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Die Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus. Die Höhenverstellung von Fahrzeugaufbauten dient zur Erhöhung der Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen sowie zu deren Tieferlegung bei ebenen Fahrbahnen. Dazu ist beispielsweise in den Federbeinen der Kraftfahrzeuge eine Höhenverstellungsvorrichtung vorgesehen, die eine Aktuatorvorrichtung umfasst, wobei mittels der Aktuatorvorrichtung die Höhenverstellungsvorrichtung betrieben wird.
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Beispielsweise geht aus der
WO 03/022604 A2 eine elektromechanische Niveauregulierung für ein Kraftfahrzeug hervor. Eine Feder ist zwischen einer ersten Anlagestelle an einem Fahrzeugaufbau und einer zweiten Anlagestelle an einem Radträger angeordnet und die erste Anlagestelle ist mittels eines Elektroantriebs gegenüber dem Fahrzeugaufbau verstellbar, indem der Elektroantrieb einen mit der ersten Anlagestelle verbundenen Gewindetrieb betätigt. Der Gewindetrieb ist als Gewindetrieb mit einer von dem Elektroantrieb antreibbaren Spindel und einer fest mit der ersten Anlagestelle verbundenen Spindelmutter ausgebildet. Das Antriebsmoment des Elektroantriebs wird von dessen Ausgangswelle auf die Spindel mittels eines Schneckensatzes übertragen. Ferner ist eine Arretierung der ersten Anlagestelle in ihrer jeweiligen Position vorgesehen, wobei die Arretierung durch Selbsthemmung des Gewindetriebes und/oder durch Selbsthemmung des Schneckensatzes und/oder durch eine auf den Elektroantrieb wirkende Bremse gebildet wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Aktuatorvorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird durch eine Aktuatorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus umfasst eine Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Schneckenwelle wirkverbunden ist, wobei die Schneckenwelle eine Schnecke aufweist, die mit einem Schneckenrad im Zahneingriff steht, wobei ferner das Schneckenrad dazu vorgesehen ist, drehfest mit einer Spindelmutter oder einer Gewindespindel eines Gewindetriebs verbunden zu werden, wobei eine Verriegelungseinheit mit der Schneckenwelle wirkverbunden ist, wobei die Verriegelungseinheit ein an der Schneckenwelle angeordnetes Kulissenelement und ein erstes sowie zweites mit dem Kulissenelement zusammenwirkendes Formelement aufweist, wobei ferner die Verriegelungseinheit in einer Sperrstellung dazu vorgesehen ist, die Schneckenwelle stationär festzulegen, wobei das erste Formelement zur Einleitung der Sperrstellung der Verriegelungseinheit an einem Sperranschlag am Kulissenelement zur Anlage kommt.
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Insbesondere ist die Antriebsmaschine als elektrische Maschine ausgebildet und dazu vorgesehen, variabel in zwei Drehrichtungen betrieben zu werden. Unter dem Begriff wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elementen noch weitere Elemente befinden können, beispielsweise eine oder mehrere Wellen. Mithin ist die Verriegelungseinheit zumindest mittelbar mit der Schneckenwelle verbunden. Die Schneckenwelle und das Schneckenrad bilden ein Schneckengetriebe. Insbesondere ist das Schneckengetriebe selbsthemmend ausgebildet. Des Weiteren sind auch andere Getriebeformen als das Schneckengetriebe denkbar. Beispiele dafür sind Stirnradgetriebe oder Riementriebe.
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Die Verriegelungseinheit umfasst das Kulissenelement, das drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist, sowie die beiden Formelemente, die drehfest an einem Gehäuse der Aktuatorvorrichtung aufgenommen sind. Durch das zur Anlage Kommen des ersten Formelements am Sperranschlag des Kulissenelements wird eine Rotation des Kulissenelements in eine Drehrichtung verhindert, sodass der Fahrzeugaufbau nicht weiter abgesenkt werden kann. Der Sperranschlag ist dazu vorgesehen, das erste Formelement aufzunehmen, um die Antriebsmaschine zu entlasten.
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Das Schneckenrad ist zumindest mittelbar mit einem rotierbaren Bauteil eines Gewindetriebs, nämlich mit der Spindelmutter oder der Gewindespindel einer Höhenverstellungsvorrichtung für ein Fahrzeug verbunden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung Teil einer Vorrichtung zur Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus, wobei die Aktuatorvorrichtung entweder zwischen dem Fahrzeugaufbau und einer Fahrwerksfeder oder zwischen der Fahrwerksfeder und einem Radträger angeordnet ist. Im ersten Fall kann die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung am oberen Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein. Im zweiten Fall kann die erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung am unteren Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein. Insbesondere ist die Höhenverstellungsvorrichtung durch den Gewindetrieb gebildet, der die entlang einer Hubachse angeordnete, ein erstes Hubteil bildende Gewindespindel sowie die ein zweites Hubteil bildende Spindelmutter aufweist. Der Gewindetrieb ist insbesondere durch einen Kugelgewindetrieb gebildet, dessen Kugeln an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen der Spindelmutter und der Gewindespindel abwälzen. Mit derartigen Kugelgewindetrieben können zuverlässige Stellbewegungen der Aktuatorvorrichtung durchgeführt werden.
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Vorzugsweise ist das Kulissenelement zylinderförmig ausgebildet, wobei an einer Außenumfangsfläche des Kulissenelements Führungsbahnen zur Führung der beiden Formelemente ausgebildet sind. Somit kommen die Formelemente an den Führungsbahnen zur Anlage und gleiten bei Einleitung einer Drehbewegung durch die Antriebsmaschine entlang der jeweiligen Führungsbahn.
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Des Weiteren bevorzugt sind die beiden Formelemente axial verschiebbar auf einer Hülse angeordnet, wobei die Hülse axial verschiebbar an einem Führungselement angeordnet ist, wobei das Führungselement zwischen einem ersten und zweiten Anschlag aufgenommenen ist. Mithin sind die beiden Formelemente einerseits relativ zueinander axial verschiebbar und andererseits gemeinsam über die Hülse axial verschiebbar. Die axiale Verschiebung der beiden Formelemente relativ zueinander ist durch distale Endabschnitte der Hülse beschränkt. Ferner ist die axiale Verschiebung der Hülse am Führungselement durch den ersten und zweiten Anschlag beschränkt. Die beiden Formelemente und die Hülse sind in der Anordnung gegen Verdrehen gesichert.
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Ferner bevorzugt ist axial zwischen den beiden Formelementen ein erstes Federelement angeordnet, das dazu vorgesehen ist, die beiden Formelemente axial auseinander zu drücken. Mit anderen Worten werden die beiden Formelemente durch das axial dazwischen angeordnete erste Federelement axial belastet. Das erste Federelement ist radial um die Hülse herum ausgebildet und stützt sich axial am ersten und zweiten Formelement ab.
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Vorzugsweise ist axial zwischen der Hülse und dem zweiten Anschlag ein zweites Federelement angeordnet, wobei das zweite Federelement dazu vorgesehen ist, die Hülse axial an den ersten Anschlag zu drücken. Somit wird die Hülse durch das daran angeordnete zweite Federelement axial belastet, wobei das zweite Federelement radial um das Führungselement herum ausgebildet ist und sich axial an der Hülse und am zweiten Anschlag abstützt.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Schneckenwelle und die Antriebswelle über Lagerelemente drehbeweglich in einem Aktuatorgehäuse gelagert sind. Die Antriebsmaschine kann beispielsweise am Aktuatorgehäuse angeflanscht oder auch im Aktuatorgehäuse aufgenommen sein.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer teilweise dargestellten Verriegelungseinheit der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung nach 1,
- 3 eine schematische Perspektivdarstellung eines Kulissenelements der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung nach 1,
- 4 eine schematische Draufsicht des Kulissenelements nach 3,
- 5a-5d vier verschiedene schematische Ansichten des Kulissenelements nach 3, und
- 6 eine schematische zweidimensionale Abwicklung des Kulissenelements nach 3.
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Gemäß 1 umfasst eine erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung zur Höhenverstellung eines - hier nicht dargestellten - Fahrzeugaufbaus, eine Antriebsmaschine 1, die dazu vorgesehen ist, elektrisch betrieben zu werden, und eine damit verbundene Antriebswelle 2, die die Antriebsmaschine 1 mit einer Getriebeanordnung verbindet. In einem Aktuatorgehäuse 17 ist eine Schneckenwelle 3 über mehrere Lagerelemente 5 drehbeweglich gelagert, wobei die Schneckenwelle 3 formschlüssig mit der Antriebswelle 2 verbunden ist. Vorliegend wird der Formschluss über Formelemente 18 auf der Antriebswelle 2 und einem drehfest mit der Schneckenwelle 3 verbundenen Kupplungselement 19 realisiert.
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Die Schneckenwelle 3 weist eine Schnecke 3a auf, die mit einem Schneckenrad 4 im Zahneingriff steht, wobei das Schneckenrad 4 drehfest mit einer Spindelmutter 6 eines Gewindetriebs 8 verbunden ist. Zur Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus wirkt die Spindelmutter 6 mit einer komplementär dazu ausgebildeten Gewindespindel 7 des Gewindetriebs 8 zusammen, wobei die Spindelmutter 6 und die Gewindespindel 7 im Eingriff miteinander sind. Mithin wird die Spindelmutter 6 von dem Schneckengetriebe angetrieben, wobei die Gewindespindel 7 drehfest gelagert ist. Das Aktuatorgehäuse 17 und die Spindelmutter 6 sind über eine - nicht weiter dargestellte - Verdrehsicherung gegen Verdrehen gesichert.
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Ferner umfasst die Aktuatorvorrichtung eine Verriegelungseinheit 9, die mit der Schneckenwelle 3 wirkverbunden ist. Die Verriegelungseinheit 9 umfasst ein an der Schneckenwelle 3 angeordnetes Kulissenelement 10 und ein erstes sowie zweites mit dem Kulissenelement 10 zusammenwirkendes Formelement 11a, 11b. Die Verriegelungseinheit 9 ist in einer Sperrstellung dazu vorgesehen, die Schneckenwelle 3 stationär festzulegen, wobei das erste Formelement 11a zur Einleitung der Sperrstellung an einem Sperranschlag 12 am Kulissenelement 10 zur Anlage kommt.
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Nach 2 ist ein Teil der Verriegelungseinheit 9 aus 1 vergrößert dargestellt, wobei das Kulissenelement 10 hier nicht dargestellt ist. Der in 2 dargestellte Teil der Verriegelungseinheit 9 ist dazu vorgesehen, stationär am Aktuatorgehäuse 17 befestigt zu werden. Gemäß 2 sind die beiden Formelemente 11a, 11b axial verschiebbar auf einer gemeinsamen Hülse 13 angeordnet. Die Hülse 13 ist ihrerseits axial verschiebbar an einem Führungselement 14 angeordnet, wobei das Führungselement 14 zwischen einem ersten und zweiten Anschlag 15a, 15b aufgenommenen ist. Axial zwischen den beiden Formelementen 11a, 11b ist ein erstes Federelement 16a angeordnet, das dazu vorgesehen ist, die beiden Formelemente 11a, 11b axial auseinander zu drücken. Das erste Federelement 16a kommt dabei axial an den beiden Formelementen 11a, 11b zur Anlage. Ferner ist axial zwischen der Hülse 13 und dem zweiten Anschlag 15b ein zweites Federelement 16b angeordnet, wobei das zweite Federelement 16b dazu vorgesehen ist, die Hülse 13 axial an den ersten Anschlag 15a zu drücken. Mithin stützt sich das zweite Federelement 16b an der Hülse 13 und am zweiten Anschlag 15b ab. Die Formelemente 11a, 11b sind auf der Hülse 13 drehfest angeordnet. Ferner ist die Hülse 13 drehfest auf dem Führungselement 14 angeordnet.
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3 zeigt das Kulissenelement 10 in einer perspektivischen Ansicht. Aus 3 geht besonders gut hervor, dass das Kulissenelement 10 zylinderförmig ausgebildet ist. An einer Außenumfangsfläche des Kulissenelements 10 sind zwei Führungsbahnen F1, F2 zur Führung der beiden Formelemente 11a, 11b ausgebildet.
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In 4 ist eine Draufsicht des Kulissenelements 10 dargestellt. An einer Innenumfangsfläche ist ein Formelement 20 zur drehfesten Verbindung des Kulissenelements 10 mit der Schneckenwelle 3 ausgebildet.
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Die 5a, 5b, 5c und 5d zeigen das Kulissenelement 10 in einer Seitendarstellung, wobei 5b gegenüber 5a um 90° gedreht ist, wobei ferner 5c gegenüber 5a um 180° gedreht ist, und wobei 5d gegenüber 5a um 270° gedreht ist.
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6 zeigt eine zweidimensionale Abwicklung des Kulissenelements 10 nach 3. Mithin sind die vier Positionen des Kulissenelements 10 gemäß den 5a-5d kontinuierlich dargestellt. Die Außenumfangsfläche des Kulissenelements 10 ist profiliert und weist zwei Führungsbahnen F1, F2 zur Führung der beiden Formelemente 11a, 11b auf. Im Wesentlichen ist die erste Führungsbahn F1 dazu vorgesehen, das erste Formelement 11a zu führen, wobei die zweite Führungsbahn F2 dazu vorgesehen ist, das zweite Formelement 11b zu führen.
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Zum Anheben des Fahrzeugaufbaus wird die Antriebsmaschine 1 in eine erste Drehrichtung betrieben, nämlich so, dass sich das am Sperranschlag 12 befindliche Formelement 11a vom Sperranschlag 12 löst und somit den Sperranschlag 12 verlässt. Die beiden Formelemente 11a, 11b befinden sich zunächst in der ersten Führungsbahn F1, wobei das zweite Formelemente 11b an einer ersten dafür vorgesehenen Position A des Kulissenelements 10 in die zweite Führungsbahn F2 wechselt. Im Weiteren Verlauf können die beiden Formelemente 11a, 11b die beiden Führungsbahnen F1, F2 am Kulissenelement 10 ungehindert durchlaufen.
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Zum Absenken des Fahrzeugaufbaus wird die Antriebsmaschine 1 zunächst in die erste Drehrichtung betrieben, so dass sich das am Sperranschlag 12 befindliche Formelement 11a vom Sperranschlag 12 löst und somit den Sperranschlag 12 verlässt. Durch einen Drehrichtungswechsel an der ersten dafür vorgesehenen Position A des Kulissenelements 10 wird das zweite Formelement 11b entlang der zweiten Führungsbahn F2 geführt, mithin oberhalb einer Profilinsel 21. Dadurch wird das erste Führungselement 11a in der ersten Führungsbahn F1 kontrolliert an dem Sperranschlag 12 vorbeigeführt. Zum Festsetzen der Position des Fahrzeugaufbaus während des Betriebs der Antriebsmaschine 1 in die zweite Drehrichtung wird ein Drehrichtungswechsel an einer zweiten dafür vorgesehenen Position B des Kulissenelements 10 durchführt. Dadurch gelangt das zweite Formelement 11b wieder in die erste Führungsbahn F1. Ferner wird das erste Führungselement 11a in der ersten Führungsbahn F1 kontrolliert zum Sperranschlag 12 geführt, wobei ein erneuter Drehrichtungswechsel vor einem Erreichen der ersten Position A des Kulissenelements 10 notwendig ist. Der Sperranschlag 12 ist dazu vorgesehen, das erste Formelement 11a aufzunehmen, um die Antriebsmaschine 1 zu entlasten.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorgehend beschriebene Ausführungsbeispiel. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Gewindespindel 7 von dem Schneckengetriebe angetrieben werden, wobei die Spindelmutter 6 drehfest gelagert ist. Ferner sind auch andere Getriebearten als ein Schneckengetriebe denkbar, so beispielsweise Zahnradgetriebe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmaschine
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Schneckenwelle
- 3a
- Schnecke
- 4
- Schneckenrad
- 5
- Lagerelement
- 6
- Spindelmutter
- 7
- Gewindespindel
- 8
- Gewindetrieb
- 9
- Verriegelungseinheit
- 10
- Kulissenelement
- 11a, 11b
- Formelement
- 12
- Sperranschlag
- 13
- Hülse
- 14
- Führungselement
- 15a, 15b
- Anschlag
- 16a, 16b
- Federelement
- 17
- Aktuatorgehäuse
- 18
- Formelement
- 19
- Kupplungselement
- 20
- Formelement
- 21
- Profilinsel
- A
- erste Position
- B
- zweite Position
- F1
- erste Führungsbahn
- F2
- zweite Führungsbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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