WO2020164655A1 - Planetenwälzgewindetrieb und aktuator für eine hinterachslenkung eines kraftfahrzeuges mit einem derartigen planetenwälzgewindetrieb - Google Patents

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WO2020164655A1
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bearing
nut
screw drive
threaded spindle
bearings
Prior art date
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PCT/DE2019/101050
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French (fr)
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Daniel Faber
Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Alexander Hausmann
Alena Pöhnlein
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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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
    • B62D5/0451—Roller spindle 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
    • F16H25/2003—Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash
    • F16H25/2006—Screw mechanisms with arrangements for taking up backlash with more than one nut or with nuts consisting of more than one bearing part
    • 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
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    • 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
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2247—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
    • F16H25/2252—Planetary rollers between nut and screw
    • 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

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 or a steer-by-wire steering system with such a planetary screw drive.
  • the planetary screw drive is with a threaded spindle and with one on the
  • Threaded spindle distributed planets mesh on the one hand with the threaded spindle and on the other hand with the nut element, which is driven in rotation in both axial directions by means of a first bearing on a planetary receiving element
  • Planet carrier is rotatably mounted.
  • the planet carrier is rotatably mounted on a housing by means of a second bearing.
  • This second bearing is designed as a floating bearing. If the planet carrier is to be driven, for example, by means of a belt drive, the tensile forces occurring in the traction mechanism exert a tilting moment on the second bearing, which in the case of a floating bearing can lead to undesired deflections.
  • the object of the present invention was to specify a planetary screw drive according to the features of the preamble of claim 1, which can be operated reliably.
  • the planetary screw drive according to the invention is provided with a threaded spindle and with a nut element arranged on the threaded spindle. Planets distributed over the circumference of the threaded spindle mesh on the one hand with the threaded spindle and on the other hand with the nut element, which is rotatably driven in both axial directions by means of a first bearing on a planet-receiving one
  • Planet carrier is rotatably mounted.
  • the planet carrier is rotatably mounted on a housing by means of a second bearing.
  • the planet carrier has a sleeve encompassing the nut element, at the axial ends of which a flange each with a first bearing seat of the first bearing and with a second bearing seat of the second bearing is arranged, wherein the flanges are non-rotatably connected to each other by means of the sleeve and axially with an adjusting play with play.
  • the planetary carrier can be driven by means of a belt drive.
  • Undesired tilting moments in the second bearing are excluded due to the two-sided support.
  • the adjusting play between the two flanges is used to precisely set a bearing distance between the first two bearings.
  • the adjusting play also enables the second bearing to be set in the axial direction.
  • the bearing seats for both bearings are provided on both flanges. Because the first and second bearings are connected in series, a bearing spacing of the second bearings can thus be set at the same time as the bearing spacing of the first bearings is set.
  • the non-rotatable connection of the two flanges with the sleeve avoids undesired rotational movements of the two flanges with respect to one another. Both flanges support the planets; the non-rotatable connection avoids undesired entanglement of the planets.
  • the nut element can have a multi-part nut with two nut parts arranged axially one behind the other as well as and a clamping element tensioning the nut parts.
  • the tensioning element preferably tensions both nut parts towards one another.
  • the tensioning element can grip around the two nut parts like a clamp and exert sufficient prestress on the two nut parts so that they are shifted towards one another so that both nut parts are in play-free engagement with the planets.
  • the planets and the nut parts are provided with interlocking planet-side and nut-side groove profiles, the circumferential teeth of which bear against one another in rolling engagement.
  • the planets are biased under pressure. The prestressing force acts within the nut element with the planet and is not transferred to the first bearing.
  • the two second bearings are preferably arranged axially between the two first bearings.
  • the first bearings are arranged on mutually facing flange sides of the flanges and the second bearings are arranged on opposite flange sides of the flanges.
  • the above-mentioned adjusting play enables the second bearing to be easily adjusted in the axial direction. Due to the two-sided bearing seats on both flanges, the first and second bearings are connected in series. Setting a bearing spacing of the second bearing at the same time as setting the bearing spacing of the first bearing is possible with this arrangement. If one of the two second bearings is adjusted by means of an adjusting part supported on the housing along an axial adjustment path in the direction of the other second bearing, the distance between the two first bearings is adjusted together with the adjustment of the second bearings.
  • the first bearings ensure a reliable actuation of the planetary carrier through the correct positioning and mounting of the planetary carrier and thus in particular the planet in relation to the nut element. Correct positioning of the nut element and the planet carrier with respect to one another is ensured in the radial and axial directions.
  • the planetary screw drive according to the invention can be part of an actuator for a steering device of a motor vehicle, preferably for a rear axle steering or for a steer-by-Wi re steering system.
  • This actuator is provided with a housing in which the planetary screw drive is arranged, and with a handlebar penetrating the housing, part of which is the threaded spindle, and with an electric motor driving the planet carrier.
  • the threaded spindle can at its axial ends
  • Threaded spindle are connected.
  • the nut element can have a nut and a clamping element or a clamping element integrated into the nut, which prestresses two nut parts of the nut arranged axially one behind the other in the direction towards one another. If the bias of the Planet, when used in an actuator of a rear-axle steering, the technical requirement of a standstill of the steering rod can be achieved if, for example, the actuator's motor fails. An automatic adjustment of the steering rod under an attacking external axial load is excluded if the preload is sufficiently high.
  • 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 non-rotatably connected to one another by means of the sleeve section 24 and are axially connected with play with play.
  • the housing 28 has second 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. During this adjusting movement, the flanges 23 can be moved towards one another within the adjusting play until the correct 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 has a large number of Parameters taken into account on the input and output sides, 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), und mit über den Umfang der Gewindespindel (1) verteilt angeordneten Planeten (4), die einerseits mit der Gewindespindel (1) und andererseits mit dem Mutterelement (20) kämmen, das in beiden axialen Richtungen jeweils mittels eines ersten Lagers (26) an einem die Planeten (4) aufnehmenden drehangetriebenen Planetenträger (21) drehbar gelagert ist, der mittels eines zweiten Lagers (29) an einem Gehäuse (28) drehbar gelagert ist. Der Planetenträger (21) weist eine das Mutterelement (20) umgreifende Hülse (32) auf, an deren axialen Enden jeweils ein Flansch (23) mit jeweils einem ersten Lagersitz (30) des ersten Lagers (26) sowie mit einem zweiten Lagersitz (31) des zweiten Lagers (29) angeordnet ist, wobei die Flansche (23) mittels der Hülse (32) drehfest miteinander und axial mit einem Stellspiel spielbehaftet verbunden sind.

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 oder einem Steer-by-Wire-Lenksystem mit einem derartigen Planetenwälzgewindetrieb.
Aus DE102015212333 A1 ist ein Planetenwälzgewindetrieb und ein Aktuator zur Betätigung einer Fahrzeugkomponente nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden.
Der Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer Gewindespindel und mit einem auf der
Gewindespindel angeordneten Mutterelement versehen. Über den Umfang der
Gewindespindel verteilt angeordnete Planeten kämmen einerseits mit der Gewindespindel und andererseits mit dem Mutterelement, das in beiden axialen Richtungen jeweils mittels eines ersten Lagers an einem die Planeten aufnehmenden drehangetriebenen
Planetenträger drehbar gelagert ist. Der Planetenträger ist mittels eines zweiten Lagers an einem Gehäuse drehbar gelagert. Dieses zweite Lager ist als fliegende Lagerung ausgeführt. Wenn der Planetenträger beispielsweise mittels einen Riementriebes angetrieben werden soll, üben die im Zugmittel auftretenden Zugkräfte ein Kippmoment auf das zweite Lager aus, das im Fall der fliegenden Lagerung zu unerwünschten Auslenkungen führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Planetenwälzgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der zuverlässig betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Planetenwälzgewindetrieb gemäß
Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer Gewindespindel und mit einem auf der Gewindespindel angeordneten Mutterelement versehen. Über den Umfang der Gewindespindel verteilt angeordnete Planeten kämmen einerseits mit der Gewindespindel und andererseits mit dem Mutterelement, das in beiden axialen Richtungen jeweils mittels eines ersten Lagers an einem die Planeten aufnehmenden drehangetriebenen
Planetenträger drehbar gelagert ist. Der Planetenträger ist mittels eines zweiten Lagers an einem Gehäuse drehbar gelagert. Der Planetenträger weist eine das Mutterelement umgreifende Hülse auf, an deren axialen Enden jeweils ein Flansch mit jeweils einem ersten Lagersitz des ersten Lagers sowie mit einem zweiten Lagersitz des zweiten Lagers angeordnet ist, wobei die Flansche mittels der Hülse drehfest miteinander und axial mit einem Stellspiel spielbehaftet verbunden sind.
Mit dieser Anordnung kann beispielsweise ein Antrieb des Planetenträgers mittels eines Riementriebes erfolgen. Unerwünschte Kippmomente in dem zweiten Lager sind aufgrund der beidseitigen Abstützung ausgeschlossen.
Das Stellspiel zwischen den beiden Flanschen dient einer genauen Einstellung eines Lagerabstandes der beiden ersten Lager zueinander. Das Stellspiel ermöglicht ferner ein Einstellen der zweiten Lager in axialer Richtung. Die Lagersitze für beide Lager sind an beiden Flanschen vorgesehen. Aufgrund einer Reihenschaltung des ersten und des zweiten Lagers kann somit ein Einstellen eines Lagerabstandes der zweiten Lager zugleich mit einem Einstellen des Lagerabstandes der ersten Lager erfolgen.
Die drehfeste Verbindung der beiden Flansche mit der Hülse vermeidet unerwünschte Drehbewegungen der beiden Flansche zueinander. Beide Flansche tragen die Planeten; die drehfeste Verbindung vermeidet ein unerwünschtes Verschränken der Planeten.
Das Mutterelement kann eine mehrteilige Mutter mit zwei axial hintereinander angeordneten Mutterteilen aufweisen sowie und ein die Mutterteile spannendes Spannelement.
Vorzugsweise spannt das Spannelement beide Mutterteile in Richtung aufeinander zu. Zu diesem Zweck kann das Spannelement die beiden Mutterteile klammerartig umgreifen und ausreichend Vorspannung auf die beiden Mutterteile ausüben, so dass diese soweit aufeinander zu verlagert sind, dass beide Mutterteil in spielfreiem Eingriff mit den Planeten stehen. Üblicherweise sind die Planeten und die Mutterteile mit ineinandergreifenden planetenseitigen und mutterseitigen Rillenprofilen versehen, deren umlaufende Zähne aneinander anliegen im Wälzeingriff. Die Planeten werden auf Druck vorgespannt. Die Vorspannkraft wirkt innerhalb des Mutterelementes mit den Planeten und wird nicht auf die erste Lagerung übertragen. Das bedeutet, lediglich eine äußere an der Gewindespindel angreifende Betriebslast wird über das Mutterelement in die erste Lagerung übertragen, die somit eine schwächere Dimensionierung erfordert im Vergleich zu einer strukturellen Anordnung, in der die Vorspannkraft aufgenommen wird durch weitere Bauteile, wie beispielsweise eine Lagerung des Mutterelementes. 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.
Vorzugsweise sind die beiden zweiten Lager axial zwischen den beiden ersten Lagern angeordnet. Die ersten Lager sind an einander zugewandten Flanschseiten der Flansche und die zweiten Lager sind an voneinander abgewandten Flanschseiten der Flansche angeordnet. Das oben genannte Stellspiel ermöglicht in dieser Anordnung ein leichtes Einstellen der zweiten Lager in axialer Richtung. Aufgrund der beidseitigen Lagersitze an beiden Flanschen ist eine Reihenschaltung der ersten und der zweiten Lager eingerichtet. Ein Einstellen eines Lagerabstandes der zweiten Lager zugleich mit einem Einstellen des Lagerabstandes der ersten Lager ist mit dieser Anordnung möglich. Wenn eines der beiden zweiten Lager mittels eines an dem Gehäuse abgestützten Stellteils entlang eines axialen Stellwegs in Richtung auf das andere zweite Lager eingestellt wird, erfolgt ein Einstellen des Abstands der beiden ersten Lager gemeinsam mit dem Einstellen der zweiten Lager.
Die ersten Lager gewährleisten eine zuverlässige Betätigung des Planetenträgers durch die einwandfreie Positionierung und Lagerung des Planetenträgers und somit insbesondere der Planeten in Bezug auf das Mutterelement. In radialer und axialer Richtung ist eine einwandfreie Positionierung des Mutterelementes und des Planetenträgers zueinander sichergestellt.
Der erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb kann Teil eines Aktuators für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges sein, vorzugsweise für eine Hinterachslenkung oder für ein Steer-by-Wi re- Lenksystem. 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, und mit einem den Planetenträger antreibenden Elektromotor. Die Gewindespindel kann an ihren axialen Enden
Lenkstangenteile aufweisen, die das Gehäuse durchstoßen und starr mit der
Gewindespindel verbunden sind.
Das Mutterelement kann eine Mutter und ein Spannelement bzw. ein in die Mutter integriertes Spannelement aufweisen, das zwei axial hintereinander angeordnete Mutterteile der Mutter in Richtung aufeinander zu vorspannt. Bei ausreichend großer Vorspannung der Planeten kann in der Anwendung in einem Aktuator einer Hinterachslenkung die technische Forderung eines Stillstehens der Lenkstange erreicht werden, wenn beispielsweise der Motor des Aktuators ausfällt. Ein selbsttätiges Verstellen der Lenkstange unter einer angreifenden äußeren Axiallast ist bei ausreichend großer Vorspannung ausgeschlossen.
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 Ausführungsbeispiels 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 drehfest miteinander und axial mit einem Stellspiel spielbehaftet verbunden. Das Gehäuse 28 weist zweite 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 Stellspiels 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), und mit über den Umfang der
Gewindespindel (1) verteilt angeordneten Planeten (4), die einerseits mit der Gewindespindel
(1) und andererseits mit dem Mutterelement (20) kämmen, das in beiden axialen Richtungen jeweils mittels eines ersten Lagers (26) an einem die Planeten (4) aufnehmenden
drehangetriebenen Planetenträger (21) drehbar gelagert ist, der mittels eines zweiten Lagers (29) an einem Gehäuse (28) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (21) eine das Mutterelement (20) umgreifende Hülse (32) aufweist, an deren axialen Enden jeweils ein Flansch (23) mit jeweils einem ersten Lagersitz (30) des ersten Lagers (26) sowie mit einem zweiten Lagersitz (31) des zweiten Lagers (29) angeordnet ist, wobei die Flansche (23) mittels der Hülse (32) drehfest miteinander und axial mit einem Stellspiel spielbehaftet verbunden sind.
2. Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1 , dessen zweite Lager (29) axial zwischen den beiden ersten Lagern (26) angeordnet sind, wobei die ersten Lager (26) an einander zugewandten Flanschseiten der Flansche (23) und die zweiten Lager (29) an voneinander abgewandten Flanschseiten der Flansche (23) angeordnet sind.
3. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 und 2, der ein an dem Gehäuse (28) abgestützten Stellring (35) zum Anstellen eines der beiden zweiten Lager (29) in axialer Richtung aufweist, innerhalb dessen axialen Stellwegs eine relative axiale
Verschiebbarkeit der beiden Flansche (23) zueinander eingerichtet ist.
4. Planetenwälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Mutterelement (20) eine Mutter (2) und ein Spannelement (11) aufweist, das zwei axial hintereinander angeordnete Mutterteile (3) der Mutter (2) in axialer Richtung aufeinander zu vorspannt.
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) und einem Gewindeprofil (9) der Gewindespindel (1) in Wälzeingriff stehen.
6. 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 5 angeordnet ist, und mit einer das Gehäuse (28) durchdringenden Lenkstange (38), deren Teil die Gewindespindel (1) ist, und mit einem den Planetenträger (21) antreibenden Elektromotor (36).
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