DE102005061433A1

DE102005061433A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE102005061433A1
Application number: DE102005061433A
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Helmut KNÖDLER; Michael Ochs
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-23
Also published as: DE102005061433B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1), insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem Elektromotor (2), der über eine getriebliche Verbindung (3) ein axial verlagerbares Bauelement (4) antreibt, wobei der Elektromotor (2) nicht koaxial zu dem axial verlagerbaren Bauelement (4) angeordnet ist. DOLLAR A Um einen Aktuator zu schaffen, der kompakt baut und torsions- und biegesteif und mit geringem Betriebsgeräusch ausgezeichnet ist, ist vorgesehen, dass im axialen Bereich (a) des Elektromotors (2) und der getrieblichen Verbindung (3) der Elektromotor (2), die getriebliche Verbindung (3) und das axial verlagerbare Bauelement (4) in einem einteiligen Gehäuse (5) angeordnet und gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 103 92 534 T5 beschreibt eine elektrische Servolenkung mit einem Aktuator bestehend aus einem Elektromotor und einer getrieblichen Verbindung der Abtriebswelle des Elektromotors mit einem als Zahnstange ausgeführten, axial verlagerbaren Bauelement. Die getriebliche Verbindung besteht aus einer Zahnriemenscheibe, die drehfest auf der Abtriebswelle des Elektromotors festgelegt ist. Die Zahnriemenscheibe ist mit einem Zahnriemen mit einer axial unverschieblich gelagerten Spindelmutter mit Außenverzahnung verbunden. Die Spindelmutter rotiert um die Zahnstange in deren Verzahnung zudem ein Ritzel an einer Lenkwelle eingreift.

Der Elektromotor, die getriebliche Verbindung und die Zahnstange sind in einem mehrteiligen Gehäuse, dessen Einzelteile formschlüssig lösbar miteinander verbunden sind, untergebracht. Es besteht dadurch zum einen ein großer radialer Abstand der Gehäuseteile des Elektromotors zu den Gehäuseteilen des Zahnstangengehäuses.

Der Elektromotor ist zum anderen an einem Flansch des Zahnstangengehäuses befestigt, was bewirkt, dass sich der Elektromotor im Betrieb relativ zu dem Zahnstangengehäuse bewegt. Diese Relativbewegung des Elektromotors bedingt Eingriffsstörungen der getrieblichen Verbindung, was Getriebegeräusche verursacht.

Die DE 103 36 867 A1 beschreibt eine Fahrzeuglenkung mit einem elektrischen Hilfsantrieb, welcher aus einem Lenkgetriebe mit einer Lenkstange mit einem elektrischen Motor zur Erzeugung einer Hilfskraft, der seitlich neben der Lenkstange angeordnet ist, besteht. Ein Lenkgetriebegehäuse, welches das Lenkgetriebe mit der Lenkstange aufnimmt und ein Motorgehäuse, welches den elektrischen Motor aufnimmt, sind integral miteinander ausgebildet. Das Lenkgetriebegehäuse ist quer zur Lenkstange geteilt, wobei in der Teilungsebene des Lenkgetriebegehäuses ein Zugang zu dem Motor liegt. Dies kann eine nicht ausreichende Torsions- und/oder Biegesteifigkeit der Fahrzeuglenkung, verbunden mit erhöhtem Betriebsgeräusch oder weiterer Nachteile, wie Klemmen der Lenkstange hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator, insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs anzugeben, dessen Bauraum minimiert und dessen Betriebsgeräusch vermindert ist.

Die Aufgabe wird mit einem Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch dass das Gehäuse des Aktuators im axialen Bereich des Elektromotors und im axialen Bereich der getrieblichen Verbindung, in der Summe der axialen Erstreckung dieser Elemente des Aktuators also, einteilig gebildet ist, und der Elektromotor in diesem einteiligen, ausgesteiften Gehäuse und die getriebliche Verbindung und das axial verlagerbare Bauelement in diesem ausgesteiften Gehäuse angeordnet und gelagert sind, ist ein Aktuator geschaffen, der auch bei der nicht koaxialen Anordnung von Elektromotor und axial verlagerbarem Bauelement kompakt baut und einen von inneren Verformungen freien und dadurch geräuscharmen Betrieb ermöglicht.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Gehäuse des Aktuators ist auch im überwiegenden Teil der axialen Erstreckung des verlagerbaren Bauelements einteilig gebildet und weist lediglich eine bevorzugt axiale Montageöffnung für den Elektromotor, die getriebliche Verbindung und das axial verlagerbare Bauelement auf. Eine Wand des Gehäuses, die den Elektromotor umgibt, ist bevorzugt auch Teil einer Wand des Gehäuses, das das axial verlagerbare Bauelement umgibt.

Die Montageöffnung ist zweckmäßigerweise mit einem Deckel verschlossen, der auf der, der getrieblichen Verbindung abgewandten Seite des Elektromotors an dem Gehäuse lösbar festgelegt ist. Die Montageöffnung kann auch auf der Seite der getrieblichen Verbindung liegen und bevorzugt mit einem Deckel mit länglicher, abgerundeter Form zur Abdeckung der für den Elektromotor und die getriebliche Verbindung erforderliche Öffnung verschlossen sein. Das Gehäuse ist bevorzugt als Gussbauteil aus Leichtmetall gebildet.

Bevorzugt ist die Längsachse des Elektromotors parallel zu der Längsachse des axial verlagerbaren Bauelements angeordnet. Es kann aber auch zweckmäßig sein die Längsachse des Elektromotors, in Abhängigkeit von der Bauraumverfügbarkeit schräg oder quer zu der Längsachse des axial verlagerbaren Bauelements anzuordnen, wobei dann die getriebliche Verbindung zwischen einer Abtriebswelle des Elektromotors und dem axial verlagerbaren Bauelement als Kegelrad- oder Schraubradgetriebe gebildet ist.

Das axial verlagerbare Bauelement ist in dem einteiligen Gehäuseteil des Aktuators über den überwiegenden Teil seiner Länge radial und axial gelagert, wobei insbesondere zur Montage des axial verlagerbaren Bauelements das Gehäuse eine Trennstelle oder Trennebene aufweist, die außerhalb des axialen Bereichs des Elektromotors und der getrieblichen Verbindung liegt.

Bei dem Aktuator handelt es sich bevorzugt um einen Teil einer Zahnstangen- oder Kugelmutterumlauflenkung, sodass das axial verlagerbare Bauelement eine Spindel oder eine Zahnstange ist. Um die Spindel ist in dem Gehäuse des Aktuators eine Kugelumlaufmutter angeordnet, die axial unverschiebbar ist. Die Kugelumlaufmutter ist drehfest mit einer Riemenscheibe oder einem Zahnrad verbunden und die Riemenscheibe oder das Zahnrad ist von dem Elektromotor über einen als Keilrippenriemen oder Zahnriemen gebildeten Riemen oder über ein Zahnrad an der Abtriebswelle des Elektromotors angetrieben.

Die Spindel kann auch einen Verzahnungsabschnitt zum Eingriff eines mit einer Lenkwelle drehfest verbundenen Ritzels aufweisen. Es kann auch zweckmäßig sein, anstatt der Spindel eine Zahnstange in dem Gehäuse des Aktuators zu lagern und zu führen.

Durch die einteilige Ausbildung des überwiegenden Teils des Gehäuses des Aktuators kann der Elektromotor unmittelbar mit seinem Stator in dem Gehäuse festgelegt sein. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung mit Leistungstransistoren und Drehmomentsensorik lässt sich entweder separat an dem Gehäuse oder als vormontierte Einheit mit dem Elektromotor in dem Gehäuse anordnen, wodurch der Montageaufwand für den gesamten Aktuator minimiert ist.

Der Aktuator ist bevorzugt Teil einer Servolenkung (Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung) eines Personenkraftwagens oder leichten Nutzkraftwagens und dessen Spindel oder Zahnstange ist in bekannter Weise über Spurhebel und Radlenkhebel mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden. Der Aktuator eignet sich auch als Steller für ein aktives Fahrwerk oder für sonstige Baugruppen eines Fahrzeugs.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Lenkgetriebes mit einem elektrischen Aktuator,
2 einen schematischen, teilweisen Längsschnitt durch den Aktuator in 1.
In 1 ist ein Lenkgetriebe für eine elektrische Hilfskraftlenkung mit einem elektrischen Aktuator 1 zur Bereitstellung einer Lenkhilfskraft gezeigt. In dem Lenkgetriebe ist ein als Spindel 12 mit einem Zahnstangenabschnitt 20 gebildetes, axial verlagerbares Bauelement 4 gehalten und geführt. An den axialen Enden 21, 21' des axial verlagerbaren Bauelements 4 sind nicht gezeigte Spurstangen zur gelenkigen Verbindung mit Radlenkhebeln von gelenkten Rädern eines Fahrzeugs angeordnet. Eine Lenkwelle 22 mündet in ein Gehäuseteil 11 des Lenkgetriebes und kämmt im Inneren mit einem Ritzel auf dem Zahnstangenabschnitt 20 des axial verlagerbaren Bauelements. In dem Gehäuse 11 um die Lenkwelle 22 ist ein Drehmomentsensor zur Bestimmung eines aktuellen Lenkmoments in der Lenkwelle und zur Ansteuerung einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 19 für einen Elektromotor 2 angeordnet. Der Elektromotor 2 ist Teil des Aktuators 1 und kann ein PWM-gesteuerter Motor sein. Er treibt, wie 2 in einem Längsschnitt durch den Aktuator 1 zeigt, über eine Riemenscheibe 23 auf seiner Abtriebswelle 17 und einem Zahnriemen 16 eine drehfest mit einer als Kugelumlaufmutter 14 gebildeten Mutter 13 verbundene Riemenscheibe 15 an. Die Kugelumlaufmutter 14 ist axial unverschieblich in dem Gehäuse 5 des Aktuators 1 gehalten und verschiebt bei ihrer Rotation die Spindel 12 in die eine oder andere Richtung entsprechend der Drehrichtung der Lenkwelle 22. Die Mutter 13, die Riemenscheiben 15, 23 und der Riemen 16 bilden eine getriebliche Verbindung 3 des Elektromotors 2 mit der Spindel 12. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 19 ist als bauliche Einheit mit dem Elektromotor 2 vermontierbar und mit einer direkten Festlegung des Stators 18 des Elektromotors 2 in dem Gehäuse 5 anordenbar. Die Montage des Elektromotors 2 erfolgt über eine Montageöffnung 24 die auf der der getrieblichen Verbindung 3 abgewandten Seite 7 des Aktuators 1 angeordnet ist. Ein Deckel 6 kann die Montageöffnung 24 verschließen.
Es kann auch zweckmäßig sein, die Montageöffnung 24 direkt mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zu verschließen.
Die Abtriebswelle 17 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, fliegend sein oder an dem Gehäuse 5 gelagert sein. Die Längsachse 8 des Elektromotors 2 ist in dem Ausführungsbeispiel parallel zu der Längsachse 9 des axial verlagerbaren Bauelements 4, wobei eine Wand 25 des Gehäuses 5 sowohl eine Gehäusewand für den Elektromotor 2 als auch für das axial verlagerbare Bauelement 4 bildet, wodurch der Aktuator 1 kompakt baut und biege- und torsionssteif ohne aufwendige Verrippung ist. Das Gehäuse 5 des Aktuators 1 weist in dem axialen Bereich a des Elektromotors 2 und der getrieblichen Verbindung 3 keine Trennstelle für eine etwaige Montage auf. Auch nicht im überwiegenden Teil der axialen Erstreckung b des axial verlagerbaren Bauelements 4.
Eine oder mehrere Trennstellen 10 sind zur lösbaren Festlegung des Gehäuseteils 11 mit großem Abstand zu dem Elektromotor 2 und der getrieblichen Verbindung 3 an dem Gehäuse 5 vorgesehen. Dadurch ist eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit des Aktuators 1, verbunden mit geringen Betriebsgeräuschen ermöglicht. BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Aktuator, insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs mit einem Elektromotor (2), der über eine getriebliche Verbindung (3) ein axial velagerbares Bauelement (4) antreibt, wobei der Elektromotor (2) nicht koaxial zu dem axial verlagerbaren Bauelement (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im axialen Bereich (a) des Elektromotors (2) und der getrieblichen Verbindung (3) der Elektromotor (2), die getriebliche Verbindung (3) und das axial verlagerbare Bauelement (4) in einem einteiligen Gehäuse (5) angeordnet und gelagert sind.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) im überwiegenden Teil der axialen Erstreckung (b) des axial verlagerbaren Bauelements (4) einteilig gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) einen Deckel (6) für die Anbringung des Elektromotors (2) in dem Gehäuse (5) aufweist, der auf der, der getrieblichen Verbindung (3) abgewandten Seite (7) des Elektromotors (2) an dem Gehäuse (5) festlegbar ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (8) des Elektromotors (2) parallel oder schräg zu der Längsachse (9) des verlagerbaren Bauelements (4) verläuft.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) außerhalb des axialen Bereiches (a) des Elektromotors (2) und der getrieblichen Verbindung (3) eine Trennstelle (10) zur lösbaren Festlegung eines Gehäuseteils (11) aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verlagerbare Bauelemente (4) eine Spindel (12) ist, um die eine axial unverschieblich gelagerte, von dem Elektromotor (2) angetriebene Mutter (13) rotierbar angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (13) eine Kugelumlaufmutter (14) ist, die drehfest mit einer Riemenscheibe (15) oder einem Zahnrad verbunden ist und die Riemenscheibe (15) oder das Zahnrad von dem Elektromotor (2) über einen Riemen (16) oder ein Zahnrad angetrieben ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verlagerbare Bauelement (4) eine Zahnstange ist, mit deren Verzahnung ein Ritzel der getrieblichen Verbindung (3) oder an der Abtriebswelle (17) des Elektromotors (2) kämmt.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) unmittelbar mit seinem Stator (18) in dem Gehäuse (5) festgelegt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) mit einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (19) in dem Gehäuse (5) festgelegt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) Teil einer Servolenkung oder eines aktiven Fahrwerks eines Personenkraftwagens oder leichten Nutzkraftwagens ist.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Servolenkung eine Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung ist.