DE102022129071A1

DE102022129071A1 - Steering actuator and method for steering actuation

Info

Publication number: DE102022129071A1
Application number: DE102022129071.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Krueger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2024-05-08

Abstract

Ein Lenkungsaktuator (1), insbesondere einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine Schubstange (3), welche mit Hilfe mindestens eines dielektrischen Elastomeraktors (6) verschoben wird.A steering actuator (1), in particular a rear axle steering of a motor vehicle, comprises a push rod (3) which is displaced by means of at least one dielectric elastomer actuator (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen insbesondere zur Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeigneten Lenkungsaktuator. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lenkungsbetätigung.The invention relates to a steering actuator which is particularly suitable for use in a rear axle steering system of a motor vehicle. The invention further relates to a method for steering actuation.

Ein Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der DE 10 2020 131 828 A1 bekannt. Der bekannte Aktuator ist als elektromechanischer Lenkungsaktuator ausgebildet, welcher mit einem Planetenwälzgewindetrieb arbeitet. Das Planetenwälzgetriebe setzt eine Rotation in eine lineare Bewegung einer Schubstange der Lenkung um. Als weiteres Getriebe des bekannten Aktuators ist ein elektrisch betätigter Riementrieb vorgesehen. Es liegt somit eine Hintereinanderschaltung zweier Getriebe, nämlich eines Rotativ-Rotativ-Getriebes und eines Rotativ-Linear-Getriebes, vor.An actuator for a rear axle steering of a motor vehicle is known, for example, from EN 10 2020 131 828 A1 known. The known actuator is designed as an electromechanical steering actuator, which works with a planetary roller screw drive. The planetary roller gear converts a rotation into a linear movement of a steering push rod. An electrically operated belt drive is provided as a further gear of the known actuator. This means that two gears are connected in series, namely a rotary-rotary gear and a rotary-linear gear.

Eine seit Langem bewährte Technologie, die sowohl in PKWs als auch in Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommt, stellen hydraulische Servolenkungen dar. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente DE 20 2004 008 847 U1 und DE 10 2020 006 165 A1 hingewiesen.Hydraulic power steering is a long-established technology that is used in both passenger cars and commercial vehicles. Examples of this are the documents DE 20 2004 008 847 U1 and EN 10 2020 006 165 A1 pointed out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Aktorik, welche für den Einsatz in Lenkungen, insbesondere Hinterachslenkungen, geeignet ist, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders kompakter, robuster Aufbau angestrebt wird und die Anzahl an Getriebestufen minimiert werden soll.The invention is based on the object of further developing actuators which are suitable for use in steering systems, in particular rear-axle steering systems, compared to the aforementioned prior art, whereby a particularly compact, robust design is sought and the number of gear stages is to be minimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Lenkungsbetätigung gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Lenkungsbetätigungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Aktuator, und umgekehrt.This object is achieved according to the invention by a steering actuator with the features of claim 1. The object is also achieved by a method for steering actuation according to claim 9. The embodiments and advantages of the invention explained below in connection with the steering actuation method also apply mutatis mutandis to the device, i.e. the actuator, and vice versa.

Gemäß Anspruch 1 wird für die lineare Verlagerung einer Schubstange eines Lenkungsaktuators, insbesondere Aktuators einer Hinterachslenkung, ein dielektrischer Elastomeraktor genutzt. Es findet somit eine bionische Verschiebung der Schubstange, welche über weitere mechanische Mittel den Lenkeinschlag von Rädern variiert, mittels eines elektroaktiven Polymers statt.According to claim 1, a dielectric elastomer actuator is used for the linear displacement of a push rod of a steering actuator, in particular an actuator of a rear axle steering. A bionic displacement of the push rod, which varies the steering angle of wheels via further mechanical means, thus takes place by means of an electroactive polymer.

Die Verwendung polymerer Materialien in Aktuatoren ist prinzipiell zum Beispiel aus der EP 1 145 417 B1 bekannt, die eine polymere Microantriebsmatrize mit makroskopischer Kraft und Verschiebung beschreibt.The use of polymer materials in actuators is in principle based, for example, on EP 1 145 417 B1 which describes a polymer micro-drive matrix with macroscopic force and displacement.

Wie grundsätzlich in der EP 1 145 417 B1 dargelegt ist, ist auch im vorliegenden Fall, das heißt beim anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuator, eine bidirektionale Betätigung durch zwei Aktuatoren oder zwei in entgegengesetzte Richtung wirkende, jeweils aus mehreren Einzelaktoren aufgebauten Aktorgruppen möglich.As in principle in the EP 1 145 417 B1 As explained above, in the present case, i.e. in the steering actuator according to the application, bidirectional actuation by two actuators or two actuator groups acting in opposite directions, each composed of several individual actuators, is also possible.

Ein weiteres Beispiel eines elektro-aktiven Polymeraktuators ist in der DE 10 2014 213 717 A1 offenbart. In diesem Fall ist die Verwendung eines Polymeraktuators in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Der elektro-aktive Polymeraktuator nach der DE 10 2014 213 717 A1 umfasst unter anderem einen Gleichspannungswandler mit galvanischer Trennung. Ein solcher Wandler ist optional auch beim anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuator vorhanden.Another example of an electro-active polymer actuator is in the EN 10 2014 213 717 A1 In this case, the use of a polymer actuator in a braking system of a motor vehicle is provided. The electro-active polymer actuator according to the EN 10 2014 213 717 A1 includes, among other things, a DC-DC converter with galvanic isolation. Such a converter is also optionally available in the steering actuator according to the application.

Eine elektroaktive Polymeraktuatoreinrichtung ist grundsätzlich auch aus der DE 10 2018 637 B3 bekannt. Ein dielektrischer Elastomeraktuator dieser Aktuatoreinrichtung weist eine Mehrzahl von abwechselnd aufeinander folgenden Elektrodenschichten und Elastomermaterialschichten auf. Hierbei hat jede Elastomermaterialschicht zwei einander entgegengesetzte, in der Hauptrichtung des Aktuators orientierte Hauptseiten, wobei an jeder Hauptseite eine der Elektrodenschichten anliegt. Mindestens eine der Elastomermaterialschichten ist im Fall der DE 10 2018 218 637 B3 als eine Relief-Elastomermaterialschicht ausgebildet. Im Fall des anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuators können Schichten aus Elastomermaterialien ebene und/oder dreidimensional strukturierte Oberflächen aufweisen. In analoger Weise können auch Elektrodenschichten des anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuators eben oder strukturiert sein.An electroactive polymer actuator device is also basically made of EN 10 2018 637 B3 A dielectric elastomer actuator of this actuator device has a plurality of alternating electrode layers and elastomer material layers. Each elastomer material layer has two opposing main sides oriented in the main direction of the actuator, with one of the electrode layers resting on each main side. At least one of the elastomer material layers is in the case of the EN 10 2018 218 637 B3 as a relief elastomer material layer. In the case of the steering actuator according to the application, layers of elastomer materials can have flat and/or three-dimensionally structured surfaces. In an analogous manner, electrode layers of the steering actuator according to the application can also be flat or structured.

Die elektrischen Elastomer-Aktoren, wie sie im anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuator zum Einsatz kommen, sind in der Lage, elektrische Energie direkt in mechanische Arbeit umzuwandeln. Grundsätzlich handelt es sich bei einem dielektrischen Elastomeraktor um einen nachgiebigen Kondensator, welcher einen zwischen zwei flächigen Elektroden befindlichen Elastomerfilm aufweist. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung ziehen sich die flächigen Elektroden an, sodass der Elastomerfilm zusammengedrückt wird und sich zugleich quer zur Stapelrichtung der Elektroden sowie der Elastomerfilme ausdehnt.The electrical elastomer actuators, as used in the steering actuator according to the application, are able to convert electrical energy directly into mechanical work. Basically, a dielectric elastomer actuator is a flexible capacitor which has an elastomer film located between two flat electrodes. When an electrical voltage is applied, the flat electrodes attract each other so that the elastomer film is compressed and at the same time expands transversely to the stacking direction of the electrodes and the elastomer films.

Bei dem Elastomermaterial des dielektrischen Elastomeraktors, wie er in dem anmeldungsgemäßen Lenkungsaktuator zum Einsatz kommt, kann es sich beispielsweise um ein Silikon oder Acryl handeln. Als Materialien für die flächigen Elektroden sind zum Beispiel Graphit oder Silikonöl-Graphit-Gemische geeignet. Auch metallische Werkstoffe, unter anderem Gold, sind für die Herstellung der flächigen Elektroden des Lenkungsaktuators geeignet. In jedem Fall muss eine Nachgiebigkeit der Elektroden gegeben sein.The elastomer material of the dielectric elastomer actuator, as used in the steering actuator according to the application, can be, for example, a silicone or Acrylic. Graphite or silicone oil-graphite mixtures are suitable materials for the flat electrodes. Metallic materials, including gold, are also suitable for producing the flat electrodes of the steering actuator. In any case, the electrodes must be flexible.

Gemäß verschiedener möglicher Ausgestaltungen des Lenkungsaktuators sind die Elastomeraktoren jeder Aktorgruppe gegenüber der Mittelachse der Schubstange schräggestellt, wobei die Längsachsen der einzelnen Elastomeraktoren die Oberfläche eines gedachten Kegels, dessen Spitze auf der Mittelachse der Schubstange liegt, jeweils an mindestens einem Punkt tangieren. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Längsachsen der einzelnen Elastomeraktoren keinen gemeinsamen Schnittpunkt mit der Mittelachse des Lenkungsaktuators haben, sondern bei gedachter Abwicklung des Kegels alternierend in entgegengesetzter Weise schräg auf der Kegeloberfläche angeordnet sind. Auf diese Weise wird Spiel im Lenkungsaktuator minimiert. Je nach Gesamtkonstruktion kann es damit sogar möglich sein, von einer gesonderten Verdrehsicherung der Schubstange abzusehen. Die Schubstange ist im Gehäuse des Lenkungsaktuators beispielsweise gleitgelagert.According to various possible designs of the steering actuator, the elastomer actuators of each actuator group are inclined relative to the central axis of the push rod, with the longitudinal axes of the individual elastomer actuators touching the surface of an imaginary cone, the tip of which lies on the central axis of the push rod, at least at one point. In particular, it can be provided that the longitudinal axes of the individual elastomer actuators do not have a common intersection point with the central axis of the steering actuator, but are arranged alternately in opposite directions at an angle on the cone surface when the cone is unfolded. In this way, play in the steering actuator is minimized. Depending on the overall design, it may even be possible to dispense with a separate anti-twisting device for the push rod. The push rod is, for example, slide-mounted in the housing of the steering actuator.

Gemäß einer möglichen Weiterbildung existiert ein Längenmesssystem zur Detektion von Verschiebungen der Schubstange. Ein solches Längenmesssystem kann in an sich bekannter Weise als inkrementelles und/oder absolutes Messystem ausgebildet sein. Das Längenmesssystem ist beispielsweise mittig zwischen zwei Aktorgruppen oder seitlich neben beiden Aktorgruppen platziert. Eine zentrale Anordnung hat Vorteile hinsichtlich des Raumbedarfs; eine asymmetrische Anordnung kann Vorteile in Bezug auf die Zugänglichkeit von außen mit sich bringen.According to a possible further development, there is a length measuring system for detecting displacements of the push rod. Such a length measuring system can be designed in a known manner as an incremental and/or absolute measuring system. The length measuring system is placed, for example, in the middle between two actuator groups or to the side of both actuator groups. A central arrangement has advantages in terms of space requirements; an asymmetrical arrangement can bring advantages in terms of accessibility from the outside.

Was den Aufbau der einzelnen dielektrischen Elastomeraktoren, aus welchen die Aktorgruppen gebildet sind, betrifft, existieren zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten. Beispielsweise haben die einzelnen Elastomeraktoren jeweils eine gewickelte Form. Ebenso sind gestapelte oder gefaltete Formen von Elastomeraktoren einsetzbar. In allen Fällen sind die Kräfte und Verschiebewege abhängig vom Verwendungszweck praktisch beliebig skalierbar.There are numerous design options when it comes to the structure of the individual dielectric elastomer actuators from which the actuator groups are formed. For example, the individual elastomer actuators each have a wound shape. Stacked or folded forms of elastomer actuators can also be used. In all cases, the forces and displacement paths can be scaled practically as desired, depending on the intended use.

Das Verfahren zur Lenkungsbetätigung zeichnet sich allgemein dadurch aus, dass eine Schubstange der Lenkung bionisch mittels mindestens eines elektroaktiven Polymers betätigt wird. Die Betätigung kann hierbei getriebelos erfolgen. Auch sind Ausgestaltungen realisierbar, in denen die bionische Betätigung mittels einer Mehrzahl an Elastomeraktoren derart erfolgt, dass die Längenänderung der Elastomeraktoren geringer als die Verschiebung der Schubstange ist. Eine zumindest geringfügige Reduktion der Kraft, mit welcher die Schubstange linear bewegt wird, im Vergleich zur Kraft, die durch die aktiven, elektrisch angesteuerten Elastomeraktoren in Summe aufgebracht wird, wird hierbei in Kauf genommen.The method for steering actuation is generally characterized by the fact that a steering push rod is actuated bionically by means of at least one electroactive polymer. The actuation can be carried out without a gear. Designs can also be implemented in which the bionic actuation is carried out by means of a plurality of elastomer actuators in such a way that the change in length of the elastomer actuators is less than the displacement of the push rod. An at least slight reduction in the force with which the push rod is moved linearly, compared to the force that is applied in total by the active, electrically controlled elastomer actuators, is accepted here.

In zahlreichen Bauformen ist bei jeder Verschiebung der Schubstange jeweils nur die Hälfte der Elastomeraktoren - ähnlich einem Muskel, der eine Zugkraft erzeugt - aktiv, während die andere Hälfte der Elastomeraktoren passiv bleibt. Abweichend hiervon sind auch Bauformen denkbar, in welchen bei der Betätigung des Lenkungsaktuators die Gesamtheit seiner Elastomeraktoren zusammenwirkt. Im Fall einer Integration des Lenkungsaktuators in eine Hinterachslenkung ist typischerweise lediglich eine einzige Schubstange vorhanden, mit welcher beide Hinterräder gelenkt werden. Darüber hinaus sind Ausgestaltung des Lenkungsaktuators möglich, welche lediglich zur Bewirkung eines Lenkeinschlags auf einer einzigen Fahrzeugseite vorgesehen sind. In einem solchen Fall sind gesonderte Aktuatoren für die linke und die rechte Fahrzeugseite elektronisch zu synchronisieren.In many designs, only half of the elastomer actuators are active each time the push rod is moved - similar to a muscle that generates a pulling force - while the other half of the elastomer actuators remain passive. As an alternative to this, designs are also conceivable in which all of the elastomer actuators work together when the steering actuator is actuated. If the steering actuator is integrated into a rear-axle steering system, there is typically only a single push rod that steers both rear wheels. In addition, designs of the steering actuator are possible that are only intended to cause a steering angle on a single side of the vehicle. In such a case, separate actuators for the left and right sides of the vehicle must be electronically synchronized.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
2 mehrere Elastomeraktoren des Lenkungsaktuators nach 1 in einer abgewickelten Anordnung,
3 einen Schnitt durch die Anordnung nach 1,
4 und 5 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lenkungsaktuators in einer Darstellung analog 1,
6 einen Elastomeraktor für einen Lenkungsaktuator in perspektivischer Ansicht.

Several embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. In the drawing:

1 a steering actuator for a rear axle steering in a simplified sectional view,
2 several elastomer actuators of the steering actuator 1 in a developed arrangement,
3 a section through the arrangement according to 1 ,
4 and 5 each a further embodiment of a steering actuator in a representation analogous 1 ,
6 an elastomer actuator for a steering actuator in perspective view.

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.The following explanations refer to all embodiments, unless otherwise stated. Parts that correspond to one another or have essentially the same effect are identified with the same reference symbols in all figures.

Ein Lenkungsaktuator 1, welcher kurz auch als Lenkaktor bezeichnet wird, ist als bionischer Aktor ausgebildet und zur Verwendung in einer nicht weiter dargestellten Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion von Hinterachslenkungen wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.A steering actuator 1, which is also referred to as a steering actuator for short, is designed as a bionic actuator and is intended for use in a rear axle steering system of a motor vehicle (not shown in more detail). With regard to the basic function of rear axle steering systems, reference is made to the prior art cited at the beginning.

Der Lenkungsaktuator 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem eine Schubstange 3 verschiebbar geführt ist. Die Schubstange 3 ist mit weiteren, nicht dargestellten Fahrwerkselementen gekoppelt, um eine Variation des Lenkeinschlags der Hinterräder zu ermöglichen. Zur Lagerung der Schubstange 3 im Gehäuse 2 sind Lagerungen 4 vorgesehen. In nicht dargestellter Weise kann die Schubstange 3 mehrteilig ausgebildet sein, was montagetechnische Vorteile bedeuten kann.The steering actuator 1 has a housing 2 in which a push rod 3 is slidably guided. The push rod 3 is coupled to further chassis elements (not shown) in order to enable a variation in the steering angle of the rear wheels. Bearings 4 are provided for mounting the push rod 3 in the housing 2. In a manner not shown, the push rod 3 can be designed in several parts, which can mean advantages in terms of assembly.

Die Verschiebung der Schubstange 3 erfolgt, indem an Elastomeraktoren 6, die in den Lenkungsaktuator 1 integriert sind, eine elektrische Spannung angelegt wird. Weitere Betätigungsmittel, etwa in Form eines elektromotorischen oder hydraulischen Antriebs, sind nicht vorgesehen. Eine Mehrzahl an Elastomeraktoren 6 ist zu einer Wicklungsanordnung 5 zusammengefasst, die die Schubstange 3 konzentrisch umgibt. Im Gehäuse 2 sind zwei derartige Wicklungsanordnungen 5, die auch als Aktorgruppen bezeichnet werden, angeordnet, wobei die erste der Wicklungsanordnungen 5 eine Verschiebung der Schubstange 3 in einer ersten Axialrichtung und die zweite Wicklungsanordnung 5 eine Verschiebung der Schubstange 3 in der entgegengesetzten Axialrichtung bewirkt. Die beiden Wicklungsanordnungen 5 stellen somit antagonistisch wirkende Aktorgruppen dar.The push rod 3 is moved by applying an electrical voltage to elastomer actuators 6, which are integrated in the steering actuator 1. No further actuating means, such as an electric motor or hydraulic drive, are provided. A plurality of elastomer actuators 6 are combined to form a winding arrangement 5, which concentrically surrounds the push rod 3. Two such winding arrangements 5, which are also referred to as actuator groups, are arranged in the housing 2, with the first of the winding arrangements 5 causing a displacement of the push rod 3 in a first axial direction and the second winding arrangement 5 causing a displacement of the push rod 3 in the opposite axial direction. The two winding arrangements 5 thus represent antagonistic actuator groups.

Die Mittelachse der Schubstange 3 und damit des gesamten Lenkungsaktuators 1 ist mit MA bezeichnet. Die mit VR bezeichnete Verschieberichtung der Schubstange 3 ist mit der Ausrichtung der Mittelachse MA identisch.The center axis of the push rod 3 and thus of the entire steering actuator 1 is designated MA. The displacement direction of the push rod 3 designated VR is identical to the orientation of the center axis MA.

Die Elastomeraktoren 6 der beiden Wicklungsanordnungen 5 sind über gehäuseseitige Anbindungsstellen 7 sowie schubstangenseitige Anbindungsstellen 8 mechanisch mit dem Gehäuse 2 beziehungsweise mit der Schubstange 3 gekoppelt. In den Ausführungsbeispielen sind die Elastomeraktoren 6 gewickelt aufgebaut, wie aus 6 hervorgeht. WL bezeichnet die Wicklungslängsachse des Elastomeraktors 6.The elastomer actuators 6 of the two winding arrangements 5 are mechanically coupled to the housing 2 and the push rod 3 via connection points 7 on the housing side and connection points 8 on the push rod side. In the exemplary embodiments, the elastomer actuators 6 are constructed in a wound manner, as can be seen from 6 WL denotes the longitudinal winding axis of the elastomer actuator 6.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist die Wicklungslängsachse WL eines jeden Elastomeraktors 6 gegenüber der Mittelachse MA des Lenkungsaktuators 1 schräggestellt. Ein entsprechender Schrägstellungswinkel ist mit α bezeichnet. Aufgrund des Schrägstellungswinkels α, der in den vorliegenden Fällen mindestens 5° und höchstens 30° beträgt, wird jede Längenänderung der Elastomeraktoren 6 in eine etwas größere Verschiebung der Schubstange 3 umgesetzt. Die Verschiebung der Schubstange 3 stellt somit eine etwas schnellere Bewegung als die Längenänderung der Elastomeraktoren 6 der aktiven Wicklungsanordnungen 5 dar.In all embodiments, the longitudinal winding axis WL of each elastomer actuator 6 is inclined relative to the central axis MA of the steering actuator 1. A corresponding inclination angle is designated by α. Due to the inclination angle α, which in the present cases is at least 5° and at most 30°, every change in the length of the elastomer actuators 6 is converted into a slightly larger displacement of the push rod 3. The displacement of the push rod 3 thus represents a slightly faster movement than the change in the length of the elastomer actuators 6 of the active winding arrangements 5.

Im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 sind die Elastomeraktoren ein und derselben Wicklungsanordnung 5 in der Abwicklung (2) in Zickzackform angeordnet. Hierbei ist zwischen zwei benachbarten Elastomeraktoren 6 jeweils ein Winkel β eingeschlossen, der im vorliegenden Fall ebenfalls im Bereich zwischen 5° und 30° liegt. Die Wicklungslängsachsen WL der einzelnen Elastomeraktoren 6 liegen somit nicht auf einem gemeinsamen Kegelmantel, sondern tangieren diesen Kegelmantel jeweils nur an einem einzigen Punkt. Keine der Wicklungslängsachsen WL schneidet die auf der Mittelachse MA liegende Spitze des Kegels. Insgesamt ist damit eine doppelte Schrägstellung der Elastomeraktoren 6 gegeben: zum einen ist jeder der Elastomeraktoren 6 der Wicklungsanordnung 5 gegenüber der Mittelachse MA um einen einheitlichen Winkel α schräggestellt, sodass sich die angenäherte Kegelform der Wicklungsanordnung 5 ergibt. Zum anderen sind die einzelnen Elastomeraktoren 6 jeweils um eine Achse verschwenkt, welche die Kegeloberfläche orthogonal und die Mittelachse MA um den Winkel (90°-α) schneidet. Insgesamt wird damit Spiel aus den Wicklungsanordnungen 5 und dem gesamten Lenkungsaktuator 1 genommen und eine zentrierende Wirkung auf die Schubstange 3 erzielt.In the example according to the 1 to 3 the elastomer actuators of one and the same winding arrangement 5 in the development ( 2 ) are arranged in a zigzag shape. An angle β is enclosed between two adjacent elastomer actuators 6, which in the present case is also in the range between 5° and 30°. The winding longitudinal axes WL of the individual elastomer actuators 6 therefore do not lie on a common cone shell, but rather only touch this cone shell at a single point. None of the winding longitudinal axes WL intersects the tip of the cone lying on the central axis MA. Overall, this results in a double inclination of the elastomer actuators 6: on the one hand, each of the elastomer actuators 6 of the winding arrangement 5 is inclined by a uniform angle α with respect to the central axis MA, resulting in the approximate conical shape of the winding arrangement 5. On the other hand, the individual elastomer actuators 6 are each pivoted about an axis which intersects the cone surface orthogonally and the central axis MA by the angle (90°-α). Overall, this removes play from the winding arrangements 5 and the entire steering actuator 1 and achieves a centering effect on the push rod 3.

Zur Versorgung der Elastomeraktoren 6 mit elektrischer Energie ist eine Energieversorgungseinheit 13 vorgesehen, die in den Fällen der 1 und 4 in das Gehäuse 2 eingebaut ist. Durch die zentrale Anordnung der Energieversorgungseinheit 13 ist in diesen Fällen die Anzahl an Durchreichestellen am Gehäuse 2 minimiert, wobei zugleich einfache Montagemöglichkeiten gegeben sind. Im Fall von 5 sind zwei Energieversorgungseinheiten 13 an das Gehäuse 2 angebaut. Elektrische Leitungen sind in allen Fällen mit 12 bezeichnet. Wie aus den 2 und 3 beispielhaft hervorgeht, sind mehrere Elastomeraktoren 6 gemeinsam an elektrische Leitungen 12 angeschlossen.To supply the elastomer actuators 6 with electrical energy, a power supply unit 13 is provided, which in the cases of 1 and 4 is installed in the housing 2. Due to the central arrangement of the power supply unit 13, the number of pass-through points on the housing 2 is minimized in these cases, while at the same time simple installation options are provided. In the case of 5 Two power supply units 13 are attached to the housing 2. Electrical cables are in all cases designated with 12. As can be seen from the 2 and 3 As can be seen by way of example, several elastomer actuators 6 are jointly connected to electrical lines 12.

Dem Lenkungsaktuator 1 ist in jedem Ausführungsbeispiel ein Messsystem 9 zur Positionsbestimmung der Schubstange 3 zuzurechnen. Dem Messsystem 9 ist eine Maßverkörperung 10 sowie ein Sensor 11 zuzurechnen. Mit Hilfe des Messsystems 9 detektierte Verschiebewege weichen, wie bereits erläutert, zumindest geringfügig von Längenänderungen der Elastomeraktoren 6 ab. Die mit WR bezeichnete Wirkrichtung der Elastomeraktoren 6 ist jeweils in Richtung der Wicklungslängsachse WL ausgerichtet. Im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 ist das Messsystem 9, bei welchem es sich um ein inkrementelles und/oder absolutes Messsystem handeln kann, asymmetrisch neben der Anordnung aus beiden Aktorgruppen 5 angeordnet. Dagegen befindet sich das Messsystem 9 im Ausführungsbeispiel nach 4 mittig zwischen den beiden Wicklungsanordnungen 5. Die jeweils näherungsweise kegelförmigen Wicklungsanordnungen 5 sind sowohl im Fall von 1 als auch im Fall von 4 derart ausgebildet, dass sich die beiden Kegel zur Mitte des Lenkungsaktuators 1 hin öffnen. Die Gesamtform der Aktorgruppen 5 erinnert somit an eine X-Anordnung eines zweireihigen Wälzlagers.In each embodiment, the steering actuator 1 is assigned a measuring system 9 for determining the position of the push rod 3. The measuring system 9 is assigned a measuring embodiment 10 and a sensor 11. As already explained, displacement paths detected with the aid of the measuring system 9 deviate at least slightly from length changes of the elastomer actuators 6. The effective direction of the elastomer actuators 6, designated WR, is always aligned in the direction of the winding longitudinal axis WL. In the embodiment according to the 1 to 3 the measuring system 9, which can be an incremental and/or absolute measuring system, is arranged asymmetrically next to the arrangement of both actuator groups 5. In contrast, the measuring system 9 in the embodiment according to 4 centrally between the two winding arrangements 5. The respective approximately conical winding arrangements 5 are both in the case of 1 as well as in the case of 4 designed in such a way that the two cones open towards the center of the steering actuator 1. The overall shape of the actuator groups 5 is thus reminiscent of an X-arrangement of a two-row rolling bearing.

Im Gegensatz hierzu weist die Gesamtform der Aktorgruppen 5 des Lenkungsaktuators nach 5 geometrische Gemeinsamkeiten mit einer zweireihigen Wälzlagerung in O-Anordnung auf. In diesem Fall weiten sich die beiden Kegel, die durch die Elastomeraktoren 6 der zwei Aktorgruppen 5 beschrieben sind, zu den beiden Stirnseiten des Lenkungsaktuators 1 hin auf. Das Messsystem 9 des Lenkungsaktuators 1 nach 5 ist, wie auch im Fall von 4, zwischen den beiden Aktorgruppen 5 platziert. Der gesamte Lenkungsaktuator 1 nach 5 weist eine asymmetrische Form auf, die sich darin ausdrückt, dass der Abstand zwischen dem Messsystem 9 und der linken Wicklungsanordnung 5 größer als der Abstand zwischen dem Messsystem 9 und der rechten Wicklungsanordnung 5 ist. In allen Ausführungsformen zeichnet sich der Lenkungsaktuator 1 durch gleichbleibende Produkteigenschaften über eine sehr hohe Zahl an Lastwechseln aus.In contrast, the overall shape of the actuator groups 5 of the steering actuator 5 geometric similarities with a two-row roller bearing in an O-arrangement. In this case, the two cones, which are described by the elastomer actuators 6 of the two actuator groups 5, widen towards the two front sides of the steering actuator 1. The measuring system 9 of the steering actuator 1 according to 5 is, as in the case of 4 , placed between the two actuator groups 5. The entire steering actuator 1 after 5 has an asymmetrical shape, which is expressed in that the distance between the measuring system 9 and the left winding arrangement 5 is greater than the distance between the measuring system 9 and the right winding arrangement 5. In all embodiments, the steering actuator 1 is characterized by consistent product properties over a very high number of load changes.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: LenkungsaktuatorSteering actuator
22: GehäuseHousing
33: SchubstangePush rod
44: Lagerungstorage
55: Wicklungsanordnung, AktorgruppeWinding arrangement, actuator group
66: Einzelwicklung, ElastomeraktorSingle winding, elastomer actuator
77: gehäuseseitige AnbindungsstelleHousing-side connection point
88th: schubstangenseitige Anbindungsstellepush rod side connection point
99: MesssystemMeasuring system
1010: MaßverkörperungMeasurement embodiment
1111: Sensorsensor
1212: Leitung Line
αα: Winkelangle
ββ: Winkelangle
MAMA: MittelachseCentral axis
WLWL: WicklungslängsachseWinding longitudinal axis
WRWR: WirkrichtungDirection of action
VRVR: VerschieberichtungShift direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102018218637 B3 [0010]DE 102018218637 B3 [0010]

Claims

Lenkungsaktuator (1), mit einer Schubstange (3), zu deren Verschiebung mindestens ein dielektrischer Elastomeraktor (6) vorgesehen ist.Steering actuator (1) with a push rod (3), for the displacement of which at least one dielectric elastomer actuator (6) is provided.

Lenkungsaktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elastomeraktoren (6) eine erste Aktorgruppe (5) bilden und durch weitere Elastomeraktoren (6) eine weitere Aktorgruppe (5) gebildet ist, wobei jede Aktorgruppe (5) zur Verschiebung der Schubstange (3) in genau einer Richtung vorgesehen ist.Steering actuator (1) according to Claim 1 , characterized in that several elastomer actuators (6) form a first actuator group (5) and a further actuator group (5) is formed by further elastomer actuators (6), wherein each actuator group (5) is provided for displacing the push rod (3) in exactly one direction.

Lenkungsaktuator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomeraktoren (6) jeder Aktorgruppe (5) gegenüber der Mittelachse (MA) der Schubstange (3) schräggestellt sind, wobei die Längsachsen (WL) der einzelnen Elastomeraktoren (6) die Oberfläche eines Kegels, dessen Spitze auf der Mittelachse (MA) der Schubstange (3) liegt, jeweils an mindestens einem Punkt tangieren.Steering actuator (1) according to Claim 2 , characterized in that the elastomer actuators (6) of each actuator group (5) are inclined relative to the central axis (MA) of the push rod (3), wherein the longitudinal axes (WL) of the individual elastomer actuators (6) each touch the surface of a cone, the tip of which lies on the central axis (MA) of the push rod (3), at at least one point.

Lenkungsaktuator (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (WL) der Elastomeraktoren (6) bei gedachter Abwicklung des Kegels alternierend in entgegengesetzter Weise schräg auf der Kegeloberfläche angeordnet sind.Steering actuator (1) according to Claim 3 , characterized in that the longitudinal axes (WL) of the elastomer actuators (6) are arranged alternately in opposite directions obliquely on the cone surface when the cone is imaginarily developed.

Lenkungsaktuator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch ein Längenmesssystem (9) zur Detektion der Verschiebung der Schubstange (3).Steering actuator (1) according to one of the Claims 2 until 4 , characterized by a length measuring system (9) for detecting the displacement of the push rod (3).

Lenkungsaktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenmesssystem (9) zwischen den beiden Aktorgruppen (5) angeordnet ist.Steering actuator (1) according to Claim 5 , characterized in that the length measuring system (9) is arranged between the two actuator groups (5).

Lenkungsaktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenmesssystem (9) asymmetrisch neben der Anordnung aus beiden Aktorgruppen (5) angeordnet istSteering actuator (1) according to Claim 5 , characterized in that the length measuring system (9) is arranged asymmetrically next to the arrangement of both actuator groups (5)

Lenkungsaktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomeraktor (6) als Wicklung ausgebildet ist.Steering actuator (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the elastomer actuator (6) is designed as a winding.

Verfahren zur Lenkungsbetätigung, wobei eine Schubstange (3) bionisch mittels mindestens eines elektroaktiven Polymers verschoben wird.Method for steering actuation, wherein a push rod (3) is moved bionically by means of at least one electroactive polymer.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bionische Betätigung mittels einer Mehrzahl an Elastomeraktoren (6) derart erfolgt, dass die Längenänderung der Elastomeraktoren (6) geringer als die Verschiebung der Schubstange (3) ist.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the bionic actuation is carried out by means of a plurality of elastomer actuators (6) such that the change in length of the elastomer actuators (6) is less than the displacement of the push rod (3).