DE102018204302A1 - Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Ein Aktuator für eine Lenkung eines Kraftfahrzeuges umfasst ein Gehäuse (2, 22, 42, 52), einen eine Spindel (4, 24) sowie eine Spindelmutter (5, 25) aufweisenden Spindelantrieb (3, 23) und ein Wälzlager (8, 28), über welches die Spindelmutter (5, 25) drehbar gegenüber dem Gehäuse (2, 22) abgestützt und axial fixiert ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Wälzlager (28) einen Außenring (28a) aus einem ersten Werkstoff und das Gehäuse (22) aus einem zweiten Werkstoff besteht, wobei der Außenring (28a) durch ein Spannelement (34, 44, 54) in axialer Richtung mit dem Gehäuse (22, 42, 52) verspannt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Hinterachslenkung sowie eine Lenkung eines Kraftfahrzeuges nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Aus der DE 10 2011 114 296 A1 ist eine elektromechanische Fahrzeuglenkung bekannt, bei der ein Wälzlager mittels einer Lagerklemmscheibe axial mit einem Lenkgetriebegehäuse verspannt ist.
  • Die Erfindung verbessert die Lagerung der Spindelmutter bei einem Aktuator der eingangs genannten Art, insbesondere im Hinblick auf die im Betrieb auftretenden Temperaturverhältnisse.
  • Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Lenkung eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Gehäuse, einen eine Spindel sowie eine Spindelmutter aufweisenden Spindelantrieb und ein Wälzlager, über welches die Spindelmutter drehbar gegenüber dem Gehäuse abgestützt und axial fixiert ist. Es ist vorgesehen, dass der Außenring des Wälzlagers durch ein Spannelement in axialer Richtung mit dem Gehäuse verspannt ist. Vorzugsweise ist der Außenring des Wälzlagers in einer Gehäusebohrung oder einem Absatz innerhalb des Gehäuses angeordnet, der einen Lagersitz für den Außenring bildet. Durch den Lagersitz ist die Position des Außenrings und damit der Spindelmutter im Gehäuse vorgegeben. Der Außenring, der zwischen Gehäuse und Spannelement eingespannt ist, steht unter einer definierten Vorspannung, welche über den gesamten während des Betriebes auftretenden Temperaturbereich aufrechterhalten wird. Das Gehäuse besteht aus einem ersten Werkstoff, wie z.B. einem Leichtmetall oder einem hoch festen und gegebenenfalls filament- oder faserverstärktem Kunststoff und der Außenring aus einem zweiten Werkstoff, wie z.B. aus Stahl, welche stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Durch den Einsatz des Spannelementes ist sichergestellt, dass auch bei höheren Temperaturen trotz der unterschiedlich starken Ausdehnungen von Lager und Gehäuse kein Axialspiel zwischen Gehäuse und Außenring auftritt. Das Spannelement weist hierzu eine ausreichende Elastizität auf, die über den gesamten Temperaturbereich die notwendige Spannkraft aufrecht erhält.
  • Als Leichtmetallwerkstoff können Aluminium oder Magnesium oder Legierungen aus diesen Stoffen genutzt werden aus denen sich Gehäuse sehr gut mittels Druckguss herstellen lassen. Stahl und Aluminium haben beispielsweise um den Faktor 2 unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement als kreisringförmiger Deckel ausgebildet, welcher mit dem Gehäuse verschraubt ist. Über die Schrauben, welche den Deckel und das Gehäuse miteinander verspannen, kann die gewünschte Vorspannung eingestellt werden. Das Spannelement ist bevorzugt aus demselben Werkstoff wie das Gehäuse gefertigt. Das Spannelement kann aber auch aus Stahl oder einem Blech, demselben Werkstoff wie der Außenring des Lagers, oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sein. Vorzugsweise ist der Deckel kostengünstig durch ein Umformverfahren wie z.B. Tiefziehen hergestellt.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Lagersitz für den Außenring, der eine Breite B aufweist, in zwei Teilbereiche geteilt, wobei ein erster Teilbereich im Gehäuse als ein Absatz und ein zweiter Teilbereich als ein koaxialer Absatz im Deckel, z.B. erstellt durch eine Bohrung, ausgebildet ist. Der kreisringförmige Deckel wird bevorzugt über den Außenring des Lagers gegenüber dem Gehäuse zentriert. Wenn hier von einer Bohrung gesprochen wird, so ist damit eine zylindrische Aussparung in Form eines Loches, insbesondere auch Sackloches gemeint. Es ist bekannt, dass Löcher spanend zum Beispiel durch Bohren oder Fräsen hergestellt werden können.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Außenring in axialer Richtung über den kreisringförmigen Deckel im Gehäuse fixiert, wobei vorzugsweise im Gehäuse ein erster axialer Anschlag und weiterhin bevorzugt im Deckel ein zweiter axialer Anschlag für den Außenring vorgesehen sind. Der Außenring wird somit zwischen diesen beiden axialen Anschlägen eingespannt, wobei die eingestellte Vorspannung - wie oben erwähnt - über den gesamten betrieblichen Temperaturbereich aufrechterhalten wird.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Außenring mit einer Spielpassung in radialer Richtung in die Gehäusebohrung eingelegt. Durch die Spielpassung wird der Vorteil erreicht, dass bei tiefen Temperaturen kein unzulässig hoher Presssitz vom Gehäuse auf den Außenring ausgeübt wird und dass dadurch erhöhte Schleppmomente sowie eine etwaige Beschädigung der Wälzkörper und Laufbahnen des Lagers vermieden werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Außenring in einem Absatz, bevorzugt einer Bohrung des Deckels mit einer Spielpassung oder unter Belassung eines Ringspalts, welcher das Mindestspiel der Spielpassung übersteigt, aufgenommen. Damit wird ein fertigungstechnischer Vorteil dahingehend erreicht, dass eine relativ eng tolerierte Bohrung, z. B. H7, nur in das Gehäuse eingebracht wird. Über die tolerierte Bohrung im Gehäuse wird das Lager zentriert. Optional kann diese Passung auch in den Deckel eingebracht werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Wälzlager einen Innenring auf, welcher auf der Spindelmutter angeordnet und auf dieser axial fixiert ist, vorzugsweise über einen Bund und eine Überwurfmutter, welche den Innenring gegenüber dem Bund verspannt.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welche eine Alternative zu dem oben erwähnten kreisringförmigen Deckel als Spannelement bildet, ist als Spannelement eine Überwurfmutter vorgesehen, welche mittels eines Außengewindes in ein Innengewinde in das Gehäuse eingeschraubt wird und somit die erforderliche Vorspannung auf den Außenring aufbringt. Diese Lösung beansprucht in radialer Richtung einen minimalen Bauraum.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist als weitere Alternative für die Ausbildung des Spannelements ein Überwurftopf mit einem L-förmigen Querschnitt vorgesehen, wobei an dem langen Schenkel ein Außengewinde und an dem kurzen Schenkel eine Planfläche als axialer Anschlag für den Außenring vorgesehen ist. Die Innenseite des langen L-Schenkels bildet die Lagerbohrung, d. h. der L-Schenkel übergreift den Außenring zumindest teilweise. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein minimaler Bauraum in axialer Richtung benötigt wird. Die Vorspannung wird durch Einschrauben des Überwurftopfes in das Gehäuse eingestellt.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lenkung, vorzugsweise eine Hinterachslenkung, mit einem Aktuator ausgebildet wie zuvor beschrieben.
  • 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
    • 1 einen Aktuator einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb,
    • 2 eine erfindungsgemäße Lagerung der Spindelmutter im Gehäuse mit einem als Deckel ausgebildeten Spannelement,
    • 3 eine erste alternative Ausführungsform eines Spannelements als Überwurfmutter und
    • 4 eine zweite alternative Ausführungsform des Spannelements als Überwurftopf.
  • 1 zeigt einen Aktuator 1 einer Hinterachslenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse 2, welches fahrzeugseitig befestigt ist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Spindelantrieb 3 angeordnet, welcher eine axial verschiebbare Spindel 4 und eine in Drehrichtung antreibbare, mit der Spindel 4 in Eingriff stehende Spindelmutter 5 aufweist. Die Spindelmutter 5 ist über einen Zugmitteltrieb 6 von einem Elektromotor 7 in Drehrichtung antreibbar, über ein Wälzlager 8 drehbar im Gehäuse 2 abgestützt und in beiden axialen Richtungen fixiert. Die Spindel 4 ist an beiden Enden mit gehäuseseitig geführten Aufschraubzapfen 9, 10 verbunden, die ihrerseits mit außerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Gelenkzapfen 11, 12 verbunden sind. Der Aktuator 1 ist als so genannter Zentralsteller ausgebildet, d. h. mittig im Fahrzeug angeordnet und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung beider Hinterräder.
  • 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen teilweise dargestellten Aktuator 21 mit einem Spindelantrieb 23, welcher eine Spindel 24 und eine Spindelmutter 25 umfasst. Die Spindelmutter 25 wird über ein Zugmittel 26 in Drehrichtung angetrieben und ist über ein hier als Rillenkugellager ausgebildetes Wälzlager 28 gegenüber dem Gehäuse 22 gelagert. Das Wälzlager 28 weist einen Außenring 28a und einen Innenring 28b auf, welcher auf der Spindelmutter 25 angeordnet und axial fixiert ist. Das Gehäuse 22, welches vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff besteht, weist eine Absatz 33 (Gehäusebohrung 33) auf, der nach innen durch einen ersten axialen Anschlag 22a begrenzt ist. Koaxial zu der Gehäusebohrung 33 ist ein kreisringförmiger Deckel 34 mit einem weiteren Absatz 34b (Deckelbohrung 34b) angeordnet und über Schrauben 35 mit dem Gehäuse 22 verspannt, wobei nicht dargestellte Gewindelöcher im Gehäuse 22 als Sacklöcher ausgebildet und damit nach außen abgedichtet sind. Der Deckel 34 weist einen zweiten axialen Anschlag 34a auf. Der Außenring 28a des Lagers 28 ist sowohl in der Gehäusebohrung 33 als auch in der Deckelbohrung 34b aufgenommen und zwischen dem ersten axialen Anschlag 22a und dem zweiten axialen Anschlag 34a eingespannt, wobei die Vorspannung über die Schrauben 35, die in die gehäuseseitigen Sacklöcher eingeschraubt sind, eingestellt wird. Die Vorspannung, die auf den Außenring 28a wirkt, ist so bemessen, dass sich auch bei höheren, während des Betriebes des Aktuators 21 auftretenden Temperaturen keine Lockerung einstellt und kein Axialspiel auftritt.
  • Der Außenring 28a ist vorzugsweise mit einer Spielpassung in die Gehäusebohrung 33 eingelegt. Zwischen der Deckelbohrung 34b und dem Außenring 28a kann dagegen ein Ringspalt s belassen werden, der größer als das Mindestspiel der Spielpassung ist.
  • 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein alternatives Spannelement in Form einer Überwurfmutter 44, welche über ein Außengewinde 44a in ein Innengewinde 42a des Gehäuses 42 einschraubbar ist. Der Außenring 48a des Wälzlagers ist in eine Gehäusebohrung 43 eingelegt und beiderseits axial fixiert. Das Gehäuse 42 weist einen ersten axialen Anschlag 42b auf, während die Überwurfmutter 44 einen zweiten axialen Anschlag 44b bildet. Zwischen beiden axialen Anschlägen 42b, 44b ist der Außenring 48a im Gehäuse 42 eingespannt, wobei die Vorspannung über die einschraubbare Überwurfmutter 44 einstellbar ist.
  • 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Spannelement 54, welches als Überwurftopf 54 mit einem L-förmigen Querschnitt ausgebildet ist. Das Gehäuse 52 weist ein Innengewinde 52a auf, während der lange L-Schenkel ein Außengewinde 54a aufweist, welches in das Innengewinde 52a einschraubbar ist. Das Gehäuse 52 weist ferner einen ersten axialen Anschlag 52 b auf, während der kurze Schenkel des Überwurftopfes 54 einen zweiten axialen Anschlag 54b aufweist. Zwischen beiden axialen Anschlägen 52b, 54b ist der Außenring 58a eingespannt, wobei die Vorspannung über das Gewinde 54a, 52a einstellbar ist.
  • Die Kontaktflächen, an denen die Vorspannung auf den Außenring 48a bzw. 58a durch Flächenpressung übertragen wird, sind durch Linien K markiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aktuator
    2
    Gehäuse
    3
    Spindelantrieb
    4
    Spindel
    5
    Spindelmutter
    6
    Zugmitteltrieb
    7
    Elektromotor
    8
    Wälzlager
    9
    Aufschraubzapfen
    10
    Aufschraubzapfen
    11
    Gelenkzapfen
    12
    Gelenkzapfen
    21
    Aktuator
    22
    Gehäuse
    22a
    erster axialer Anschlag
    23
    Spindelantrieb
    24
    Spindel
    25
    Spindelmutter
    26
    Zugmittel
    28
    Wälzlager
    28a
    Außenring
    28b
    Innenring
    33
    Gehäusebohrung, Loch, Absatz
    34
    Deckel
    34a
    zweiter axialer Anschlag
    34b
    Deckelbohrung, Loch
    35
    Schraube
    42
    Gehäuse
    42a
    Innengewinde
    42b
    erster axialer Anschlag
    43
    Gehäusebohrung
    44
    Überwurfmutter
    44a
    Außengewinde
    44b
    zweiter axialer Anschlag
    48a
    Außenring
    52
    Gehäuse
    52a
    Innengewinde
    52b
    erster axialer Anschlag
    54
    Überwurftopf
    54a
    Außengewinde
    54b
    zweiter axialer Anschlag
    58a
    Außenring
    B
    Lagerbreite
    s
    Ringspalt
    K
    Kontaktfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011114296 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Aktuator für eine Lenkung eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Gehäuse (2, 22, 42, 52), einen eine Spindel (4, 24) sowie eine Spindelmutter (5, 25) aufweisenden Spindelantrieb (3, 23) und ein Wälzlager (8, 28), über welches die Spindelmutter (5, 25) drehbar gegenüber dem Gehäuse (2, 22) abgestützt und axial fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (28) einen Außenring (28a) aus einem ersten Werkstoff und das Gehäuse (22) aus einem zweiten Werkstoff bestehen, wobei der Außenring (28a) durch ein Spannelement (34, 44, 54) in axialer Richtung mit dem Gehäuse (22, 42, 52) verspannt ist.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement als kreisringförmiger Deckel (34) ausgebildet ist, der mit dem Gehäuse (22) verschraubt ist.
  3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (28) eine Breite (B) aufweist, über einen ersten Teil seiner Breite (B) in einem Absatz (33) des Gehäuses (22) abgestützt und über einen zweiten Teil seiner Breite (B) in dem kreisringförmigen Deckel (34) aufgenommen ist.
  4. Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (28a) über den kreisringförmigen Deckel (34) in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse (22) fixiert ist.
  5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) einen ersten axialen Anschlag (22a) für den Außenring (28a) bildet.
  6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisringförmige Deckel (34) einen zweiten axialen Anschlag (34a) für den Außenring (28a) bildet.
  7. Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (28a) mit einer Spielpassung in ein Loch, insbesondere eine Bohrung (33) des Gehäuses (22) eingelegt ist.
  8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (28a) mit einer Spielpassung oder unter Belassung eines Ringspalts (s) im Deckel (34) respektive in einer Deckelbohrung (34b) aufgenommen ist.
  9. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (28) einen Innenring (28b) aufweist, welcher auf der Spindelmutter (25) angeordnet und axial fixiert ist.
  10. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement als Überwurfmutter (44) ausgebildet ist.
  11. Aktuator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (44) ein Außengewinde (44a) und das Gehäuse (42) ein Innengewinde (42a) aufweisen und dass die Überwurfmutter (44) mit dem Gehäuse (42) verschraubt ist.
  12. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement als Überwurftopf (54) mit einem L-förmigen Querschnitt ausgebildet ist.
  13. Aktuator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwurftopf (54) ein Außengewinde (54a) auf dem langen L-Schenkel und eine Anschlagfläche (54b) auf dem kurzen L-Schenkel und das Gehäuse (52) ein Innengewinde (52a) aufweisen, welches mit dem Außengewinde (54a) verschraubt ist.
  14. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als Rillenkugellager (28) oder als Vierpunktlager ausgebildet ist.
  15. Lenkung, vorzugsweise Hinterachslenkung, mit einem Aktuator nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche.
DE102018204302.7A 2017-05-05 2018-03-21 Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges Ceased DE102018204302A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020207275A1 (de) 2020-06-10 2021-12-16 Zf Friedrichshafen Ag Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges sowie Steer-by-wire-Lenkung
DE102020207277A1 (de) 2020-06-10 2021-12-16 Zf Friedrichshafen Ag Aktuator einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges sowie Steer-by-wire-Lenkung
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