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Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeigneten Lenkungsaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Lenkungsaktuator ist beispielsweise aus der
DE 10 2018 130 228 B3 bekannt. Der bekannte Lenkungsaktuator umfasst eine Schubstange, die innerhalb eines Gehäuses verschiebbar ist. Eine Verdrehsicherung verhindert die Verdrehung der Schubstange um ihre eigene Längsachse. Die Verdrehsicherung des Aktuators nach der
DE 10 218 130 228 B3 weist ein Führungselement auf, das in einer am Gehäuse angeordneten ein- oder mehrteiligen Gleitschiene in Axialrichtung geführt ist. Zwischen der Gleitschiene und dem Gehäuse ist ein Elastomerring angeordnet. Der Elastomerring hat insbesondere die Aufgabe, Körperschall zu dämpfen, der in Folge einer Umkehr der Stellrichtung des Aktuators auftritt.
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Weitere Aktuatoren für Hinterachslenkungen von Fahrzeugen sind zum Beispiel in den Dokumenten
DE 10 2020 105 195 A1 und
DE 10 2019 115 936 A1 offenbart. Auch in diesen Fällen sorgt eine Verdrehsicherung dafür, dass eine Schubstange zwar in ihrer Längsrichtung verschiebbar, jedoch nicht um ihre eigene Achse verdrehbar ist.
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Im Fall eines in der
DE 10 2015 219 198 B4 beschriebenen Lenkungsaktuators für eine Hinterachslenkung soll eine Verdrehsicherungsfunktion durch Polygonprofile relativ zueinander verschiebbarer Komponenten erzielbar sein. Zur Erzielung des gleichen Effekts sind bei Komponenten eines in der
DE 10 2016 206 576 B3 beschriebenen Aktuators verschiedene zueinander exzentrische Konturen ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Fahrzeugs geeigneten Lenkungsaktuator anzugeben, welcher eine zwischen einer Schubstange und einem Aktuatorgehäuse wirksame Verdrehsicherung aufweist, die sich durch eine besonders fertigungsfreundliche, robuste und und kompakte Gestaltung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Lenkungsaktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Gehäuse und eine im Gehäuse geführte Schubstange, wobei zwischen dem Gehäuse und der Schubstange eine Verdrehsicherung wirksam ist. Gemäß Anspruch 1 umfasst die Verdrehsicherung zwei an einander gegenüberliegenden Umfangsseiten der Schubstange angeordnete, das heißt spiegelbildlich zueinander positionierte, jeweils eine Innenwandung des Aktuatorgehäuses kontaktierende Gleitelemente.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, bei denen ein Element einer Verdrehsicherung aus einer verschiebbaren Stange in radialer Richtung herausragt, ist beim anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuator durch die an der Schubstange anliegende Anordnung der Gleitelemente ein vergleichsweise geringer Raumbedarf in radialer Richtung der Schubstange gegeben. Durch die Anordnung der Gleitelemente nahe an der Mittelachse der Schubstange treten bei einem gegebenen Drehmoment, welches in der Schubstange wirkt, tendenziell größere Kräfte innerhalb der Verdrehsicherung auf als bei konventionellen Verdrehsicherungsmechanismen, bei welchen eine Drehmomentabstützung in größerer Entfernung von der Mittelachse des gegen Verdrehung zu sichernden Maschinenteils vorgesehen ist.
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Dieser Effekt, der durch das Abstützen einer Torsionsbelastung in achsnahen Bereichen gegeben ist, wird jedoch dadurch zumindest teilweise ausgeglichen oder sogar überkompensiert, dass die Verdrehsicherung eine zweifache Abstützung der Schubstange, nämlich in zwei einander diametral gegenüberliegenden Bereichen, vorsieht. In den Umfangsbereichen der Schubstange, welche zwischen den beiden Gleitelementen liegen, ist dagegen kein Kontakt zwischen der Schubstange und dem Gehäuse gegeben. Die Verdrehsicherung des anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuators ist damit in fertigungstechnischer Hinsicht weniger anspruchsvoll als an sich bekannte Verdrehsicherungsmechanismen mit formschlüssig ineinandergreifenden polygonförmigen, beispielsweise viereckigen, Verdrehsicherungskonturen.
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Zugleich sorgt die symmetrische Anordnung der beiden Gleitelemente des anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuators dafür, dass innerhalb der Verdrehsicherung wirkende Kräfte, die auf ein Drehmoment in der Schubstange zurückzuführen sind, nicht im Sinne einer Verdrängung der Mittelachse der Schubstange aus ihrer ursprünglichen Lage wirken. Prinzipiell können, ohne das Prinzip der symmetrischen Anordnung der Gleitelemente zu verlassen, auch an beiden Seiten der Schubstange mehrere Gleitelemente in Längsrichtung der Schubstange hintereinander angeordnet sein.
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In allen Fällen ist die Schubstange zur gelenkigen Kopplung mit Fahrwerkselementen, insbesondere Spurstangen, vorgesehen, welche der Verstellung des Lenkwinkels der Räder eines Fahrzeugs dienen. Insbesondere handelt es sich dabei um die Hinterräder eines Kraftfahrzeugs. Auch eine Verwendung des Lenkungsaktuators in einer Vorderachslenkung eines Kraftfahrzeugs ist möglich.
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Gemäß einer besonders raumsparenden Ausgestaltung sind die beiden Gleitelemente der Verdrehsicherung auf abgeflachten Anlageflächen der Schubstange angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Anlageflächen geringer als der Durchmesser der Schubstange ist. Unter dem Durchmesser der Schubstange wird hierbei derjenige Durchmesser verstanden, welcher in dem Abschnitt der Schubstange gegeben ist, in welchem auch die Gleitelemente angeordnet sind. Der identische Durchmesser ist in möglicher Ausgestaltung auch in den in Axialrichtung unmittelbar anschließenden Abschnitten, das heißt in den in Verschieberichtung der Schubstange vor- und nachgelagerten Abschnitten der Schubstange, gegeben.
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Jedes der Gleitelemente kann beispielsweise auf einen als integralen Bestandteil der Schubstange ausgebildeten, aus der jeweiligen Anlagefläche herausragenden Zapfen aufgesetzt sein.
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Bei einem kreisrunden Querschnitt der Schubstange ragen die beiden Zapfen, welche eine gemeinsame Mittelachse aufweisen, die die Mittelachse der Schubstange rechtwinklig schneidet, in vorteilhafter Ausgestaltung nicht über den durch die zylindrische Umfangsfläche der Schubstange beschriebenen Zylinder hinaus. Damit sind gute Voraussetzungen für eine spanende Bearbeitung der Anlageflächen sowie der Zapfen gegeben. Dies gilt auch für Varianten, in denen jedes Gleitelement auf eine Mehrzahl an Zapfen aufgesetzt ist.
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Verdrehungen der Gleitelemente um die Mittelachse der Zapfen können auch bei Ausführungsformen, bei welchen jedes Gleitelement auf lediglich einen einzigen Zapfen aufgesetzt ist, auf einfache Weise dadurch unterbunden werden, dass zumindest Abschnitte der Außenkonturen der Gleitelemente formschlüssig an Gegenkonturen der Schubstange anliegen.
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Die mindestens zwei Gleitelemente der Verdrehsicherung haben beispielsweise jeweils eine rechteckige Grundform, wobei die Ausdehnung eines jeden Gleitelementes in Längsrichtung der Schubstange größer als die Ausdehnung des Gleitelementes in hierzu orthogonaler tangentialer Richtung der Schubstange sein kann.
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Jedes der Gleitelemente ist beispielsweise an der Schubstange angeschraubt. Allgemein sind kraft- und/oder formschlüssige Mechanismen zur Halterung der Gleitelemente an der Schubstange geeignet. In jedem Fall treten bei der Betätigung des Lenkungsaktuators Relativbewegungen zwischen dessen Gehäuse und den Gleitelementen, nicht zwischen den Gleitelementen und der Schubstange, auf. Zum Beispiel können in das Lenkgestänge integrierte Halteelemente zur Halterung der Gleitelemente vorgesehen sein.
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Bei verschiedensten Arten der Halterung der Gleitelemente können diese federnd auf der Schubstange gelagert sein, wobei durch die Anfederung der Gleitelemente deren Abstand zur Mittelachse der Schubstange zumindest minimal variabel ist. Der federnde Effekt kann beispielsweise durch das Einlegen nichtmetallischer Elemente zwischen die Gleitelement und die Schubstange bewirkt werden. Als federnde Elemente, insbesondere aus einem Elastomer, sind beispielsweise O-Ringe oder Profildichtungen verwendbar. Eventuelle minimale Verschwenkungen der Schubstange um ihre eigene Achse, die auf die nachgiebige Lagerung der Gleitelemente zurückzuführen sind, sind hinsichtlich der Funktion der Verdrehsicherung ohne Belang.
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Als Werkstoffe zur Herstellung der Gleitelemente kommen insbesondere Polymer-Gleitwerkstoffe in Betracht. In diesem Zusammenhang wir beispielhaft auf die Dokumente
DE 10 2017 210 783 A1 und
DE 39 13 893 A1 hingewiesen.
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Ebenso kommen Gleit-Verbundwerkstoffe zur Herstellung der Gleitelemente in Betracht. Gleitlagerteile aus Verbundwerkstoffen sind prinzipiell beispielsweise aus den Dokumenten
DE 10 2015 202 561 A1 und
DE 10 2017 103 940 B4 bekannt.
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Das Gehäuse des Lenkungsaktuators ist insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Hierbei kann innerhalb der Verdrehsicherung ein direkter Kontakt zwischen den Gleitelementen und dem Leichtmetall, aus welchem das Gehäuse gefertigt ist, gegeben sein.
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Der Lenkungsaktuator kann unter anderem in einer elektromechanisch betätigten Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftwagens, zum Einsatz kommen. Die Verstellung der Schubstange erfolgt hierbei über ein Getriebe, welches eine Rotation in eine lineare Bewegung, das heißt in die Verschiebung der Schubstange, wandelt. Ein solches Getriebe, das heißt Rotativ-Linear-Getriebe, kann insbesondere als Kugelgewindetrieb oder als Planetenwälzgetriebe ausgebildet sein. Hinterachslenkungen mit einem Spindeltrieb, welcher als Kugelgewindetrieb oder als Planetenwälzgetriebe ausgebildet ist, sind prinzipiell beispielsweise aus der
DE 10 2020 106 785 A1 bekannt.
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Das eingangsseitige rotierende Element des Rotativ-Linear-Getriebes kann zum Beispiel elektrisch direkt oder über ein weiteres Getriebe, typischerweise ein Rotativ-Rotativ-Getriebe, beispielsweise in Form eines Umschlingungsgetriebes, insbesondere eines Riementriebs, angetrieben sein.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 einen eine Verdrehsicherung aufweisenden Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung in einer Schnittdarstellung,
- 2 Komponenten des Lenkungsaktuators nach 1 in perspektivischer Darstellung,
- 3 eine Draufsicht auf Komponenten des Lenkungsaktuators nach 1,
- 4 einen Abschnitt einer Schubstange des Lenkungsaktuators nach 1,
- 5 Details einer Verdrehsicherung eines gegenüber 1 abgewandelten Lenkungsaktuators,
- 6 in schematisierter Darstellung eine Hinterachslenkung einschließlich Lenkungsaktuator.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein Lenkungsaktuator 1 ist zur Verwendung in einer Hinterachslenkung 20 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs vorgesehen. In einem Gehäuse 2 des Lenkungsaktuators 1 ist eine Schubstange 3 verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar geführt, wobei eine zu diesem Zweck vorgesehene Verdrehsicherung 4 zwei Gleitelemente 5, 6 umfasst, die sich seitlich an Anlageflächen 7, 8 der Schubstange 3 befinden und jeweils eine Innenwandung 10 des Gehäuses 2 kontaktieren.
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Die beiden Gleitelemente 5, 6 sind spiegelbildlich zu einer die Mittelachse der Schubstange 3 schneidenden Spiegelebene angeordnet und weisen jeweils eine in Längsrichtung der Schubstange 3 zu messende Breite B und eine hierzu orthogonal, in Tangentialrichtung der Schubstange 3 zu messende Höhe H auf. Jedes Gleitelement 5, 6 hat die Grundform eines rechteckigen Plättchens mit zentraler Öffnung. Im Fall der 1 bis 4 sind die Gleitelemente 5, 6 mit ihrer zentralen Öffnung jeweils auf einen Zapfen 9 aufgesteckt, der als integraler Bestandteil der Schubstange 3 aus der Anlagefläche 7, 8 herausragt. Im Fall von 5 sind die Gleitelemente 5, 6 mit jeweils einer Schraube 19 an der Schubstange 3 gehalten.
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In beiden Fällen ist die Halterung der Gleitelemente 5, 6 derart gestaltet, dass diese zumindest noch eine geringe Beweglichkeit in Radialrichtung der Schubstange 3 haben. Die spielfreie Anlage der Gleitelemente 5, 6 an der Innenwandung 10 wird durch O-Ringe 18 bewerkstelligt, welche als federnde Elemente zwischen der Schubstange 3 und den Gleitelementen 5, 6 wirksam sind. Die O-Ringe 18 sind in Nuten 17 der Gleitelemente 5, 6 eingelegt.
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Die Anlageflächen 7, 8 sind gegenüber der im Übrigen zylindrischen, einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Umfangsfläche der Schubstange 3 nach innen, das heißt zur Mittelachse der Schubstange 3 hin, versetzt, sodass an zwei seitlichen Rändem der Anlageflächen 7, 8 jeweils Anlagekanten 16 gebildet sind, die eine Verdrehung des Gleitelementes 5, 6 um den Zapfen 9 beziehungsweise um die Mittelachse der Schraube 19 verhindern. Der Abstand zwischen den beiden Anlageflächen 7, 8 ist mit W bezeichnet und geringer als der mit D bezeichnete Durchmesser der Schubstange 3 im entsprechenden Bereich.
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In einem Umfangsbereich der Schubstange 3, welcher zwischen den Anlageflächen 7, 8 liegt, befindet sich in den Ausführungsbeispielen ein Aufsatzstück 11, welches in eine längliche Vertiefung 14 der Schubstange 3 eingesetzt ist. Das Aufsatzstück 11 kann als zusätzliches abstützendes Element vorgesehen sein und/oder messtechnische Zwecke erfüllen. In der Ansicht nach 3 ist das Aufsatzstück 11 durch eine Öffnung 13 in einem Gehäusedeckel 12 hindurch erkennbar.
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In allen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Schubstange 3 um ein Rohr, dessen Hohlraum mit 15 bezeichnet ist und ebenso wie die Schubstange 3, zumindest im größten Teil deren Länge, einen kreisrunden Querschnitt hat. Alternativ könnte auch eine massive Stange als Schubstange 3 verwendet werden. Die prinzipielle Einbausituation der Schubstange 3 ist in 6 skizziert. Der Lenkungsaktuator 1, welcher der Hinterachslenkung 20 zuzurechnen ist, kann wahlweise nach 1 bis 4 oder nach 5 gestaltet sein.
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Die Hinterachslenkung 20 umfasst einen Elektromotor 21, dessen Motorwelle mit 22 bezeichnet und parallel zur Schubstange 3 angeordnet ist. Ferner weist die Hinterachslenkung 20 eine Getriebeanordnung 23 mit zwei hintereinander geschalteten Getrieben 24, 26 auf. Hierbei handelt es sich um ein Rotativ-Rotativ-Getriebe 24 in Form eines Riementriebs, dessen Riemen mit 25 bezeichnet ist, sowie ein Rotativ-Linear-Getriebe 26 in Form eines Wälzgewindetriebs.
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Die beiden Enden der Schubstange 3 sind mit nicht dargestellten Spurstangen verbunden, welche Kräfte F1, F2 auf die Schubstange 3 übertragen. Die Kräfte F1, F2 sind, wie in 6 angedeutet ist, gegenüber der Längsachse der Schubstange 3 schräggestellt, sodass Biegebelastungen innerhalb der Schubstange 3 entstehen. Die Verdrehsicherung 4 trägt über ihre primäre Funktion, das heißt Verdrehsicherungsfunktion, hinaus zur Aufnahme solcher Biegebelastungen bei.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkungsaktuator
- 2
- Gehäuse
- 3
- Schubstange
- 4
- Verdrehsicherung
- 5
- Gleitelement
- 6
- Gleitelement
- 7
- Anlagefläche
- 8
- Anlagefläche
- 9
- Zapfen
- 10
- Innenwandung
- 11
- Aufsatzstück
- 12
- Gehäusedeckel
- 13
- Öffnung im Gehäusedeckel
- 14
- Vertiefung
- 15
- Hohlraum
- 16
- Anlagekante
- 17
- Nut
- 18
- federndes Element, O-Ring
- 19
- Schraube
- 20
- Hinterachslenkung
- 21
- Elektromotor
- 22
- Motorwelle
- 23
- Getriebeanordnung
- 24
- Rotativ-Rotativ-Getriebe, Riementrieb
- 25
- Riemen
- 26
- Rotativ-Linear-Getriebe
- B
- Breite eines Gleitelementes
- D
- Durchmesser der Schubstange
- F1
- Kraft
- F2
- Kraft
- H
- Höhe eines Gleitelementes
- W
- Abstand zwischen den Anlageflächen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018130228 B3 [0002]
- DE 10218130228 B3 [0002]
- DE 102020105195 A1 [0003]
- DE 102019115936 A1 [0003]
- DE 102015219198 B4 [0004]
- DE 102016206576 B3 [0004]
- DE 102017210783 A1 [0018]
- DE 3913893 A1 [0018]
- DE 102015202561 A1 [0019]
- DE 102017103940 B4 [0019]
- DE 102020106785 A1 [0021]
