WO2017211514A1

WO2017211514A1 - Aktuator mit einem schublager für eine spindel sowie aktuator für eine hinterachslenkung

Info

Publication number: WO2017211514A1
Application number: PCT/EP2017/060850
Authority: WO
Inventors: Andrea Schillmöller; Christian Bischoff; Christoph DOBBELHOFF; Gerrit Seevers
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2017-12-14
Also published as: DE102016210221A1; DE102016210221B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, umfassend einen, eine axial verschiebbare Spindel (5) aufweisenden Spindelantrieb, ein Gehäuse (2) mit mindestens einem Schublager (15) für die Spindel (5), wobei die Spindel (5) endseitig mindestens einen Abschnitt mit einem Keilwellenprofil (14) und das Schublager (15) eine Lageröffnung mit einem Keilnabenprofil (16) zur Aufnahme des Keilwellenprofils (14) aufweisen. Es wird vorgeschlagen, dass das Schublager (15) als geteilter Nabenring mit einer ersten Nabenhälfte und einer zweiten Nabenhälfte ausgebildet ist, die - in axialer Richtung gesehen - hintereinander angeordnet und in Umfangsrichtung gegeneinander verspannbar sind.

Description

Aktuator mit einem Schublager für eine Spindel sowie Aktuator für eine Hinterachslenkung

Die Erfindung betrifft eine Verdrehsicherung einer Spindel in einem Aktuator, insbesondere für eine Hinterachslenkung, umfassend einen, eine axial verschiebbare Spindel aufweisenden Spindelantrieb, wobei die Spindel mit einer Verdrehsicherung zusammenwirkt.

Verdrehsicherungen für die Spindel eines Spindelantriebes sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Durch die DE 10 2013 107 827 A1 wurde ein Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrisch antreibbaren Spindelantrieb bekannt, wobei die Spindel mit einer Schubstange verbunden ist, welche eine Axialbewegung ausführt und eine Verdrehsicherung aufweist. Die Verdrehsicherung ist als gehäuseseitig abgestütztes Gleitlager ausgebildet, welches einen als Polygonprofil ausgebildeten Abschnitt der Schubstange aufnimmt. Aufgrund der Polygonprofile der Schubstange und der Lageröffnung des Gleitlagers wird ein Form- schluss erreicht und ein Verdrehen der Schubstange respektive der Spindel verhindert; eine Axialbewegung wird jedoch zugelassen.

Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Spindel mindestens einen Abschnitt mit einem Keilwellenprofil und das Schublager eine Lageröffnung mit einem Keilnaben- profil zur Aufnahme des Keilwellenprofils aufweisen, wobei das Schublager als geteilter Nabenring mit einer ersten und einer zweiten Nabenhälfte ausgebildet ist, die, in axialer Richtung gesehen, also entlang der Längsachse der Spindel hintereinander angeordnet und in Umfangsrichtung gegeneinander mittels eines Kraftspeichers verspannbar sind. Damit wird der Vorteil erreicht, dass ein Umfangsspiel zwischen den Flanken des Keilwellen- und des Keilnabenprofils eliminiert wird. Durch die stetige Verspannung der beiden Nabenhälften ergibt sich ein beidseitiger Kontakt der Flanken des Keilwellenprofils gegenüber den jeweiligen Flanken der beiden Nabenhälf- ten, so dass auch akustische Auffälligkeiten, z.B. aufgrund eines Spiels der Bauteile zueinander, vermieden werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist der Kraftspeicher zwischen den Nabenhälften angeordnet. Die Verdrehsicherung bildet somit eine kompakte Einheit aus den Nabenhälften und dem axial innen- bzw. dazwischenliegenden Kraftspeicher.

Der Kraftspeicher ist bevorzugt als Ringsegment ausgebildet und weist zwei Enden auf, die jeweils mit nur einer Nabenhälfte in Wirkverbindung stehen. Dabei ist der Kraftspeicher aus Kunststoff, Metall oder einem Elastomer ausgebildet. Auch sind Kombinationen der Werkstoffe denkbar. Insbesondere kann der Kraftspeicher aus Federstahldraht etwa in Form eines Sprengrings ausgebildet sein, dessen Enden orthogonal entgegengesetzt abgebogen sind. Die Enden sind somit jeweils einer Nabenhälfte zugewandt bzw. zugeordnet. Die Nabenhälften weisen an ihren zugewandten Stirnseiten vorteilhafter Weise eine Aufnahme für die Enden des Kraftspeichers auf. Die Aufnahme ist bevorzugt als Schlitz, Loch, insbesondere Sackloch oder auch als Bohrung ausgeführt. Die Enden des Kraftspeichers greifen in die Aufnahme der jeweils zugeordneten Nabenhälfte.

Sitzt die Verdrehsicherung auf dem Keilwellenprofil sind die Enden des Kraftspeichers bevorzugt parallel zur Längsachse der Spindel ausgerichtet, wobei der Kraftspeicher konzentrisch um die Längsachse angeordnet ist. Bevorzugt weist zumindest eine der Nabenhälften eine ringförmige Aussparung zur zumindest teilweisen Aufnahme des Ringsegments auf, insbesondere konzentrisch zur Längsachse der Nabenhälfte. Dadurch wird die Breite der Verdrehsicherung auf die Breite der beiden mit ihren Innenseiten aufeinander sitzenden Nabenhälften reduziert und es wird insgesamt eine Raum sparende Anordnung der Verdrehsicherung aus Nabenhälften und Kraftspeicher erreicht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine der Nabenhälften mit ihrer dem Kraftspeicher abgewandten Außenseite gegenüber dem Gehäuse abgestützt, insbesondere durch einen Sicherungsring, der in eine Nut im Gehäuse ein- greift. Auch hieraus ergeben sich deutliche Bauraumvorteile und der Einbau ins Gehäuse wird vereinfacht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist eine der Nabenhälften an ihrem Außenumfang zumindest einen Vorsprung auf, der mit einer Ausnehmung im Gehäuse zusammenwirkt. Der Vorsprung ist im Schnitt als Kreissegment oder als Dreieck oder ähnlich ausgebildet und greift formschlüssig in das Gehäuse mit entsprechender Negativausnehmung. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Nabenhälften mit dem Gehäuse verklebt werden. Es wird damit sichergestellt, dass sich die eine Nabenhälfte nicht gegenüber dem Gehäuse verdrehen kann - somit wird die Verdrehsicherung der Spindel gegenüber dem Gehäuse gewährleistet, wenn diese mit ihrem Keilwellenprofil in dem Keilnabenprofil des Schublagers entlang ihrer Längsachse verschoben wird.

Die erste Nabenhälfte ist somit verdrehfest mit dem Gehäuse verbunden, wobei die zweite Nabenhälfte gegenüber der ersten Nabenhälfte mittels Kraftspeicher vorgespannt ist. An sich müssen die Keilnabenprofile der beiden Nabenhälften von ihrer Innenform her deckungsgleich sein. Aufgrund der bei einer kostengünstigen Fertigung derartiger Bauteile zulässigen Toleranzen besteht jedoch ein geringes Spiel, wenn die Nabenhälften auf dem Keilwellenabschnitt der Spindel sitzen. In sehr geringem Maße lassen sich die Nabenhälften somit gegeneinander verdrehen, wenn diese auf der Keilwelle sitzen. Durch die Vorspannung der Nabenhälften mittels Kraftspeicher wird dieses Spiel eliminiert. Die Stege der nach innen zur Längsachse ragenden Keilnabenprofile weisen dabei jeweils Flanken auf, die durch die Vorspannung leicht versetzt zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten fluchten die Flanken nicht, wenn die Nabenhälften gegeneinander in Umfangsrichtung verspannt sind.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Schublager zur verdrehgesicherten Lagerung einer in einem Spindelantrieb axial verschiebbar gelagerten Spindel, vorzugsweise bestehend aus zwei Nabenhälften mit dazwischen liegendem Kraftspeicher, wie zuvor beschrieben. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Aktuator mit einem Spindelantrieb nach den zuvor genannten Ausführungsformen. Der Aktuator kann dabei als nur ein Rad oder beide Räder einer Achse lenkend ausgebildet sein.

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 mit Spindel und Verdrehsicherung,

Fig. 2 einen Teilschnitt eines Gehäuses mit Spindel und Verdrehsicherung,

Fig. 2a einen geteilten Nabenring mit erster und zweiter Nabenhälfte (verspannt),

Fig. 3 eine Gehäusehälfte mit Verdrehsicherung in Explosionsdarstellung.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt den Aufbau eines einfach, d.h. lediglich auf ein Rad wirkenden, elektrisch antreibbaren Aktuators 1 für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Der Aktuator 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, in welchem ein Spindelantrieb 3 angeordnet ist, welcher eine Spindelmutter 4 und eine mit der Spindelmutter 4 in Eingriff stehende, axial verschiebbare Spindel 5 umfasst. 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 Schublager 15 angeordnet ist. Die Spindel 5 weist ein stirnseitiges Ende 5b auf, welches dreh- und schubfest mit einem Aufschraubzapfen 11 verbunden ist. Der Auf- schraubzapfen 11 weist einen Gleitlagerabschnitt (ohne Bezugszahl) auf, der in dem Schublager 15 geführt ist. An dem aus dem Gehäuse 2c herausragenden Ende 11a des Aufschraubzapfens 11 ist über einen Gelenkzapfen 12 ein Gelenk (ohne Bezugszahl) 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 12 umschließt. Das Schublager 15 bildet für den verschiebbaren Gleitlagerabschnitt des Aufschraubzapfens 11 eine Verdrehsicherung gegenüber dem Gehäuse, wobei die Spindel 5 hier verdrehfest mit dem Aufschraubzapfen 11 gefügt ist. Aufgrund der Verdrehsicherung kann sich der Aufschraubzapfen 11 nicht um seine Längsachse drehen. Somit ist die verdrehfest mit dem Aufschraubzapfen verbundene Spindel 5 ebenfalls gegen Verdrehen gesichert, wenn sich ihr durch den Antrieb der Spindelmutter 4 ein Moment aufprägt.

Fig. 2 und 2a zeigen das als geteilten Nabenring 15 ausgebildete Schublager 15 als Einzelteil in unterschiedlichen Darstellungen. Der geteilte Nabenring 15 weist eine erste, in Axialrichtung vordere Nabenhälfte 17 und eine zweite, in Axialrichtung hintere Nabenhälfte 18 auf. Figur 2 zeigt des Weiteren eine teilgeschnittene Detailansicht des Gehäuseteils 2c. Das als Verdrehsicherung ausgebildete Schublager 15 wird im Endbereich des Gehäuseteils 2c eingesetzt und mittels eines Halterings H gehalten. Die Spindel 5 weist an ihrem von dem Keilwellenprofil 14 abgewandten Ende ein Gewinde 5a auf. Die Spindel 5 ist mit ihrem Keilwellenprofil 14 in dem Keilnabenprofil 16 des Schublagers 15 gleitend aufgenommen.

Fig. 2 und 2a zeigen den geteilten Nabenring 15 in einer perspektivischen Darstellung, aus welcher in Fig. 2a ein Keilnabenprofil 17a der vorderen Nabenhälfte 17 und ein Keilnabenprofil 18b der hinteren Nabenhälfte 18 erkennbar sind. Die vordere Nabenhälfte 17 und die hintere Nabenhälfte 18 weisen eine Teilungsfuge auf und liegen mit ihren Innenseiten quasi spaltlos an einander an. Der Nabenring weist in beiden Darstellungen am Außenumfang mehrere Vorsprünge 18a auf, die beim Einbau in die Gehäusehälfte 2c in die Ausnehmungen 2d greifen (s. Fig. 3).

Fig. 2a zeigt des Weiteren die Verdrehsicherung 15 in einer nicht eingebauten und daher detaillierteren Ansicht. Neben den bereits zur Fig. 2 erwähnten Vorsprüngen 18a sind beiden Figuren 2, 2a Ausnehmungen 20 und 21 entnehmbar, die hier als Schlitze bzw. Nuten erkennbar sind. Diese dienen zur Aufnahme der abgebogenen Enden des als Kreissegmentfeder ausgebildeten Kraftspeichers 19, um die Nabenhälften 17, 18 gegeneinander zu verspannen. Möglich ist hier die Verspannung gemäß der in Fig. 3 gezeigten Doppelpfeile zueinander oder gegeneinander.

Fig. 2a zeigt des Weiteren die beim Kei Inabenprofil der Nabenhälften 17, 18 nach innen ragenden Stege 17a, 18b. Diese weisen Flanken F1 , F2 auf, die nicht miteinander fluchten, da die Nabenhälften 17, 18 in dieser Darstellung gegeneinander verspannt abgebildet sind. In Zusammenwirken mit dem Keilwellenprofil gemäß Fig. 2 wird ein mögliches Spiel eliminiert, da die Flanken F1 , F2 sich aufgrund der Verspannung jeweils an den Flanken der radial nach außen ragenden Stege des Keilwellenprofils abstützen.

Zu Figur 3 bleibt noch die dort gezeigte Explosionsdarstellung zu erwähnen, die neben den bereits erwähnten Details die Nabenhälften und den Kraftspeicher in Form eines Sprengrings mit abgebogenen Enden zeigt. Es ist ersichtlich, dass die Nut 21 und auch die Bohrung 20 die abgebogenen Enden beim Zusammenbau der drei vorgenannten Bauteile aufnehmen können. Nicht dargestellt ist die auf der Innenseite befindliche Nut für die Aufnahme der Feder.

Die Funktion des geteilten Nabenringes 15 wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2a bis 3 erläutert. Als Verdrehsicherung für die Spindel 5 wurde - wie oben ausgeführt - ein Keilwellenprofil 14 und ein Keilnabenprofil 16 gewählt, welches aus Fertigungsgründen ein Umfangsspiel zwischen den Flanken der Keilwelle und der Keilnabe aufweist. Ein solches Flankenspiel wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines geteilten Nabenringes 15 unterbunden, indem beide Nabenhälften, d. h. die vordere Nabenhälfte 17 und die hintere Nabenhälfte 18 in Umfangsrich- tung relativ zueinander beweglich und verspannbar sind. Die Verspannung wird durch eine Bewegung der vorderen Nabenhälfte 17 in Umfangsrichtung durch den Kraftspeicher bewirkt. Bei der verspannten Lage gemäß Fig. 2, 2a, bei welcher kein Spalt mehr vorliegt, liegen die Flanken F1, F2 (Fig. 2a) nicht mehr in einer Ebene, vielmehr sind sie in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Dieser Versatz eliminiert das Flankenspiel.

Bezuqszeichen

Aktuator

Gehäuse

a mittlerer Gehäuseteil

b fahrzeugseitiger Gehäuseteil

c radseitiger Gehäuseteil

d Ausnehmung

Spindelantrieb

Spindelmutter

a Mutter- oder Innengewinde

Spindel

a Spindelgewinde

b stirnseitiges Ende

Wälzlager

Riementrieb

Elektromotor

1 Aufschraubzapfen

1a äußerer Teil

1b innerer Teil

2 Gelenkzapfen

3 Faltenbalg

4 Keilwellenprofil

5 Schublager, Verdrehsicherung, Nabenring6 Keilnabenprofil

7 erste Nabenhälfte

7a erstes Keilnabenprofil, Steg

8 zweite Nabenhälfte

8a Vorsprung

8b zweites Keilnabenprofil, Steg

9 Kraftspeicher, Feder

0 Ausnehmung, Bohrung Ausnehmung, Nut Verspannrichtung Verspannrichtung

Achse

erste Flanke zweite Flanke Haltering

Claims

Patentansprüche

1. Aktuator, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen, eine axial verschiebbare Spindel (5) aufweisenden Spindelantrieb, ein Gehäuse (2) mit mindestens einer als ein Schublager (15) ausgebildeten Verdrehsicherung für die Spindel (5), wobei die Spindel (5) mindestens einen Abschnitt mit einem Keilwellenprofil (14) und das Schublager (15) eine Lageröffnung mit einem Keilnabenprofil zur Aufnahme des Keilwellenprofils (14) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schublager (15) als geteilter Nabenring mit einer ersten Nabenhälfte (17) und einer zweiten Nabenhälfte (18) ausgebildet ist, die entlang der Längsachse (a) der Spindel in axialer Richtung gesehen, hintereinander angeordnet und in Umfangsrichtung mittels eines Kraftspeichers in Umfangsrichtung gegeneinander verspannbar sind.

2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher aus Kunststoff oder Metall, vorzugsweise Federstahl, ausgebildet ist und als ein Ringsegment ausgebildet ist, der vorzugsweise zwischen den Nabenhälften (17, 18) angeordnet ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Nabenhälften (17, 18) an ihren einander zugewandten Stirnseiten angeordnete Ausnehmungen oder Öffnungen zur Aufnahme der jeweiligen Enden des Kraftspeichers aufweisen.

4. Aktuator nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine der Nabenhälften (17, 18) an ihrem axialen Ende gegenüber dem Gehäuse (2) abgestützt ist.

5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Nabenhälften (17, 18) an ihrem Außenumfang zumindest einen Vorsprung aufweist, der mit einer Ausnehmung im Gehäuse (2) zusammenwirkt.

6. Aktuator einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilnabenprofile (17a, 18b) der Nabenhälften (17, 18) jeweils Flanken F1 , F2 aufweisen, die bei Verspannung der Nabenhälften (17, 18) gegeneinander in Umfangrichtung nicht miteinander fluchten.

7. Schublager zur verdrehgesicherten Lagerung einer Spindel in einem Spindelantrieb für einen Aktuator nach einem der vorgenannten Ansprüche.

8. Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Aktuator nach einem der vorgenannten Ansprüche.