DE102018115787A1

DE102018115787A1 - Gewindetrieb und Linearaktuator mit diesem Gewindetrieb

Info

Publication number: DE102018115787A1
Application number: DE102018115787.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Hausmann; Daniel Faber; Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Gewindetrieb und ein mit diesem Gewindetrieb versehener Linearaktuator insbesondere einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. Der Gewindetrieb weist auf: eine Mutter (2), die drehbar auf einer gegenüber der Mutter (2) axial verschieblich angeordneten Gewindespindel (1) angeordnet ist, und ein Lager (3) zur drehbaren Lagerung der Mutter (2). Eine mit der Mutter (2) zusammenwirkende Reibeinrichtung (18) erzeugt ein um die Rotationsachse der Mutter (2) wirkendes Reibmoment, das abhängig ist von einer an der Gewindespindel (1) angreifenden Axiallast.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gewindetrieb, sowie einen Linearaktuator mit diesem Gewindetrieb, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.
Aus DE 10201410019 A1 beispielsweise ist eine Hinterachslenkung bekannt geworden, die einen Linearaktuator weist, dessen Radführungselement die beiden Räder einer Achse anlenkt. Der Linearaktuator weist einen Gewindetrieb auf, der durch einen Kugelgewindetrieb gebildet ist. Dieser Linearaktuator weist ein Gehäuse auf, in dem der Gewindetrieb untergebracht ist, wobei die drehbeweglich in dem Gehäuse gelagerte Mutter von einem Elektromotor drehangetrieben ist. Die Mutter ist mittels eines Rillenkugellagers in dem Gehäuse gelagert. Die Mutter ist auf einer Gewindespindel angeordnet, die unter Betätigung der Mutter relativ zu der Mutter axial verschoben wird. Die Gewindespindel ist Teil des Radführungselementes, und ist an ihren beiden axialen Enden mit Spurlenkern verbunden, die die beiden Räder anlenken.
Da der Kugelgewindetrieb nicht selbsthemmend ausgeführt ist, ist eine Blockiereinrichtung vorgesehen, die eine axiale Verschiebung der Gewindespindel verhindert, wenn der Elektromotor stromlos ist. Diese Blockiereinrichtung umfasst eine Scheibe mit Ausnehmungen, einen Elektromagneten, sowie Bolzen, die von dem Elektromagneten betätigt werden, und die in dieser Ausnehmungen eingreifen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen demgegenüber vereinfachten Gewindetrieb mit drehangetriebener Mutter anzugeben.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Gewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Die
Mutter ist drehbar auf einer gegenüber der Mutter axial verschieblich angeordneten Gewindespindel angeordnet. Der Gewindetrieb kann als Trapezgewindetrieb, Kugelgewindetrieb, Rollengewindetrieb und insbesondere als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet sein. Die Ausführungsart des Gewindetriebs, die Größe der Gewindesteigung und innere Reibung bestimmen dessen Fähigkeit, die Gewindespindel in einer axialen Position zu halten unter einer an der Gewindespindel angreifenden Axiallast, wenn keine aktive Umfangslast an der Mutter angreift.
Ferner ist ein Lager zur drehbaren Lagerung der Mutter vorgesehen. Das Lager ist vorzugsweise als Axiallager, insbesondere als Axialwälzlager ausgeführt und überträgt an der Gewindespindel angreifende Axiallasten. Das Lager kann zusätzlich als Radiallager ausgeführt sein, um die Mutter in radialen Richtungen zu lagern. Der Gewindetrieb kann in einem Gehäuse gelagert sein, das die Lagerkräfte aufnimmt.
Erfindungsgemäß ist eine mit der Mutter in Wirkverbindung angeordnete Reibeinrichtung vorgesehen, die ein um die Rotationsachse der Mutter wirkendes Reibmoment erzeugt, das abhängig ist von einer an der Gewindespindel angreifenden Axiallast. Die Reibeinrichtung ist so dimensioniert, dass der Gewindetrieb jedenfalls keine unerwünschte Drehbewegung der Mutter zulässt unter einer an der Gewindespindel angreifenden Axiallast.
Das Reibmoment kann gebildet sein aus dem Produkt der Reibkraft mit ihrem wirksamen Hebelarm um die Rotationsachse der Mutter. Die Reibkraft wirkt zwischen Reibflächen der Reibeinrichtung. Die eine Reibfläche ist der Mutter zugeordnet, die andere Reibfläche ist in Bezug auf die Mutter rotationsfest und kann einem Gehäuse zugeordnet sein, in dem der Gewindetrieb gelagert ist. Je größer die Axiallast ist, desto größer ist die Reibkraft, und demzufolge wird ein höheres Reibmoment bereitgestellt, das eine Rotation der Mutter verhindert.
Mit der Reibeinrichtung kann eine Selbsthemmung des Gewindetriebs sichergestellt werden. Die Reibeinrichtung kann derart dimensioniert sein, dass der Gesamtwirkungsgrad des Gewindetriebs auf höchstens 50 % begrenzt ist. Gewindetriebe sind unterhalb dieses Wirkungsgrades selbsthemmend (vgl Fachbuch Roloff Matek, „Maschinenelemente, 18. Auflage, Kap. 8.5.5.).
Jedenfalls stellt die Reibeinrichtung ein ausreichendes Reibmoment bereit, das ein Stillstehen der Mutter gegenüber der Gewindespindel gewährleistet, wenn Axiallasten an der Gewindespindel angreifen.
Wenn an der Gewindespindel eine kleinere äußere axiale Last angreift, mag der Gewindetrieb auch ohne zugeschaltete Reibeinrichtung aufgrund seiner Bauart und ausreichender innerer Reibung geeignet sein, eine Rotation der Mutter unter einer an der Gewindespindel angreifenden Axiallast zu verhindern. Wenn jedoch eine größere axiale Last an der Gewindespindel angreift, die eine axiale Grenzlast überschreitet, verhindert die erfindungsgemäße Reibeinrichtung eine unerwünschte Rotation der Mutter. Ohne diese Reibeinrichtung könnte diese größere Axiallast die Mutter in Drehbewegung versetzen.
Die größere Axiallast erzeugt eine Reibkraft in der Reibeinrichtung, die ein Reibmoment um die Rotationsachse des Gewindetriebs erzeugt. Auf diese Weise kann eine Selbsthemmung gewährleistet werden, jedenfalls ausreichend große Reibungsverluste des Gewindetriebes, die ein Stillstehen der Mutter gegenüber der Gewindespindel gewährleistet, wenn die Mutter nicht aktiv drehangetrieben wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Reibeinrichtung zugeschaltet ist unter einer größeren Axiallast, die größer ist als eine kritische Axiallast, und welche Reibeinrichtung abgeschaltet ist unter einer kleineren Axiallast, die kleiner als die kritische Axiallast ist. Die Reibeinrichtung kann auf die kritische Axiallast eingestellt sein, unter der die Mutter ohne Reibeinrichtung rotieren könnte, die also die inneren Verlustmomente überwindet. Unterhalb der kritischen Axiallast kann die Reibeinrichtung abgeschaltet sein, und erzeugt demzufolge keine Reibkraft und kein Reibmoment.
Der Wirkungsgrad eines Gewindetriebes kann lastabhängig sein und bei geringen äu-ßeren axialen Lasten unterhalb der kritischen Axiallast ausreichend klein sein, um den Gewindetrieb im Bereich der Selbsthemmung zu halten, ohne die Reibeinrichtung einzuschalten.
Vorzugsweise bilden die Reibeinrichtung und das Lager gemeinsam ein Reiblager, dessen zwei Reiblagerteile sowohl mit Lagerflächen zur drehbaren Lagerung der Mutter als auch mit Reibflächen der Reibeinrichtung versehen sind. Dieses Reiblager zeichnet sich in günstiger Weise dadurch aus, dass es einerseits eine drehbewegliche Lagerung der Mutter beispielsweise in einem Gehäuse ermöglicht, und andererseits sicherstellt, dass der Gesamtwirkungsgrad des Gewindetriebs oder einer diesen Gewindetrieb umfassenden Einrichtung auf höchstens 50 % begrenzt werden kann, selbst wenn sehr große axiale Lasten an der Gewindespindel angreifen. Ein weiterer Vorteil dieses Reiblagers kann darin gesehen werden, dass die Anzahl zusätzlicher Bauteile für die Reibeinrichtung minimiert werden kann, wie nachstehend weiter ausgeführt wird.
Die Reibeinrichtung weist vorzugsweise zwei Reiblagerteile auf, die unter elastischer Verformung wenigstens eines der beiden Reiblagerteile mit ihren Reibflächen in Reibkontakt kommen. Unter einer axialen Belastung der Gewindespindel werden die beiden Reiblagerteile mit ihren Reibflächen in Richtung gegeneinander gedrückt. Wenn diese axiale Last die axiale Grenzlast überschreitet ist die elastische Verformung so groß, dass die beiden Reibflächen der beiden Reiblagerteile in Reibkontakt miteinander kommen und eine Reibkraft bereitstellen, die ein ausreichend großes Reibmoment erzeugt, das eine unerwünschte Rotation der Mutter verhindert.
Insbesondere in Anwendungen mit hoher Sicherheitsstufe - beispielsweise Linearaktuatoren einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges - muss sichergestellt sein, dass bei antriebsfreier Mutter unerwünschte axiale Relativverschiebungen der Gewindespindel gegenüber der Mutter ausgeschlossen sind. Denn in der genannten Anwendung ist die Gewindespindel regelmäßig Teil eines Radführungselementes, das die Räder der Hinterachse anlenkt. Lenkbewegungen der Hinterräder müssen ausgeschlossen sein, wenn keine aktive Verstellung durch den Linearaktuator erfolgt. Aus diesem Grund kann der Federweg der beiden Reiblagerteile bis zum erforderlichen Reibkontakt und dem sich einstellenden Reibmoment so kurz bemessen sein, dass dieser Federweg keine störenden axialen Bewegungen des Radführungselementes zur Folge hat.
Diese Reiblagerteile sind vorzugsweise jeweils mit ersten kreisringförmigen Abschnitten versehen, an denen die einander zugewandten Lagerflächen ausgebildet sind. Ferner sind diese Reiblagerteile jeweils mit zu den ersten kreisringförmigen Abschnitten radial benachbart angeordneten zweiten kreisringförmigen Abschnitten versehen, an denen einander zugewandte Reibflächen der Reibeinrichtung ausgebildet sind. Die beiden Reiblagerteile bilden demzufolge wesentliche Bauteile sowohl des Lagers, als auch der Reibeinrichtung. Diese Doppelfunktion der Reiblagerteile reduziert die Anzahl der erforderlichen Bauteile deutlich und trägt zu einer erwünschten Reduzierung des Gesamtgewichts des Gewindetriebs bei.
Das wenigstens eine Reiblagerteil kann einen radial zwischen dem ersten kreisringförmigen Abschnitt und dem zweiten kreisringförmigen Abschnitt angeordneten elastisch auslenkbaren Federabschnitt aufweisen. Dieser Federabschnitt ist so ausgelegt, dass eine elastische Verformung dieses Reiblagerteils ausreichend groß ist, um die Reibflächen in der beschriebenen Weise in Reibkontakt miteinander zu bringen.
Vorzugsweise ist das Lager als Axialwälzlager ausgebildet, zwischen dessen Lagerflächen Wälzkörper angeordnet sind, die an den Laufbahnen bildenden Lagerflächen abwälzen und eine Axiallast der Gewindespindel übertragen.
Kleineren Axiallasten werden nur über das Axiallager, größere axiale Kräfte zusätzlich über die Reibeinrichtung unter Erzeugung einer Reibkraft übertragen. Der Kraftfluss erfolgt im Fall größerer axialer Lasten sowohl über das Axiallager als auch über die Reibeinrichtung.
Die beiden Reiblagerteile sind vorzugsweise derart geformt, dass bei lastfreiem Gewindetrieb die beiden Reibflächen beabstandet zueinander angeordnet sind, also kein Reibmoment übertragen wird. Unter zunehmender axialer Belastung und elastischer Verformung wenigstens einer der beiden Lagerscheiben reduziert sich der Abstand zwischen den beiden Reibflächen, bis diese schließlich in Reibkontakt kommen und die Reibeinrichtung zugeschaltet ist.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung kann ein Reiblager aufweisen, dessen Reibeinrichtung immer zugeschaltet ist, also abweichend zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auch bei geringen axialen Lasten ein Reibmoment erzeugt wird.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Gewindetrieb durch einen Planetenwälzgewindetrieb mit axial vorgespannten Planeten gebildet, die zwischen der Mutter und der Gewindespindel über den Umfang verteilt angeordnet sind, wobei die Mutter eine Hülse und zwei quer zur Längsachse geteilte Mutterteile aufweist, zwischen denen eine Distanzscheibe angeordnet ist. Die Distanzscheiben halten die beiden Mutterteile auf eine vorbestimmte Distanz, in der eine Spielfreiheit des Planetenwälzgewindetriebes gewährleistet ist. Derartige, an sich bekannte Planetenwälzgewindetriebe zeichnen sich durch eine hohe Stellgenauigkeit aus. Derartige Planetenwälzgewindetriebe können einen Wirkungsgrad größer als 50 % aufweisen, sodass mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Reibeinrichtung der Wirkungsgrad auf höchstens 50 % begrenzt ist, jedenfalls die Reibungsverluste ausreichend groß sind auch bei großen axialen Lasten, so dass unerwünschte Rotation der Mutter gegenüber der Gewindespindel ausgeschlossen ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht einen Linearaktuator mit einem erfindungsgemäßen Gewindetrieb vor, mit einem die Mutter antreibenden Motor, und mit einem Gehäuse, in dem der Gewindetrieb mittels des Lagers drehbar gelagert ist. Die Reibeinrichtung kann in diesem Fall wirksam zwischen dem Gehäuse und der Mutter angeordnet sein. Im Fall des oben beschriebenen Reiblagers kann dessen eines Reiblagerteil an der Mutter und dessen anderes Reiblagerteil an dem Gehäuse abgestützt sein,
Die Hülse der Mutter kann einen mit einem Antriebsrad - beispielsweise ein Riemenrad eines Zugmitteltriebs - versehenen Endabschnitt aufweisen, der axial benachbart zu einem die beiden Mutterteile aufnehmenden Mittelabschnitt der Hülse angeordnet ist.
In diesem Fall kann der die Mutter antreibende Elektromotor außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Der Endabschnitt kann durch einen Ringspalt zwischen Gehäuse und Gewindespindel durchgeführt sein und das Gehäuse durchdringen. Das Antriebsrad ist in diesem Fall außerhalb des Gehäuses auf diesem Hülsenabschnitt drehfest angeordnet.
Vorzugsweise ist dieser Linearaktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges weitergebildet, dessen Radführungselement zwei Räder einer Achse anlenkt, wobei die Gewindespindel Teil des Radführungselementes ist.
Bei derartigen Linearaktuatoren muss sichergestellt sein, dass eine eingestellte Lage der beiden Räder auch unter großen axialen Belastungen des Radführungselementes beibehalten wird. Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht auf einfache Art und Weise diese erforderliche Lageeinhaltung durch ausreichend große Reibungsverluste oder Selbsthemmung des Linearaktuators.
Nachstehend wird die Erfindung eines in insgesamt neun Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Linearaktuator im Längsschnitt,
2 einen erfindungsgemäßen Gewindetrieb des Linearaktuators aus 1 im Längsschnitt
3 eine Ansicht des Gewindetriebs aus 2
4 ein Reiblager des Gewindetriebs aus 2 als Einzelheit im Schnitt
5 eine Ausschnittsvergrößerung des Reiblagers aus 4
6 ein erstes Diagramm, Wirkungsgrad aufgetragen über die Axiallast
7 zweites Diagramm, Kraft im Reiblager aufgetragen über die Axiallast
8 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer Hinterachslenkung, die mit einem erfindungsgemäßen Linearaktuator versehen ist, in schematischer Darstellung und
9 eine Ausschnittsvergrößerung aus 8.

1 zeigt im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Linearaktuator, der für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Dieser Linearaktuator ist mit einem erfindungsgemäßen Gewindetrieb versehen.
Der Gewindetrieb umfasst eine auf einer Gewindespindel 1 drehbar angeordnete Mutter 2.
Unter Drehantrieb der Mutter 2 wird die drehfest angeordnete Gewindespindel 1 entlang ihrer Längsachse relativ zu der Mutter 2 verschoben.
Zu beiden axialen Seiten der Mutter 2 ist jeweils ein Lager 3 angeordnet. Über diese beiden Lager 3 ist die Mutter 2 in einem Gehäuse 12 des Linearaktuators axial gelagert. Im vorliegenden Fall sind die beiden Lager 3 als Reiblager 4 ausgebildet, wie weiter unten näher erläutert wird.
Der Gewindetrieb ist durch einen an sich bekannten Planetenwälzgewindetrieb mit axial vorgespannten Planeten 5 gebildet, die zwischen der Mutter 2 und der Gewindespindel 1 über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Mutter 2 umfasst eine Hülse 8 und zwei quer zur Längsachse geteilte Mutterteile 6, zwischen denen ein Distanzring 7 angeordnet ist. Die Planeten 5 sind in bekannter Weise mit einem nicht näher abgebildeten zahnförmigen Rillenprofil versehen, das mit zahnförmigen Rillenprofilen der Mutterteile 6 kämmt. Der Distanzring 7 drückt gegen die Mutterteile 6. Die Planeten 5 werden im Flankeneingriff mit der Mutter 2 radial in Richtung auf die Gewindespindel 1 gedrückt. Auf diese Weise ist ein spielfreier Planetenwälzgewindetrieb gebildet.
Die Hülse 8 weist einen hohlzylindrischen Mittelabschnitt 9 auf, an den axial zu beiden Seiten jeweils ein hohlzylindrischer Endabschnitt 10 anschließt, der gegenüber dem Mittelabschnitt 9 im Durchmesser verjüngt ist. Die beiden Endabschnitte 10 sind mit dem Mittelabschnitt 9 mittels Schultern 13 verbunden, die auch als Radialborde bezeichnet werden können. Auf beiden Endabschnitten 10 ist jeweils ein Radiallager 11 angeordnet. Der Gewindetrieb ist mittels dieser beiden Radiallager 11 in einem Gehäuse 12 des Linearaktuators radial gelagert.
Der Linearaktuator umfasst neben dem Gewindetrieb das Gehäuse 12 und einen Zugmitteltrieb 14, über den die Mutter 2 drehangetrieben wird. Der Zugmitteltrieb 14 umfasst ein Riemenrad 15 das drehfest auf dem einen Endabschnitt 10 der Hülse 8 befestigt ist. Ein Riemen 16 umschlingt das Riemenrad 15. Nicht abgebildet ist hier ein Elektromotor, der mit seinem Antriebsrad von dem Riemen 16 umschlungen ist.
Das als Einzelteil in der 4 abgebildete Reiblager 4 bildet einerseits ein Axialwälzlager 17 und andererseits eine Reibeinrichtung 18. Das Axialwälzlager 17 dient der axialen Lagerung des Gewindetriebs in dem Gehäuse 12. Die Reibeinrichtung 18 dient der Beaufschlagung der Mutter 2 mit einem Reibmoment, um eine gezielte Reibung zwischen der Mutter 2 und dem Gehäuse 12 zu erzeugen und ein unerwünschtes Drehen der Mutter 2 unter einer auf die Gewindespindel 1 wirkenden Axiallast zu verhindern, wenn der Linearaktuator nicht betätigt wird.
Das Reiblager 4 weist zwei Reiblagerteile 19, 20 auf, die beide ringförmig ausgebildet sind und auf dem jeweiligen Endabschnitt 10 der Hülse 8 angeordnet sind. Das eine Reiblagerteil 19 ist axial an der Schulter 13 der Hülse 8 abgestützt mit dem überwiegenden Teil seiner radialen Erstreckung. Das Reiblagerteil 19 ist auf der Hülse 8 angeordnet und dreht gemeinsam mit der Hülse 8.. Das andere Reiblagerteil 20 ist axial an dem Gehäuse 12 ortsfest abgestützt.
Beide Reiblagerteile 19,20 sind an ihren einander zugewandten Stirnseiten mit Lagerflächen 21 versehen, die jeweils als Laufbahnen 23 des Axialwälzlagers 17 ausgebildet sind. Zwischen den beiden Reiblagerteilen 19,20 wälzen über den Umfang verteilt angeordnete Kugeln 25 an den Laufbahnen 23 des Axialwälzlagers 17 ab.
Beide Reiblagerteile 19,20 sind an ihren einander zugewandten Stirnseiten mit Reibflächen 26,27 der Reibeinrichtung 18 versehen. Unter einer ausreichend großen axialen Belastung der Gewindespindel 1 wird zwischen diesen beiden Reibflächen 26,27 eine Reibkraft, die ein Reibmoment um die Spindelachse erzeugt, das ausreichend groß ist, um eine unerwünschte Rotation der Mutter 2 gegenüber dem Gehäuse 12 zu verhindern, wenn der Linearaktuator nicht aktiv betätigt wird.
Beide Reiblagerteile 19,20 sind jeweils radial innen mit ersten kreisringförmigen Abschnitten 27 versehen, an denen die genannten Laufbahnen 23 des Axialwälzlagers 17 ausgebildet sind. Beide Reiblagerteile 19, sind jeweils radial außen mit zweiten kreisringförmigen Abschnitten 28 versehen, an denen die genannten Reibflächen 26 ausgebildet sind.
Die 2 und 3 zeigen den Gewindetrieb, losgelöst von dem Gehäuse 12 des Linearaktuators an den beiden axialen Enden der Gewindespindel 1 sind Anschlussköpfe 29 ausgebildet, an die Spurlenker 31 angebunden sind, wie sie in der 9 angedeutet sind.
Den 1 und 4 kann deutlich entnommen werden, dass das Reiblagerteil 20 radial außen mit dem zweiten kreisringförmigen Abschnitt 28 an dem Gehäuse 12 axial abgestützt ist und radial innen mit dem kreisringförmigen Abschnitt 27 Axialkräfte über die Kugeln 25 überträgt. Zwischen den beiden kreisringförmigen Abschnitten 27,28 des Reiblagerteils 20 ist ein Federabschnitt 29 ausgebildet, unter dessen federelastischer Auslenkung die beiden Reibflächen 26 der beiden Reiblagerteile 19,20 in Reibkontakt miteinander kommen.
5 zeigt in der Ausschnittsvergrößerung einen geringen axialen Abstand „s“ zwischen den beiden Reiblagerflächen 26 der beiden Reiblagerteile 19,20. Dieser axiale Abstand ist ausgebildet, wenn keine axiale Last oder lediglich axiale Betriebslasten unter der Betätigung des Linearaktuator an der Gewindespindel 1 anliegen.
Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gewindetriebes und des mit diesem Gewindetrieb versehenen Linearaktuators anhand der 6 und 7 näher erläutert.
6 zeigt den Wirkungsgrad des Linearaktuators, aufgetragen über eine Axialkraft, die an der Gewindespindel 1 angreift. Parallel zur Abszisse ist bei etwa 50 % des Wirkungsgrades eine gestrichelte Linie eingezeichnet. Gewindetriebe sind im Allgemeinen selbsthemmend, wenn ihr Wirkungsgrad kleiner als 50 % ist. Das bedeutet, dass unter einer axialen Belastung der Gewindespindel eine Drehbewegung der Mutter nicht erfolgt. Da jedoch der Wirkungsgrad mit zunehmender Belastung günstiger wird, wie es im Ausführungsbeispiel mit dem vorgespannten Planetenwälzgewindetrieb der Fall ist, muss sichergestellt sein, dass bei größeren Axiallasten, die auf die Gewindespindel einwirken der Gesamtwirkungsgrad nicht größer als 50 % wird.
In der 6 ist mit einer gestrichelten Linie der Wirkungsgradverlauf ohne Reibeinrichtung angedeutet. Deutlich ist zu erkennen, dass der hier vorgestellte Planetenwälzgewindetrieb ohne die erfindungsgemäße Reibeinrichtung unter einer Axiallast von etwa 15 kN einen Wirkungsgrad erreicht, der die 50 % Grenze durchstößt. Das bedeutet, dass unter diesen größeren Axiallasten unerwünschte Drehbewegungen der Mutter möglich sind, also unerwünschte axiale Relativverschiebungen der Gewindespindel 1. Eine axiale Grenzlast kann definiert werden als die Kraft, bis zu der ein unerwünschtes Drehen der Mutter zuverlässig verhindert ist.
Der 6 kann entnommen werden, dass mit zunehmender axialer Belastung der Wirkungsgrad des Linearaktuators ansteigt. Der vorgestellte Linearaktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges arbeitet in einem Stellbereich von etwa 1 bis 10 kN. Der erfindungsgemäße Linearaktuator arbeitet in diesem Stellbereich ohne zugeschaltete Reibeinrichtung 18. Das bedeutet, in diesem Stellbereich sind die wirkenden kleineren Axiallasten kleiner als die kritische Axiallast, ab der ein günstigerer Wirkungsgrad größer als 50% erzielbar ist.
Die erfindungsgemäße Reibeinrichtung 18 ist derart ausgelegt, dass vorliegend unter einer Axiallast von ca. 10 kN die Reibeinrichtung 18 zugeschaltet wird. In dieser Situation ist die elastische Verformung des Reiblagerteils 20 so groß, dass die beiden Reibflächen 26 der beiden Reiblagerteile 19,20 miteinander in Reibkontakt kommen und ein zusätzliches Reibmoment übertragen, das einen Wirkungsgrad des Linearaktuators sicherstellt, der auch bei weiter anwachsender Axiallast deutlich unter 50 % bleibt. In der 6 ist das daran zu erkennen, dass ab einer Axiallast von ca. 10 kN der Wirkungsgrad abnehmend ist. Der Wirkungsgrad ist ab dieser axialen Grenzlast abnehmend, weil das wirksame Reibmoment unter der wachsenden Reibkraft zunimmt.
7 zeigt die Belastung des Reiblagers 4. Aufgetragen ist der Kraftverlauf im Axialwälzlager 17 und in der Reibeinrichtung 18, über die Axiallast, die an der Gewindespindel angreift. Die gestrichelte Linie deutet den Kraftverlauf in der Reibeinrichtung 18 an. Die durchgezogene Linie deutet den Kraftverlauf im Axialwälzlager 17 an. Der 7 kann entnommen werden, dass bis zu einer Axiallast von ca. 10 kN die Reibeinrichtung lastfrei ist, also nicht zugeschaltet ist. Im Axialwälzlager 17 erfolgt dagegen ein proportionaler Anstieg der wirkenden Kraft bis zu einer Axiallast von ca. 10 kN. Ab dieser kritischen Axiallast von ca. 10 kN wird die Reibeinrichtung zugeschaltet, die ab dieser Belastung die weiter anwachsende Axiallast überträgt. Demgegenüber bleibt die Lagerbelastung auch bei weiter zunehmender Axiallast konstant bei ca. 10 kN.
Die Reibeinrichtung kann abhängig von der jeweiligen Anwendung auf einfache Art und Weise so ausgelegt werden, dass ein unerwünschtes Drehen der Mutter ausgeschlossen ist, wenn diese nicht aktiv angetrieben wird.
Der 6 kann entnommen werden, dass mit zunehmender axialer Belastung der Wirkungsgrad des Linearaktuators ansteigt. Der hier vorgeschlagene Linearaktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges arbeitet in einem Stellbereich, der im mittleren Bereich bei ca. 5-6 kN angesiedelt ist. Der erfindungsgemäße Linearaktuator arbeitet in diesem Stellbereich ohne zu geschaltete Reibeinrichtung 18. Das bedeutet, in diesem Stellbereich sind die wirkenden kleineren Axiallasten kleiner als die genannte axiale Grenzlast, die auf die Gewindespindel wirkt.
Die 7 und 8 zeigen eine Anwendung des Linearaktuators in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges 30. Deutlich ist der zwischen den beiden Rädern 33 einer Achse angeordnete Linearaktuator zu erkennen, dessen Gewindespindel 1 an ihren beiden axialen Enden mit Spurlenkern 31 versehen ist, die die Räder 33 anlenken. In dieser Anwendung ist die Gewindespindel 1 Teil eines Radführungselementes 32.
Bezugszeichenliste

1: Gewindespindel
2: Mutter
3: Lager
4: Reiblager
5: Planet
6: Mutterteil
7: Distanzring
8: Hülse
9: Mittelabschnitt
10: Endabschnitt
11: Radiallager
12: Gehäuse
13: Schulter
14: Zugmitteltrieb
15: Riemenrad
16: Riemen
17: Axialwälzlager
18: Reibeinrichtung
19: Reiblagerteil
20: Reiblagerteil
21: Lagerfläche
22
23: Laufbahn
24
25: Kugel
26: Reibfläche
27: erster kreisringförmiger Abschnitt
28: zweiter kreisringförmiger Abschnitt
29: Federabschnitt
30: Kraftfahrzeug
31: Spurlenker
32: Radführungselement
33: Rad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10201410019 A1 [0002]

Claims

Gewindetrieb, dessen Mutter (2) drehbar auf einer gegenüber der Mutter (2) axial verschieblich angeordneten Gewindespindel (1) angeordnet ist, und mit einem Lager (3) zur drehbaren Lagerung der Mutter (2), gekennzeichnet durch eine mit der Mutter (2) zusammenwirkenden Reibeinrichtung (18), die ein um die Rotationsachse der Mutter (2) wirkendes Reibmoment erzeugt, das abhängig ist von einer an der Gewindespindel (1) angreifenden Axiallast.
Gewindetrieb nach Anspruch 1, dessen Reibeinrichtung (18) zugeschaltet ist unter einer größeren Axiallast, die größer ist als eine kritische Axiallast, und welche Reibeinrichtung (18) abgeschaltet ist unter einer kleineren Axiallast, die kleiner als die kritische Axiallast ist.
Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dessen Reibeinrichtung (18) und dessen Lager (3) gemeinsam ein Reiblager (4) bilden, dessen zwei Reiblagerteile (19, 20) sowohl mit Lagerflächen (21) zur drehbaren Lagerung der Mutter (2) als auch mit den Reibflächen (26) der Reibeinrichtung (18) versehen sind.
Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen zwei Reiblagerteile (19, 20) unter elastischer Verformung wenigstens eines der beiden Reiblagerteile (19, 20) mit ihren Reibflächen (26) in Reibkontakt kommen.
Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Reiblagerteile (19, 20) jeweils mit ersten kreisringförmigen Abschnitten (27) versehen sind, an denen die einander zugewandten Lagerflächen (21) ausgebildet sind, und dessen Reiblagerteile (19, 20) jeweils mit zu den ersten kreisringförmigen Abschnitten (27) radial benachbart angeordneten zweiten kreisringförmigen Abschnitten (28) versehen sind, an denen einander zugewandte Reibflächen (26) der Reibeinrichtung (18) ausgebildet sind.
Linearaktuator nach Anspruch 5, dessen wenigstens eines Reiblagerteil (20) einen radial zwischen dem ersten kreisringförmigen Abschnitt (27) und dem zweiten kreisringförmigen Abschnitt (28) angeordneten elastisch auslenkbaren Federabschnitt (29) aufweist.
Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen Lager (3) als Axialwälzlager ausgebildet ist, zwischen dessen Lagerflächen (21) Wälzkörper angeordnet sind, die an den Laufbahnen (23) bildenden Lagerflächen (21) abwälzen und eine Axiallast der Gewindespindel (1) übertragen.
Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der durch einen Planetenwälzgewindetrieb mit axial vorgespannten Planeten (5) gebildet ist, die zwischen der Mutter (2) und der Gewindespindel (1) über den Umfang verteilt angeordnet sind, wobei die Mutter (2) eine Hülse (8) und zwei quer zur Längsachse geteilte Mutterteile (6) aufweist, zwischen denen ein Distanzring (7) angeordnet ist.
Linearaktuator mit einem Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und mit einem die Mutter (2) antreibenden Motor, und mit einem Gehäuse (12), in dem der Gewindetrieb mittels des Lagers (3) drehbar gelagert ist.
Linearaktuator nach den Ansprüchen 8 und 9, dessen Hülse (8) einen mit einem Antriebsrad versehenen Endabschnitt (10) aufweist, der axial benachbart zu einem die beiden Mutterteile aufnehmenden Mittelabschnitt (9) der Hülse (8) angeordnet ist.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 9 bis 10 für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges (30), dessen Gewindespindel (1) Teil eines Radführungselementes (32) zum Anlenken der beiden Räder (33) einer Achse ausgebildet ist.