DE102016206564A1

DE102016206564A1 - Aktuator mit einem Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102016206564A1
Application number: DE102016206564.5A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kuhnt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Gehäuse (2) und einem eine Spindel (5) sowie eine Spindelmutter (4) aufweisenden Spindelantrieb (3), wobei die Spindelmutter (4) in Drehrichtung antreibbar und die eine Verdrehsicherung (7) aufweisende Spindel (5) axial verstellbar und an mindestens einem Spindelende (5a) gehäuseseitig abgestützt ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Verdrehsicherung (7) eine Koppelstange (11, 12) umfasst, welche über ein erstes Gelenk (12a, 13) am Gehäuse (2) abgestützt und über ein zweites Gelenk (10, 8) mit der Spindel (5) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Gehäuse und einen eine Spindel sowie eine Spindelmutter aufweisenden Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Durch die DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite, wobei die Spindel auf nicht dargestellte Weise am Verdrehen gehindert ist. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei konisch ausgebildete Spindelenden auf, welche jeweils über eine Konushülse, also mittelbar mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß umfasst die Verdrehsicherung eine Koppelstange, welche einerseits über ein erstes Gelenk gegenüber dem Gehäuse abgestützt und andererseits über ein zweites Gelenk mit der Spindel verbunden ist. Das erste Gelenk, welches lose oder fest im Gehäuse angeordnet sein kann, lässt eine Schwenkbewegung der Koppelstange in Richtung des Spindelhubes zu, während sich das zweite Gelenk gleichzeitig mit der Spindel in axialer Richtung bewegt, jedoch ein Verdrehen der Spindel aufgrund der gehäuseseitig abgestützten Koppelstange verhindert. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung besteht insbesondere darin, dass nur geringe Reibungsverluste auftreten, welche durch die Reibung in den beiden Gelenken bedingt ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Gelenk als Kugelgelenk ausgebildet und bevorzugt ortsfest angeordnet, wodurch eine maximale Beweglichkeit, eine geringe Reibung und eine optimale Abstützung der Reaktionskräfte gegeben sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Gelenk als Schwenkgelenk mit einer Schwenkachse ausgebildet, welche senkrecht zur Längsachse der Spindel angeordnet ist. Die axial bewegliche Spindel ist somit über die Koppelstange, welche um das Kugelgelenk schwenkbar ist, gegenüber dem Gehäuse abgestützt, wobei eine Axialbewegung zugelassen, eine Drehbewegung der Spindel jedoch unterbunden wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Koppelstange längenveränderlich ausgebildet, beispielsweise als Teleskop. Die Längenveränderung (variable Länge) ergibt sich daraus, dass der Abstand zwischen dem ortsfesten Kugelgelenk und dem axial beweglichen Schwenkgelenk variabel ist, d. h. sich mit dem Hub der Spindel ändert. Ist das erste Gelenk jedoch nicht ortsfest, sondern beweglich im Gehäuse angeordnet, ist eine variable Länge der Koppelstange nicht erforderlich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schwenkgelenk eine mit der Koppelstange verbundene Gabel, an welcher vorzugsweise als Gewindebolzen ausgebildete Schwenkzapfen angeordnet sind, welche die Schwenkachse definieren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Spindel drehfest ein Schwenklager mit Quer- oder Lagerbohrungen angeordnet, in welche die Schwenkzapfen eingreifen. Das Schwenklager kann entweder in die Spindel integriert sein, wobei die Lagerbohrungen in der Spindel angeordnet sind, oder das Schwenklager wird durch ein zusätzliches auf der Spindel befestigtes Bauteil gebildet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Schwenklager eine erste und eine zweite Mutter, wobei letztere als Kontermutter, auch Gegenmutter genannt, wirkt und die erste Mutter auf der Spindel fixiert. In der ersten Mutter sind die Querbohrungen angeordnet, in welche die Schwenkzapfen eingreifen. Die Koppelstange ist somit über die Gabel mit den Schwenkzapfen und das Schwenklager gelenkig mit der Spindel verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kugelgelenk eine ortsfest, d. h. im Gehäuse angeordnete Kugelschale und einen Kugelzapfen. Der Kugelzapfen besteht einerseits aus einem in der Kugelschale angeordneten Kugelkopf und andererseits aus einem vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Schaft.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Koppelstange ein als Hohlzylinder ausgebildetes Rohrstück auf, in welchen der Kugelzapfen, d. h. der zylindrische Schaft des Kugelzapfens axial gleitend angeordnet ist. Damit wird eine teleskopartige Längenveränderung der Koppelstange ermöglicht.
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
1 einen teilweise dargestellten Aktuator mit erfindungsgemäßer Verdrehsicherung,
2 Einzelteile der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung in Explosivdarstellung und
3 eine Funktionsskizze der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung.
1 zeigt einen teilweise dargestellten Aktuator 1, auch Stellmotor 1 genannt, welcher bevorzugt für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges einsetzbar ist.
Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 2 (teilweise dargestellt) auf, in welchem ein Spindelantrieb 3, umfassend eine in Drehrichtung antreibbare, im Gehäuse 2 gelagerte Spindelmutter 4 und eine von der Spindelmutter 4 in Axialrichtung verschiebbare Spindel 5 angeordnet sind. Die Spindel 5 weist ein Spindelende 5a auf, welches über eine Schraubverbindung mit einer Lagerhülse 6, auch Aufschraubzapfen 6 genannt, verbunden und axial gleitend gegenüber dem Gehäuse 2 abgestützt ist. Der aus dem Gehäuse 2 herausragende Teil des Aufschraubzapfens 6 ist – was nicht dargestellt ist – mit einem Lenkgestänge zur Beeinflussung des Lenkwinkels eines Hinterrades verbunden.
Die Spindel 5, welche über ein Bewegungsgewinde, insbesondere ein Trapezgewinde mit der Spindelmutter in Eingriff steht, wird durch eine Verdrehsicherung 7 an einer Drehung um ihre Längsachse gehindert, damit die Drehbewegung der Spindelmutter 4 in eine Axialbewegung der Spindel 5 umgesetzt werden kann. Die Verdrehsicherung 7 ist in drei Positionen dargestellt, nämlich einer mittleren Position 7’ sowie zwei Endlagen 7’’ (rechts) und 7’’’ (links). Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die mittlere Position 7’: Eine erste Mutter 8 ist auf die Spindel 5 aufgeschraubt und wird durch eine zweite Mutter 9, auch Kontermutter 9 genannt, fixiert, d. h. auf der Spindel 5 blockiert. Die erste Mutter 8 ist über ein hier nicht sichtbares Schwenkgelenk mit einer Gabel 10 und diese mit einem Rohrstück 11 verbunden. In dem Rohrstück 11 ist axial gleitend ein Kugelzapfen 12 angeordnet, dessen Kugelkopf (ohne Bezugszahl) in einer gehäusefest angeordneten Kugelschale 13 aufgenommen ist.
2 zeigt die Einzelteile der in 1 dargestellten Verdrehsicherung 7 in einer Explosivdarstellung. Für gleiche Teile werden die gleichen Bezugszahlen übernommen. Der Kugelzapfen 12 weist einen Kugelkopf 12a sowie einen zylindrisch ausgebildeten Schaft 12b auf. Der Kugelkopf 12a wird in einer kalottenförmig ausgebildeten Öffnung (nicht dargestellt) der Kugelschale 13 aufgenommen und bildet somit ein Kugelgelenk. Der zylindrische Schaft 12b wird axial gleitend in dem Rohrstück 11 aufgenommen und bildet eine teleskopartig ausgebildete Koppelstange, welche in ihrer Länge veränderlich ist. An dem Rohrstück 11 ist die Gabel 10 befestigt, welche zwei miteinander fluchtende Durchbrüche 10a, 10b aufweist. Die erste Mutter 8 weist ein als Trapezgewinde ausgebildetes Innengewinde 8a auf, welches dem Bewegungsgewinde (ohne Bezugszahl) der Spindel 5 entspricht. Die Mutter 8 weist ferner zwei miteinander fluchtende Quer- oder Lagerbohrungen 8b, 8c auf, in welche Schwenkzapfen 14, 15, ausgebildet als Gewindebolzen 14, 15, einsetzbar bzw. einschraubbar sind. Die Kontermutter 9 weist ein Innengewinde 9a auf. Zusätzlich sind noch zwei Federscheiben 16, 17 dargestellt. Die Gabel 10 und die auf der Spindel 5 (1) fixierte erste Mutter 8 bilden in Verbindung mit den Schwenkzapfen 14, 15, welche einerseits durch die Durchbrüche 10a, 10b und die Federscheiben 16, 17 hindurch gesteckt und in die Lagerbohrungen 8b, 8c eingesetzt werden, ein Schwenklager, schwenkbar um die Längsachsen der Schwenkzapfen 14, 15 und der Lagerbohrungen 8b, 8c.
3 zeigt eine Funktionsskizze der Verdrehsicherung 7 gemäß 1 in schematischer Darstellung. Eine Koppelstange a ist über ein erstes Gelenk A mit dem Gehäuse und ein zweites Gelenk B mit der Spindel b verbunden. Die Spindel b wird in axialer Richtung, gekennzeichnet durch +x und –x, verstellt. Bei einer axialen Verstellung der Spindel b ändert sich der Abstand zwischen dem ortsfesten ersten Gelenk A und dem in x-Richtung beweglichen zweiten Gelenk B, weshalb die Koppelstange a, welche dem Kugelzapfen 12 und dem Rohrstück 11 aus 1 und 2 entspricht, längenveränderlich ist. Das zweite Gelenk B ist als Schwenkgelenk ausgebildet und greift über Schwenkzapfen B1, B2 in die Spindel b ein. Wie insbesondere die Querschnittsdarstellung in 3 zeigt, wird die Spindel b aufgrund der Abstützung durch die Koppelstange a im Gelenk A am Verdrehen gehindert.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Gehäuse
3: Spindelantrieb
4: Spindelmutter
5: Spindel
5a: Spindelende
6: Lagerhülse/Aufschraubzapfen
7: Verdrehsicherung
7’, 7’’, 7’’’: Positionen der Verdrehsicherung 7
8: erste Mutter
8a: Innengewinde
8b: Querbohrung
8c: Querbohrung
9: zweite Mutter (Kontermutter)
9a: Innengewinde
10: Gabel
10a: Durchbruch
10b: Durchbruch
11: Rohrstück
12: Kugelzapfen
12a: Kugelkopf
12b: Schaft
13: Kugelschale
14: Schwenkzapfen
15: Schwenkzapfen
16: Federscheibe
17: Federscheibe
a: Koppelstange
b: Spindel
–x, +x: Verstellrichtung
y: Schwenkachse
A: erstes Gelenk
B: zweites Gelenk
B1: Schwenkzapfen
B2: Schwenkzapfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014206934 A1 [0002]

Claims

Aktuator mit einem Gehäuse (2) und einem eine Spindel (5) sowie eine Spindelmutter (4) aufweisenden Spindelantrieb (3), wobei die Spindelmutter (4) in Drehrichtung antreibbar und die eine Verdrehsicherung (7) aufweisende Spindel (5) axial verstellbar und an mindestens einem Spindelende (5a) gehäuseseitig abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (7) eine Koppelstange (a, 11, 12) umfasst, welche über ein erstes Gelenk (A, 12a, 13) gegenüber dem Gehäuse (2) abgestützt und über ein zweites Gelenk (B, 10, 8) mit der Spindel (5) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenk (A) als Kugelgelenk (12a, 13) ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gelenk (B) als Schwenkgelenk (10, 8, 14, 15) mit einer Schwenkachse (y) ausgebildet ist, welche senkrecht zur Längsachse der Spindel (5) angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstange (a, 12b, 11) längenveränderlich ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkgelenk (B) eine Gabel (10) sowie Schwenkzapfen (14, 15) aufweist.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spindel (5) drehfest ein Schwenklager (8) mit Lagerbohrungen (8b, 8c), in welche die Schwenkzapfen (14, 15) eingreifen, angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (8) eine erste die Lagerbohrungen (8b, 8c) aufweisende, auf die Spindel (5) aufgeschraubte Mutter (8) und eine zweite als Kontermutter (9) wirkende Mutter (9) umfasst.
Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (A) eine ortsfest angeordnete Kugelschale (13) und einen Kugelzapfen (12, 12a) aufweist.
Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstange (a) ein als Hohlzylinder ausgebildetes Rohrstück (11) aufweist, in welchem der Schaft (12b) des Kugelzapfens (12) axial gleitend aufgenommen ist.