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Patent Searching and Data


Title:
SPINDLE DRIVE AND ACTUATOR HAVING A SPINDLE DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/202557
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a spindle drive (1) for an actuator, in particular for a rear axle steering system, comprising a spindle (2) with a spindle thread (2a), a spindle nut (3) with a nut thread (3a), wherein the spindle thread (2a) and the nut thread (3a) are designed as motion threads and the spindle nut (3), which can be driven in a direction of rotation, is in engagement with the axially movable spindle (2) by means of the motion thread. According to the invention, at least one wiper element (8, 9), which is designed as a flexible disc, is fastened on the spindle nut (3).

Inventors:
SCHWENKE HENNING (DE)
Application Number:
EP2017/059635
Publication Date:
November 30, 2017
Filing Date:
April 24, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (88046, DE)
International Classes:
F16H25/24
Foreign References:
JPS58106654U1983-07-20
DE4302054A11994-07-28
EP2302269A12011-03-30
JPS61142952U1986-09-03
DE102015224781A2015-12-10
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Claims:
Patentansprüche

1. Spindelantrieb für einen Aktuator, insbesondere einer Hinterachslenkung, aufweisend eine Spindel (2) mit einem Spindelgewinde (2a), eine Spindelmutter (3) mit einem Muttergewinde (3a), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3) mit der axial verschiebbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde in Eingriff steht, und wobei an der Spindelmutter (3) mindestens ein als flexible Scheibe (10a) ausgebildetes Abstreifelement (8, 9) befestigt ist.

2. Spindelantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Scheibe (10a) auf ihrem Innenumfang eine mit dem Spindelgewinde (2a) in Eingriff stehende Abstreifkante (10b) aufweist.

3. Spindelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifkante (10b) einen schraubenförmigen Verlauf mit der Steigung (p) des Muttergewindes (3a) aufweist.

4. Spindelantrieb nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Scheibe (10a) kreisringförmig ausgebildet ist und einen radial äußeren Befestigungsbereich (10c) aufweist und dass der Befestigungsbereich (10c) mittelbar oder unmittelbar mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.

5. Spindelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (10c) über einen Dichtungsträger (11) mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.

6. Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger als metallischer Ring (11 ) ausgebildet ist.

7. Spindelantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (3) mindestens einen stirnseitig (6, 7) angeordneten Bund aufweist und dass der Dichtungsträger (11 ) respektive der metallische Ring (11 ) auf dem Bund befestigt ist.

8. Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Scheibe (10a) in axialer Richtung nachgiebig ausgebildet ist.

9. Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Scheibe (10a), die Abstreifkante (10b) sowie der Wulst (10c) aus einem Elastomer als Formteil (10) herstellbar sind.

10. Verfahren zur Montage des Spindelantriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spindelgewinde (2a) zuerst durch die flexible Scheibe (10a) des ersten Abstreifelements (8), anschließend durch das Muttergewinde (3a) der Spindelmutter (3) und schließlich durch die flexible Scheibe des zweiten Abstreifelements (9) geschraubt wird, wobei sich die flexiblen Scheiben (10a) durch axiales Ausweichen mit dem Spindelgewinde (2a) synchronisieren.

11. Aktuator mit einem Spindelantrieb (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

12. Verwendung eines Aktuators (12) nach Anspruch 11 für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.

Description:
Spindelantrieb und Aktuator mit Spindelantrieb

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb gemäß der älteren Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2015224 781.3 sowie ein Verfahren, einen Aktuator sowie eine Verwendung des Aktuators nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Durch die ältere Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2015 224 781.3 wurden ein Spindelantrieb, ein Aktuator mit einem Spindelantrieb sowie dessen Verwendung für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Spindelantrieb weist ein Bewegungsgewinde, insbesondere ein Trapezgewinde auf, welches einer ständigen Versorgung durch einen Schmierstoff, d. h. über die gesamte Lebensdauer des Aktuators bedarf. Der Abschnitt, in welchem das Spindel- und das Muttergewinde über einen Schmierfilm oder eine Schmierstoffschicht miteinander in Eingriff stehen, ist daher zu beiden Seiten mit einem Abstreifer, vorzugsweise einem Filzabstreifer abgedichtet. Der Filzabstreifer, welcher sich in axialer Richtung über mehrere Windungen des Spindelgewindes erstreckt, weist ein dem Muttergewinde entsprechendes Innengewinde auf, welches mit dem Spindelgewinde in Eingriff steht. Das Innengewinde des Filzabstreifers stellt somit eine Fortsetzung des Muttergewindes dar. Bei der Montage des Filzabstreifers bedarf es daher einer Ausrichtung des Innen- und des Muttergewindes in axialer und in tangentialer Richtung.

Die Erfindung geht von der oben genannten älteren Anmeldung aus und bezweckt eine weitere Verbesserung, insbesondere auch im Hinblick auf eine vereinfachte Montage.

Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 , 10, 11 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abstreifelement als flexible Scheibe, d. h. als ein biegsames, relativ dünnwandiges Dicht- und Abstreiforgan ausgebildet ist und mit der Spindelmutter in Wirkverbindung steht. Die flexible Scheibe ist also mit der Spindelmutter„synchronisiert" und bildet mit ihrem Innenumfang einen Dicht- und Abstreifkontakt mit dem Spindelgewinde. Durch die Nachgiebigkeit des Abstreifelements in axialer Richtung wird der Vorteil einer einfachen Montage erreicht. Nachdem das Abstreifelement auf der Spindelmutter montiert und befestigt ist, kann die Spindel problemlos durch das Abstreifelement und das Muttergewinde durchgeschraubt werden. Für den Fall, dass das Abstreifelement beim Einschrauben des Spindelgewindes nicht mit dem Muttergewinde„zusammen- passt", kann ein etwaiger Versatz durch axiales Ausweichen der flexiblen Scheibe kompensiert werden, ohne dass dadurch eine Beeinträchtigung der Abstreiffunktion erfolgt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die flexible Scheibe auf ihrem Innenumfang eine mit dem Spindelgewinde in Eingriff stehende Abstreifkante auf, welche vorzugsweise einstückig mit der flexiblen Scheibe ausgebildet ist. Die Abstreifkante ist vorzugsweise umlaufend ausgebildet, kann jedoch auch in Umfangsrichtung teilweise unterbrochen sein. Die Abstreifkante weist einen gegenüber dem Außendurchmesser des Spindelgewindes geringeren Innendurchmesser auf und steht daher in Eingriff mit dem Spindelgewinde.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Abstreifkante einen schraubenförmigen Verlauf mit der Steigung des Muttergewindes auf, d. h. die Abstreifkante bildet quasi eine zusätzliche Windung des Muttergewindes, welche allerdings in axialer Richtung gegenüber dem Muttergewinde versetzt ist. Sollte sich der schraubenförmige Verlauf des Muttergewindes nicht kontinuierlich in dem Innengewindegang des Abstreifelementes fortsetzen, sondern in axialer oder tangentialer Richtung eine Diskontinuität aufweisen, so wird diese beim Einschrauben der Spindel durch ein elastisches Ausweichen der flexiblen Scheibe in axialer Richtung kompensiert.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die flexible Scheibe, in axialer Richtung gesehen, die Form eines Kreisringes auf, welcher einen radial äußeren Befestigungsbereich aufweist, welcher mittelbar oder direkt mit der Spindelmutter verbunden ist. Somit ergeben sich verschiedene Befestigungsmöglichkeiten der flexiblen Scheibe gegenüber der Spindelmutter. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Befestigungsbereich der flexiblen Scheibe mit einem Dichtungsträger verbunden, der seinerseits auf der Spindelmutter befestigt ist. Vorzugsweise bildet die flexible Scheibe mit dem Dichtungsträger ein Bauteil, welches auf der Spindelmutter montierbar ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtungsträger als metallischer Ring ausgebildet, welcher auf einen passenden Sitz der Spindelmutter aufgeschoben und dort kraftschlüssig befestigt werden kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das aus Dichtungsträger und flexibler Scheibe bestehende Bauteil stirnseitig auf der Spindelmutter befestigt, vorzugsweise auf beiden Stirnseiten.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Scheibe aus einem Elastomer hergestellt, welches vorzugsweise über einen Wulst mit dem metallischen Dichtungsträger verbunden wird. Die flexible Scheibe einschließlich der Abstreifkante und des Wulstes ist bevorzugt als Spritzgussformteil hergestellt.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Montage des Spindelantriebes vorgesehen, dass zunächst mindestens eine flexible Scheibe auf der Spindelmutter montiert wird. Anschließend wird das Spindelgewinde der Spindel durch die erste flexible Scheibe und darauffolgend durch das Muttergewinde der Spindelmutter und gegebenenfalls durch die zweite am entgegengesetzten Ende der Spindelmutter angeordnete Scheibe durchgeschraubt. Dieses„Durchschrauben" ist nur deshalb ohne Probleme möglich, weil beide flexiblen Scheiben in axialer Richtung nachgiebig sind.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Aktuator ein Spindelantrieb der vorgenannten Art vorgesehen. Vorteilhaft für den Aktuator ist, dass der Schmierstoff im Spindelantrieb durch einen wirksamen Abstreifeffekt zurückgehalten und damit die Funktionsfähigkeit des Spindelantriebes für die gesamte Lebensdauer aufrechterhalten wird. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktuator mit Spindelantrieb für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendet, wobei es sich um einen einfach oder doppelt wirkenden Aktuator handeln kann, welcher lenkend entweder nur auf ein Hinterrad oder auf beide Hinterräder wirkt, vorzugsweise mittels eines Radträgers, an dem das jeweilige Rad drehbar gelagert ist. Die Funktionssicherheit eines solchen Aktuators ist hierbei von größter Bedeutung, so dass die Ausbildung des vorgenannten Spindeltriebes bei dem Aktuator wie vorgenannt zu bevorzugen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Spindelantrieb mit Abstreifelementen,

Fig. 2 das Abstreifelement gemäß Fig. 2 als vergrößerte Einzelheit und

Fig. 3 einen Aktuator mit erfindungsgemäßem Spindelantrieb.

Fig. 1 zeigt einen Spindelantrieb 1 , welcher eine Spindel 2 mit einem Spindelgewinde 2a sowie eine Spindelmutter 3 mit einem Muttergewinde 3a umfasst. Das Spindelgewinde 2a steht mit dem Muttergewinde 3a, welches einen ersten Gewindeabschnitt m1 und einen zweiten Gewindeabschnitt m2 bildet, in Eingriff; das Spindel- und das Muttergewinde sind als Bewegungsgewinde, vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet. Zwischen den beiden Gewindeabschnitten m1 , m2, ist eine Ringnut 4, welche mit einer Radialbohrung 5 verbunden ist, angeordnet. Das Spindel- und das Muttergewinde 2a, 3a werden mit einem Vorrat von Schmierstoff versorgt, welcher über die Radialbohrung 5 und die Ringnut 4 zuführbar ist. Die Spindelmutter 3 weist eine erste Stirnseite 6, auf welcher ein erstes Abstreifelement 8 angeordnet ist, sowie eine zweite Stirnseite 7, auf welcher ein zweites Abstreifelement 9 angeordnet ist, auf. Beide Abstreifelemente 8, 9 sind fest mit der Spindelmutter 3 verbunden, d. h. sie drehen sich mit der Spindelmutter 3, die in der Regel in Drehrichtung angetrieben wird, während sich die Spindel 2 in Richtung ihrer Längsachse a bewegt und an einer Verdrehung gehindert wird. Die beiden Abstreifelemente 8, 9 haben die Aufgabe, den Schmierstoff innerhalb der Spindelmutter 3 zurückzuhalten und einen Austritt des Schmierstoffes zu verhindern.

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit E aus Fig. 1 , d. h. eine vergrößerte Darstellung des Abstreifelements 8, welches aus einem Elastomer-Formteil 10 und einem als metallischer Ring ausgebildeten Dichtungsträger 11 besteht. Das Elastomer-Formteil 10 besteht aus einer insbesondere in Axialrichtung flexiblen Scheibe 10a, an welche eine Abstreifkante 10b angeformt ist, und einem als Befestigungsbereich ausgebildeten Wulst 10c, über welchen das Elastomer-Formteil 10 mit dem Metallring 11 verbunden ist, z. B. durch Verkleben. Der Metallring, vorzugsweise ein Stahlring 11 ist auf einen Bund der ersten Stirnseite 6 aufgepresst und somit kraftschlüssig verbunden. Die Abstreifkante 10b greift in das Spindelgewinde 2a, d. h. in einen Gewindegang zwischen benachbarten Gewindeflanken ein und ist vorzugsweise schraubenförmig ausgebildet, d. h. die Abstreifkante 10b ist als Windung eines Innengewindes, welches dem eine Steigung p aufweisenden Muttergewinde 3a entspricht, ausgebildet. Die Steigung des Gewindeganges der Abstreifkante 10b entspricht damit der Steigung p des Muttergewindes 3a. Die Abstreifkante 10b kann alternativ auch als in einer Radialebene angeordnete, umlaufende Kante ausgebildet sein, welche sich an die Gewindeflanken des Spindelgewindes 2a anlegt. Darüber hinaus kann die Abstreifkante 10b gemäß einer weiteren Variante in Umfangsrichtung unterbrochen sein, d. h. über den Umfang verteilte sektorförmige Abschnitte aufweisen.

Das hier nicht dargestellte, optionale zweite Abstreifelement 9 (Fig. 1) ist spiegelbildlich an der zweiten Stirnseite 7 (Fig. 1) angeordnet.

Ein wesentlicher Vorteil der flexiblen Ausbildung der beiden Abstreifelemente 8, 9 besteht darin, dass eine problemlose Montage des Spindelantriebes 1 möglich ist. Die Montage erfolgt in folgender Reihenfolge: Zunächst werden das erste und/oder das zweite Abstreifelement 8, 9 auf der ersten und/oder der zweiten Stirnseite 6, 7 der Spindelmutter 3 montiert, wobei der Dichtungsträger 11 vorzugsweise aufgepresst wird. Anschließend wird die Spindel 2 in die Spindelmutter 3 eingeschraubt, wobei das in Schraubrichtung vorderste Ende des Spindelgewindes 2a zunächst auf die flexible Scheibe 10a und die Abstreifkante 10b trifft. Nachdem die schraubenför- mig bzw. gewindeartig ausgebildete Abstreifkante 10b den passenden Gewindegang im Spindelgewinde 2a gefunden hat, kann die Spindel 2 weiter in die Spindelmutter 3 eingeschraubt werden, bis das vorderste Ende des Spindelgewindes 2a auf das Muttergewinde 3a trifft. Dabei kann es passieren, dass die Schraubbewegung der Spindel 2 in axialer Richtung nicht fortgesetzt werden kann, weil das Spindelgewinde 2a im Bereich der Kontaktstelle gegenüber dem Muttergewinde 3a in Umfangsrichtung versetzt ist. In diesem Falle wird die Spindel 2 so lange weitergedreht, ohne Axialbewegung, bis das Spindelgewinde 2a in das Muttergewinde 3a eingegriffen hat. Während dieser Drehbewegung ohne Axialbewegung weicht die flexible Scheibe 10a aufgrund ihres Eingriffs mit der Abstreifkante 10b in das Spindelgewinde 2a in axialer Richtung aus, d. h. sie bewegt sich maximal um den Betrag der Steigung p des Spindelgewindes 2a nach außen. Danach kann der Einschraubvorgang fortgesetzt werden, bis das vorderste Ende der Spindel 2 das zweite Abstreifelement 9 erreicht hat. Für den Fall, dass das Spindelgewinde 2a nicht direkt in das„Innengewinde" der Abstreifkante eingreifen kann, wird die flexible Scheibe des zweiten Abstreifelements 9 nach außen gedrückt, d. h. sie weicht so lange in axialer Richtung aus, bis die Abstreifkante in das Spindelgewinde 2a eingegriffen hat. Für die Montage ergibt sich daraus der weitere Vorteil, dass die Position der beiden Abstreifelemente 8, 9 (Fig. 1) weder in axialer noch in tangentialer Richtung mit dem Muttergewinde 3a abgestimmt werden muss, vielmehr können die beiden Abstreifelemente 8, 9 beliebig montiert werden.

Fig. 3 zeigt einen Aktuator 12 für eine Hinterachslenkung, auch Stellmotor 12 genannt, mit dem erfindungsgemäßen Spindelantrieb 1 , wobei die Spindel 2 nach beiden Seiten verlängert und an ihren beiden Enden jeweils mit Stellgliedern 13, 14 verbunden ist. Die Spindelmutter 3 des Spindelantriebes 1 ist gegenüber einem Gehäuse 15 des Aktuators 12 gelagert und mittels eines Riementriebes 16 von einem Elektromotor 17 antreibbar. Durch die Drehbewegung der axial im Gehäuse 15 fixierten Spindelmutter 3 werden die Spindel 2 und mit ihr die beiden Stellglieder 13, 14 in axialer Richtung bewegt. Dabei wird die Spindel 2 auf hier nicht dargestellte Weise an einem Verdrehen gehindert. Die Stellglieder 13, 14 können jeweils mit einem Lenkgestänge zur Veränderung der Lenkwinkel der Hinterräder des Kraftfahrzeuges verbunden werden. Der Aktuator 12, der etwa mittig im Fahrzeug angeordnet ist, wirkt somit gleichzeitig auf beide Hinterräder.

Alternativ - was nicht in der Zeichnung dargestellt ist - kann der erfindungsgemäße Spindelantrieb 1 auch in einem einfach wirkenden Aktuator eingebaut werden, d. h. einem Aktuator, welcher nur auf ein Hinterrad einwirkt.

Bezugszeichen

Spindelantrieb

Spindel

a Spindelgewinde

Spindelmutter

a Muttergewinde

Ringnut

Radialbohrung

erste Stirnseite

zweite Stirnseite

erstes Abstreifelement

zweites Abstreifelement

0 Elastomer-Formteil

0a flexible Scheibe

0b Abstreifkante

0c Wulst

1 Dichtungsträger/Ring

2 Aktuator

3 erstes Stellglied

4 zweites Stellglied

5 Gehäuse

6 Riementrieb

7 Elektromotor

Spindelachse

Gewindesteigung

erster Gewindeabschnitt

zweiter Gewindeabschnitt