WO2019105663A1 - Spindelantrieb und aktuator einer lenkung mit spindelantrieb - Google Patents

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WO2019105663A1
WO2019105663A1 PCT/EP2018/079252 EP2018079252W WO2019105663A1 WO 2019105663 A1 WO2019105663 A1 WO 2019105663A1 EP 2018079252 W EP2018079252 W EP 2018079252W WO 2019105663 A1 WO2019105663 A1 WO 2019105663A1
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spindle
groove
thread
spindle drive
nut
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PCT/EP2018/079252
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Gerrit Seevers
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Zf Friedrichshafen Ag
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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
    • 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
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H2025/2481—Special features for facilitating the manufacturing of spindles, nuts, or sleeves of screw devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H25/2418—Screw seals, wipers, scrapers or the like

Definitions

  • the invention relates to a spindle drive and an actuator according to the independent claims.
  • a spindle drive and an actuator with such a spindle drive have been known, wherein the spindle drive has a spindle with a spindle thread and a nut with a nut thread, which is in engagement with the spindle thread.
  • the spindle nut is drivable in the direction of rotation and mounted in an actuator housing, while the spindle is axially displaceable and acts as an actuator of the actuator.
  • the spindle and nut thread is designed as a movement thread, preferably as a trapezoidal thread and is lubricated by a lubricant which is disposed within the spindle nut.
  • a stripping element is provided, which is designed as a felt scraper.
  • the stripping element has a felt body in a housing, which is received and pressed in a bore of the spindle nut. The inner surface of the felt body is in engagement with the spindle thread, so that a stripping effect and thus a sealing effect can be achieved.
  • An object of the invention is that further potentials with regard to the lubrication of a spindle drive are exhausted.
  • a spindle drive for an actuator of a steering system comprises a spindle having a spindle thread and a spindle nut having a nut thread, the spindle thread and the nut thread being designed as a movement thread.
  • the spindle nut which can be driven in the direction of rotation, is fixed in place. With the axially displaceable spindle is the spindle nut via the movement thread into engagement, wherein between the spindle nut and the spindle thread at least one scraper element is arranged
  • a spindle drive for a preferably electromotively operated actuator of a steering for a preferably electromotively operated actuator of a steering, preferably a steer-by-wire steering, most preferably a rear axle, provided that in the region of the end faces of the spindle nut in each case an annular groove for receiving and fixing a stripping element is arranged. Between the annular groove and the adjacent end face, a conical section is arranged on at least one end face, whose diameter increases in the direction of the axially outer end of the end face.
  • the annular groove is, preferably machined by machining, incorporated in the spindle nut.
  • the conical section forms an insertion cone as an assembly aid for the insertion and insertion of the stripping element, which is pressed from the front side via the insertion cone in the axial direction with simultaneous temporary radial compression in the annular groove.
  • the stripping element is thus fixed in the annular groove, d. H. there are no further fixatives, z. B. a support ring or a seal housing required.
  • the annular groove has a rectangular or U-shaped cross section, which is formed by a cylindrical groove bottom and a first and a second groove flank.
  • the two groove flanks are arranged plane-parallel to each other.
  • Such groove geometry is inexpensive, e.g. Span giving producible.
  • the scraper element designed as a scraper ring on a base body with a rectangular cross section, which is adapted to the rectangular cross section of the annular groove. This ensures that the main body, the cross section of the annular groove, preferably completely, fills.
  • the scraper ring with the annular groove forms three contact surfaces or contact surfaces, namely a cylindrical surface in the radial direction. see fit on the groove base and in the axial direction two plane-parallel contact surfaces on the two groove sides. For a sufficient fixation of the scraper ring is ensured in the annular groove without further support or fastening means. In particular, by acting as friction surfaces contact surfaces and rotation of the scraper ring is prevented in the annular groove.
  • the two groove flanks have different heights above the groove base or different inner diameters, the outer groove flank, which is adjoined by the conical section, having the lower height or the larger inner diameter.
  • the dimensioning is dependent on the groove diameter and the deformability of the material of the scraper ring, since this is so far compressed during insertion on the insertion cone in the radial direction that it can be easily pushed over the outer groove edge addition, then back to the diameter of the groove bottom expand.
  • the wiping element has at least one radially inwardly projecting sealing or wiping edge, which is in engagement with the spindle thread and thus a Abstreiffunktion, d. H. the stripping of adhering to the spindle thread lubricating grease exerts.
  • the sealing edge can be circumferential or helical, d. H. be formed in the form of one or more threads.
  • the wiping edge comprises three segments distributed uniformly around the circumference whose tendons engage as partial wiping edges in the spindle thread, preferably up to its core diameter, thus achieving a wiping effect.
  • the tendons may be rectilinear or circular segments.
  • the tendons are at least in point contact with the thread of the spindle.
  • the tendons are preferably in line contact with the thread root, otherwise called thread root circle. This allows an advantageous stripping of grease.
  • the stripping element is made of a flexible material, preferably made of an elastomer or a rubber.
  • the stripping element of a thermoplastic polyurethane (TPU) can be produced.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • This plastic material on the one hand has sufficient strength to permanently maintain the seat of the scraper ring within the annular groove and on the other hand the required elasticity, deformability and sliding properties in order to achieve an optimum sealing and wiping action.
  • TPU is sprayable and has a good dimensional stability, ie the scraper ring can be produced as an injection molded part, which provides cost advantages.
  • the spindle drive serves as a drive for an actuator for a steering, preferably a rear-wheel or rear-axle steering, d. H. a servomotor with at least one axially displaceable actuator, which is adjusted by the spindle.
  • actuators are provided over their life with a lubricant and therefore maintenance-free. They can usually not be opened for repair or maintenance purposes - therefore, a permanent lubrication of the spindle drive must be ensured. This is achieved by the stripping element according to the invention.
  • the actuator is used with the spindle drive according to the invention for steer-by-wire steering, preferably a rear-wheel or rear-axle steering of a motor vehicle. It may be a single or double-acting actuator, which acts either directly or indirectly only on a rear wheel or on both rear wheels simultaneously. The reliability of such an actuator is of utmost importance here. A permanent lubricant supply is therefore essential throughout the life of the steering.
  • a steer-by-wire steering is a steering, which only signals, for example but not exclusively by means of receives an electrical control line ("by wire") and not mechanically with a steering handle, z. B. is connected to a steering wheel.
  • each steerable wheel of each axle can be steered.
  • Fig. 3 shows a scraper as a single part in two different views
  • FIG 4 shows an actuator with the spindle drive according to the invention.
  • Fig. 1 shows a spindle drive 1 with a spindle thread 2a and a spindle axis having a spindle 2 and a female thread 3a having a spindle nut 3.
  • the spindle thread 2a and the female thread 3a which are formed as a movement thread, preferably a trapezoidal thread, engage each other , wherein the spindle nut 3 drivable in the direction of rotation and the spindle 2, which is prevented from twisting, in the direction of the spindle axis a is displaceable.
  • Spindle and nut threads 2a, 3a are lubricated by a lubricant for the purpose of reducing the friction and increasing the efficiency by a lubricant, not shown, wherein the lubricant, for. B. a fat within the spindle nut 3, for example, in an annular chamber 4 may be deposited.
  • the spindle nut 3 has a first end face 5 and a second end face 6, on which the spindle 2 emerges from the spindle nut 3.
  • sealing elements in the spindle nut 3 are arranged as stripping elements 7, 8, in particular as scraper rings 7, 8.
  • the scraper rings 7, 8 each have an approximately rectangular cross-section and on its spindle thread 2a side facing a sealing or scraper edge 7a, 8a, which engages in the spindle thread 2a.
  • the scraper rings 7, 8 are in annular grooves 9, 10, which are arranged in the region of the end faces 5, 6 in the spindle nut 3, and have a rectangular cross section, which corresponds to the rectangular cross section of the annular grooves 8, 9.
  • Fig. 2 shows the annular groove 10 as a detail without the sealing element 8 in an enlarged view.
  • the annular groove 10 has a rectangular or U-shaped cross-section which is formed by a cylindrical groove bottom 10a, a first groove flank 10b and a second groove flank 10c opposite the first groove flank 10b; both groove flanks 10b, 10c are arranged plane-parallel to each other.
  • the height hi of the outer groove flank 10c is significantly less than the height h2 of the inner groove flank 10b, each viewed in the radial direction. Accordingly, the outer groove flank 10c has a larger inner diameter D2 than the inner diameter Di of the inner groove flank 10b.
  • the second or outer groove flank 10c which is arranged adjacent to the end face 6 of the spindle nut 3, forms an axial fixation for the stripping element 8 (not shown here) (FIG. 1).
  • the outer groove flank 10c is adjoined by a conical section 11, also called an insertion cone 11, which widens in its diameter in the direction of the end face 6.
  • the insertion cone 11 results in an undercut for the outer groove flank 10c, ie the groove flank 10c of the annular groove 10 has an undercut 11.
  • the conical section 11 serves primarily as an insertion aid in the assembly of the stripping element 8 when it is to be placed in the annular groove 10.
  • the stripping element 8 is pressed in the axial direction from the end face 6 in the direction of the annular groove 10, wherein its diameter is compressed as a result of the taper of the conical section 11.
  • the stripping element 8 expands again to its previous diameter and preferably fills the annular groove 10 completely, abutting three surfaces, namely the cylindrical groove base 10a and the two plane-parallel groove flanks 10b, 10c ie forms contact surfaces that hold the wiper ring 8 frictionally engaged in the annular groove and prevent twisting.
  • the stripping element 8 is thus completely assembled and fixed for operation.
  • the stripping elements 7, 8 are made of a flexible material, for example a synthetic or natural rubber or rubber.
  • the stripping elements of a thermoplastic polyurethane (TPU) can be produced.
  • the annular grooves 9, 10 are preferably incorporated by machining machining such as milling directly into the spindle nut 3.
  • FIG. 3 shows a plan view and a perspective view of a scraping ring 12 designed as a scraper 12, which has a base body 13 with a solid rectangular cross-section (not shown) and an outer diameter there. The latter corresponds to the diameter of the groove base 10a in FIG. 2.
  • a base body 13 with a solid rectangular cross-section (not shown) and an outer diameter there. The latter corresponds to the diameter of the groove base 10a in FIG. 2.
  • three sealing edge elements each offset by 120 ° and formed as circle segments 14, 15, 16 are integrally formed on the base body 13.
  • the tendons 14a, 15a, 16a of the circle segments 14, 15, 16 form partial, d. H. non-circumferential scraping edges, which engage in the spindle thread 2a (Fig.1).
  • the core diameter of the spindle thread 2a FIG.
  • FIG. 4 shows an actuator 20 of a steer-by-wire steering, in which a spindle drive 21, comprising a spindle 22 with a spindle axis a and a spindle nut 23, are arranged, the spindle drive 21 corresponding to the spindle drive 1 according to FIG.
  • the same or analogous parts are identified in Fig. 3 with reference numbers increased by 20 compared to Fig. 1.
  • the spindle nut 23 is sealed against the spindle 22 via a first scraper ring 27 and a second scraper ring 28, which are each received in a first annular groove 29 and in a second annular groove 30, against the escape of grease.
  • the actuator 20 has a housing 31 in which the spindle nut 23 is rotatably supported via a first roller bearing 32 and a second rolling bearing 33 and fixed in the direction of the spindle axis a.
  • a pulley 34 is arranged rotationally fixed, which is driven by a belt drive 35 by an electric motor 36.
  • the spindle 22 is connected at its two ends with Aufschraubzapfen 37, 38, wel che in the housing 31 and in turn connected to pivot pins 39, 40 are connected.
  • the actuator 20 is preferably used for the rear axle steering of a motor vehicle, wherein the two pivot pins 39, 40 are connected to a steering linkage or wheel carrier of the rear wheels, not shown, and thus adjust the steering angle of the rear wheels when the body-mounted actuator upon rotation of the axially stationary spindle nut, the non-rotating Spindle moves axially in.
  • the actuator 20 shown in the drawing acts simultaneously on both rear wheels and is therefore mounted in the central region of the motor vehicle.
  • actuators which act only on a rear wheel. Such actuators have only one pivot pin, so that the actuator results as a variable-length component.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für einen Aktuator einer Lenkung, umfassend eine ein Spindelgewinde (2a) aufweisende Spindel (2, 22), eine ein Muttergewinde (3a) aufweisende Spindelmutter (3), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3) mit der axial verschiebbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht und wobei zwischen der Spindelmutter (3) und dem Spindelgewinde (2a) mindestens ein Abstreifelement (7, 8) angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Spindelmutter (3) eine erste und eine zweite Stirnseite (5, 6) und im Bereich der ersten und der zweiten Stirnseite (5, 6) jeweils eine Ringnut (9, 10) aufweist und dass jeweils ein Abstreifelement (7, 8) in einer Ringnut (9, 10) angeordnet und gehalten ist, wobei zumindest eine Ringnut (9, 10) einen rechteckförmigen Querschnitt mit einem Nutgrund (10a), einer ersten Nutflanke (10b) sowie einer zweiten Nutflanke (10c) aufweist und wobei sich zwischen der zweiten Nutflanke (10c) und der benachbarten Stirnseite (6) ein konisch ausgebildeter Abschnitt erstreckt.

Description

Spindelantrieb und Aktuator einer Lenkung mit Spindelantrieb
Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb sowie einen Aktuator nach den unabhängigen Patentansprüchen.
Durch die DE 10 2015 224 781 A1 wurde ein Spindelantrieb und ein Aktuator mit einem solchen Spindelantrieb bekannt, wobei der Spindelantrieb eine Spindel mit Spindelgewinde sowie eine Mutter mit Muttergewinde aufweist, welches mit dem Spindelgewinde in Eingriff steht. Die Spindelmutter ist in Drehrichtung antreibbar und in einem Aktuatorgehäuse gelagert, während die Spindel axial verschiebbar ist und als Stellglied des Aktuators wirkt. Das Spindel- und Muttergewinde ist als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet und wird durch einen Schmierstoff, welcher innerhalb der Spindelmutter deponierbar ist, geschmiert. Insbesondere bei Verwendung des Spindelantriebes in einem Aktuator, welcher ein geschlossenes Gehäuse aufweist, ist es wichtig, dass der Schmierstoff innerhalb der Spindelmutter, d. h. im Bereich des Muttergewindes verbleibt und nicht infolge der ständigen Axialbewegung der Spindel nach außen austritt. Hierfür ist ein Abstreifelement vorgesehen, welches als Filzabstreifer ausgebildet ist. Das Abstreifelement weist einen Filzkörper in einem Gehäuse auf, welches in einer Bohrung der Spindelmutter aufgenommen und verpresst ist. Die innere Oberfläche des Filzkörpers befindet sich in Eingriff mit dem Spindelgewinde, so dass ein Abstreifeffekt und damit eine Dichtwirkung erzielt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass weitere Potenziale in Bezug auf die Schmierung eines Spindelantriebes ausgeschöpft werden.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Spindelantrieb für einen Aktuator einer Lenkung, umfasst eine ein Spindelgewinde aufweisende Spindel und eine ein Muttergewinde aufweisende Spindelmutter, wobei das Spindelgewinde und das Muttergewinde als Bewegungsgewinde ausgebildet sind. Die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter ist ortsfest gelagert. Mit der axial verschiebbaren Spindel steht die Spindelmutter über das Bewegungsgewinde in Eingriff, wobei zwischen der Spindelmutter und dem Spindelgewinde mindestens ein Abstreifelement angeordnet ist
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einem Spindelantrieb für einen vorzugsweise elektromotorisch betriebenen Aktuator einer Lenkung, vorzugsweise einer Steer-by-wire-Lenkung, höchst vorzugsweise einer Hinterachslenkung, vorgesehen, dass im Bereich der Stirnseiten der Spindelmutter jeweils eine Ringnut zur Aufnahme und Fixierung eines Abstreifelements angeordnet ist. Zwischen der Ringnut und der benachbarten Stirnseite ist an zumindest einer Stirnseite ein konischer Abschnitt angeordnet, dessen Durchmesser sich in Richtung des axial äußeren Endes der Stirnseite vergrößert. Die Ringnut ist, vorzugsweise durch Span gebende Bearbeitung, in die Spindelmutter eingearbeitet. Der konische Abschnitt bildet einen Einführkonus als Montagehilfe für das Einführen und Einsetzen des Abstreifelements, welches von der Stirnseite her über den Einführkonus in axialer Richtung bei gleichzeitiger temporärer radialer Stauchung in die Ringnut gepresst wird. Das Abstreifelement ist damit in der Ringnut fixiert, d. h. es sind keine weiteren Fixiermittel, z. B. ein Stützring oder ein Dichtungsgehäuse erforderlich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ringnut einen rechteck- oder U- förmigen Querschnitt auf, welcher durch einen zylindrischen Nutgrund sowie eine erste und eine zweite Nutflanke gebildet wird. Die beiden Nutflanken sind planparallel zueinander angeordnet. Eine derartige Nutgeometrie ist kostengünstig, z.B. Span gebend herstellbar.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das als Abstreifring ausgebildete Abstreifelement einen Grundkörper mit einem rechteckförmigen Querschnitt auf, welcher an den rechteckförmigen Querschnitt der Ringnut angepasst ist. Damit wird erreicht, dass der Grundkörper den Querschnitt der Ringnut, bevorzugt vollständig, ausfüllt.
Nacheiner weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Abstreifring mit der Ringnut drei Kontakt- oder Anlageflächen, nämlich in radialer Richtung einen zylindri- sehen Sitz auf dem Nutgrund und in axialer Richtung zwei planparallele Anlageflächen an den beiden Nutflanken. Damit ist eine hinreichende Fixierung des Abstreifringes in der Ringnut ohne weitere Stütz- oder Befestigungsmittel sichergestellt. Insbesondere wird durch die als Reibflächen wirkenden Kontaktflächen auch ein Verdrehen des Abstreifringes in der Ringnut verhindert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden Nutflanken unterschiedliche Höhen über dem Nutgrund respektive unterschiedliche Innendurchmesser auf, wobei die äußere Nutflanke, an welche sich der konische Abschnitt anschließt, die geringere Höhe respektive den größeren Innendurchmesser aufweist. Die Dimensionierung ist vom Nutdurchmesser und der Verformbarkeit des Materials des Abstreifringes abhängig, da dieser beim Einführen über den Einführkonus in radialer Richtung so weit gestaucht wird, dass er problemlos über die äußere Nutflanke hinaus geschoben werden kann, um sich anschließend wieder auf den Durchmesser des Nutgrundes auszudehnen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Abstreifelement mindestens eine radial einwärts ragende Dicht- oder Abstreifkante auf, welche in Eingriff mit dem Spindelgewinde steht und damit eine Abstreiffunktion, d. h. das Abstreifen von am Spindelgewinde anhaftendem Schmierfett ausübt. Die Dichtkante kann umlaufend oder schraubenförmig, d. h. in Form eines oder mehrerer Gewindegänge ausgebildet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Abstreifkante drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Segmente deren Sehnen als partielle Abstreifkanten in das Spindelgewinde, vorzugsweise bis auf dessen Kerndurchmesser eingreifen und so einen Abstreifeffekt erzielen. Die Sehnen können geradlinig oder als Kreissegmente ausgeführt sein. Die Sehnen stehen zumindest in Punktkontakt mit dem Gewinde der Spindel. Bevorzugt stehen die Sehnen in Linienkontakt mit dem Gewindegrund, anders Gewindefußkreis genannt. Damit ist ein vorteilhaftes Abstreifen von Schmierfett ermöglicht. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abstreifelement aus einem flexiblen Material, bevorzugt aus einem Elastomer oder einem Gummi herstellbar. Damit ist die Möglichkeit einer Stauchung beim Einsetzen des Abstreifelementselements, d. h. einer Verringerung des Außendurchmessers zur Überwindung der äußeren Nutflanke möglich. Gleichzeitig ist die Elastizität des Materials beim Eingriff in das Spindelgewinde zur Erzielung eines optimalen Abstreifeffekts von Vorteil. Besonders bevorzugt ist das Abstreifelement aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) herstellbar. Dieses Kunststoffmaterial hat einerseits eine hinreichende Festigkeit, um den Sitz des Abstreifringes innerhalb der Ringnut dauerhaft aufrechtzuerhalten und andererseits die erforderliche Elastizität, Verformbarkeit und Gleiteigenschaften, um eine optimale Dicht- und Abstreifwirkung zu erzielen. Darüber hinaus ist TPU spritzfähig und weist eine gute Formstabilität auf, d. h. der Abstreifring ist als Spritzgussteil herstellbar, was Kostenvorteile erbringt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung dient der Spindelantrieb als Antrieb eines Aktuators für eine Lenkung, vorzugsweise eine Hinterrad- oder Hinterachslenkung, d. h. eines Stellmotors mit mindestens einem axial verschiebbaren Stellglied, welches durch die Spindel verstellt wird. Derartige Aktuatoren sind über ihre Lebensdauer mit einem Schmierstoff versehen und daher wartungsfrei. Sie können zumeist nicht zu Reparatur- oder Wartungszwecken geöffnet werden - daher muss eine dauerhafte Schmierung des Spindelantriebes sichergestellt sein. Dies wird durch das erfindungsgemäße Abstreifelement erreicht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktuator mit dem erfindungsgemäßen Spindelantrieb für steer-by-wire Lenkungen, bevorzugt einer Hinterrad- oder Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Dabei kann es sich um einen einfach oder doppelt wirkenden Aktuator handeln, welcher entweder mittelbar oder unmittelbar nur auf ein Hinterrad oder auf beide Hinterräder gleichzeitig wirkt. Die Funktionssicherheit eines solchen Aktuators ist hierbei von größter Bedeutung. Eine dauerhafte Schmiermittelversorgung ist daher essentiell während der gesamten Lebensdauer der Lenkung. Bei einer Steer-by-wire-Lenkung handelt es sich um eine Lenkung, welche lediglich Signale beispielsweise aber nicht ausschließlich mittels einer elektrischen Steuerleitung („by wire“) erhält und nicht mechanisch mit einer Lenkhandhabe, z. B. einem Lenkrad verbunden ist.
Alternativ kann mit dem vorgenannten Aktuator ebenfalls jedes lenkbare Rad einer jeden Achse gelenkt werden.
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 Spindelantrieb mit Spindel und Spindelmutter,
Fig. 2 eine Ringnut mit Hinterschnitt in der Spindelmutter als Einzelheit,
Fig. 3 einen Abstreifring als Einzelteil in zwei verschiedenen Ansichten und
Fig. 4 einen Aktuator mit dem erfindungsgemäßen Spindelantrieb.
Fig. 1 zeigt einen Spindelantrieb 1 mit einer ein Spindelgewinde 2a und eine Spindelachse a aufweisenden Spindel 2 und einer ein Muttergewinde 3a aufweisenden Spindelmutter 3. Das Spindelgewinde 2a und das Muttergewinde 3a, welche als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet sind, stehen miteinander in Eingriff, wobei die Spindelmutter 3 in Drehrichtung antreibbar und die Spindel 2, welche am Verdrehen gehindert ist, in Richtung der Spindelachse a verschiebbar ist. Spindel- und Muttergewinde 2a, 3a werden durch einen Schmierstoff zwecks Reduzierung der Reibung und Erhöhung des Wirkungsgrades durch einen nicht dargestellten Schmierstoff geschmiert, wobei der Schmierstoff, z. B. ein Fett innerhalb der Spindelmutter 3, beispielsweise in einer Ringkammer 4 deponiert sein kann. Die Spindelmutter 3 weist eine erste Stirnseite 5 und eine zweite Stirnseite 6 auf, an welchen die Spindel 2 aus der Spindelmutter 3 austritt. Um einen Verlust von Schmierfett, welches an den Flanken des Spindelgewindes 2a haftet, zu vermeiden, sind im Bereich der ersten Stirnseite 5 und der zweiten Stirnseite 6 als Abstreifelemente 7, 8, insbesondere als Abstreifringe 7, 8 ausgebildete Dichtelemente in der Spindelmutter 3 angeordnet. Die Abstreifringe 7, 8 weisen jeweils einen etwa rechteckförmigen Querschnitt und an ihrer dem Spindelgewinde 2a zugewandten Seite eine Dicht- oder Abstreifkante 7a, 8a auf, welche in das Spindelgewinde 2a eingreift. Die Abstreifringe 7, 8 sind in Ringnuten 9, 10, die im Bereich der Stirnseiten 5, 6 in der Spindelmutter 3 angeordnet sind, aufgenommen und weisen einen rechteckförmigen Querschnitt auf, welcher dem Rechteckquerschnitt der Ringnuten 8, 9 entspricht.
Fig. 2 zeigt die Ringnut 10 als Einzelheit ohne das Dichtelement 8 in vergrößerter Darstellung. Die Ringnut 10 weist einen Rechteck- oder U-Querschnitt auf, welcher durch einen zylindrischen Nutgrund 10a, eine erste Nutflanke 10b und eine zweite der ersten Nutflanke 10b gegenüber liegende Nutflanke 10c gebildet wird; beide Nutflanken 10b, 10c sind planparallel zueinander angeordnet. Die Höhe hi der äußeren Nutflanke 10c ist deutlich geringer als die Höhe h2 der inneren Nutflanke 10b, jeweils in radialer Richtung gesehen. Dementsprechend weist die äußere Nutflanke 10c einen größeren Innendurchmesser D2 gegenüber dem Innendurchmesser Di der inneren Nutflanke 10b auf. Die zweite oder äußere Nutflanke 10c, welche benachbart zur Stirnseite 6 der Spindelmutter 3 angeordnet ist, bildet eine axiale Fixierung für das hier nicht dargestellte Abstreifelement 8 (Fig. 1). An die äußere Nutflanke 10c schließt sich ein konischer Abschnitt 11 , auch Einführkonus 11 genannt, an, welcher sich in seinem Durchmesser in Richtung der Stirnseite 6 erweitert. Durch den Einführkonus 11 ergibt sich für die äußere Nutflanke 10c ein Hinterschnitt bezeichnet, d. h. die Nutflanke 10c der Ringnut 10 weist einen Hinterschnitt 11 auf. Der konische Abschnitt 11 dient in erster Linie als Einführhilfe bei der Montage des Abstreifelements 8, wenn dieses in der Ringnut 10 platziert werden soll. Dazu wird das Abstreifelement 8 in axialer Richtung von der Stirnseite 6 in Richtung der Ringnut 10 gedrückt, wobei sein Durchmesser infolge der Verjüngung des konischen Abschnitts 11 gestaucht wird. Nach Passieren der zweiten Nutflanke 10c erweitert sich das Abstreifelement 8 (Fig. 1 ) wieder auf seinen vorherigen Durchmesser und füllt die Ringnut 10 bevorzugt vollständig aus, wobei es an drei Flächen, nämlich dem zylindrischen Nutgrund 10a und den beiden planparallelen Nutflanken 10b, 10c anliegt, d. h. Kontaktflächen bildet, die den Abstreifring 8 reibschlüssig in der Ringnut halten und ein Verdrehen verhindern. Das Abstreifelement 8 ist damit fertig montiert und für den Betrieb fixiert. Die Abstreifelemente 7, 8 sind aus einem flexiblen Material, beispielsweise einem Synthese- oder Naturkautschuk oder Gummi hergestellt. Vorzugsweise sind die Abstreifelemente aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) herstellbar.
Die Ringnuten 9, 10 werden vorzugsweise durch Span gebende Bearbeitung wie Fräsen direkt in die Spindelmutter 3 eingearbeitet.
Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht und einer perspektivischen Darstellung ein als Abstreifring 12 ausgebildetes Abstreifelement 12, welches einen Grundkörper 13 mit einem massiven Rechteckquerschnitt (nicht dargestellt) und einem Außendurchmesser da aufweist. Letzterer entspricht dem Durchmesser des Nutgrundes 10a in Fig. 2. Am Innenumfang des Grundkörpers 13 sind drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte, als Kreissegmente 14, 15, 16 ausgebildete Dichtkantenelemente an den Grundkörper 13 angeformt. Die Sehnen 14a, 15a, 16a der Kreissegmente 14, 15, 16 bilden partielle, d. h. nicht umlaufende Abstreifkanten, welche in das Spindelgewinde 2a (Fig.1 ) eingreifen. Der Kerndurchmesser des Spindelgewindes 2a (Fig. 1 ) ist hier strich-punktiert dargestellt und mit d« bezeichnet - er wird von den partiellen Abstreifkanten 14a, 15a, 16a tangiert. Der Abstreifring 12 entspricht den Abstreifelementen 7, 8 in Fig. 1 und wird dementsprechend in Ringnuten aufgenommen.
Fig. 4 zeigt einen Aktuator 20 einer steer-by-wire Lenkung, in welchem ein Spindelantrieb 21 , umfassend eine Spindel 22 mit einer Spindelachse a und eine Spindelmutter 23, angeordnet sind, wobei der Spindelantrieb 21 dem Spindelantrieb 1 gemäß Fig. 1 entspricht. Gleiche oder analoge Teile sind in Fig. 3 mit um 20 erhöhten Bezugszahlen gegenüber Fig. 1 gekennzeichnet. Die Spindelmutter 23 ist gegenüber der Spindel 22 über einen ersten Abstreifring 27 und einen zweiten Abstreifring 28, welche jeweils in einer ersten Ringnut 29 und in einer zweiten Ringnut 30 aufgenommen sind, gegen den Austritt von Schmierfett abgedichtet. Der Aktuator 20 weist ein Gehäuse 31 auf, in welchem die Spindelmutter 23 über ein erstes Wälzlager 32 und ein zweites Wälzlager 33 drehbar gelagert und in Richtung der Spindelachse a fixiert ist. Auf der Spindelmutter 23 ist eine Riemenscheibe 34 drehfest angeordnet, welche über einen Riementrieb 35 von einem Elektromotor 36 antreibbar ist. Die Spindel 22 ist an ihren beiden Enden mit Aufschraubzapfen 37, 38 verbunden, wel- che im Gehäuse 31 geführt und ihrerseits mit Gelenkzapfen 39, 40 verbunden sind. Der Aktuator 20 wird vorzugsweise für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt, wobei die beiden Gelenkzapfen 39, 40 mit einem nicht dargestellten Lenkgestänge oder Radträger der Hinterräder verbunden sind und somit die Lenkwinkel der Hinterräder verstellen, wenn der karosseriefeste Aktuator bei Verdrehung der axial ortsfesten Spindelmutter die verdrehgesicherte Spindel axial in verschiebt. Der in der Zeichnung dargestellte Aktuator 20 wirkt gleichzeitig auf beide Hinterräder und ist daher im mittleren Bereich des Kraftfahrzeuges befestigt. Im Rahmen der Erfindung liegen auch Aktuatoren, welche lediglich auf ein Hinterrad wirken. Solche Aktuatoren weisen einen lediglich einen Gelenkzapfen auf, so dass sich der Aktuator als ein längenveränderliches Bauteil ergibt.
Bezuqszeichen Spindelantrieb
Spindel
a Spindelgewinde
Spindelmutter
a Muttergewinde
Ringkammer
erste Stirnseite
zweite Stirnseite
erstes Abstreifelement
a Dichtkante
zweites Abstreifelement
a Dichtkante
erste Ringnut
0 zweite Ringnut
9a Nutgrund
0b erste Nutflanke
0c zweite Nutflanke
1 konischer Abschnitt
2 Abstreifelement
3 Grund körper
4 Kreissegment
4a Sehne
5 Kreissegment
5a Sehne
6 Kreissegment
6a Sehne 0 Aktuator
1 Spindelantrieb
2 Spindel
3 Spindelmutter 27 erstes Abstreifelement
28 zweites Abstreifelement
29 erste Ringnut
30 zweite Ringnut
31 Gehäuse
32 erstes Wälzlager
33 zweites Wälzlager
34 Riemenscheibe
35 Riementrieb
36 Elektromotor
37 Aufschraubzapfen
38 Aufschraubzapfen
39 Gelenkzapfen
40 Gelenkzapfen a Spindelachse
da Außendurchmesser, Abstreifelement dK Kerndurchmesser, Spindelgewinde
Di Innendurchmesser, erste Nutflanke
D2 Innendurchmesser, zweite Nutflanke hi Höhe, erste Nutflanke
h2 Höhe, zweite Nutflanke

Claims

Patentansprüche
1. Spindelantrieb für einen Aktuator einer Lenkung, umfassend eine ein Spindelgewinde (2a) aufweisende Spindel (2, 22), eine ein Muttergewinde (3a) aufweisende Spindelmutter (3, 23), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3, 23) mit der axial verschiebbaren Spindel (2, 22) über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht und wobei zwischen der Spindelmutter (3, 23) und dem Spindelgewinde (2a) mindestens ein Abstreifelement (7, 8, 12, 27, 28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Spindelmutter (3, 23) eine erste und eine zweite Stirnseite (5, 6) und im Bereich der ersten und der zweiten Stirnseite (5, 6) jeweils eine Ringnut (9, 10, 29, 30) aufweist und dass jeweils ein Abstreifelement (7, 8, 12, 27, 28) in einer Ringnut (9, 10, 29, 30) angeordnet und gehalten ist, wobei zumindest eine Ringnut (9, 10, 29, 30) einen rechteckförmigen Querschnitt mit einem Nutgrund (10a), einer ersten Nutflanke (10b) sowie einer zweiten Nutflanke (10c) aufweist und wobei sich zwischen der zweiten Nutflanke (10c) und der benachbarten Stirnseite (6) ein konisch ausgebildeter Abschnitt (11 ) erstreckt.
2. Spindelantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (10a) zylindrisch und die beiden Nutflanken (10b, 10c) planparallel ausgebildet sind.
3. Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (7, 8, 12, 27, 28) einen Grundkörper (13) mit einem rechteckförmigen Querschnitt aufweist, welcher an den rechteckförmigen Querschnitt der Ringnut (9, 10, 29, 30) angepasst ist.
4. Spindelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (13) des Abstreifelements (7, 8, 12, 27, 28) mit den drei Flächen der Ringnut (9, 10, 29, 30), nämlich dem Nutgrund (10a) sowie der ersten und der zweiten Nutflanke (10b, 10c) in Flächen kontakt steht.
5. Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nutflanke (10b) einen ersten Innendurchmesser (Di) und die zweite Nutflanke (10c), an welche sich der konische Abschnitt (11) anschließt, einen zweiten Innendurchmesser (D2) aufweisen und dass der zweite Innendurchmesser (D2) größer als der erste Innendurchmesser (Di) ist.
6. Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (7, 8, 12, 27, 28) mindestens eine Dicht- oder Abstreifkante (8a, 14a, 15a, 16a) aufweist, welche in Eingriff mit dem Spindelgewinde (2a) steht.
7. Spindelantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dicht- oder Abstreifkante drei radialsymmetrisch angeordnete Kreissegmente (14, 15, 16) mit partiellen Abstreifkanten (14a, 15a, 16a) umfasst.
8. Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstreifelement (7, 8, 12, 27, 28) aus einem elastomeren Material, insbesondere aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) herstellbar ist.
9. Aktuator einer Lenkung mit einem Spindelantrieb (1 , 21 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (1 , 21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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