DE102022114876B3

DE102022114876B3 - Linearaktuator

Info

Publication number: DE102022114876B3
Application number: DE102022114876.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Doerner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2042-06-15

Abstract

Linearaktuator, in dessen Gehäuse (1) eine längsverschiebliche Schubstange (6) angeordnet ist, die gegenüber dem Gehäuse (1) mittels eines Verdrehsicherungselementes (11) verdrehsicher angeordnet ist, das ein von einer Kunststoffhülle (12) umhülltes Metallinlay (13) aufweist, dessen Innenkontur (14) die Außenkontur der Schubstange (6) verdrehsicher umgreift, wobei das Metallinlay (13) als Blechstapel (15) ausgeführt ist, der eine Vielzahl von entlang der Schubstangenachse hintereinander angeordneten Blechprofilen (16) aufweist, die fest miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator, insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.
Aus DE102019125666 A1 ist ein Linearaktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt geworden. In dessen Gehäuse ist eine längsverschiebliche Schubstange angeordnet. Ein Elektromotor treibt die Schubstange über ein Rot-Trans-Getriebe an, das eine Rotation des Elektromotors in eine Translation der Schubstange umwandelt. Die Schubstange ist gegenüber dem Gehäuse mittels eines Verdrehsicherungselementes verdrehsicher angeordnet. Diese Verdrehsicherung weist ein in eine Längsnut des Gehäuses eingreifendes Gleitelement auf, das durch ein Drahtgestrick gebildet ist. Das Drahtgestrick ist als um die Spindel angeordnetes Ringelement ausgebildet, das mittels eines Spannstiftes an der Schubstange gehaltert ist.
Aufgabe der Erfindung war es, eine alternativen Linearaktuator anzugeben, dessen Verdrehsicherung auf wirtschaftliche Weise und einfach herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Linearaktuator nach Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Der Linearaktuator hat ein Gehäuse, in dem eine längsverschiebliche Schubstange angeordnet ist. Ein Elektromotor kann die Schubstange über ein Rot-Trans-Getriebe antreiben, das eine Rotation des Elektromotors in eine Translation der Schubstange umwandelt. Vorzugsweise ist als Getriebe ein Gewindetrieb vorgesehen, dessen drehangetriebene Getriebeteile in Eingriff mit einem Gewinde einer Gewindespindel kämmen, die Teil der Schubstange ist.
Bevorzugt werden Planetenwälzgewindetriebe eingesetzt, deren Planetenrollen in Wälzeingriff mit einer Gewindespindel als Teil der Schubstange stehen. Die Planetenrollen können in einem Planetenrollenkäfig gelagert sein, der in einem Ringraum zwischen der Gewindespindel und einer Mutter eingesetzt ist. Die Planetenrollen wälzen am Innenumfang der Mutter ab. Der Planetenrollenkäfig kann drehangetrieben werden. In diesem Fall ist der Planetenwälzgewindetrieb steigungstreu. Das bedeutet, dass pro Umdrehung des Planetenrollenkäfigs die Schubstange exakt um den Betrag der Steigung des Gewindes der Gewindespindel axial verschoben wird. Die Schubstange kann mit ihren Enden durch Gehäuseöffnungen des Gehäuses durchgeführt sein und mit Gabelköpfen versehen sein, an die Spurstangen anschließen, über die die Fahrzeugräder des Kraftfahrzeuges angelenkt werden und deren Lenkwinkel verstellen.
Die längsverschiebliche Schubstange ist gegenüber dem Gehäuse mittels eines Verdrehsicherungselementes verdrehsicher angeordnet. Der rotative Freiheitsgrad der Schubstange wird mittels des Verdrehsicherungselementes gesperrt. Über die optionalen Spurstangen wird die Schubstange mit Stellkräften und äußeren Kräften belastet, die als Querkraft auf die Schubstange einwirken. Diese Querkräfte werden durch das Verdrehsicherungselement zumindest teilweise aufgefangen, das eine unerwünschte Biegung der Schubstange reduziert.
Das Verdrehsicherungselement kann fest mit der Schubstange verbunden sein und mit Gleit- und Abstützflächen an dem Gehäuse längsverschieblich gelagert und radial abgestützt sein, so dass die eingeleiteten Querkräften zumindest teilweise in das Gehäuse eingeleitet werden.
Das Verdrehsicherungselement weist ein von einer Kunststoffhülle umhülltes Metallinlay auf, dessen Innenkontur die Außenkontur der Schubstange verdrehsicher umgreift. Metallinlay und Kunststoffhülle sind vorzugsweise fest miteinander verbunden. Beispielsweise kann die Kunststoffhülle durch Umspritzen des Metallinlays mit Kunststoff gebildet sein. Das Verdrehsicherungselement ist über das Metallinlay drehfest und axial unverschieblich auf der Schubstange gehalten. Das Verdrehsicherungselement ist vorzugsweise fest mit der Schubstange verbunden, beispielsweise durch Aufpressen auf die Schubstange.
Die Kunststoffhülle ist vorzugsweise aus einem Polymer-Gleitwerkstoff oder aus einem Gleit-Verbundwerkstoff gebildet und weist einen Gleitsitz zu dem Gehäuse auf, das in der Regel aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt ist.
Die unrunde Außenkontur der Kunststoffhülle ist vorzugsweise mit Gleit- und Abstützflächen versehen für einen Gleit- und Stützkontakt an Führungsflächen des Gehäuses. Dieser Schiebesitz gewährleistet verdrehgesicherte Längsverschiebungen der Schubstange gegenüber dem Gehäuse. Zusätzlich können Querkräfte in das Gehäuse eingeleitet werden. Die unrunde Außenkontur kann als Vierkantprofil mit abgeschrägten oder abgerundeten Kanten ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Gehäuse an seinem Innenumfang ebenfalls mit einem angepassten Vierkantprofil versehen sein, das das Vierkantprofil des Verdrehsicherungselementes umgreift.
Die Schubstange kann mehrteilig ausgeführt sein. Die Schubstange kann eine Gewindespindel aufweisen, an deren beiden Enden jeweils ein Schubstangenteil befestigt ist. Die beiden Schubstangenteile können mit ihren voneinander abgewandten Enden durch Gehäuseöffnungen des Gehäuses durchgeführt sein.
Die Gewindespindel kann beidseitig Zapfen aufweisen, die jeweils mit einem der beiden Schubstangenteile verschraubt sind. Vorzugsweise ist das Verdrehsicherungselement auf einen Abschnitt des Zapfens aufgeschoben oder aufgepresst, der ein Polygonprofil aufweist, beispielsweise ein Außensechskantprofil. Das Verdrehsicherungselement kann ein Polygonprofil aufweisen, das als Innensechskantprofil ausgebildet sein kann. Das äußere Polygonprofil umgreift das innere Polygonprofil formschlüssig.
Das Metallinlay ist als Blechstapel ausgeführt, der eine Vielzahl von entlang der Schubstangenachse hintereinander angeordneten Blechprofilen aufweist, die fest miteinander verbunden sind. Aus dünnwandigem Blech können auf wirtschaftliche Weise eine Vielzahl von gleichen Blechprofilen ausgestanzt werden, die also als Gleichteile günstig herstellbar sind. Es können ausreichend viele Blechprofile gestapelt werden, bis eine Stapelhöhe erreicht ist, die ein für ein einwandfreies Verdrehsichern ausreichend starkes Metallinlay bereitstellt.
Die Blechprofile können in einem einfachen Stanzwerkzeug hergestellt werden. Die Kontur, welche die Verbindung zur Schubstange und zur Kunststoffhülle bereitstellt, kann in fast beliebiger Weise geformt sein kann. Werden die einzelnen Blechprofile beim Stapeln des Paketes verdreht kann am Außendurchmesser eine Kontur hergestellt werden, die durch Umspritzen eine Vielzahl von Abstützstellen bzw. Verbindungsstellen zwischen Kunststoff und Blechstapel generiert.
Die feste Verbindung der Blechprofile kann im Zuge des Stanzpaketierens erfolgen, und/oder durch das Umspritzen des Blechstapels mit Kunststoff.
Die Blechprofile können sämtlich gleich ausgebildet sein mit gleichen Außenkonturen sowie gleichen Innenkonturen. Die Außenkontur ist von der Innenkontur verschieden: mehrere Blechprofile sind um die Drehachse der Schubstange derart verdreht zueinander angeordnet, dass deren Innenkonturen deckungsgleich und deren Außenkonturen nicht deckungsgleich angeordnet sind. Durch geschickte Gestaltung der Außenkontur stellt das Metallinlay eine äußere Mantelfläche mit sehr vielen über den Umfang verteilt angeordneten Aussparungen oder Riffeln bereit.
Dieser aus einer Vielzahl von Blechprofilen gestapelte Blechstapel ist vorzugsweise stanzpaketiert; stanzpaketierte Blechprofile sind aus Blechen gestanzt und zu dem Metallinlay paketiert. Das Stanzpaketieren kombiniert die Verfahren für das Stanzen, gegebenenfalls das Umformen und das mechanische Fügen in einem Fertigungsprozess. Aus einem Bandmaterial werden einzelne Bleche gelocht, deren gegebenenfalls gewünschte Verbindungskörper („Noppen“) können umgeformt und in einem letzten Schritt ausgeschnitten, gesammelt und zusammengefügt werden.
Die Innenkontur der Blechprofile kann als Vielkantprofil - beispielsweise als Innensechskant - ausgebildet sein und die Außenkontur der Blechprofile kann als Vielzahnprofil ausgebildet sein mit gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen, deren Anzahl unterschiedlich zu der Anzahl von Kanten des Innenvielkantes ist. Die Blechprofile werden so aufeinandergelegt, dass ihre Innenkonturen deckungsgleich sind, und dass ihre Außenkonturen nicht deckungsgleich sind. In axialer Richtung ergibt sich demzufolge eine Anordnung, dass die Zähne eines oder mehrerer der Blechprofile umfangsseitig versetzt zu Zähnen eines oder mehrerer axial benachbarter Blechprofile angeordnete sind.
Dieses Metallinlay kann von Kunststoff umspritzt sein, der die Kunststoffhülle der Verdrehsicherung bildet. Die unrunde Außenkontur der Kunststoffhülle ist vorzugsweise mit Gleit- und Abstützflächen versehen für einen Gleit- und Stützkontakt an Führungsflächen des Gehäuses für verdrehgesicherte Längsverschiebungen der Schubstange gegenüber dem Gehäuse.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt vier Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen Linearaktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges
2 ein Element des Linearaktuators in perspektivischer Darstellung
3 einen Teil des Elementes aus 2, und
4 eine Einzelheit des Elementes aus 3.

1 zeigt im Längsschnitt einen Linearaktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges. In einem Gehäuse 1 treibt ein Elektromotor 2 über einen Zahnriementrieb 3 einen Planetenwälzgewindetrieb 4 an, dessen Gewindespindel 5 Teil einer Schubstange 6 ist, die Gehäuseöffnungen 7 des Gehäuses 1 durchdringt.
Die Schubstange 6 ist gebildet aus der Gewindespindel 5, aus zwei Schubstangenteilen 8, sowie zwei Gabelköpfen 9 an den freien Enden der Schubstange 6. Die zu beiden axialen Enden der Gewindespindel 5 angeordneten Schubstangenteile 8 sind stirnseitig auf endseitige Zapfen 10 der Gewindespindel 5 aufgeschraubt. An die Gabelköpfe 9 schließen gelenkig gelagerte Spurstangen (nicht abgebildet) an, die Fahrzeugräder (nicht abgebildet) anlenken.
Unter Betätigung des Elektromotors 1 wird eine eingangsseitige Rotation des Planetenwälzgewindetriebes 4 in eine translatorische Verschiebung der ausgangsseitigen Gewindespindel 5 umgewandelt, also in eine Verschiebung der Schubstange 6 entlang ihrer Längsachse.
Eine Rotation der Schubstange 6 um ihre Längsachse wird verhindert durch ein Verdrehsicherungselement 11, das auf der Schubstange 6 befestigt ist längsverschieblich an dem Gehäuse 1 gelagert ist.
Das in 2 abgebildete Verdrehsicherungselement 11 weist ein von einer Kunststoffhülle 12 umhülltes Metallinlay 13 auf, dessen Innenkontur 14 die Außenkontur der Schubstange 6 verdrehsicher umgreift. Das Metallinlay 13 ist als Blechstapel 15 ausgeführt, der eine Vielzahl von entlang der Schubstangenachse hintereinander angeordneten Blechprofilen 16 aufweist, von denen eines in der 3 abgebildet ist.
Die Blechprofile 16 des Blechstapels 15 sind fest miteinander. Die feste Verbindung kann mittels des ans sich bekannten Stanzpaketierens erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die feste Verbindung durch die Kunststoffhülle 12 erzeugt werden, indem der Blechstapel 15 mit dem Kunststoff der Kunstststoffhülle 12 umspritzt wird.
Die Blechprofile 16 weisen gleiche Außenkonturen 17 sowie gleiche Innenkonturen 14 auf, die verschieden voneinander sind. Die Innenkontur 14 der Blechprofile 16 ist als Vielkantprofil 18 ausgebildet, im Ausführungsbeispiel als regelmäßiger Innensechskant 19. Die Außenkontur 17 der Blechprofile 16 ist als Vielzahnprofil 20 ausgebildet mit gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen 21, deren Anzahl unterschiedlich zu der Anzahl von Kanten 22 des Innensechskantes 19 ist.
Einander benachbart angeordnete Blechprofile 16 sind derart um die Drehachse der Schubstange 6 verdreht zueinander angeordnet, dass deren Innenkonturen 14 deckungsgleich und deren Außenkonturen 17 nicht deckungsgleich angeordnet sind.
Die Kunststoffhülle 12 des fest mit der Schubstange 6 verbundenen Verdrehsicherungselementes 11 weist eine unrunde Außenkontur 23 auf, die im Ausführungsbeispiel als regelmäßiger Vierkant 24 mit abgerundeten Kanten 25 ausgeführt. Die Vierkantflächen sind Gleit- und Abstützflächen 26, die für einen Gleit- und Stützkontakt an Führungsflächen (nicht abgebildet) des Gehäuses 1 gelagert sind für verdrehgesicherte Längsverschiebungen der Schubstange 6 gegenüber dem Gehäuse 1.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Elektromotor
3: Zahnriementrieb
4: Planetenwälzgewindetrieb
5: Gewindespindel
6: Schubstange
7: Gehäuseöffnung
8: Schubstangenteil
9: Gabelkopf
10: Zapfen
11: Verdrehsicherungselement
12: Kunststoffhülle
13: Metallinlay
14: Innenkontur
15: Blechstapel
16: Blechprofil
17: Außenkontur
18: Vielkantprofil
19: Innensechskant
20: Vielzahnprofil
21: Zahn
22: Kante
23: unrunde Außenkontur
24: Vierkant
25: Kante
26: Gleit- und Abstützfläche

Claims

Linearaktuator, in dessen Gehäuse (1) eine längsverschiebliche Schubstange (6) angeordnet ist, die gegenüber dem Gehäuse (1) mittels eines Verdrehsicherungselementes (11) verdrehsicher angeordnet ist, das ein von einer Kunststoffhülle (12) umhülltes Metallinlay (13) aufweist, dessen Innenkontur (14) die Außenkontur der Schubstange (6) verdrehsicher umgreift, wobei das Metallinlay (13) als Blechstapel (15) ausgeführt ist, der eine Vielzahl von entlang der Schubstangenachse hintereinander angeordneten Blechprofilen (16) aufweist, die fest miteinander verbunden sind.
Linearaktuator nach Anspruch 1, dessen Blechprofile (16) gleiche Außenkonturen (17) sowie gleiche Innenkonturen (14) aufweisen, die verschieden voneinander sind, wobei mehrere Blechprofile (16) um die Drehachse der Schubstange (6) derart verdreht zueinander angeordnet sind, dass deren Innenkonturen (14) deckungsgleich und deren Außenkonturen (17) nicht deckungsgleich angeordnet sind.
Linearaktuator nach Anspruch 2, dessen Innenkontur (14) der Blechprofile (16) als Vielkantprofil (18) ausgebildet ist und dessen Außenkontur (17) der Blechprofile (16) als Vielzahnprofil (20) ausgebildet ist mit gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen (21), deren Anzahl unterschiedlich zu der Anzahl von Kanten (22) des Viellkantprofiles (18) ist.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen stanzpaketierte Blechprofile (16) aus Blech gestanzt und zu dem Metallinlay (13) paketiert werden.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Blechprofile (16) von einem die Kunststoffhülle (12) bildenden Kunststoff umspritzt sind.
Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen unbeweglich mit der Schubstange (6) verbundenes Verdrehsicherungselement (11) mit seiner unrunden Außenkontur (23), der Kunststoffhülle (12), Gleit- und Abstützflächen (26) bildet für einen Gleit- und Stützkontakt an Führungsflächen des Gehäuses (1) für verdrehgesicherte Längsverschiebungen der Schubstange (6) gegenüber dem Gehäuse (1).
Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen längsverschieblich angetriebene Schubstange (6) mit ihren Enden durch Gehäuseöffnungen (7) des Gehäuses (1) durchgeführt ist und über Spurstangen Fahrzeugräder des Kraftfahrzeuges anlenkt.
Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 7, dessen Schubstange (6) eine Gewindespindel (5) aufweist, an deren beiden Enden jeweils ein Schubstangenteil (8) befestigt ist.