das im vorliegenden Fall aus der Mutter 2 sowie dem Spannelement 11 gebildet ist. Die Vorspannkraft wirkt innerhalb dieses Mutterelementes 20.
Die Planeten 4 sind in einem Planetenträger 21 drehbar gelagert. Der Planetenträger 21 weist Taschen 22 auf, in denen die Planeten 4 drehbar gelagert sind, so dass die Planeten 4 um ihre jeweilige Längsachse rotieren können. Der Planetenträger 21 weist axial zu beiden Seiten des Mutterelementes 20 gelegene Flansche 23 auf, an deren einander zugewandten Seiten die Taschen 22 angeordnet sind. Der Planetenträger 21 umgreift das Mutterelement 20 mit einem Hülsenabschnitt 24, der mit seinen axialen Enden an die Flansche 23 angeschlossen ist.
Das Mutterelement 20 ist an dem Planetenträger 21 mittels einer ersten Lagerung 25 drehbar gelagert. In diesem Ausführungsbeispiel sind beide Spannhülsen 12, 13 jeweils mittels eines ersten Lagers 26 der ersten Lagerung 25 axial und radial an dem
Planetenträger 21 gelagert.
Der Planetenträger 21 ist mittels einer zweite Lager 28 aufweisenden zweiten Lagerung 27 an einem Gehäuse 28 drehbar gelagert. Die ersten und die zweiten Lager 26, 29 sind an voneinander abgewandten Stirnseiten der beiden Flansche 23 angeordnet.
Jeder Flansch 23 ist mit einem ersten Lagersitz 30 für das erste Lager 26 sowie mit einem zweiten Lagersitz 31 für das zweite Lager 29 versehen. Die Flansche 23 sind mittels des Hülsenabschnitts 24 drehtest miteinander und axial mit einem Stellspiel spielbehaftet verbunden. Das Gehäuse 28 weist zwei Lagersitze 42 zur Aufnahme der zweiten Lager 29 auf. Der Planetenträger 21 weist erste Lagersitze 41 zur Aufnahme der ersten Lager 26 auf.
Die Figuren 2 und 3 zeigen den Planetenwälzgewindetrieb aus Figur 1 in einer konstruktiven Umsetzung. Einander entsprechende Bauteile der Figuren 1 und 2 tragen die gleichen Bezugszeichen. Deutlich kann dieser Figur 2 entnommen werden, dass der Planetenträger 21 mehrteilig ausgeführt ist und eine dem Hülsenabschnitt (Figur 1) entsprechende Hülse 32 aufweist, die drehfest mit den beiden Flanschen 23 verbunden ist. Die drehfeste Verbindung wird in diesem Ausführungsbeispiel durch über den Umfang verteilt angeordnete Nasen 33 des Flansches 23 ermöglicht, die in Schlitze 34 der Hülse 32 mit axialem Spiel eingreifen (Figur 3). Das axiale Spiel dient als Stellspiel zum Einstellen der Lagerungen 25, 27 des Planetenwälzgewindetriebes in dem Gehäuse 28.
Für das Einstellen der Lagerungen 25, 27 werden die zweiten Lager 29 axial in Richtung aufeinander zu gestellt. Unter dieser Stellbewegung können die Flansche 23 innerhalb des Spielspiels aufeinander zu bewegt werden bis eine einwandfreie Lagerung des
Mutterelementes 20 an dem Planetenträger mittels der ersten Lager 26 eingestellt ist. Dieses Einstellen wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Stellring 35 ermöglicht, der axial einerseits an dem Gehäuse 28 abgestützt ist und andererseits gegen das zweite Lager 29 axial angestellt ist. Ein unerwünschtes axiales Spiel zwischen dem Mutterelement 20 und dem Gehäuse ist nach der Einstellung soweit beseitigt, dass ein einwandfreier hochgenauer Betrieb des Planetenwälzgewindetriebs ermöglicht ist.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Aktuator für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges, und zwar für eine Hinterachslenkung oder für ein Steer-by-wire- Lenksystem. Ein Elektromotor 36 treibt den Planetenträger 21 des
Planetenwälzgewindetriebs mittels eines Riementriebes 37 an. Das Gehäuse 28 umfasst hier den Planetenwälzgewindetrieb sowie den Riementrieb 37 und schützt diese
Komponenten vor äußeren Einflüssen. Der Elektromotor 36 kann in das Gehäuse 28 integriert oder daran angeflanscht sein. Eine Lenkstange 38 durchdringt das Gehäuse 28 und ist mit ihren gabelförmigen Enden an nicht abgebildete Radlenker angeschlossen. Die Gewindespindel 1 ist Teil der Lenkstange 38, die aus endseitigen Lenkstäben 39 sowie der zwischen den Lenkstäben angeordneten Gewindespindel 1 gebildet ist. Stellsignale werden von einer ECU - Steuerungs-/Regelungseinheit - 43 gesteuert, die eine Vielzahl von Parametern eingangs- und ausgangsseitig berücksichtigt, bspw. IST und SOLL-Lage der Lenkstange 38, Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Querbeschleunigung. Dieser Aktuator ist selbsthemmend bzw. hemmend ausgeführt. Bei Ausfall des Elektromotors friert die Position der Lenkstange 38 ein. Unter äußeren an der Lenkstange 38 angreifenden Kräften ist eine Drehbewegung des Planetenwälzgewindetriebs ausgeschlossen, der mit einer ausreichend großen Vorspannung eingestellt ist.
Bezugszeichenliste
1 Gewindespindel
2 Mutter
3 Mutterteil
4 Planet
5 Endabschnitt
6 Mittelabschnitt
7 Rillenprofil
8 Rillenprofil
9 Gewindeprofil
10 Rillenprofil
11 Spannelement
12 Spannhülse
13 Spannhülse
14 Außengewinde
15 Innengewinde
16 Radialbord
17 Radialbord
18 Muttersitz
19 Muttersitz
20 Mutterelement
21 Planetenträger
22 Taschen
23 Flansch
24 Hülsenabschnitt
25 ersten Lagerung
26 erstes Lager
27 zweite Lagerung
28 Gehäuse
29 zweites Lager
30 ersten Lagersitz
31 zweiten Lagersitz
32 Hülse
33 Nase
34 Schlitz
35 Stellring 36 Elektromotor
37 Riementrieb
38 Lenkstange
39 Lenkstab 40 Distanzscheibe
41 erster Lagersitz
42 zweiter Lagersitz
43 ECU

Claims

Patentansprüche
1. Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1) , und mit einem auf der Gewindespindel (1) angeordneten Mutterelement (20) , das eine Mutter (2) aufweist, die aus entlang der Gewindespindel (1) hintereinander angeordneten Mutterteilen (3) gebildet ist, und mit über den Umfang der Gewindespindel (1) verteilt angeordneten Planeten (4), die einerseits mit der Gewindespindel (1) und andererseits mit der Mutter (2) kämmen, wobei das Mutterelement (20) mit einem die Mutter (2) axial vorspannenden Spannelement (11) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutterteile (3) mittels des
Spannelementes (11) gegenseitig abgestützt und axial in Richtung aufeinander zu vorgespannt sind.
2. Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1 , dessen Spannelement (11) zwei in axialer Richtung sich gegenseitig stützende Spannhülsen (12, 13) aufweist, von denen die eine an dem einen Mutterteil (3) und die andere an dem anderen Mutterteil (3) abgestützt ist.
3. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 und 2, dessen erste
Spannhülse (12) oder dessen eine Mutterteil (3) ein Außengewinde (14) und dessen zweite Spannhülse (13) oder dessen anderes Mutterteil (3) ein Innengewinde (15) aufweist, wobei beide Spannhülsen (12, 13) oder die beiden Mutterteile (3) miteinander verschraubt sind.
4. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem die Planeten (4) aufnehmenden Planetenträger (21), an dem das Mutterelement (20) mittels einer ersten Lagerung (25) drehbar gelagert ist, deren erste Lager (26) das Mutterelement (20) axial und radial an dem Planetenträger (21) lagern.
5. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Planeten (4) mit ihrem planetenseitigen Rillenprofil (7) mit einem mutterseitigen Rillenprofil (10) der Mutter (2) sowie mit einem Gewindeprofil (9) der Gewindespindel (1) in Wälzeingriff stehen.
6. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen beide
Spannhülsen (12, 13) die Mutterteile (3) axial in Richtung aufeinander zu Vorspannen.
7. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zwischen dessen beiden Mutterteilen (3) eine Distanzscheibe (40) angeordnet ist.
8. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dessen Planetenträger (21) an einem Gehäuse (28) mittels einer zweiten Lagerung (27) drehbar gelagert ist.
9. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dessen Planetenträger (21) einen das Mutterelement (2) aufnehmenden Hülsenabschnitt (24), sowie an den axialen
Enden des Hülsenabschnitts (24) gelegene Flansche (23) aufweist.
10. Aktuator für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise für eine Hinterachslenkung oder für ein Steer-by-Wire- Lenksystem, mit einem Gehäuse (28), in dem der Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist, und mit einer das Gehäuse (28) durchdringenden Lenkstange (38), deren Teil die Gewindespindel (1) ist, und mit einem den Planetenträger (28) antreibenden Elektromotor (36).
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