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Patent Searching and Data


Title:
SPINDLE DRIVE AND ACTUATOR FOR A REAR AXLE STEERING SYSTEM HAVING A SPINDLE DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/182197
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a spindle drive having an axially adjustable spindle (22) which has a spindle thread (23a) and having a rotatably mounted spindle nut (21) which has a nut thread (23b), wherein the spindle thread (23a) has thread grooves (26) which extend helically and are limited by thread flanks (26a, 26b) and a groove base (26c). It is proposed that a helical spring element (24), which has at least one screw thread (24a, 24b, 24c), is arranged in at least one thread groove (26) and is supported on the spindle thread (23a) on one side and on the spindle nut (21) on the other side.

Inventors:
SCHWARZE RENE (DE)
SCHILLMÖLLER ANDREA (DE)
SEEVERS GERRIT (DE)
DOBBELHOFF CHRISTOPH (DE)
STEPHAN CHRISTIAN (DE)
SCHWENKE HENNING (DE)
THOLE LARS-THEODOR (DE)
BISCHOFF CHRISTIAN (DE)
Application Number:
EP2017/055987
Publication Date:
October 26, 2017
Filing Date:
March 14, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (88046, DE)
International Classes:
B62D7/14; F16H25/20
Foreign References:
CH304116A1954-12-31
DE102014206934A12015-10-15
DE102014206934A12015-10-15
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Claims:
Patentansprüche

1. Spindelantrieb mit einer axial verstellbaren, ein Spindelgewinde (23a)

aufweisenden Spindel (22) und einer drehbar angeordneten, ein Muttergewinde (23b) aufweisenden Spindelmutter (21), wobei das Spindelgewinde (23a) durch Gewindeflanken (26a, 26b) und einen Nutgrund (26c) begrenzte, schraubenförmig verlaufende Gewindenuten (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Gewindenut (26) ein schraubenförmig ausgebildetes, mindestens eine Schraubenwindung (24a, 24b, 24c) aufweisendes Federelement (24)

angeordnet ist, welches sich einerseits am Spindelgewinde (23a) und andererseits an der Spindelmutter (21) abstützt.

2. Spindelantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) in radialer und axialer Richtung elastisch ausgebildet ist.

3. Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) einen Innenumfang aufweist und dass am Innenumfang

hakenförmig ausgebildete, radial elastische Kontaktelemente (27) angeordnet sind.

4. Spindelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die

Kontaktelemente (27) in radialer Richtung auf dem Nutgrund (26c) der Gewindenuten (26) abstützen.

5. Spindelantrieb nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) einen Außenumfang und die Spindelmutter (21) eine zylindrische Abstützfläche (25a) aufweisen, an welcher sich der Außenumfang abstützt.

6. Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang zylindrisch ausgebildet ist.

7. Spindelantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die

Abstützfläche (25a) als Ringnut (25) mit axialen Anschlagflächen (25b, 25c), an welchen das Federelement (24) in axialer Richtung (a) abstützbar ist, ausgebildet ist.

8. Spindelantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, welcher teilweise in der Gewindenut (26) zwischen den Gewindeflanken (26a, 26b) und teilweise in der Ringnut (25) angeordnet ist.

9. Spindelantrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) mit einer axialen Vorspannung eingebaut ist, wobei sich das Federelement (24) einerseits an den Gewindeflanken (26a) und andererseits an einer der beiden Anschlagflächen (25b) abstützt.

10. Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges mit einem Spindelantrieb (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Spindelantrieb und Aktuator einer Hinterachslenkung mit Spindelantrieb

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des

Patentanspruches 1 sowie einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines

Kraftfahrzeuges.

Durch die DE 10 2014 206 934 A1 der Anmelderin wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindel mutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten

Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der

Spindelmutter steht, sowie zwei Spindelenden auf, welche jeweils mit Lagerhülsen verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt sind. An den

Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine

Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. Bekannt sind auch einfach wirkende Aktuatoren, auch Einzelsteller genannt, welche jeweils nur auf die Lenkung eines Hinterrades wirken.

Ein Problem, welches bei Spindelantrieben mit einem Bewegungsgewinde, insbesondere einem Trapezgewinde auftritt, ist ein Axialspiel zwischen den Flanken des Spindelgewindes und des Muttergewindes und/oder ein Radialspiel durch Verschiebung der Achsen von Spindel- und Muttergewinde.

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

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist in den Gewindenuten des

Spindelgewindes ein schraubenförmig ausgebildetes, mindestens eine

Schraubenwindung aufweisendes Federelement angeordnet, auch Schraubenfederelement genannt, welches sich einerseits am Spindelgewinde und andererseits an der Spindelmutter abstützt. Aufgrund der Elastizität des

Federelementes werden damit das Spindel- und das Muttergewinde derart gegeneinander verspannt, dass sowohl ein Radialspiel als auch ein Axialspiel unterbunden werden. Unter einem Radial- oder Axialspiel soll hier die freie

Beweglichkeit in radialer oder axialer Richtung verstanden werden, welche bei Lastwechseln zu beschleunigten Bewegungen und damit zu einem ungedämpften Anschlagen zwischen Spindel- und Muttergewinde führen kann. Durch die

Zwischenschaltung eines vorgespannten, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung wirkenden Schraubenfederelements wird ein solches Anschlagen verhindert, weil die Federkraft des Schraubenfederelementes den spielbedingten Bewegungen entgegenwirkt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schraubenfederelement in radialer und in axialer Richtung elastisch ausgebildet. Bei einem Federweg in axialer Richtung verändert sich die Steigung des Schraubenfederelements, und bei einem Federweg in radialer Richtung verändert sich der Durchmesser des

Schraubenfederelements, indem die beiden Enden des Schraubenfederelements gegeneinander verdreht werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das

Schraubenfederelement an seinem Innenumfang hakenförmig ausgebildete, in radialer Richtung elastische Kontaktelemente auf. Die Kontaktelemente bilden auf dem Umfang verteilt angeordnete kleine Federelemente, welche parallel zueinander geschaltet sind und eine zusätzliche radiale Elastizität ergeben.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stützen sich die Kontaktelemente in radialer Richtung auf dem Nutgrund der Gewindenuten des Spindelgewindes ab. Durch die Vielzahl von einzelnen federnden Kontaktelementen ergibt sich eine gleichmäßige Anlage des Schraubenfederelementes über den Umfang der

Gewindenuten. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abstützfläche an der Spindelmutter als Ringnut ausgebildet, welche benachbart zum Muttergewinde angeordnet ist und axiale Anschlagflächen aufweist, an welchen das

Schraubenfederelement in axialer Richtung abstützbar ist. Somit ist das

Schraubenfederelement nicht nur in radialer Richtung gegenüber der Spindelmutter, sondern auch in axialer Richtung gegenüber der Spindelmutter abgestützt, so dass eine Vorspannung zwischen Spindelmutter und Spindelgewinde in axialer Richtung erzeugt werden kann. Die Spindel wird somit durch die Vorspannung des

Schraubenfederelementes in axialer Richtung belastet, so dass sich eine definierte einseitige Anlage der Flanken des Spindelgewindes gegenüber den Flanken des Muttergewindes ergibt. Damit ist ein Axialspiel unterbunden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das

Schraubenfederelement einen etwa rechteckförmigen Querschnitt auf, wobei sich der Querschnitt in radialer Richtung vom Nutgrund des Spindelgewindes bis zur

Abstützfläche der Ringnut in der Spindelmutter erstreckt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Schraubenfederelement mit einer axialen Vorspannung zwischen Spindelgewinde und Spindelmutter eingebaut. Dadurch ergibt sich eine eindeutige Anlage der Flanken, wobei ein Axialspiel vermieden wird.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei einem Aktuator für die

Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges ein Spindelantrieb der zuvor erläuterten Art verwendet. Damit wird der Vorteil erreicht, dass ein Radial- und Axialspiel während des Betriebes des Aktuators nicht auftritt. Damit werden auch durch ein Spiel bedingte Geräusche vermieden.

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 Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Spindelantrieb mit Schraubenfederelement,

Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Einzelheit E aus Fig. 2 und

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Aktuator 1 für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges nach dem Stand der Technik. Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem ein Spindelantrieb 3 zur Verstellung eines nicht dargestellten Lenkgestänges der Hinterräder des Kraftfahrzeuges aufgenommen ist. Der Spindelantrieb 3 umfasst eine drehbar im Gehäuse 2 und axial gegenüber dem Gehäuse 2 fixierte Spindelmutter 4, welche über ein Bewegungsgewinde 5 mit einer Spindel 6 in Eingriff steht. Die Spindel 6 ist an einem Ende mit einem Lager- oder Aufschraubzapfen 7 verbunden, welcher in einem Gleit- oder Schublager 8 gegenüber dem Gehäuse 2 in axialer Richtung geführt ist. Der Aufschraubzapfen 7 respektive die Spindel 6 sind - was nicht dargestellt ist - gegen Verdrehen gesichert. An seinem äußeren Ende ist der Aufschraubzapfen 7 mit einer Gelenkhülse 9 verbunden, welche mit dem nicht dargestellten Lenkgestänge verbunden ist. Das Gehäuse 2 weist ein

Befestigungsgelenk 10 auf, über welches der Aktuator 1 an einer nicht dargestellten Struktur des Kraftfahrzeuges gelenkig befestigt ist. Die Spindelmutter 4 ist über einen Riementrieb 11 von einem Elektromotor 12 antreibbar.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Spindelantrieb 20, welcher dem bekannten Spindelantrieb 3 gemäß Fig. 1 entspricht und ebenfalls für einen Aktuator einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist. Der Spindelantrieb 20 umfasst eine Spindelmutter 21 , welche - was nicht dargestellt ist - gegenüber einem Aktuatorgehäuse gelagert werden kann, sowie eine Spindel 22, welche über ein Bewegungsgewinde 23, vorzugsweise ein Trapezgewinde, mit der Spindelmutter 21 in Eingriff steht. Die Spindel 22, welche eine Achse a aufweist und gegen Verdrehen gesichert ist, wird infolge einer Drehbewegung der Spindelmutter 21 in axialer Richtung verschoben. Das Bewegungsgewinde 23 umfasst ein auf der Spindel 22 angeordnetes Spindelgewinde 23a sowie ein an der Spindelmutter 21 angeordnetes Muttergewinde 23b.

Zur Vermeidung eines Axial- und/oder eines Radialspiels zwischen dem

Spindelgewinde 23a und dem Muttergewinde 23b ist erfindungsgemäß ein

Schraubenfederelement 24 vorgesehen, welches in das Spindelgewinde 23a eingreift. In die Spindelmutter 21 ist, angrenzend an das Muttergewinde 23b, eine Ringnut 25 eingearbeitet, welche einen gegenüber dem Trapezgewinde vergrößerten Durchmesser aufweist. Das form- und reibschlüssig mit dem Spindelgewinde 23a verbundene Schraubenfederelement 24 greift in die Ringnut 25 ein und stützt sich - was unten näher erläutert wird - an der Spindelmutter 21 ab.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt in der Ebene III-III gemäß Fig. 2, wobei der Kernquerschnitt der Spindel 22 und der Ringquerschnitt der Spindelmutter 21 erkennbar sind. In der Ringnut 25 ist das Schraubenfederelement 24 angeordnet.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Einzelheit E aus Fig. 2 im Bereich der Ringnut 25 der Spindelmutter 21. Das Spindelgewinde 23a ist in das Muttergewinde 23b

eingeschraubt. Die Ringnut 25 weist eine zylindrische Abstützfläche 25a, welche einen gegenüber dem Gewindedurchmesser vergrößerten Durchmesser aufweist, und als axiale Anschläge 25b, 25c ausgebildete Planflächen 25b, 25c auf. Das Schraubenfederelement 24, auch kurz Federelement 24 genannt, weist - wie in der Zeichnung dargestellt - drei Schraubenwindungen 24a, 24b, 24c auf, welche in das Spindelgewinde 23a eingreifen. Das Spindelgewinde 23a weist schraubenförmige Gewindenuten 26 auf, welche durch Gewindeflanken 26a, 26b sowie einen Nutgrund 26c begrenzt werden. Der Innenumfang des Federelements 24 stützt sich am

Nutgrund 26c, welcher dem Kerndurchmesser des Spindelgewindes 23a entspricht, in radialer Richtung ab. Andererseits stützt sich der Außenumfang des

Schraubenfederelements 24 gegenüber der Abstützfläche 25a der Ringnut 25 ab, wobei das Federelement 24 aufgrund einer bei der Montage eingestellten

Vorspannung mit einer Radialkraft nach außen und nach innen drückt. Dadurch wird ein Radialspiel zwischen Spindelgewinde 23a und Muttergewinde 23b insoweit vermieden, als zwar eine Relativbewegung in radialer Richtung möglich ist, jedoch unter Überwindung der radialen Vorspannkraft des Federelements 24. Das

Schraubenfederelement 24 stützt sich auch in axialer Richtung ab, wobei die erste Windung 24a mit einer axialen Vorspannung an dem axialen Anschlag 25b der Ringnut 25 anliegt, während die dritte Windung 24c einen axialen Abstand zu dem zweiten axialen Anschlag 25c aufweist. Aufgrund der bei der Montage vorgesehenen axialen Vorspannung stützen sich die Windungen 24a, 24b, 24c an den

Gewindeflanken 26a ab. Die daraus resultierende, durch einen Pfeil A dargestellte Axialkraft, die auf die Spindel 22 ausgeübt wird, führt zu einer definierten Anlage der Flanken des Spindelgewindes 23a an den Flanken des Muttergewindes 23b, womit ein Axialspiel - analog dem oben erläuterten Radialspiel - ebenfalls unterbunden wird.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Fig. 3, insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung des Schraubenfederelements 24. Die Windungen des

Schraubenfederelements 24 sind auf ihrem Außenumfang glatt und durchgehend ausgebildet und liegen flächig an der zylindrischen Abstützfläche 25a der Ringnut 25 an. Auf dem Innenumfang des Schraubenfederelements 24 sind - über den Umfang verteilt - hakenförmig ausgebildete Kontaktelemente 27 angeordnet, welche sich am Nutgrund 26c (Fig. 4) bzw. am Kerndurchmesser des Spindelgewindes 23a (Fig. 4) abstützen. Die hakenförmig ausgebildeten Kontaktelemente 27 bilden einzelne radial elastische Federelemente oder Füßchen, welche sich an der Spindel 22 abstützen. Aufgrund des schraubenförmigen Verlaufs sind nur einzelne Kontaktelemente 27a bis 27e vollständig in der Zeichnung erkennbar, die übrigen Kontaktelemente 27 sind durch einen Gewindegang verdeckt. Aufgrund der über den Umfang gleichmäßig verteilten Kontaktelemente 27 wirkt das Schraubenfederelement 24 auch als

Radialfeder zwischen der Spindel 22 und der Spindelmutter 21. Bezugszeichen Aktuator

Gehäuse

Spindelantrieb

Spindelmutter

Bewegungsgewinde

Spindel

Aufschraubzapfen

Gleitlager

Gelenkhülse

Gelenk

Riementrieb

Elektromotor

Spindelantrieb

Spindelmutter

Spindel

Bewegungsgewinde

a Spindelgewinde

b Muttergewinde

Schraubenfederelement

a erste Windung

b zweite Windung

c dritte Windung

Ringnut

a Abstützfläche

b erster axialer Anschlag

c zweiter axialer Anschlag

Gewindenut

a Gewindeflanke

b Gewindeflanke

c Nutgrund 27 Kontaktelement 27a-27e Kontaktelemente e Spindelachse A Axial kraft

E Einzelheit