WO2022008243A1

WO2022008243A1 - Aktuator einer steer-by-wire-lenkvorrichtung eines kraftfahrzeuges sowie verfahren zur montage eines aktuators einer steer-by-wire-lenkvorrichtung

Info

Publication number: WO2022008243A1
Application number: PCT/EP2021/067100
Authority: WO
Inventors: Henning Schwenke; Vitali Wiebe; Gerrit Seevers; Thomas Reichel
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2022-01-13
Also published as: US20230331289A1; CN115803246A; DE102020208514A1

Abstract

Ein Aktuator (10) einer Steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs weist ein Gehäuse (46, 146), eine Spindel (42, 142) und eine drehbar ortsfest gelagerte Spindelmutter (43, 143) auf, welche innerhalb des Gehäuses (46, 146) einen Spindelantrieb (41, 141) zum axialen Verlagern der Spindel (42, 142) gegenüber der Spindelmutter (43) ausbilden. Es ist eine Trägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) mit der Spindel (142) zumindest mittelbar gekoppelt, unter Berücksichtigung des Schwingverhaltens zumindest eines Bauteils des Aktuators (10), insbesondere der Spindel (142).

Description

Aktuator einer steer-bv-wire-Lenkvorrichtunq eines Kraftfahrzeuges sowie Verfahren zur Montage eines Aktuators einer steer-bv-wire-Lenkvorrichtunq

Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahr zeuges sowie ein Verfahren zur Montage eines Aktuators nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Aus der DE 102014206934 A1 ist ein Stellmotor bzw. Aktuator mit einer ortsfest gela gerten Spindelmutter und eine axial gegenüber dieser verlagerbaren Spindel bekannt. Zumindest ein Ende eines solchen Aktuators, welcher in einer steer-by-wire-Lenkvor- richtung Anwendung findet, ist mittels eines Lenkgestänges mit einem Radträger ver bunden. Durch die lineare Verschiebung der Spindel kann so eine Änderung des Rad lenkwinkels eines drehbar an dem Radträger gelagerten Rades erfolgen. Die unabhän gig von einer Lenkhandhabe, wie z. B. einem Lenkrad arbeitende steer-by-wire-Lenk- vorrichtung wird auf dem Signalwege, also ohne mechanische Kopplung angesteuert. Das Bewegungsgewinde ist z. B. aus einem Trapezgewinde gebildet, welches selbst hemmend ist.

Bei einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs treten hohe Seitenkräfte auf, die durch den vorgenannten Aktuator abgestützt werden müssen, damit die Lenkvorrichtung radfüh rend ist. Die hohen Kräfte bewirken in dem Bewegungsgewinde des Spindeltriebs des Aktuators eine hohe Reibung. Zwischen den Gewindeflanken von Spindel und Spindel mutter tritt auch bei Verwendung von optimierten Schmiermitteln eine hohe Reibung auf. Aufgrund der zwischen den Gewindepartnern auftretenden Haftreibung und Gleitreibung an den Kontaktflächen der aneinander liegenden Gewindeflanken kann es zu einem sogenannten Stick-Slip-Effekt kommen. Es handelt sich hierbei um das ab wechselnde Haften und Gleiten der Gewindeflanken, welche zum einen zu schwanken den Drehmomenten zwischen der Spindelmutter und der Spindel führen kann. Hierbei kann beispielsweise die Spindel zu Drehschwingungen angeregt werden. Eine fortwäh rende oder temporäre Anregung über einen Mindestzeitraum kann bewirken, dass eine Resonanzfrequenz der Spindel oder anderer Bauteile in dem Aktuator erreicht wird. Die Anregung kann somit unter ungünstigen Umständen Luftschall derart emittieren, dass dieser von Fahrzeuginsassen akustisch wahrgenommen werden kann. Bei dem vorgenannten Spindeltrieb wird durch den Stick-Slip-Effekt eine Drehschwin gung, auch Torsionsschwingung genannt, verursacht. Im Gegensatz zur translatori schen Schwingung erfolgt bei der Drehschwingung eine Schwingung um den rotatori schen Freiheitsgrad eines Systems. In beiden Fällen handelt es sich um eine mechani sche Schwingung.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs dahingehend weiterzubilden, dass der Aktuator akustisch unauffäl lig ist, so dass nach Möglichkeit kein Luftschall emittiert wird.

Die Lösung des Problems gelingt durch einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkvorrich- tung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Aktuator einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeuges weist ein Ge häuse auf, in welchem eine Spindel und eine drehbar sowie ortsfest angeordnete Spin delmutter gelagert ist. Die Spindel und die Spindelmutter bilden innerhalb des Gehäu ses einen Spindelantrieb zum axialen Verlagern der Spindel gegenüber der Spindelmut ter aus. Die Spindel weist hierzu ein Außengewinde auf, welches mit dem Innenge winde der Spindelmutter in Eingriff ist. Wird die Spindelmutter drehangetrieben, z. B. durch einen Elektromotor, bevorzugt mittelbar durch ein Getriebe, vorzugsweise Rie mengetriebe, so bedingt das Bewegungsgewinde, dass die Spindel axial entlang ihrer Längsachse gegenüber der Spindelmutter bzw. dem Gehäuse verlagert wird. Durch die axiale Verlagerung entlang ihrer Längsachse kann der Radlenkwinkel eines drehbar an einem Radträger angeordneten Rades, welcher zumindest mit einem Ende der Spindel verbunden ist, geändert werden.

Um die zuvor bereits erläuterte Anregung zum hörbaren Schwingen einzelner Bauteile des Aktuators zu reduzieren oder im günstigsten Fall zu verhindern, wird eine Träg heitsmasse mit der Spindel zumindest mittelbar gekoppelt. Dabei ist die Trägheits masse unter Berücksichtigung des Schwingverhaltens zumindest eines Bauteils des Ak tuators, vorzugsweise der Spindel, ausgebildet. Wie zuvor beschrieben, bewirken die hohen Seitenkräfte der Räder eine hohe Flächenpressung zwischen den Gewindeflan ken in dem Bewegungsgewinde. Dadurch ergeben sich schwankende Drehmomente, wobei sich der sogenannte Stick-Slip-Effekt verstärkt, wenn der Drehantrieb die Spin delmutter temporär bzw. in Intervallen antreibt. Dabei ist zu bedenken, dass im Normal betrieb einer Lenkvorrichtung größtenteils geringe Radlenkwinkeländerungen vorge nommen werden. Diese geringen Änderungen können durch geringe Drehbewegungen der Spindelmutter erreicht werden. Somit kann es im Normalbetrieb des Aktuators durch einen ständigen Wechsel von drehender und stehender Spindelmutter zu Anre gungen von Schwingungen, insbesondere in dem Bauteil Spindel kommen. Besonders beim Parkieren drehen sich die Räder nur mit geringer Geschwindigkeit, so dass beson ders hohe Kräfte auf die Spindel wirken. Aber auch weitere Bauteile können hierdurch zum Schwingen angeregt werden, insbesondere wenn diese einen ähnliche Resonanz frequenz wie die Spindel besitzen.

Der Begriff Stick-Slip-Effekt (Haftgleiteffekt) leitet sich aus den beiden englischen Wör tern "stick" (haften) und "slip" (gleiten) ab. In der Physik und Technik beschreibt der Stick-Slip-Effekt ein in aller Regel unerwünschtes, ruckartiges Gleiten (Stillstand-Glei- ten-Stillstand-Gleiten) von Festkörpern, die sich gegeneinander bewegen. Bei der Spin del wird eine Drehschwingung durch die Spindelmutter verursacht, wobei sich die Spin del hier selbst nicht dreht.

Zur Änderung des Schwingverhaltens der Spindel könnte man diese mit einer größeren Masse, z. B. mit einem größeren Durchmesser fertigen. Dieses würde zwar deren Re sonanzfrequenz ändern, jedoch zu einem höheren Materialeinsatz mit erhöhtem Ge wicht und zusätzlich erforderlicher mechanischer Bearbeitung z.B. in Form von Zer spanung bei der Herstellung führen, welcher die Spindel teurer werden ließe. Bei einer Durchmesserzunahme der Spindel müssten zusätzlich auch Lagerungen der Spindel gegenüber dem Gehäuse sowie die Spindelmutter in ihren Dimensionen angepasst werden. Des Weiteren könnten sich Probleme bei der Montage der Spindel ergeben.

In vorteilhafter Weise kann durch die Erfindung ohne wesentliche Änderung eines be stehenden Aktuators einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung mittels einer Trägheitsmasse eine Veränderung des Schwingverhaltens bewirkt werden. Aufgrund ihres Massenträgheitsmoments wirkt die Trägheitsmasse dämpfend auf die Spindel, wenn die Trägheitsmasse mit der Spindel gekoppelt ist. Mit anderen Worten gesagt wirkt die Trägheitsmasse aufgrund ihres Massenträgheitsmoments derart auf die Spindel, dass die Anregung durch den Stick-Slip-Effekt nicht ausreicht, um Luftschall zu emittieren.

Die Trägheitsmasse ist bevorzugt ein separates Bauteil. Sie wird abhängig von ihrem Massenträgheitsmoment in Abhängigkeit des Schwingverhaltens des ggfs. Luftschall emittierenden Bauteils, vorzugsweise der Spindel, ausgebildet. Beispielsweise ist das Schwingverhalten und somit die Resonanzfrequenz der Spindel bekannt, so dass die Trägheitsmasse in Abhängigkeit der bekannten Parameter ausgebildet werden kann.

Bevorzugt ist die Trägheitsmasse ein oder mehrteilig ausgebildet. Für eine vereinfachte Montage kann beispielsweise zunächst ein Trägerbauteil mit der Spindel gekoppelt bzw. verbunden werden. Das Trägerbauteil ist von seinen Dimensionen so ausgebildet, dass es die Montage der Spindel mit Lagern oder mit dem Gehäuse des Aktuators nicht behindert. Es kann anschließend das Trägerbauteil mit einem Massebauteil montiert werden, so dass sich die vorberechnete Trägheitsmasse ergibt. Für verschiedene Aktu atoren kann dabei das Trägerbauteil ein Gleichteil sein, so dass je nach bevorzugter Dämpfung jeweils lediglich ein unterschiedliches Massebauteil verwendet werden muss.

Die Trägheitsmasse ist bevorzugt kraft- und/oder Stoff- und/oder formschlüssig mit der Spindel gekoppelt. Die Trägheitsmasse oder das Trägerbauteil kann beispielsweise auf der Spindel aufgepresst (Übermaßpassung) oder mittels einer Klemmung z.B. über eine Klemmschraube kraftschlüssig festgelegt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Be festigung mittels Kleben oder Schweißen oder durch formschlüssig korrespondierende Geometrien erfolgen.

Die Spindel ist in dem Gehäuse des Aktuators entlang ihrer Längsachse verlagerbar, so dass es einer Lagerung bzw. Führung in dem Gehäuse bedarf. Die mittelbare Lagerung der Spindel gegenüber dem Gehäuse erfolgt beispielsweise über eine Lagerbüchse, welche mit dem Gehäuse des Aktuators fest verbunden, bevorzugt eingepresst ist. Die mit der Spindel verbundene Trägheitsmasse weist in einer vorteilhaften Ausführung eine zur Längsachse der Spindel konzentrische Außenwandung auf. Diese Außenwan dung ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet, um eine Lagerfläche auszubilden, welche mit der Innenseite der Lagerbüchse zusammenwirkt. Wird die Trägheitsmasse durch Kaltumformen hergestellt, so kann auf einfache Weise eine zylindrisch glatte Außen wandung hergestellt werden, so dass sich für die Trägheitsmasse ein insgesamt kos tengünstig herstellbares Bauteil ergibt.

Aus dem Stand der Technik ist es bei einem Aktuator für eine steer-by-wire-Lenkvor- richtung bekannt, dass an dem oder den Enden der Spindel eine Lagerhülse, auch Auf schraubzapfen genannt, gekoppelt ist. Um einen kompakten Verbund aus Lagerhülse, Spindel und Trägheitsmasse zu erreichen kann in einer vorteilhaften Ausführung die Trägheitsmasse von der Lagerhülse oder die Lagerhülse von der Trägheitsmasse zu mindest teilweise umgriffen sein. Die Bauteile weisen hierzu Ausnehmungen und Ab sätze auf, so dass diese ineinander geschachtelt mit der Spindel montiert werden kön nen. Bevorzugt ist die Trägheitsmasse als rotationssymmetrisches Bauteil ausgebildet und somit einfach herzustellen, z.B. durch ein Zerspanen oder mittels Kaltumformung.

In der Figurenbeschreibung ist diese Bauweise in verschiedenen Ausführungen gezeigt.

Für verschiedenen Aktuatoren unterschiedlicher Länge kann eine immer gleich lange Spindel verwendet werden (kostengünstiges Gleichteil). Die bedarfsweise Anpassung der Länge der Spindel an die Länge des Aktuators kann durch Lagerhülsen erfolgen.

Die Anpassung des Schwingungsverhaltens kann durch verschieden dimensionierte Trägheitsmassen auf den jeweiligen Spindeltrieb bzw. Aktuator angepasst werden. Weist die Trägheitsmasse einen Außendurchmesser auf, welcher gleich dem Außen durchmesser der Lagerhülse ist, so kann die Außenwandung der Lagerhülse in Verbin dung mit der Außenwandung der Trägheitsmasse als Gleitlagerfläche gegenüber der Lagerbüchse genutzt werden. Auch kann lediglich die Außenwandung der Trägheits masse als Gleitlagerfläche dienen. Ist der Außendurchmesser der Trägheitsmasse klei ner oder gleich zum Außendurchmesser der Lagerhülse, so kann es bei axialer Verla gerung der Spindel nicht zu einer Kollision mit der Lagerbüchse bzw. der Lagerstelle im Gehäuse kommen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Trägheitsmasse zumindest teilweise durch einen Zapfen gebildet, welcher in einer erster Funktionalität als Verdrehsicherung der Spindel gegenüber dem Gehäuse des Aktuators wird. Eine Verdrehsicherung wird bei dem vorgenannten Aktuator benötigt, damit sich bei Drehung der Spindelmutter die mit ihr in Eingriff befindliche Spindel nicht um ihre Längsachse mit dreht. Um Bauraum zu sparen wird der Zapfen in vorteilhafter Weise mit seiner Masse bei der Berechnung der Trägheitsmasse berücksichtigt. Mit anderen Worten kann der Zapfen Teil der Träg heitsmasse sein oder allein die benötigte Trägheitsmasse bilden. Es ergibt sich damit eine kompakte Variante mit den Funktionen Verdrehsicherung und Trägheitsmasse. Der Zapfen kann mittelbar oder unmittelbar mit der Spindel verbunden sein. Bei einer unmit telbaren Verbindung ist der Zapfen direkt mit der Spindel gekoppelt, vorzugsweise mit tels einer Schraubverbindung mit der Spindel verschraubt, bevorzugt etwa oder genau quer zur Längsachse der Spindel. Alternativ kann der Zapfen mit der Lagerhülse oder der Trägheitsmasse allein oder aber mit der Lagerbüchse bzw. der Trägheitsmasse und zusätzlich mit der Spindel gekoppelt sein. Auch für die letztgenannten Varianten wird bevorzugt eine Schraubverbindung quer zur Längsachse der Spindel verwendet. Der Zapfen kann mit der Lagerhülse oder der Trägheitsmasse verschraubt sein und zusätz lich der kraft- und/oder formschlüssigen Sicherung auf der Spindel dienen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dient die Trägheitsmasse als Verbin dungsbauteil zwischen Spindel und Lagerhülse. Hierbei ist die Spindel nur mittelbar, also indirekt mit der Lagerhülse verbunden. Die Spindel kann mit der Trägheitsmasse verschraubt sein oder die Trägheitsmasse kann auch an der Spindel angespritzt oder um die Spindel umspritzt sein oder auch verschweißt sein. Die Trägheitsmasse kann form-, kraft- oder stoffschlüssig mit der Lagerhülse verbunden sein. Bevorzugt weist die Lagerhülse eine Ausnehmung auf, zum Beispiel ein Sackloch. Vorzugsweise weist die Trägheitsmasse einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Sackloches. Der umliegende Spalt wird bevorzugt mit einem Elastomer gefüllt. Es ergibt sich somit eine Entkopplung mittels der elastischen Verbindung zwischen Trägheits masse und Lagerhülse.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Montage eines Aktua tors einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung wie vorgenannt vorgesehen. Bei der Montage wird die Trägheitsmasse in mehreren Schritten mit der Spindel gekoppelt. Dabei wird beispielsweise in einem ersten Schritt die Trägheitsmasse mit der Spindel gekoppelt, bevorzugt durch eine Pressverbindung. Diese kann beispielsweise durch eine Über maßpassung oder durch Aufschrumpfen bewerkstelligt werden. Bei zumindest zweiteili ger Ausbildung der Trägheitsmasse, bestehend aus einem Trägerbauteil und zumindest einem Massebauteil, wird zunächst das Trägerbauteil mit der Spindel gekoppelt, wobei in einem zumindest mittelbar nachfolgenden Schritt das Massebauteil mit dem Träger bauteil montiert wird. Nach der Montage der Spindel mit dem Trägerbauteil kann bei spielsweise die Spindelmutter mit der Spindel montiert werden. Einer anschließenden Montage mit dem Gehäuse steht somit nichts im Wege. Weist nämlich das Massebau teil bzw. die Trägheitsmasse insgesamt einen Durchmesser auf, welche die Montage eigentlich aufgrund eines zu großen Durchmessers unmöglich machen würde, so muss nicht das Gehäuse oder andere Bauteile des Aktuators angepasst werden. Es kann das Massebauteil bequem erst dann montiert werden, wenn vorherige Bauteile bereits mon tiert wurden.

Bei einer steer-by-wire-Lenkvorrichtung handelt es sich um eine von der mechanischen Lenkung mit einer Lenkhandhabe bspw. eines Lenkrads, entkoppelte Lenkvorrichtung. Die Lenkbewegung des Fahrers mittels Lenkhandhabe wird nicht auf rein mechani schem Wege, beispielsweise über ein Gestänge, auf die Radträger bzw. Räder übertra gen. Vielmehr wird ein Lenkwinkel für die jeweiligen Räder einer Achse, z. B. in einem Steuergerät, berechnet, welches Stellsignale an den oder die Aktuatoren der steer-by- wire-Lenkvorrichtung sendet und letztlich die Radlenkwinkeländerung bewirkt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug nahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Aktuator nach dem bekannten Stand der Technik und

Fig. 2 eine Detailansicht des Spindelantriebs eines Aktuators mit

Trägheitsmasse

Fig. 3 bis 6 weitere Ausführungen von Spindelantrieben eines Aktuators mit Trägheitsmasse, jeweils in Detailansicht Fig. 1 zeigt einen Aktuator 10 für eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung gemäß dem be kannten Stand der Technik. Der Aktuator 10 wird auch Stellmotor genannt, und umfasst einen Spindelantrieb 41 , welcher eine Spindel 42 mit einem Spindelgewinde 42a sowie eine Spindelmutter 43 mit einem Muttergewinde 43a aufweist. Die Spindelmutter 43 ist über Wälzlager 44, 45 in einem Gehäuse 46 drehbar gelagert und axial fixiert - mit an deren Worten ortsfest gelagert. Das Gehäuse 46 ist in drei Gehäuseteile unterteilt, näm lich ein rechtes Gehäuseteil 46a, ein linkes Gehäuseteil 46b sowie ein mittleres Gehäu seteil 46c. Auf der Spindelmutter 43 ist drehfest ein Riemenrad 47 angeordnet, welche über einen Riementrieb 48 von einem Elektromotor 49 mittels eines Riemens 55 an- treibbar ist. Die Spindel 42 ist an einem Ende mit einer Lagerhülse 50 in Form eines Schub- oder Aufschraubzapfens, welcher in einer Lagerbüchse in Form eines Gleit oder Schublagers 51 gehäuseseitig geführt ist, verbunden. Die Lagerhülse 50, der teil weise aus dem Gehäuseteil 46b herausragt, ist mit einer Gelenkhülse 52 verbunden, an welche ein nicht dargestelltes Lenkgestänge mit einem Radträger gelenkig gekoppelt ist. Der rechte Gehäuseteil 46a ist über ein Gelenk 53 fahrzeugseitig bzw. am Aufbau der Karosserie abgestützt.

Die vorgenannte Anordnung ist als steer-by-wire-Lenkvorrichtung an einer Fahrzeug achse, bevorzugt als eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges einsetzbar. Der dargestellte Aktuator 10 ist als Einzelsteller ausgebildet, d. h. er ist z.B. radnah ange ordnet und einseitig an der Karosserie abgestützt, um einen Radlenkwinkel eines Ra des zu ändern. Mit dem anderen Ende ist der Aktuator über die Gelenkhülse 52 mittels eines Lenkgestänges oder unmittelbar mit einem Radträger verbunden, an dem ein Rad drehbar gelagert ist. Der Aktuator 10 wirkt beispielsweise auf ein Hinterrad und än dert dessen Radlenkwinkel, wenn die Spindel 42 linear verlagert wird. Entsprechend ist für das zweite Hinterrad ein weiterer Einzelsteller vorgesehen. Die Änderung des Rad lenkwinkels erfolgt über die Spindel 42, welche bei einem Antrieb durch die Spindelmut ter 43 axial verschiebbar ist und die Linearbewegung über die Lagerhülse 50 auf die Gelenkhülse 52 überträgt. Bei einem doppelt oder zentral, d.h. auf beide Räder einer Achse lenkend wirkendem Aktuator ist der geschilderte Spindelantrieb ebenfalls an wendbar. In der weiteren Figurenbeschreibung weisen gleiche Bauteile mit denselben Funktionen die gleichen Bezugszeichen auf.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Spindelantriebs eines erfindungsgemä ßen Aktuators, der hier in Teilen dargestellt ist. Die Spindel 142 bildet mit der Spindel mutter 143 ein Bewegungsgewinde aus. Die Spindelmutter 143 ist von dem Riemenrad 147 umgriffen, so dass bei Betätigung des Riemens 155 eine Drehbewegung der Spin del 143 erfolgt. Die Spindel 142 kann sich dadurch, wie durch den Doppelpfeil gezeigt, in die eine oder andere Richtung axial verlagern. An ihrem linken Ende ist die Spindel 142 mit ihrem Ende mit einer Lagerhülse 150 verschraubt. Die Lagerhülse 150 reicht bis zur Trägheitsmasse 100 und ist aus diesem Grunde in Teilen gestrichelt in Durchsicht dargestellt. Die Trägheitsmasse 100 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Trägerbauteil 100t und einem Massebauteil 100m. Das Trägerbauteil 100t ist als ein Schraubring ausgeführt und kraftschlüssig auf dem Gewinde der Spindel 142 gehalten. Das Massebauteil 100m ist aus zwei Ringhälften ausgeführt, welches mittels Schrauben 104 auf dem Trägerbauteil 100t geklemmt sind. Es ist ersichtlich, dass der Außendurch messer T des Massebauteils 100m größer ist als der Außendurchmesser L der Lager hülse 150. Der Außendurchmesser des T rägerbauteils 100t jedoch gleicht dem Außen durchmesser L der Lagerhülse 150. Bei der Montage der Spindel mit der Lagerhülse 150 und dem Gehäuse (hier nicht dargestellt) kann so leicht eine Montage erfolgen, ohne dass der große Außendurchmesser T des Massebauteils 100m diese ggfs behin dern könnte. Die Trägheitsmasse kann je nach Anwendungsfall, d. h. je nach ge wünschter Dämpfung bzw. Schwingungsreduzierung ausgelegt werden. In einfacher Weise kann ein Massebauteil 100m einen größeren Durchmesser oder einer größeren axialen Erstreckung verwendet werden. Dabei kann das Trägerbauteil 100t für verschie dene Konfigurationen ein Gleichteil darstellen. Es ergibt sich hierdurch eine kosten günstige Möglichkeit, das Schwingverhalten der Spindel bzw. des Aktuators dahinge hend zu verbessern, dass akustische Auffälligkeiten durch den Spindelantrieb bzw. den gesamten Aktuator vermieden werden.

Figur 3 stellt eine teilgeschnittene Detailansicht eines Spindelantriebs gemäß Figur 2 dar. Es ist hier eine weitere Variante einer Trägheitsmasse 300 dargestellt, welche ebenfalls aus einem an der Spindel 142 anliegenden Trägerbauteil 300t und einem Massebauteil 300m ausgebildet ist, welches das Trägerbauteil 300t umgreift. Die Spin del 142 ist durch Verschraubung mit der Lagerhülse 150 gekoppelt. Es ist ersichtlich, dass die Spindel 152 zunächst mit dem Trägerbauteil 300t montiert wird. In einem nächsten Schritt wird die Lagerhülse 150 auf das Ende der Spindel 142 geschraubt.

Nun können weitere Montageschritte erfolgen, um den Spindelantrieb bzw. Aktuator zu montieren. In einem weiteren Montageschritt kann schließlich das Massebauteil 300m mit dem Trägerbauteil 300t gefügt werden. In der gemäß Figur 3 gezeigten Variante weisen das Trägerbauteil 300t und das Massebauteil 300m Absätze, Stufen oder Aus sparungen bzw. Ausnehmungen 115 auf, wodurch eine formschlüssige, einfache Mon tage ermöglicht wird. Die Bauteile können beispielsweise durch Verkleben stoffschlüs sig miteinander gefügt werden.

Figuren 4 und 4a zeigt einen weiteren Spindelantrieb mit einer Trägheitsmasse 400, welche hier mit der Spindel 142 durch eine Pressverbindung 110 gefügt ist. Die T räg- heitsmasse 400, 400a ist in Figur 4 einteilig und in Figur 4a zweiteilig ausgeführt. In beiden Ausführungen weist die Trägheitsmasse 400, 400a eine zylindrische Außenwan dung 105 auf. In der Variante (T rägheitsmasse 400a) gemäß Figur 4a ist in die Außen wandung 105 quer zur Längsachse einen Zapfen 160 eingeschraubt. Der Zapfen 160 ist zum einen Teil einer Verdrehsicherung, welche sich an der Innenwand des Gehäu ses 146 abstützt und verhindert, dass die Spindel 142 sich beim Drehen der Spindel mutter (hier nicht gezeigt) mit dreht. Zum anderen ist der Zapfen Teil der Trägheits masse 105. Die Spindel 142 ist an ihrem Ende mit der Lagerhülse 150 verschraubt und mittels der Lagerbüchse 151 gegenüber dem Gehäuse 146 gelagert und geführt.

In beiden Ausführungen der Figuren 4, 4a weist der Außendurchmesser T an der Au ßenwandung 105 der Trägheitsmasse 400, 400a einen geringfügig kleineren Durch messer gegenüber dem Außendurchmesser L der Lagerhülse 150 auf, sodass die Au ßenwandung 105 nicht als Lagerfläche für die Lagerbüchse 151 dienen kann. Des Wei teren weist die Trägheitsmasse 400, 400a an ihrem linken Ende eine Aussparung 115 auf. Mit dieser Aussparung 115 umgreift die T rägheitsmasse 100 den Absatz 152 an der rechten Seite der Lagerhülse 150. Es ist ersichtlich, dass sich durch diese ge schachtelte Variante eine hinsichtlich der axialen und radialen Erstreckung kompakte Bauform aus Lagerhülse 150 und Trägheitsmasse 400 bzw. 400a ergibt. Im Gegensatz zu Varianten gemäß Figur 2 oder 3 kann die gewünschte Masse der Trägheitsmasse 400 bzw. 400a auch durch eine entsprechende axiale Erstreckung variiert werden. Die Trägheitsmasse kann somit auch mit einem relativ geringen Durchmesser ausgeführt sein.

Figur 5 zeigt eine Variante gemäß Figur 4, die hinsichtlich eines kompakteren Bau raums weiter angepasst wurde. Die Schachtelung der einteiligen Trägheitsmasse 500 und der Lagerhülse 150 ist wie in der Variante gemäß Figur 4 ausgeführt. Die Außen durchmesser L, T sind jedoch gleich gewählt. Die Außenwandung 105 der Trägheits masse 500 ist glattzylindrisch ausgeführt, so dass diese gleichzeitig eine Gleitfläche zu sätzlich der Gleitfläche an der Außenwandung der Lagerhülse 150 bildet. Die Lager hülse kann somit verkürzt ausgeführt werden und die notwendige Gleitlagerfläche bleibt vorhanden bzw. die Gleitlagerfläche kann durch diese Anordnung vergrößert werden.

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spindel 142 mit einer Trägheits masse 600, welche ebenfalls dämpfend auf die Spindel wirkt. Die Spindel 142 weist eine Längsachse a auf und ist in einem Teilbereich von einer Trägheitsmasse 600 um griffen und verdrehfest mit dieser verbunden. Die Spindel 142 ist mit der Lagerhülse 150 durch die Trägheitsmasse 600 unmittelbar gekoppelt. Die Trägheitsmasse 600 bil det ein Verbindungsglied zur Lagerhülse 150. Die Lagerhülse 150 nimmt das Ende der Spindel 142 auf und die Trägheitsmasse 600 ist in einem Sackloch bzw. einer Ausneh mung 155 aufgenommen. Die Trägheitsmasse 600 weist einen Außendurchmesser Ti auf, welcher geringer als der Innendurchmesser D der Lagehülse 150 ist. Zwischen der Außenwandung 105 der Trägheitsmasse 600 und der Innenwandung 153 der Lager hülse 150 ist ein umlaufender hülsenförmiger Spalt 102 vorhanden. Über einen Teil der Länge der Trägheitsmasse 600 ist in dem Spalt 102 ein dämpfend wirkendes Elastomer 110 vorgesehen, welches die Trägheitsmasse 600 elastisch mit der Lagehülse 150 ver bindet. Bezuqszeichen Aktuator Spindelantrieb, Bewegungsgewinde, 142 Spindel a Innengewinde Spindelmutter , 143 Spindelmutter a Außengewinde Spindel

Lager

Lager , 146 Gehäuse , 147 Riemenrad

Riementrieb

Elektromotor , 150 Lagerhülse , 151 Lagerbüchse

Gelenkhülse

Lagerauge , 155 Riemen 0 Trägheitsmasse 0t, 300t Trägerbauteil 0m, 300m Massebauteil 2 Spalt 4 Schraube 5 Außenwandung 0 Pressverbindung 5 Aussparung 0 Ring 2 Absatz 3 Innenwandung 0 Zapfen 0 Trägheitsmasse 0 Trägheitsmasse 0a Trägheitsmasse 500 Trägheitsmasse

600 Trägheitsmasse a Längsachse

T Außendurchmesser

L Außendurchmesser

Ti Außendurchmesser

D Innendurchmesser

Claims

Patentansprüche

1. Aktuator (10) einer Steer-by-wire-Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Gehäuse (46), einen Spindelantrieb mit einer Spindel (42, 142) und einer drehbar sowie ortsfest gelagerte Spindelmutter (43, 143), welche inner halb des Gehäuses (46, 146) einen Spindelantrieb (41 , 141) zum axialen Verla gern der Spindel (42, 142) gegenüber der Spindelmutter (43, 143), dadurch ge kennzeichnet, dass mit der Spindel (142) eine Trägheitsmasse (100) zumindest mittelbar gekoppelt ist, wobei die Trägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500,

600) unter Berücksichtigung des Schwingverhaltens zumindest eines Bauteils des Aktuators (10) ausgebildet ist.

2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheits masse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) mit ihrem Massenträgheitsmoment in Ab hängigkeit vom Schwingverhalten der Spindel (142) ausgebildet ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Träg heitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.

4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) kraft- und/oder Stoff- und/ oder formschlüssig mit der Spindel (142) gekoppelt ist.

5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die T rägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) mit einer zur Längsachse (a) der Spindel (142) konzentrischen Außenwandung (105), bevor zugt zylindrischen Außenwandung ausgebildet ist, um eine Lagerfläche auszubil den, welche zumindest mittelbar mit dem Gehäuse (146), vorzugsweise mit einer Lagerbüchse (151) zusammenwirkt.

6. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, dass bei Kopplung der Spindel (142) mit einer Lagerhülse (150) die Trägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) von der Lagerhülse (150) oder die Lagerhülse (150) von der Trägheitsmasse (100) zumindest teilweise umgrif fen ist.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außen durchmesser (T) der Trägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) kleiner oder gleich zum Außendurchmesser (L) der Lagerhülse (150) ausgebildet ist.

8. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Trägheitsmasse (400a) zumindest teilweise durch einen Zap fen (160) gebildet wird, welcher zusätzlich als Verdrehsicherung der Spindel (142) gegenüber dem Gehäuse (146) des Aktuators (10) dient.

9. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheitsmasse (600) als Verbindungsbauteil zwi schen Spindel (142) und Lagerhülse (150) ausgelegt ist.

10. Verfahren zur Montage eines Aktuators (10) einer steer-by-wire-Lenkvor- richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheitsmasse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) in mehreren Schritten mit der Spindel (142) gekoppelt wird, wobei in einem ersten Schritt die Trägheits masse (100, 300, 400, 400a, 500, 600) mit der Spindel (142) gekoppelt wird, be vorzugt durch eine Schraub- oder eine Pressverbindung.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumin dest 2-teiliger Ausbildung der Trägheitsmasse (100, 300), bestehend aus einem Trägerbauteil (100t, 300t) und zumindest einem Massebauteil (100m, 300m), zu nächst das Trägerbauteil (100t, 300t) mit der Spindel (142) gekoppelt wird, wobei in einem zumindest mittelbar nachfolgenden Schritt das Massebauteil (100m, 300m) mit dem Trägerbauteil (100t, 300t) montiert wird.