WO2017202565A1 - Lenkung mit einer stelleinrichtung sowie verwendung der lenkung mit stelleinrichtung - Google Patents

Lenkung mit einer stelleinrichtung sowie verwendung der lenkung mit stelleinrichtung Download PDF

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Hans-Jürgen Pfisterer
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Christoph Anneken
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Definitions

  • the invention relates to a steering with an adjusting device, which has a spindle with a spindle thread and a spindle nut with a female thread, which is in engagement with the spindle thread.
  • the invention further relates to a use of the adjusting device.
  • JP 2002079947 A2 uses a so-called vernier motor, which has a high torque and a small installation space due to its special design and control of a multiplicity of coils.
  • This spindle drive is arranged at the end of a steering gear, whereby the steering has a large axial extent and thus has a high space requirement.
  • the invention pursues the goal of further improving a steering system with an adjusting device.
  • the steering in particular rear-axle steering, to be formed with an adjusting device which has a spindle drive with a spindle and a spindle nut rotatably mounted in the housing of the steering.
  • the invention is characterized by an electric motor which is designed as a Vernier motor and is coupled as a drive with the spindle drive.
  • the spindle nut is rotated and cooperates with the external thread of the spindle in such a way that ultimately the axial movement of the spindle is generated - depending on the direction of rotation, the spindle is displaced axially in one direction or the other.
  • the electric motor is preferably designed as a brushless vernier electric motor. These types of electric motors form a highly efficient electric motor that has improved volume efficiency compared to conventional electric motors.
  • a vernier motor can generate a higher torque with less volume than a conventional electric motor with a correspondingly larger volume.
  • an electric motor can be downsized while having higher power.
  • the same size as a conventional electric motor can be maintained and the power is comparatively higher. It can thus be shown for the adjusting device or the steering, in particular rear axle steering, a total of very compact steering, so that the space required for the steering, especially rear axle steering can be reduced enormously.
  • the vernier motor is not only smaller than a comparable electric motor. It is also lighter and more power efficient than a comparable conventional electric motor with sufficient torque to drive the spindle drive of a steering, especially in a rear axle steering with axially displaceable with respect to a housing spindle.
  • the design namely, the weight of the magnets can be reduced. As a result, less rare earths have to be used to make the magnets, which makes the Vernier motor much cheaper than a comparable electric motor with the same power.
  • the Vernier motor is arranged with its longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the spindle and the spindle nut.
  • the spindle nut by the vernier motor by means of a transmission, preferably by means of a traction drive with drive belt or by means of a gear train, in particular planetary gear, driven.
  • a transmission preferably by means of a traction drive with drive belt or by means of a gear train, in particular planetary gear, driven.
  • the vernier motor is arranged coaxially with the spindle.
  • the Vernier motor has a relative to the housing rotatably mounted stator, wherein a rotor rotatably mounted within the stator is coupled to the spindle nut.
  • magnets are arranged on the outside of the stator, however, compared to conventional electric motors are significantly smaller in size and thus the overall space of the engine is reduced. For this reason, reduces the outer diameter of the actuator.
  • the coupling with the spindle nut takes place immediately.
  • the spindle nut is driven by the rotor indirectly via an intermediate gearbox.
  • the coupling of the rotor is formed with the spindle nut by means of a transmission. This e.g. formed as a gear transmission gear found within the rotor due to the design of the Vernier engine sufficient area of effect.
  • the translation possible via the transmission makes it possible to cover a broad application space for adjusting devices with a compact electric linear drive.
  • a use of the steering or adjusting device according to the invention as an actuator of a rear axle steering or in a rear axle steering of a motor vehicle is provided. Due to the lower energy consumption of the Vernier electric motor according to the invention due to the above-mentioned higher power density less energy is taken from the electrical system of the motor vehicle for the adjustment of the rear wheels as when using a control device with a conventional electric motor. About the In addition, lower energy consumption during adjustment results in lower operating noise for the actuator. In addition, the weight reduction in the sense of economy in vehicles with rear axle steering.
  • the aforementioned drive by means of vernier motor is also suitable for other applications, for example in window regulators in vehicle doors or similar actuators. Again, a compact, energy-efficient and high-torque drive is required.
  • the single FIGURE shows in a longitudinal section the construction of a simple, ie only acting on a wheel, electrically driven actuator 1 (also called adjusting device) for a rear axle steering of a motor vehicle.
  • the actuator 1 has a multi-part housing 2, in which a spindle drive 3, which comprises a spindle nut 4 and a standing with the spindle nut 4 in engagement, axially displaceable spindle 5, is arranged.
  • the spindle 5 has a spindle or external thread 5a and the nut 4 a nut or internal thread 4a, which are formed as a movement thread, preferably as a trapezoidal thread.
  • the spindle nut 4 which is rotatably supported by two roller bearings 6, 7 with respect to the housing 2, is driven by a belt drive 8 by an electric motor 9.
  • the housing 2 comprises three housing parts, namely a central housing part 2a, in which the spindle nut 4 is mounted, a vehicle-side part 2b, via which the actuator 1 is pivotally mounted on the vehicle, and a wheel-side housing part 2c, arranged on the end face of a sliding bearing 10 is.
  • the spindle 5 has a frontal end 5b, which is rotatably and shear-resistant connected to a screw-11.
  • the Aufschraubzapfen 11 has a plain bearing portion (without reference numeral), which is guided in the sliding bearing 10.
  • a joint 12 is attached via a pivot pin 12a, which is connected via a steering linkage, not shown, for. B.
  • a tie rod or directly to a steerable rear wheel of the motor vehicle can be connected, which is rotatably supported and steerable by means of a wheel carrier on the vehicle body.
  • the protruding from the housing 2c outer part 11a of the Aufschraubzapfens 11 is sealed by a flexible seal, designed as a bellows 13, on the one hand surrounds the housing 2c and on the other hand, the pivot pin 12a.
  • the sliding bearing 10 and the slide bearing 10 sliding sliding portion of the Aufschraubzapfens 11 have an anti-rotation, which is not shown here. It is apparent from the drawing of the small space required by the electric motor. As a result, a slim design of the actuator or of the actuator is achieved overall.

Abstract

Lenkung mit einer Stelleinrichtung (1), insbesondere für eine Hinterachslenkung, aufweisend einen Spindeltrieb (3) mit einer Spindel (5) und einer ortsfest im Gehäuse (2) der Lenkung drehbar von einem Elektromotor (9) angetriebenen Spindelmutter (4), wobei der Elektromotor (9) als den Spindeltrieb (3) antreibenden Vernier-Motor ausgebildet ist und in den Spindeltrieb (3) integriert ist. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der Stelleinrichtung (1) für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.

Description

Lenkung mit einer Stelleinrichtung sowie Verwendung der Lenkung mit
Stelleinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Lenkung mit einer Stelleinrichtung, welche eine Spindel mit einem Spindelgewinde sowie eine Spindelmutter mit einem Muttergewinde aufweist, welches mit dem Spindelgewinde in Eingriff steht. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung der Stelleinrichtung.
Lenkungen mit Stelleinrichtungen mit einem Gewindetrieb zur axialen Verlagerung einer Spindel sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei einer ersten Ausführungsform zum Lenken der Räder an einer Vorderachse gemäß
JP 2002079947 A2 wird ein sogenannter Verniermotor eingesetzt, der durch eine spezielle Ausbildung sowie Ansteuerung einer Vielzahl von Spulen ein hohes Drehmoment bei geringem Bauraum aufweist. Dieser Spindelantrieb ist am Ende eines Lenkgetriebes angeordnet, wodurch die Lenkung eine große axiale Erstreckung aufweist und damit einen hohen Bauraumbedarf hat.
Die Ausbildung und Vorteile eines Vernier-Elektromotors sind mit Blick auf unterschiedliche Anwendungen in der DE 60204965 T2 offenbart.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik, verfolgt die Erfindung das Ziel einer weiteren Verbesserung einer Lenkung mit einer Stelleinrichtung.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen die Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung, mit einer Stelleinrichtung auszubilden, die einen Spindeltrieb mit einer Spindel und eine ortsfest im Gehäuse der Lenkung drehbar gelagerten Spindelmutter aufweist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Elektromotor, der als Vernier-Motor ausgebildet ist und als Antrieb mit dem Spindeltrieb gekoppelt ist. Durch den elektrischen Drehantrieb wird die Spindelmutter in Drehung versetzt und wirkt mit dem Außengewinde der Spindel derart zusammen, dass dadurch letztlich die Axialbewegung der Spindel erzeugt wird - je nach Drehrichtung wird die Spindel linear in die eine oder andere Richtung axial verlagert.
Der Elektromotor (E-Motor) ist vorzugsweise als bürstenloser Vernier-Elektromotor ausgebildet. Diese Art von E-Motoren bilden einen in hohem Maße effizienten Elektromotor aus, der im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren eine verbesserte Volumeneffizienz aufweist. Ein Vernier-Motor kann bei geringerem Volumen ein höheres Drehmoment erzeugen als ein herkömmlicher E-Motor mit entsprechend größerem Volumen. Mit anderen Worten kann ein E-Motor verkleinert werden und gleichzeitig eine höhere Leistung aufweisen. Anders gesagt kann die gleiche Größe wie bei einem herkömmlichen E-Motor beibehalten werden und die Leistung ist vergleichsweise beträchtlich höher. Es kann somit für die Stelleinrichtung bzw. die Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung, eine insgesamt sehr kompakt bauende Lenkung dargestellt werden, so dass der benötigte Bauraum für die Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung enorm reduziert werden kann.
Der Vernier-Motor ist nicht nur kleiner als ein vergleichbarer Elektromotor. Er ist auch leichter und leistungseffizienter als ein vergleichbarer herkömmlicher E-Motor mit ausreichend Drehmoment zum Antrieb des Spindeltriebes einer Lenkung, insbesondere bei einer Hinterachslenkung mit axial gegenüber einem Gehäuse verlagerbarer Spindel. Durch die Bauart kann nämlich das Gewicht der Magnete reduziert werden. Dadurch müssen weniger seltene Erden zur Herstellung der Magnete verwendet werden, was den Vernier-Motor deutlich kostengünstiger macht als ein vergleichbarer E-Motor mit gleicher Leistung.
In einer ersten Ausführungsform ist der Vernier-Motor mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse der Spindel sowie der Spindelmutter angeordnet. Dabei ist die Spindelmutter durch den Vernier-Motor mittels eines Getriebes, vorzugsweise mittels eines Zugmitteltriebes mit Antriebsriemen oder mittels eines Rädergetriebes, insbesondere Planetengetriebes, antreibbar. Von besonderem Vorteil ist der durch den Vernier-Motor und somit der insgesamt für Stelleinrichtung bzw. Lenkung benötigte geringere Bauraum, wenn der E-Motor achsparallel an dem Gehäuse der Stelleinrichtung angeordnet ist.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform ist der Vernier-Motor koaxial zur Spindel angeordnet. Im Gegensatz zur vorgenannten achsparallelen Anordnung kann durch eine koaxiale Bauweise eine noch kompaktere Bauform der Stelleinrichtung bzw. der Lenkung bereitgestellt werden. Dieses Prinzip ist von herkömmlichen Hohlwellenmotoren bei Lenkungen zwar schon bekannt. Allerdings wird auch hier durch den speziellen Vernier-Motor eine enorme Bau räum red uzierung ermöglicht. Bevorzugt weist der Vernier-Motor einen gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Stator auf, wobei ein innerhalb des Stators drehbar gelagerter Rotor mit der Spindelmutter gekoppelt ist. Bei dieser Art E-Motoren sind außen am Stator Magnete angeordnet, die jedoch gegenüber herkömmlichen E-Motoren in ihrer Größe deutlich geringer ausfallen und somit der Bauraum des Motors insgesamt reduziert ist. Aus diesem Grund reduziert sich der Außendurchmesser der Stelleinrichtung. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Kopplung mit der Spindelmutter unmittelbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Antrieb der Spindelmutter durch den Rotor mittelbar über ein zwischengeschaltetes Getriebe. Mit anderen Worten ist die Kopplung des Rotors mit der Spindelmutter mittels eines Getriebes ausgebildet. Dieses z.B. als Zahnradgetriebe ausgebildete Getriebe findet innerhalb des Rotors aufgrund der Bauweise des Vernier-Motors ausreichend Wirkungsraum.
Durch die über das Getriebe mögliche Übersetzung lässt sich ein breiter Anwendungsraum bei Stelleinrichtungen mit einem kompakten elektrischen Linearantrieb abdecken.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Lenkung bzw. Stelleinrichtung als Aktuator einer Hinterachslenkung bzw. in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Aufgrund des geringeren Energiebedarfs des erfindungsgemäßen Vernier-Elektromotors aufgrund der oben bereits angesprochenen höheren Leistungsdichte wird weniger Energie aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges für die Verstellung der Hinterräder entnommen als bei Einsatz einer Stelleinrichtung mit herkömmlichem Elektromotor. Über den ge- ringeren Energieeinsatz bei der Verstellung hinaus ergeben sich zudem geringere Betriebsgeräusche für den Aktuator. Zudem ist die Gewichtsreduzierung im Sinne der Wirtschaftlichkeit bei Fahrzeugen mit Hinterachslenkung.
Der vorgenannte Antrieb mittels Vernier-Motor eignet sich auch für andere Anwendungen, beispielsweise bei Fensterhebern in Fahrzeugtüren oder ähnlichen Stellantrieben. Auch hier wird ein kompakter, energieeffizienter sowie drehmomentstarker Antrieb benötigt.
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 zeigt eine einzige Figur eine Stelleinrichtung mit einem kompakten elektromotorischen Antrieb
Die einzige Figur zeigt in einem Längsschnitt den Aufbau eines einfach, d.h. lediglich auf ein Rad wirkenden, elektrisch antreibbaren Aktuators 1 (auch Stelleinrichtung genannt) für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Der Aktuator 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, in welchem ein Spindelantrieb 3, welcher eine Spindelmutter 4 und eine mit der Spindelmutter 4 in Eingriff stehende, axial verschiebbare Spindel 5 umfasst, angeordnet ist. Die Spindel 5 weist ein Spindel- oder Außengewinde 5a und die Mutter 4 ein Mutter- oder Innengewinde 4a auf, welche als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet sind. Die Spindelmutter 4, welche über zwei Wälzlager 6, 7 drehbar gegenüber dem Gehäuse 2 abgestützt ist, wird über einen Riementrieb 8 von einem Elektromotor 9 angetrieben. Das Gehäuse 2 umfasst drei Gehäuseteile, nämlich einen mittleren Gehäuseteil 2a, in welchem die Spindelmutter 4 gelagert ist, einen fahrzeugseitigen Teil 2b, über welchen der Aktuator 1 gelenkig am Fahrzeug befestigt ist, und einen radseitigen Gehäuseteil 2c, an dessen Stirnseite ein Gleitlager 10 angeordnet ist. Die Spindel 5 weist ein stirnseitiges Ende 5b auf, welches dreh- und schubfest mit einem Aufschraubzapfen 11 verbunden ist. Der Aufschraubzapfen 11 weist einen Gleitlagerabschnitt (ohne Bezugszahl) auf, der in dem Gleitlager 10 geführt ist. An dem aus dem Gehäuse 2c herausragenden Ende 11a des Aufschraubzapfens 11 ist über einen Gelenkzapfen 12a ein Gelenk 12 befestigt, welches über ein nicht dargestelltes Lenkgestänge, z. B. eine Spurstange oder auch direkt mit einem lenkbaren Hinterrad des Kraftfahrzeuges verbunden werden kann, welches mittels eines Radträgers drehbar und lenkbar am Fahrzeugaufbau gelagert ist. Der aus dem Gehäuse 2c herausragende äußere Teil 11a des Aufschraubzapfens 11 ist durch eine flexible Dichtung, ausgebildet als Faltenbalg 13, abgedichtet, der einerseits das Gehäuse 2c und andererseits den Gelenkzapfen 12a umschließt. Das Gleitlager 10 und der im Gleitlager 10 verschiebbare Gleitlagerabschnitt des Aufschraubzapfens 11 weisen eine Verdrehsicherung auf, die hier nicht dargestellt ist. Es ist aus der Zeichnung der geringe Bauraum ersichtlich, der durch den Elektromotor benötigt wird. Dadurch wird insgesamt eine schlanke Bauform der Stelleinrichtung bzw. des Aktuators erreicht.
Bezugszeichen
Aktuator
Gehäuse
a mittlerer Gehäuseteil
b fahrzeugseitiger Gehäuseteil
c radseitiger Gehäuseteil
Spindelantrieb
Spindelmutter
a Muttergewinde
Spindel
a Spindelgewinde
b Spindelende
Wälzlager
Wälzlager
Riementrieb
Elektromotor
0 Gleitlager
1 Aufschraubzapfen
1a äußerer Teil
1 b innerer Teil
2 Gelenk
2a Gelenkzapfen
3 Faltenbalg

Claims

Patentansprüche
1. Lenkung, vorzugsweise Hinterachslenkung, mit einer Stelleinrichtung (1 ), aufweisend einen Spindeltrieb (3) mit einer Spindel (5) und einer ortsfest im Gehäuse (2) der Lenkung drehbar gelagerten Spindelmutter (4) sowie einem Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (9) als Vernier-Motor ausgebildet ist und als Antrieb mit dem Spindeltrieb (3) gekoppelt ist.
2. Lenkung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vernier-Motor (9) mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse der Spindel (5) sowie der Spindelmutter (4) angeordnet ist, wobei die Spindelmutter (4) durch den Vernier-Motor (9) mittels eines Getriebes, vorzugsweise mittels eines Zugmitteltriebes mit Antriebsriemen (8) oder mittels eines Rädergetriebes, vorzugsweise Planetengetriebes, antreibbar ist.
3. Lenkung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vernier-Motor (9) koaxial zur Spindel (5) angeordnet ist.
4. Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vernier-Motor (9) einen gegenüber dem Gehäuse (2) drehfest angeordneten Stator aufweist, wobei ein innerhalb des Stators drehbar gelagerter Rotor mit der Spindelmutter (4) gekoppelt ist.
5. Lenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des Rotors mit der Spindelmutter (4) mittels eines Getriebes ausgebildet ist.
6. Hinterachslenkung mit einer Stelleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5.
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