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Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 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. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei Spindelenden auf, welche jeweils mit Lagerhülsen verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt sind. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. Bekannt sind auch einfach wirkende Aktuatoren, auch Einzelsteller genannt, welche jeweils nur auf die Lenkung eines Hinterrades wirken.
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Bei Spindelantrieben mit einem Bewegungsgewinde, insbesondere einem Trapezgewinde, kann ein Axialspiel zwischen den Flanken des Spindelgewindes und des Muttergewindes und/oder ein Radialspiel durch Verschiebung der Achsen von Spindel- und Muttergewinde auftreten.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Spindel im Bereich des Spindelgewindes mindestens einen Längsschlitz aufweist und in radialer Richtung spreizbar ist. Mit der Spreizbarkeit der Spindel wird der Vorteil erreicht, dass ein zwischen Spindelgewinde und Muttergewinde bestehendes Radialspiel aufgrund einer Durchmesservergrößerung des Spindelgewindes eliminiert werden kann. Gleichzeitig wird durch die Reduzierung bzw. Ausschaltung eines Radialspiels ein Axialspiel, d. h. ein Spiel zwischen den Flanken von Spindel- und Muttergewinde in axialer Richtung reduziert bzw. eliminiert, da die Flanken zur gegenseitigen Anlage kommen. Durch den spielfreien Gewindeeingriff ergeben sich weitere Vorteile: Ein Klemmen oder Fressen des Gewindes aufgrund einer nicht rein axialen Belastung wird vermieden; ferner treten keine akustischen Auffälligkeiten mehr auf.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Spreizung der Spindel respektive des Spindelgewindes durch mindestens ein Aufweitelement erreicht, welches den Gewindedurchmesser des Spindelgewindes aufweitet. Die Aufweitung erfolgt also durch Druck von innen nach außen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Längsschlitz im Bereich der Längsachse angeordnet, d. h. der mindestens eine Längsschlitz teilt den Querschnitt der Spindel in symmetrische Segmente oder Sektoren. Vorzugsweise sind zwei durchgehende, um 90° gegeneinander versetzt angeordnete Längsschlitze vorgesehen, welche den Querschnitt in vier gleiche Sektoren unterteilen. Möglich ist auch ein durchgehender Längsschlitz mit zwei 180°-Segmenten, oder es werden drei um 120° versetzt angeordnete Längsschlitze vorgesehen, welche den Querschnitt in drei gleiche Sektoren aufteilen. Der Gewindedurchmesser ist somit durch Druck von innen erweiterbar, so dass das Spindelgewinde in radialer Richtung weiter in das Muttergewinde gedrückt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Längsschlitze eine konstante Schlitzweite, d. h. einen konstanten Schlitzquerschnitt auf. Innerhalb des mindestens einen Längsschlitzes kann mindestens ein Aufweitelement platziert werden, welches für eine Spreizung aktiviert oder deaktiviert werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Aufweitelement als Piezo-Element ausgebildet, welches bevorzugt innerhalb des oder der Längsschlitze angeordnet ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung dehnt sich das mindestens eine Piezo-Element aus, wodurch eine Durchmesservergrößerung des Spindelgewindes erreicht wird. Das Maß und der Zeitpunkt der Durchmesservergrößerung, d. h. der Aufweitung der Spindel können variabel eingestellt werden. Dies erweist sich bei einem Aktuator mit Spindelantrieb insofern als Vorteil, weil dadurch das Radial- und Axialspiel variabel eingestellt werden kann, und zwar von außen, da der Aktuator verschlossen ist bzw. ein verschlossenes Gehäuse aufweist: im stationären Zustand kann der Spindelantrieb durch Minimierung des Spiels quasi festgesetzt werden, während das Spiel im instationären Zustand, d. h. während einer Stellbewegung vergrößert wird. Piezo-Elemente sind für diesen Anwendungsfall besonders geeignet, da sie an sich nur über einen relativ geringen Stellweg verfügen, welcher hier jedoch ausreicht, um den gewünschten Effekt, nämlich die Spielreduzierung zu erreichen. Bevorzugt kann der Stellweg variabel mittels einer Steuerung in Zusammenspiel mit dem Piezo-Element gehalten werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Aufweitelement keilförmig oder konusförmig ausgebildet und in Axialrichtung innerhalb der Spindel verschiebbar sein. In diesem Falle würde die Aufweitung des Spindelgewindes also mechanisch erfolgen. Das keilförmige Aufweitelement könnte innerhalb des oder der Längsschlitze platziert sein, während ein konusförmiges Aufweitelement, ein Konus, in einer Konusbohrung innerhalb der Spindel angeordnet wäre.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Spindel hohl ausgebildet und nimmt in sich einen Stößel oder ein Stellelement auf, welches die Axialverschiebung des keil- oder konusförmigen Aufweitelements bewirkt. Auch hier kann ein Piezo-Element als Aufweitelement eingesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen teilweise dargestellten Spindelantrieb mit Spindel und aufgeschnittener Spindelmutter in perspektiv. Darstellung,
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2 eine Spindel mit einem Spindelgewinde,
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2a eine Ansicht der Spindel in axialer Richtung,
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2b eine vergrößerte Darstellung des Spindelgewindes mit Längsschlitz und Piezo-Element,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer durch einen Konus spreizbaren Spindel,
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3a eine perspektiv. Darstellung der Spindel mit eingesetztem Konus,
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4 einen schematischen Ausschnitt von Spindel- und Muttergewinde mit Axial- und Radialspiel und
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5 einen Ausschnitt von Spindel- und Muttergewinde ohne Axial- und Radialspiel.
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1 zeigt einen teilweise dargestellten Spindelantrieb
1 in perspektivischer bzw. 3D-Darstellung mit einer Spindel
2 und einer aufgeschnittenen dargestellten Spindelmutter
3. Die Spindel
2 weist einen Abschnitt mit einem Spindelgewinde
2a auf, welches mit einem Muttergewinde
3a der Spindelmutter
3 in Eingriff steht. Der Spindelantrieb
1 ist Teil eines nicht dargestellten Aktuators für eine Hinterachslenkung, wie er in der eingangs genannten
DE 10 2014 206 934 A1 dargestellt und beschrieben ist. Wegen weiterer Einzelheiten bezüglich Aufbau und Funktion wird auf diese Druckschrift verwiesen, die vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Demnach ist die Spindelmutter
3 in einem (nicht dargestellten) Gehäuse des Aktuators gelagert, axial fixiert und in Drehrichtung antreibbar. Die Spindel
2 dagegen ist am Verdrehen gehindert und weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Verdrehsicherung einen Abschnitt mit einem Keilwellenprofil
4 auf, welches in einem korrespondierenden (nicht dargestellten) gehäuseseitigen Keilnabenprofil geführt ist. Die Spindel
2 ist im Bereich des Spindelgewindes
2a in Längsrichtung geschlitzt, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
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2 zeigt die Spindel 2 in einer Ansicht als Einzelteil. Die Spindel 2 weist einen ersten endseitigen Abschnitt a mit dem Spindelgewinde 2a, einen mittleren glatten Abschnitt b sowie einen weiteren endseitigen Abschnitt c mit dem Keilwellenprofil 4 auf. Der Abschnitt a ist vergrößert in 2b dargestellt.
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2a zeigt eine Ansicht der Spindel 2 in axialer Richtung, d. h. mit Blick auf die Stirnfläche 2b, welche eine kreuzförmige Schlitzung aufweist: Zwei diametral durchgehende, senkrecht zueinander angeordnete Längsschlitze 5 unterteilen die Stirnfläche 2b in vier gleiche Sektoren, jeweils mit einem Sektorwinkel von 90°. Innerhalb der Längsschlitze 5 sind Piezo-Elemente 7 angeordnet und fixiert.
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2b zeigt einen der beiden Längsschlitze 5, welche sich im Bereich des Spindelgewindes 2a von der Stirnseite 2b bis zu einer Querbohrung 6 erstrecken. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei diametral durchgehende Längsschlitze 5 vorgesehen. Alternativ können auch nur ein Längsschlitz mit zwei 180°-Sektoren oder drei Halbschlitze mit drei 120°-Sektoren usw. vorgesehen sein. Die Anordnung der Längsschlitze 5 verleiht dem Spindelgewinde 2a eine radiale Elastizität oder Spreizbarkeit. Durch Aufbringen einer radial gerichteten, von innen nach außen wirkenden Kraft kann somit der Außendurchmesser des Spindelgewindes 2a vergrößert werden. Hierzu ist das als Piezo-Element 7 ausgebildete Aufweitelement 7 innerhalb des Längsschlitzes 5, respektive der Längsschlitze 5 angeordnet. Der Längsschlitz 5 weist eine vorzugsweise über Länge (axial) und Breite (radial) konstante Schlitzweite s auf, welche der Dicke des Piezo-Elements 7 entspricht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung vergrößert das Piezo-Element 7 seine Dicke und bewirkt damit ein Auseinanderdrücken der durch die Längsschlitze 5 getrennten Sektorabschnitte oder Zungen des Spindelgewindes 2a, welches somit in seinem Durchmesser vergrößert wird.
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Die Querbohrung 6, in welche der Längsschlitz 5 ausläuft, hat in erster Linie die Funktion, eine Kerbwirkung beim Spreizen des Spindelgewindes 2a zu vermeiden.
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Die 3 und 3a zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Spindel 8, welche einen ähnlichen Aufbau wie die Spindel 2 gemäß 2 aufweist. Der Abschnitt mit dem Spindelgewinde 8a ist in ähnlicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel geschlitzt, allerdings in Längsrichtung hohl ausgebildet. Im Bereich des Spindelgewindes 8a weist die Spindel 8 eine konische Bohrung 8b, im mittleren Bereich eine zylindrische Bohrung 8c und daran anschließend eine erweiterte Bohrung 8d auf. In die konische Bohrung 8b ist ein konisch ausgebildetes Aufweitelement 9, ein Konus 9, eingesetzt, welcher mit einem Schraubbolzen 10 verbunden ist, dessen Schraubenkopf in der erweiterten Bohrung 8d gehalten ist. Über den Schraubbolzen 10 kann der Konus 9 in axialer Richtung bewegt werden, so dass eine Spreizung des Spindelgewindes 8a bewirkt wird. Die Spreizung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel somit auf mechanischem Wege. Eine elektromechanische Verstellung oder eine Verstellung über ein Piezo-Element ist aber ebenfalls denkbar.
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Alternativ zu dem dargestellten Konus 9 können auch (nicht dargestellte) flache Keile verwendet werden, welche in den Längsschlitzen positioniert und axial verstellbar sind. Diese könnten ebenfalls als Piezo-Element ausgebildet sein.
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3a zeigt die Spindel 8 in einer perspektivischen Darstellung. Der Konus 9 weist eine durchgehende Längsbohrung 9a auf, in welche der Schraubbolzen 10 eingreift.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines als Trapezgewinde ausgebildeten Spindelgewindes 11 und eines Muttergewindes 12 einer nicht dargestellten Spindelmutter. Zwischen den Flanken des Spindelgewindes 11 und den Flanken des Muttergewindes 12 ist ein Flankenspiel f, auch Axialspiel genannt, dargestellt, und zwischen dem Kopfkreis des Spindelgewindes 11 und dem Fußkreis des Muttergewindes 3a ist ein Kopfspiel k dargestellt. Das Axialspiel A und das Radialspiel R sind auch durch die Doppelpfeile A, R angedeutet. Diese Darstellung entspricht den Verhältnissen bei einem herkömmlichen Spindelantrieb, auch Gewindeantrieb genannt, mit einem Bewegungsgewinde. Gleichzeitig zeigt die Darstellung gemäß 4 den spielbehafteten Ausgangszustand für die Erfindung.
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5 zeigt das Spindelgewinde 11 und das Muttergewinde 12 im gegenseitigen Eingriff, allerdings ohne ein Axial- oder Flankenspiel f (4) und mit einem deutlich reduzierten Kopfspiel k’. Durch die erfindungsgemäße Spreizung des Spindelgewindes 11, d. h. eine Vergrößerung des Spindelgewindedurchmessers, angedeutet durch die Pfeile P, legen sich die Flanken des Spindelgewindes 11 an die Flanken des Muttergewindes 12 an und lassen das Flankenspiel f (4) zu Null werden. Gleichzeitig reduziert sich das Kopfspiel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindelantrieb
- 2
- Spindel
- 2a
- Spindelgewinde
- 2b
- Stirnfläche
- 3
- Spindelmutter
- 3a
- Muttergewinde
- 4
- Keilwellenprofil
- 5
- Längsschlitz
- 6
- Querbohrung
- 7
- Piezo-Element
- 8
- Spindel
- 8a
- Spindelgewinde
- 8b
- konische Bohrung
- 8c
- zylindrische Bohrung
- 8d
- erweiterte Bohrung
- 9
- Konus
- 9a
- Längsbohrung
- 10
- Schraubbolzen, Stellelement
- 11
- Spindelgewinde
- 12
- Muttergewinde
- a
- erster Abschnitt
- b
- zweiter Abschnitt
- c
- dritter Abschnitt
- f
- Flankenspiel
- k
- Kopfspiel
- k’
- reduziertes Kopfspiel
- s
- Spalt
- A
- Axialspiel
- R
- Radialspiel
- P
- Spreizrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206934 A1 [0002, 0021]
