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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lenken einer Hinterachse eines mindestens eine Hinterachse und mindestens eine Vorderachse aufweisenden Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung einen Aktuator umfasst, mit dem eine Lenkbewegung zwischen einem fahrzeugfesten Punkt und mindestens einem Anlenkpunkt eines Lenkgestänges ausgeführt werden kann, mit dem der Aktuator verbunden ist, wobei der Aktuator zur Erzeugung einer translatorischen Verschiebebewegung ein relativ zu einem Gehäuseelement drehbar gelagertes Wellenelement aufweist und wobei Mittel vorhanden sind, um eine Drehbewegung zwischen dem Wellenelement und dem Gehäuseelement zumindest zeitweise zu unterbinden.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
DE 10 2008 024 910 A1 bekannt. Hier wird ein Aktuator beschrieben, der als Element in einem Lenksystem eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Der Aktuator umfasst ein Spindel-Mutter-System, um eine Linearbewegung erzeugen zu können. Um die relative Rotation zwischen der Spindel und der Mutter zeitweise unterbinden zu können, ist eine Schlingfeder vorgesehen, die bei Bedarf, d. h. wenn die relative Rotation zwischen den genannten Teilen unterbunden werden soll, aktiviert bzw. angezogen wird.
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Mit der genannten Schlingfeder kann erreicht werden, im Falle eines Hinterachslenkaktuators das mechatronische Stellsystem im Überlastfall, bei Stromausfall und auch im Ruhezustand verriegeln zu können.
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Bei der Schlingfederbremse handelt es sich um ein reibschlüssiges Bremssystem, das folglich eine Verlustleistung zur Folge hat. Die Schlingfeder in der Brems- bzw. Blockiervorrichtung unterliegt dabei relativ großen Toleranzen. Dies hat zur Folge, dass das vorbekannte System in der Auslegung schwierig und teuer ist. Ferner sind relativ große Unsicherheiten bei der Auslegung gegeben.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Lenken der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die eine relative Drehung zwischen einem Gehäuseelement und einem Wellenelement eines Aktuators in einfacher und reibungsarmer Weise unterbindet und so jedenfalls zeitweise eine drehfeste Verbindung zwischen Gehäuseelement und Wellenelement herstellt. Eine Verriegelung des Wellenelements bezüglich des Gehäuseelements soll dabei in sicherer und spielfreier Weise erfolgen. Schließlich soll die Blockierung der Relativbewegung schnell hergestellt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur zumindest zeitweisen Unterbindung der Drehbewegung zwischen dem Wellenelement und dem Gehäuseelement mindestens zwei Stifte umfassen, die im Gehäuseelement oder im Wellenelement angeordnet sind, wobei die Stifte ausgebildet sind, in korrespondierende Ausnehmungen im Wellenelement oder im Gehäuseelement einzugreifen, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuseelement und dem Wellenelement herzustellen.
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Das Gehäuseelement und das Wellenelement sind bevorzugt als Spindel-Mutter-System, insbesondere als Kugelgewindetrieb, ausgebildet.
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Die Stifte können in Richtung ihrer Achse translatorisch beweglich im Gehäuseelement oder im Wellenelement angeordnet sein. Sie können mit einem Antrieb in Verbindung stehen, mit denen sie in Richtung ihrer Achse bewegt werden können. Bei dem Antrieb handelt es sich vorzugsweise um einen elektromechanischen, magnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb. Die Stifte können ferner mittels eines Federelements vorspannbar angeordnet werden, wobei das Federelement in Richtung der Achse der Stifte wirkt.
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Auf dem Wellenelement kann eine Lochscheibe angeordnet sein, die die Ausnehmungen zum Eingriff der Stifte aufweist. Diese Lochscheibe kann auf dem Wellenelement in Achsrichtung des Wellenelements verschieblich angeordnet sein; es ist auch möglich, dass das Wellenelement in seiner Achsrichtung verschieblich angeordnet ist.
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Auf dem Wellenelement kann alternativ auch eine Trägerscheibe angeordnet sein, die die Stifte trägt. Die Trägerscheibe kann auf dem Wellenelement in Achsrichtung des Wellenelements verschieblich angeordnet sein; es ist auch möglich, dass das Wellenelement in seiner Achsrichtung verschieblich angeordnet ist.
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Die Achsrichtung der Stifte kann parallel oder senkrecht zur Achsrichtung des Wellenelements ausgerichtet sein. Demgemäß wirken die Stifte also axial oder radial zur Achse des Wellenelements.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung dient somit der formschlüssigen Sperrung (Fail-Safe-Sperre) eines linearen Stellsystems, wobei der maßgebliche Anwendungsfall eine elektromechanische Hinterachslenkung ist.
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Bevorzugt ist eine Ausführung des Aktuators unter Verwendung eines linearen Verstellelements in Form eines Kugelgewindetriebs (KGT); alternativ kann beispielsweise ein Spindel-Mutter-System mit Trapezgewinde vorgesehen werden bzw. generell ein Bewegungselement (Bewegungsgewinde) bzw. Linearstellsystem beliebiger Art.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung erlaubt beim Einsatz in einem Hinterachslenkaktuator, das Stellsystem im Überlastfall, bei Stromausfall und im Ruhezustand sicher und spielfrei verriegeln zu können.
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Wesentliches Element der vorgeschlagenen Vorrichtung ist der Einsatz mindestens zweier Stifte, die vorzugsweise vorgespannt in Ausnehmungen (Bohrungen) eintauchen und so eine formschlüssige Verriegelung zwischen Gehäuse (Mutter) und Welle (Spindel) herstellen. Dabei sind die Stifte und die Ausnehmungen (Bohrungen) relativ zueinander in einem solchen Verhältnis zueinander angeordnet, dass für jede relative Drehstellung zwischen Welle und Gehäuse eine Ausnehmung bereitsteht, in die der Stift eintauchen kann. Für das Inkrement von Stiften und Bohrungen ist also ein definiertes Verhältnis vorgegeben (nähere Ausführungen hierzu finden sich unten bei der Beschreibung der 10 und 11).
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Die Sperre kann sowohl axial als auch radial konzipiert werden. Die Verriegelung bzw. Entriegelung (Einführen der Stifte in die Ausnehmungen bzw. Herausziehen der Stifte aus den Ausnehmungen) kann durch Einschieben bzw. Herausziehen der Stifte aus dem Lochraster (Lochscheibe) erfolgen oder durch das Verschieben des Lochrasters gegen die vorzugsweise über Federn vorgespannten Stifte.
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Die Betätigung der Stifte bzw. des Lochrasters kann durch verschiedene manuelle, elektrische und/oder elektromechanische bzw. elektromagnetische Elemente erfolgen. Es können hierzu beispielsweise Ring- oder Stiftmagnete eingesetzt werden. Ferner können hydraulische oder pneumatische Elemente oder Linearmotoren zum Einsatz kommen; es kann auch eine manuelle Verbzw. Entriegelung vorgesehen werden.
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Anstelle einer Sperrung des rotierenden Teils des linearen Stellelements kann auch das Stellelement (d. h. z. B. eine Spindel oder Zahnstange) direkt gesperrt werden.
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Im Vergleich mit der vorbekannten Schlingfederlösung kann die vorgeschlagene Vorrichtung kostengünstiger realisiert werden.
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Insgesamt erlaubt die vorgeschlagene Vorrichtung eine Stiftverriegelung, d. h. eine formschlüssige Verrieglung, die schnell und sicher hergestellt und wieder aufgehoben werden kann.
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Ferner kann die Verrieglung spielfrei erfolgen, was sich durch den Einsatz mindestens zweier Stifte ergibt, die in ein Lochmuster einer Lochscheibe eintreten, das entsprechend so inkremental abgestimmt ist, dass für jede relative Drehposition zwischen Gehäuseelement und Wellenelement eine Ausnehmung zum Eintritt eines Stifts zur Verfügung steht.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1a die Seitenansicht einer Vorrichtung zum Lenken der Hinterachse eines Pkw gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Wellenelement eines Aktuators relativ zu einem Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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1b die Darstellung gemäß 1a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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2a in der Darstellung gemäß 1 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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2b die Darstellung gemäß 2a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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3a in der Darstellung gemäß 1 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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3b die Darstellung gemäß 3a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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4a in der Darstellung gemäß 1 eine vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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4b die Darstellung gemäß 4a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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5a in der Darstellung gemäß 1 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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5b die Darstellung gemäß 5a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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6a in der Darstellung gemäß 1 eine sechste Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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6b die Darstellung gemäß 6a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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7a in der Darstellung gemäß 1 eine siebte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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7b die Darstellung gemäß 7a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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8a in der Darstellung gemäß 1 eine achte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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8b die Darstellung gemäß 8a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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9a in der Darstellung gemäß 1 eine neunte Ausführungsform der Erfindung, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Rotation gesperrt ist,
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9b die Darstellung gemäß 9a, wobei die Rotation des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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10a die Seitenansicht eines Aktuators mit einem linear in einem Gehäuseelement verschieblichen Wellenelements, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Längsbewegung gesperrt ist,
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10b die Darstellung gemäß 10a, wobei die Längsbewegung des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist,
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11a in der Darstellung gemäß 10 eine alternative Ausführungsform, wobei das Wellenelement relativ zum Gehäuseelement hinsichtlich seiner Längsbewegung gesperrt ist,
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11b die Darstellung gemäß 11a, wobei die Längsbewegung des Wellenelements relativ zum Gehäuseelement freigegeben ist.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In den Figuren ist jeweils eine (nur schematisch angedeutete) Vorrichtung 1 zum Lenken einer (nicht dargestellten) Hinterachse eines Pkw skizziert. Die Vorrichtung 1 hat als zentrales Element einen Aktuator 2, mit dem eine Lenkbewegung zwischen einem fahrzeugfesten Punkt und einem Anlenkpunkten eines Lenkgestänges (nicht dargestellt) ausgeführt werden kann. Die Verbindung zwischen dem Lenkgestänge und dem Aktuator 2 erfolgt über (ebenfalls nicht dargestellte) Gabelköpfe.
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Der Aktuator 2 ist zur Erzeugung einer translatorischen Verschiebebewegung in Richtung der Achse A eines Wellenelements 4 ausgebildet, wobei das Wellenelement 4 relativ zu einem Gehäuseelement 3 beweglich ist. Bei dem Gehäuseelement 3 und dem Wellenelement 4 handelt es sich bevorzugt um die Mutter und die Spindel eines Gewindesystems, insbesondere um einen Kugelgewindetrieb. Um bei Bedarf die translatorische Bewegung zu unterbinden, sind Mittel 5 vorhanden.
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Generell ist vorgesehen, dass diese Mittel 5 zur Unterbindung der Drehbewegung zwischen dem Wellenelement 4 und dem Gehäuseelement 3 mindestens zwei Stifte 6 umfassen, die entweder im Gehäuseelement 3 oder im Wellenelement 4 beweglich angeordnet sind. Die Stifte 6 sind dabei ausgebildet, in korrespondierende Ausnehmungen 7 einzugreifen, die entweder im Wellenelement 4 oder im Gehäuseelement 3 angeordnet sind. Damit wird bei Bedarf eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuseelement 3 und dem Wellenelement 4 hergestellt.
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Dieses generelle Prinzip ist in den nachfolgenden speziellen Ausführungsformen exemplarisch illustriert.
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In 1 sind mehrere Stifte 6 mit jeweiligen Antrieben 8 im Gehäuseelement 3 platziert, und zwar um die Achse A des Wellenelements 3 herum äquidistant. Die Stifte 6 können durch die jeweiligen Antriebe 8 in Richtung ihrer Achse a bewegt werden, d. h. sie können in eine vorgeschobene Verriegelungsstellung und in eine zurückgezogene Entriegelungsstellung verfahren werden.
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Auf dem Wellenelement 4 ist drehfest und axial fest eine Lochscheibe (Lochband) 10 angeordnet, in der Ausnehmungen 7 in Form von Bohrungen eingebracht sind.
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Demgemäß können zwecks Verriegelung durch die Antriebe 8 die Stifte 6 in die Bohrungen 7 eingeschoben werden. Dabei ist es für eine Verrieglung ausreichend, wenn mindestens einer der Stifte 6 in eine Bohrung 7 gelangt.
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Die Bohrungen 7 sind in der Lochscheibe 10 äquidistant um die Achse A herum angeordnet. Dabei kann – und dies gilt für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele – vorgesehen werden, dass der Abstand der Stifte 6 einerseits und der Abstand der Ausnehmungen 7 in Umfangsrichtung andererseits (d. h. um die Achse A herum betrachtet) unterschiedlich ist. Sowohl die Stifte 6 als auch die Ausnehmungen 7 liegen zwar auf demselben Radius. Die Stifte 6 können aber beispielsweise näher beieinander liegen als es die Ausnehmungen 7 tun. Beim Vorsehen einer entsprechenden Anzahl von Stiften 6 bzw. Ausnehmungen 7 und einem definierten Versatzbetrag zwischen dem Umfangsabstand der Stifte und dem Umfangsabstand der Ausnehmungen ergibt sich inkremental über den Umfang eine Umfangsstelle, bei der in jedem Falle (jedenfalls wenn ein gewisses Spiel zwischen Stift und Ausnehmung vorgesehen wird) ein Stift 6 in eine Ausnehmung 7 eintreten kann. Somit ist sichergestellt, dass in jeder relativen Winkelstellung zwischen Gehäuseelement 3 und Wellenelement 4 eine Verriegelung möglich ist.
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In 2 ist eine Variante skizziert, bei der alle Stifte 6 von einer in Achsrichtung A beweglichen Trägerplatte 12 gehalten und axial verschoben werden können. Die Stifte 6 sind hier durch Federelemente 9 in Form von Schraubenfedern axial vorgespannt. Zwecks Verriegelung wird die Trägerplatte 12 mit allen Stiften 6 von der in 2b skizzierten Stellung in die in 2a skizzierte Stellung verschoben, so dass zumindest ein Stift 6 in eine Ausnehmung 7 eintritt und die Verriegelung bewerkstelligt.
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In 3 ist eine Lösung dargestellt, bei der die Stifte 6 federvorgespannt im Gehäuseelement 3 platziert sind. Zwecks Verriegelung wird eine jetzt axial in Richtung der Achse A auf dem Wellenelement 4 verschiebliche Lochscheibe 10 bewegt. In 3a ist die Verriegelungsposition zu sehen, in 3b die entriegelte Stellung. Beim Verriegeln tritt der entsprechende passende Stift 6 in die Ausnehmung 7 ein. Die nicht passenden Stifte 6 werden gegen den Widerstand der Feder 9 verschoben.
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Die Variante nach 4 stellt darauf ab, dass analog zu 3 eine Lochscheibe 10 eingesetzt wird, die jetzt allerdings axial fest auf dem Wellenelement 4 sitzt. Statt einer axialen Bewegung der Lochscheibe 10 ist jetzt eine axiale Bewegung in Richtung der Achse A vorgesehen, die allerdings das gesamte Wellenelement 4 ausführt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 stellt darauf ab, dass nunmehr die Stifte 6 mitdrehend im Wellenelement 4 angeordnet sind. Hierfür ist auf dem Wellenelement 4 eine Trägerscheibe 11 montiert, die Ausnehmungen für die Stifte 6 und die Federelemente 9 aufweist. Die Ausnehmungen 7 sind demgemäß im Gehäuseelement 3 angeordnet. Die Trägerscheibe 11 ist in Richtung der Achse A auf dem Wellenelement 4 verschieblich angeordnet.
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Die Variante gemäß 6 lehnt sich an die Lösung nach 5 an, wobei jetzt die Trägerscheibe 11 axial fest auf dem Wellenelement 4 sitzt und statt dessen das gesamte Wellenelement 4 zwecks Ver- bzw. Entriegelung axial bewegt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 7 ist vorgesehen, dass ähnlich wie bei 5 bzw. 6 mit einer Trägerplatte 12 gearbeitet wird. Hier allerdings wird nun die Lochscheibe 10, die drehfest mit dem Gehäuseelement 3 verbunden ist, in Richtung der Achse A bewegt, um zu ver- bzw. zu entriegeln.
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Während die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele auf eine Parallelität zwischen der Achse A des Wellenelements 4 und der Achse a des Stifts 6 abstellen, ist dies bei 8 und 9 anders gelöst. Hier sind die Achsen A und a rechtwinklig zueinander, d. h. die Stifte 6 treten nicht axial sondern radial in die Ausnehmungen 7 ein.
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In 8 sind die Stifte 6 beweglich im Gehäuseelement 3 angeordnet und treten in Ausnehmungen 7 einer Lochscheibe 10 ein, die drehfest und axial fest auf dem Wellenelement 4 angeordnet ist.
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Bei 9 ist die kinematisch Umkehr gezeigt, gemäß der die Stifte in einer Trägerscheibe 11 angeordnet sind, die auf dem Wellenelement 4 drehfest und axial fest montiert ist. Im Gehäuseelement 3 sind die entsprechenden Ausnehmungen 7 eingearbeitet.
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In den 10 und 11 ist das Prinzip der Positionierung von Stiften 6 und Ausnehmungen 7 illustriert, wobei zwecks leichter Darstellung der Fall gezeigt ist, bei der ein translatorisch bewegliches Wellenelement 4 in einem Gehäuseelement 3 mittels der Stifte 6 verriegelt oder freigegeben werden soll. Diese Situation ist entsprechend – wie oben erläutert – auf eine Lösung zu übertragen, bei der die Stifte 6 und die Ausnehmungen 7 nicht linear beabstandet, sondern in Umfangsrichtung versetzt im Gehäuseelement bzw. auf dem Wellenelement bzw. einer Lochscheibe angeordnet sind.
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Wie in 10a (mit Stiften 6, die von einem Antrieb 8 bewegt werden) bzw. 11a (mit federvorgespannten Stiften) zu erkennen ist, befinden sich die Stifte 6 äquidistant beabstandet in einem Abstand b. Indes sind die Ausnehmungen 7 ebenfalls äquidistant beabstandet, allerdings in einem größeren Abstand c angeordnet. Dies hat zur Folge, dass sich aufgrund des Differenzbetrages zwischen c und b ein inkrementaler Versatz von Ausnehmung zu Ausnehmung bzw. von Stift zu Stift ergibt, was die relative Lage zwischen Stift und Ausnehmung anbelangt. Bei entsprechender Verteilung der Ausnehmungen 7 (z. B. auf der Lochscheibe 10) und der Stifte 6 ergibt sich daher, dass (jedenfalls bei entsprechender Wahl eines Einführungsspiels für den Stift 6 in die Ausnehmung 7) in jedem Falle eine Relativlage (d. h. eine Umfangsstelle) zwischen dem Gehäuseelement 3 und dem Wellenelement 4 vorliegt, bei der ein Stift mit einer Ausnehmung fluchtet und folglich eingeschoben werden kann, wodurch die Verriegelung hergestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Lenken
- 2
- Aktuator
- 3
- Gehäuseelement (Mutter)
- 4
- Wellenelement (Spindel)
- 5
- Mittel zur Unterbindung einer Drehbewegung
- 6
- Stift
- 7
- Ausnehmung (Bohrung)
- 8
- Antrieb
- 9
- Federelement
- 10
- Lochscheibe
- 11
- Trägerscheibe
- 12
- Trägerplatte
- a
- Achse des Stifts
- A
- Achse des Wellenelements
- b
- Abstand
- c
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008024910 A1 [0002]
