DE102019108235A1

DE102019108235A1 - Lenkungsaktuator

Info

Publication number: DE102019108235A1
Application number: DE102019108235.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN113330226A; KR20210143160A; US11970221B2; CN113330226B; WO2020200358A1; US20220161844A1; KR102823178B1

Abstract

Ein Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs weist einen Spindeltrieb (5) auf, welcher mit einer Gewindespindel (16) verbundene Schubstangen (9) umfasst, die mit Hilfe von Gleitlagern (18), welche einen Luftdurchtritt ermöglichen, in einem Gehäuse (6) gelagert und an ihren Enden jeweils mit einem zur Kopplung mit einem Fahrwerkslenker vorgesehenen Anbindungselement (12) verbunden sind, wobei jeweils ein Faltenbalg (19, 20) einerseits mit dem Gehäuse (6) und andererseits mit einem der Anbindungselemente (12) verbunden ist. Jedes Gleitlager (18) ist als eine Drehung der Gewindespindel (16) ermöglichendes Lager ausgebildet, wobei an eine Gleitbuchse (23) des Gleitlagers (18) mindestens eine Längsnut (21) grenzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeigneten Lenkungsaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Lenkungsaktuator ist beispielsweise aus der DE 10 2015 219 198 B4 bekannt. Der bekannte Lenkungsaktuator umfasst einen Spindelantrieb, dessen Spindel einen als Polygonprofil ausgebildeten Gleitlagerabschnitt aufweist. Zwischen der Spindel und einem gehäuseseitigen Gleitlagerelement sind in Eckbereichen des Polygonprofils Lüftungskanäle gebildet, welche einen Luftdurchtritt zwischen einem durch einen Faltenbalg begrenzten Raum und einem weiteren Hohlraum ermöglichen. Der Lenkungsaktuator nach der DE 10 2015 219 198 B4 kann entweder nach einer Seite oder nach zwei Seiten wirken. In beiden Fällen umfasst der Spindeltrieb des bekannten Lenkungsaktuators ein Bewegungsgewinde in Form eines Trapezgewindes.
Ein aus der US 8,454,029 B2 bekannter Aktuator für eine Niveauverstellung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Ausgleichsvolumen, welches die Aufnahme beim Verstellvorgang verdrängter Luft ermöglicht.
Ein in der DE 10 2006 052 528 A1 offenbarter Faltenbalg soll derart gestaltet sein, dass in seiner maximal eingefahrenen und maximal ausgefahrenen Stellung gleiche Volumina umschlossen sind.
Aus der WO 2017/211463 A1 ist ein Linearantrieb bekannt, welcher eine in einem Lagerschild drehbar gelagerte Spindelmutter sowie eine verschiebbare Spindel umfasst, wobei die Spindel gegenüber einem Gehäuse, in welchem sich das Lagerschild befindet, durch zwei Faltenbälge abgedichtet ist. Im Lagerschild befindet sich ein Luftkanal, durch welchen bei der Betätigung des Linearantriebs Luft zwischen den durch die Faltenbälge umschlossenen Räume strömen kann.
In der DE 10 2009 052 790 A1 sind Komponenten einer Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug beschrieben. An einem Führungsholm ist ein Faltenbalg befestigt, durch welchen ein gekapselter Raum gebildet ist. In dem Raum eingeschlossene Luft kann durch eine Gleitlagerung des Führungsholms strömen, wobei zu diesem Zweck Längsrillen in Lagerkomponenten eingeformt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelten Lenkungsaktuator anzugeben, welcher einen Luftdurchtritt durch eine Gleitlagerung ermöglicht, wobei zugleich ein fertigungstechnisch günstiger Aufbau gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Lenkungsaktuator, welcher für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet ist, umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption einen Spindeltrieb, das heißt ein Rotativ-Linear-Getriebe. Hierbei ist die Gewindespindel des Spindeltriebs mit Schubstangen verbunden oder einteilig ausgebildet. Die Schubstangen sind mit Hilfe von Gleitlagern, welche einen Luftdurchtritt ermöglichen, in einem Gehäuse gelagert und an ihren Enden jeweils mit einem zur Kopplung mit einem Fahrwerkslenker vorgesehenen Anbindungselement verbunden, wobei jeweils ein Faltenbalg einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit einem der Anbindungselemente verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist jedes Gleitlager als eine Drehung der Gewindespindel ermöglichendes Lager ausgebildet, wobei an eine Gleitbuchse des Gleitlagers mindestens eine Längsnut grenzt, welche einen freien Strömungsquerschnitt darstellt. Längsnuten können hierbei an der Innenumfangsfläche und/oder Außenumfangsfläche der Gleitbuchse ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall kann eine Längsnut, das heißt in Axialrichtung des Gleitlagers verlaufende Nut, in die Gleitbuchse oder in ein die Gleitbuchse aufnehmendes Umgebungsbauteil eingeformt sein.
Sofern die freien Strömungsquerschnitte an der Innenumfangsfläche der Gleitbuchse ausgebildet sind und damit die Gleitfläche unterbrechen, existiert vorzugsweise eine Mehrzahl an Längsnuten, insbesondere mindestens drei und höchstens zwölf Längsnuten, beispielsweise vier Längsnuten, welche über den Umfang des Gleitlagers, insbesondere in äquidistanter Anordnung, verteilt sind. Hierbei erstrecken sich die Längsnuten am Umfang der Gleitfläche in der Summe über einen Gesamtwinkel, welcher in bevorzugter Ausgestaltung mindestens 30° und höchstens 150° beträgt. Diese Bedingung ist beispielsweise erfüllt, wenn der Durchmesser der Gleitfläche 18 mm, entsprechend einem Umfang von 56,5 mm, beträgt, wobei die Gleitfläche durch vier Längsnuten unterbrochen ist, die jeweils 4 mm, entsprechend einem Winkel von 25,5° am Umfang der Gleitfläche, breit sind. Der Gesamtwinkel, den die Längsnuten am Umfang der Gleitfläche einnehmen, beträgt in diesem Fall ca. 102°.
Was die in Radialrichtung der Gewindespindel zu messende Tiefe der Längsnuten betrifft, existieren keine prinzipiellen Beschränkungen. In typischen Bauformen ist die in Radialrichtung der Gewindespindel zu messende Tiefe einer jeden Längsnut geringer als die in Umfangsrichtung der Gleitfläche zu messende Breite der Längsnut. Die einzelnen Längsnuten sind beispielsweise gekrümmt, insbesondere in Form einer elliptischen, beispielsweise kreisrunden, Krümmung, oder eckig, insbesondere rechteckig oder trapezförmig, profiliert.
Gemäß der Erfindung ist die Verdrehsicherung der Spindel von der Gleitlagerung, in welche mindestens ein Lüftungskanal in Form einer Längsnut integriert ist, entkoppelt. Durch die gesonderte Verdrehsicherung der Spindel ist eine besonders einfache, prozesssichere Montage des Gleitlagers möglich.
Die Längsnuten, welche am Umfang der Gleitfläche oder an der Außenumfangsfläche der Gleitbuchse, wobei auch für diesen Fall die genannten geometrischen Relationen sinngemäß zutreffen können, verteilt sind, verlaufen nicht notwendigerweise exakt in Axialrichtung der Gleitlagerung. Vielmehr kann die Funktion der Längsnuten beispielsweise auch durch schraubenförmig gewundene Nuten übernommen werden, solange ein freier Strömungsquerschnitt zwischen den beiden Stirnseiten des Gleitlagers gebildet ist.
Unabhängig von der Anzahl und Form der Längsnuten erstrecken sich diese, sofern sie an die Gleitfläche grenzen, vorzugsweise in Axialrichtung des Spindeltriebs über die Gleitfläche hinaus, um eine Weiterströmung von Luft mit geringem Strömungswiderstand zu begünstigen.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung weist jeder Faltenbalg des Lenkungsaktuators ein Druckausgleichselement auf. Sofern ein solches Druckausgleichselement vorhanden ist, ist kein Luftdurchtritt durch das dem entsprechenden Faltenbalg benachbarte Gleitlager erforderlich.
Der Spindeltrieb des Lenkungsaktuators ist beispielsweise als Planetenwälzgetriebe oder als Kugelgewindetrieb ausgebildet. Hinsichtlich möglicher Bauarten solcher Getriebe wird beispielhaft auf die Dokumente DE 10 2017 124 388 A1 , was Planetenwälzgetriebe betrifft, und WO 2009/133064 A1 , was Kugelgewindetriebe betrifft, hingewiesen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs in einer Übersichtsdarstellung,
2 ein Detail einer weiteren Hinterachslenkung in einer Schnittdarstellung,
3 ein Gehäuse der Hinterachslenkung nach 1 in perspektivischer Ansicht,
4 das Gehäuse nach 3 in stirnseitiger Ansicht,
5 einen Faltenbalg einer Hinterachslenkung,
6 eine alternative Ausgestaltung einer Gleitlagerkomponente einer Hinterachslenkung.

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.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Hinterachslenkung ist zum Einbau in ein nicht weiter dargestelltes Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Hinterachslenkung 1 umfasst einen Lenkungsaktuator 2, welcher kurz auch als Aktuator bezeichnet wird und einen Elektromotor 3 sowie zwei hintereinander geschaltete Getriebe 4, 5 aufweist. Durch das Getriebe 4 wird die Rotation der Welle des Elektromotors 3 in eine Rotation eines weiteren Elementes innerhalb des Aktuators 2 umgesetzt. In den vorliegenden Fällen handelt es sich bei dem Getriebe 4, das heißt Rotativ-Rotativ-Getriebe, um ein Umschlingungsgetriebe in Form eines Riementriebs. Das dem Rotativ-Rotativ-Getriebe 4 nachgeschaltete Getriebe 5 ist als Rotativ-Linear-Getriebe, nämlich Gewindetrieb, ausgebildet. In den Ausführungsbeispielen wird als Rotativ-Linear-Getriebe 5 ein Kugelgewindetrieb als Spindeltrieb verwendet.
Auf der Ausgangsseite des Spindeltriebs 5 befindet sich eine ausschnittsweise lediglich in 2 sichtbare Schubstange 9, welche in allen Ausführungsbeispielen in einem Führungsabschnitt 8 verschiebbar gelagert ist. Der Führungsabschnitt 8 ist Teil eines Gehäuses 6 der Hinterachslenkung 1. Das Gehäuse 6 ist mit einem Fahrzeugaufbau zu verbinden. Zu diesem Zweck vorgesehene Befestigungskonturen des Gehäuses 6 sind in 1 mit 7 bezeichnet.
Die Schubstange 9, welche in typischen Anwendungen sowohl zur Übertragung von Zugkräften als auch zur Übertragung von Druckkräften geeignet ist, ist mit Hilfe einer Schraube 10 mit einer Gabel 12 fest verbunden. Die Gabel 12 wird allgemein auch als Anbindungselement bezeichnet und dient der gelenkigen Verbindung mit einem nicht dargestellten Fahrwerkslenker. Durch Öffnungen 13 in der Gabel 12 ist ein ebenfalls nicht dargestellter Bolzen durchsteckbar.
Jede Schubstange 9 ist fest mit einer lediglich in 1 angedeuteten Gewindespindel 16 verbunden oder einstückig mit dieser ausgeführt. Eine Verdrehung der Gewindespindel 16 im Gehäuse 6 wird durch eine Verdrehsicherung 17, welche sich innerhalb des Gehäuses 6 befindet, verhindert.
Die Gabel 12 weist insgesamt eine sich zur Schubstange 9 hin verjüngende Form auf. Hierbei ist ein ringförmiger Abschnitt 14 auf die Schubstange 9 aufgeschoben, wobei nicht dargestellte Verdrehsicherungskonturen, welche nicht mit der genannten Verdrehsicherung 17 identisch sind, am ringförmigen Abschnitt 14 und an der Schubstange 9 ausgebildet sein können. An den ringförmigen Abschnitt 14 grenzt ein radial nach innen gerichteter Flansch 15 der Schubstangen 9, welcher stirnseitig an der Schubstange 9 anliegt. An der zweiten Stirnseite des Flansches 15 liegt der mit 11 bezeichnete Kopf der Schraube 10 an, welche in die Schubstange 9 eingeschraubt ist.
Die Schubstange 9 ist mittels eines Gleitlagers 18 am Ende des Führungsabschnitts 8 gelagert. Ein Faltenbalg 19, 20 überbrückt die variable Distanz zwischen der Gabel 12 und dem Gehäuse 6. Durch jeden Faltenbalg 19, 20 wird ein Innenraum IR variabler Größe umschlossen. Das Gesamtvolumen beider Innenräume IR ist konstant. Um die Strömung von Luft zwischen den beiden Innenräumen IR zu ermöglichen, sind in jedes Gleitlager 18 Kanäle 21 in Form von Längsnuten integriert.
Durch die Längsnuten 21 ist in den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach 6 eine mit 22 bezeichnete Wandungsfläche unterbrochen. Im Fall von 6 handelt es sich bei der Wandungsfläche 22 um eine Gleitfläche einer Gleitbuchse 23. Dagegen wird die Wandungsfläche 22 im Fall von 1 sowie im Fall von 2 durch das Gehäuse 6 bereitgestellt, wobei die hier nicht dargestellte Gleitbuchse 23 per Presssitz in der Wandungsfläche 22 aufgenommen ist.
In allen Ausführungsbeispielen sind vier Längsnuten 21 gleichförmig, das heißt in 90 Grad Abständen, am Umfang der Wandungsfläche 22, insbesondere Gleitfläche, verteilt. Die in Längsrichtung des Spindeltriebs 5 verlaufenden Längsnuten 21 ragen an beiden Stirnseiten über die Gleitbuchse 23 hinaus, um einen ungehinderten Luftdurchtritt zwischen den Innenräumen IR in den Faltenbälgen 19, 20 und dem nicht variablen Innenraum innerhalb des Gehäuses 6 zu ermöglichen.
Das Ausführungsbeispiel nach 1 unterscheidet sich ebenso wie das Ausführungsbeispiel nach 2 vom Ausführungsbeispiel nach 6 dadurch, dass die Längsnuten 21 an der Außenumfangsfläche der Gleitbuchse 23 ausgebildet sind, indem sie in eine Innenumfangsfläche des Gehäuses 6 eingeformt sind. Die Gleitbuchse 23 weist in diesem Fall durchgehend glatte, ununterbrochene Innen- und Außenumfangsflächen mit kreiszylindrischem Querschnitt auf.
In den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 beschreiben die Längsnuten 21 jeweils ein gekrümmtes Profil. Hierbei ist, wie im Detail aus den 3 und 4 hervorgeht, eine konkave Krümmung der Oberfläche, das heißt des Presssitzes für die hier nicht dargestellte Gleitbuchse 23, gegeben.
Im Unterschied hierzu beschreiben die Längsnuten 21 im Ausführungsbeispiel nach 6 ein eckiges, näherungsweise rechteckiges, Profil. In beiden Fällen ist durch die Gleitbuchse 23 keinerlei Führungsfunktion gegenüber der Schubstange 9 in Umfangsrichtung gegeben. Das heißt, dass die Schubstange 9 innerhalb der Gleitbuchse 23 frei drehbar ist und lediglich durch die Verdrehsicherung 17 an einer Verdrehung gehindert wird. Beim Zusammenbau des Lenkungsaktuators 2 ist somit die Winkelrelation zwischen der Gleitbuchse 23 und der Schubstange 9 irrelevant.
Die 5 zeigt einen weiterentwickelten Faltenbalg 19, welcher mit jeder der vorstehend erläuterten Ausführungsformen des Lenkungsaktuators 2 kombinierbar ist. Der Faltenbalg 19 nach 5 umfasst ein Druckausgleichselement 24, welches eine direkte Einleitung von Luft in den Innenraum IR oder eine Ausleitung von Luft aus dem Innenraum IR ermöglicht. Durch das Druckausgleichselement 24 kann die Funktion von Längsnuten 21 ersetzt oder ergänzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Hinterachslenkung
2: Lenkungsaktuator
3: Elektromotor
4: Umschlingungsgetriebe, Rotativ-Rotativ-Getriebe
5: Spindeltrieb, Rotativ-Linear-Getriebe
6: Gehäuse
7: Befestigungskontur
8: Führungsabschnitt
9: Schubstange
10: Schraube
11: Kopf
12: Gabel, Anbindungselement
13: Öffnung
14: ringförmiger Abschnitt
15: Flansch
16: Gewindespindel
17: Verdrehsicherung
18: Gleitlager
19: Faltenbalg
20: Faltenbalg
21: Kanal, Längsnut
22: Wandungsfläche, Gleitfläche, Presssitz
23: Gleitbuchse
24: Druckausgleichselement
IR: Innenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015219198 B4 [0002]
US 8454029 B2 [0003]
DE 102006052528 A1 [0004]
WO 2017/211463 A1 [0005]
DE 102009052790 A1 [0006]
DE 102017124388 A1 [0016]
WO 2009/133064 A1 [0016]

Claims

Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Spindeltrieb (5), welcher mit einer Gewindespindel (16) verbundene Schubstangen (9) umfasst, die mit Hilfe von Gleitlagern (18), welche einen Luftdurchtritt ermöglichen, in einem Gehäuse (6) gelagert und an ihren Enden jeweils mit einem zur Kopplung mit einem Fahrwerkslenker vorgesehenen Anbindungselement (12) verbunden sind, wobei jeweils ein Faltenbalg (19, 20) einerseits mit dem Gehäuse (6) und andererseits mit einem der Anbindungselemente (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gleitlager (18) als eine Drehung der Gewindespindel (16) ermöglichendes Lager ausgebildet ist, wobei an eine Gleitbuchse (23) des Gleitlagers (18) mindestens eine Längsnut (21) grenzt.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Längsnut (21) an der Außenumfangsfläche der Gleitbuchse (23) befindet.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Gleitfläche (22) oder Presssitz zur Aufnahme der Gleitbuchse (23) durch mindestens eine Längsnut (21) unterbrochen ist, wobei sich diese Längsnut (21) über die Gleitfläche (22) beziehungsweise den Presssitz (22) hinaus erstreckt.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei und höchstens zwölf Längsnuten (21) über den Umfang des Gleitlagers (18) verteilt sind.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsnuten (21) am Umfang der Gleitfläche (22) in der Summe über einen Gesamtwinkel von mindestens 30° und höchstens 150° erstrecken.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnut (21) ein gekrümmtes Profil aufweist.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnut (21) eckig, insbesondere rechteckig, profiliert ist.
Lenkungsaktuator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Radialrichtung der Gewindespindel (16) zu messende Tiefe der Längsnut (21) geringer als deren in Umfangsrichtung der Gleitfläche (22) zu messende Breite ist.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Spindeltrieb (5) ein Gewindetrieb aus der Gruppe an Gewindetrieben ausgewählt ist, die Kugelgewindetriebe und Planetenwälzgewindetriebe umfasst.
Lenkungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (19, 20) ein Druckausgleichselement (24) aufweist.