Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator, welcher eine Drehbewe- gung in eine lineare Bewegung umwandelt, wobei eine Gewindespindel von mehreren als Rollkörper ausgebildeten Planeten kontaktiert wird und ein Bauteil, in welchem die Planeten gelagert sind, rotativ angetrieben ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Hin- terachslenkung mit einem solchen Aktuator.

Eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung, wel- che auf einer Gewindespindel abrollende Wälzkörper umfasst, ist zum Beispiel aus der DE 195 40 634 C1 bekannt. Die einzelnen Wälzkörper dieser Vorrichtung sind über Führungsringe und über zwischen den Führungsringen und einer Spindelmutter angeordnete Kugellager gelagert. Hierbei sind die Wälzkörper relativ zur Spindelmut- ter und zueinander in einem fest vorgegebenen Abstand angeordnet, sodass unter anderem eine axiale Kraftaufnahme über die Wälzkörper, die Führungsringe und die Kugellager auf die Spindelmutter möglich ist. In der Spindelmutter sowie in einer Ab- deckung der Spindelmutter befinden sich weitere Kugellager, welche die Wälzkörper drehbar lagern und den Abstand zwischen den auch als Rollkörper bezeichneten Wälzkörpern konstant halten. Bei einem rotativen Antrieb entweder der Spindelmutter oder der Gewindespindel der bekannten Vorrichtung wird die Rotation des betreffen- den Teiles in eine steigungsfehlerfreie Axialbewegung des anderen Teiles umgewan- delt.

Eine weitere Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotation in eine Linearbewegung ist in der FR 1.494.173 A offenbart. Auch in diesem Fall ist eine Gewindespindel von mehreren als Planeten fungierenden Rollkörpern umgeben. Die Planeten sind in einer äußeren Hülse gelagert, welche als Getriebeausgangselement nutzbar ist. Darüber hinaus ist ein inneres, ebenfalls hülsenförmiges Teil vorgesehen, welches einerseits die Planeten kontaktiert und andererseits über Axialkugellager mit der äußeren Hülse zusammenwirkt.

Ein in der DE 1 198 157 beschriebenes Rotativ-Linear-Getriebe weist einen drehbaren Käfig auf, durch den hindurch sich eine Gewindespindel erstreckt, wobei mehrere als Lagerelemente bezeichnete Rollkörper im Käfig gelagert sind und in Gewindegänge der Spindel eingreifen. Weiter umfasst das Getriebe ein ringförmiges Teil, welches die Planeten in rollender Berührung mit ihnen umgibt, womit die Planeten mit der Gewin- despindel in Berührung gehalten werden. Eine Axialkraftübertragung zwischen dem ringförmigen Teil und dem Käfig des Getriebes ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten elektromechanischen Aktuator, insbesondere für eine Hinterachs- lenkung eines Kraftfahrzeugs, anzugeben, welcher sich durch eine steigungsfehler- freie Funktion, einen fertigungsfreundlichen Aufbau, sowie ein besonders günstiges Verhältnis zwischen beanspruchtem Bauraum und übertragbaren Kräften und Momen- ten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektromechanischen Aktua- tor mit den Merkmalen den Anspruchs 1. Der Aktuator ist zur Verwendung in einer Hinterachslenkung nach Anspruch 9 geeignet und umfasst eine Gewindespindel, wel- che von mit jeweils einer korrespondierenden, das heißt in das Gewinde der Spindel eingreifenden, Profilierung versehenen Planeten umgeben ist, wobei die Planeten in einem angetriebenen Käfig geführt sind. Weitere Profilierungen der Planeten kontak- tieren eine Mutter, die die mit der erstgenannten Profilierung versehenen, die Gewin- despindel kontaktierenden Bereiche der Planeten umgreift und gegenüber dem Käfig durch Wälzlager abgestützt ist. Der Käfig ist mittels weiterer Wälzlager in einem Ge- häuse gelagert und mit einer ausgangsseitigen Komponente eines weiteren Getriebes drehfest verbunden. Der in dem Gehäuse wälzgelagerte Käfig hat somit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die Funktion eines rotierenden eingangsseitigen Elementes in einem Rotativ- Linear-Getriebe, und zum anderen eine Funktion auf der Ausgangsseite eines weite- ren Getriebes, insbesondere eines als Untersetzungsgetriebe ausgelegten Rotativ- Rotativ-Getriebes. Bei Einbau des Aktuators in eine Hinterachslenkung eines Fahr- zeugs ist der Aktuator zur linearen Auslenkung mindestens eines an die Gewinde- spindel angeschlossenen, zur beweglichen Kopplung mit einem Spurlenker vorgese- henen Anbindungselementes ausgebildet.

Die Mutter, welche die Planeten umgibt, ist innerhalb des Käfigs angeordnet und um fasst vorzugsweise zwei gegeneinander verspannbare Mutterhälften. Der Begriff„Mut- terhälften“ impliziert hierbei nicht zwangsläufig, dass beide Mutterhälften gleich groß sind. Jede Mutterhälfte kann mit einer gesonderten Vorspannmutter verbunden sein, wobei sich die zur Lagerung der Mutter im Käfig vorgesehenen Lager an den Vor- spannmuttern abstützen.

Die zur Lagerung der Mutter im Käfig vorgesehenen Lager sind in bevorzugter Ausge- staltung als Schrägwälzlager, insbesondere Schrägrollenlager oder Schrägkugellager, ausgebildet, wobei jedes der beiden Schrägwälzlager die Mutter im Käfig in Radial- richtung sowie in genau einer Axialrichtung abstützt. Die beiden Schrägwälzlager bil- den zusammen eine Wälzlagerung in X-Anordnung. Dies bedeutet, dass die durch die Wälzkörper, das heißt Rollen oder Kugeln, der beiden Schrägwälzlager laufenden Drucklinien sich in der Art eines X kreuzen.

Das weitere Getriebe, das heißt Rotativ-Rotativ-Getriebe, des Aktuators ist gemäß ei- ner möglichen Ausgestaltung als Umschlingungsgetriebe, insbesondere Riemenge- triebe, ausgebildet. Alternativ ist auch ein Antrieb des Käfigs über ein Stirnradgetriebe möglich. In beiden Fällen ist die Welle des dem Aktuator zuzurechnenden Elektromo- tors parallel von der Mittelachse der Gewindespindel beabstandet. Der zur Betätigung des Rotativ-Rotativ-Getriebes vorgesehene Elektromotor kann innerhalb desselben Gehäuses angeordnet sein, in welchem der Käfig drehbar gelagert ist. Zur Lagerung des Käfigs im Gehäuse werden vorzugsweise Wälzlager verwendet. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schrägwälzlager oder um eine Kombination von Radialwälzla- gern und Axialwälzlagern handeln.

Gemäß einer möglichen Bauform umfasst das als Umschlingungsgetriebe ausgebilde- te Rotativ-Rotativ-Getriebe ein Abtriebselement, insbesondere in Form eines Riemen- rades, welches eine Mantelfläche des Käfigs umgibt. Ebenso kann der Käfig selbst als Riemenscheibe ausgebildet sein.

Gemäß einer alternativen Bauform umfasst das Umschlingungsgetriebe ein Abtriebs- element, welches über einen Flansch oder über eine Welle mit einem die Planeten führenden Käfigring, welcher dem die Planeten führenden Käfig zuzurechnen ist, ver- bunden und hierbei gegenüber dem Käfigring in Axialrichtung versetzt ist.

In dem rotativ angetriebenen Käfig sind die Planeten beispielsweise gleitgelagert.

Ebenso kommt eine Wälzlagerung der Planeten in Betracht. Zur Übertragung von Axi- alkräften zwischen der Spindel und dem Käfig und weiter zum Gehäuse sind nicht in erster Linie die Gleit- oder Wälzlager, mit welchen die Planeten gelagert sind, sondern die vorzugsweise als Schrägwälzlager ausgebildeten Lager, welche die Mutter im Kä- fig lagern, vorgesehen.

In jedem Fall wird jede Umdrehung des Käfigs steigungstreu in Vorschub der Gewin- despindel umgesetzt. Eventueller Schlupf der Planeten auf der Gewindespindel ist hierbei ohne Belang. Auch das dem Rotativ-Linear-Getriebe vorgeschaltete Rotativ- Rotativ-Getriebe erlaubt in bevorzugter Ausgestaltung eine eindeutige Zuordnung zwi- schen der Winkelstellung des Antriebselementes und der Winkelstellung des Abtriebs- elementes, wobei die letztgenannte Winkelstellung mit der Winkelstellung des Käfigs identisch ist. Die Positionierung der Gewindespindel ist somit auf einfache Weise durch einen Winkelsensor erfassbar. Die feinste Auflösung ist dabei erzielbar, wenn der Winkelsensor die Winkelposition der Motorwelle des Elektromotors des Aktuators erfasst.

Die mittels des Aktuators verschiebbare Gewindespindel kann ein eingängiges oder mehrgängiges Gewinde aufweisen.

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

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Aktuators ei- ner Hinterachslenkung in schematisierter Schnittdarstellung,

Fig. 2 ein weiteres, unvollständig dargestelltes Ausführungsbeispiel eines elek- tromechanischen Aktuators einer Hinterachslenkung eines Kraftfahr- zeugs in Schnittdarstellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt der Anordnung nach Figur 2,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Aktuators in perspektivischer Ansicht,

Fig. 5 ein Detail der Anordnung nach Figur 4,

Fig. 6 die Anordnung nach Figur 5 in Schnittdarstellung,

Fig. 7 Komponenten des Aktuators nach Figur 4 in perspektivischer Ansicht, Fig. 8 bis 13 ein Einzelteil der Anordnung nach Figur 7.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämt- liche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Aktuator, allgemein auch als Antriebseinheit bezeichnet, umfasst einen Elektromotor 9 sowie ein zweistufiges Getriebe, dessen erste Getriebestufe als Rotativ-Rotativ-Getriebe und dessen zweite Getriebestufe als Rotativ-Linear-Getriebe ausgebildet ist. Ausgangselement der zwei- ten Getriebestufe ist eine Gewindespindel 2, kurz auch als Spindel bezeichnet, deren Gewinde mit 3 bezeichnet ist. Die Spindel 2 ist in verdrehgesicherter Weise ver- schiebbar, wobei sie mit lediglich in Figur 4 sichtbaren Anbindungselementen 5, 6 verbunden ist, welche jeweils zur gelenkigen Kopplung mit einem Spurlenker einer Hinterachslenkung vorgesehen sind.

Eine die Spindel 2 umgebende Mutter 4 ist zur Übertragung von Kräften in Axialrich- tung, das heißt in Richtung der mit M bezeichneten Mittelachse der Spindel 2, nicht jedoch zur Drehmomentübertragung vorgesehen. In der Mutter 4, welche auch als Hohlrad bezeichnet wird, wälzen mehrere Planeten 21 ab, die jeweils eine mehrfach abgestufte Form haben. Der Mittelabschnitt eines jeden Planeten ist mit 7 bezeichnet und bestimmt den Maximaldurchmesser des Planeten 21. Eine Profilierung 8 des Mit- telabschnitts 7 ist als Rillenprofilierung gestaltet und korrespondierend zur Kontur des Gewindes 3 ausgebildet. An den Mittelabschnitt 7 eines jeden Planeten 21 schließen sich zwei vergleichsweise dünne, ebenfalls im Wesentlichen zylindrische Seitenab- schnitte 24 an. Profilierungen der Seitenabschnitte 24 sind mit 25 bezeichnet. Auch die Profilierungen 25 haben, ebenso wie die Profilierung 8, die Form von Rillen ohne Steigung. Die Profilierungen 25 greifen in entsprechend konturierte Profilierungen zweier Mutterhälften 18, 19 ein. Die Mutterhälften 18, 19 sind mit jeweils einer Vor- spannmutter 15, 16 fest verbunden, wobei die Vorspannmutter 15, 16 die zugehörige Mutterhälfte 18, 19 ringförmig umgibt. Durch Einstellung der Vorspannung zwischen den Mutterhälften 18, 19 ist Spiel zwischen der Mutter 4 und den Planeten 21 ver- meidbar. Zugleich ist durch die Einstellung der Vorspannmuttern 15, 16 das Spiel von Lagern 14 einstellbar, insbesondere auf Null reduzierbar. Jedes Lager 14 ist als Schrägrollenlager ausgebildet und zwischen einer Vorspannmutter 15, 16 und einem mit 13 bezeichneten Käfig, welche eine Hülsenform aufweist, angeordnet.

Der Käfig 13 weist mehrere Aufnahmen 27 auf, in welchen Zapfen 26 gelagert sind, die die stirnseitigen Enden der Planeten 21 darstellen. Die Lagerungen der Zapfen 26 der Planeten 21 in den Aufnahmen 27 sind als Gleitlager ausgeführt.

Der Käfig 13 stellt das eingangsseitige Element der zweiten Getriebestufe, das heißt des Rotativ-Linear-Getriebes, dar. Zugleich ist der Käfig 13 drehfest mit einem Rie- menrad 12 verbunden, bei welchem es sich um das ausgangsseitige Element der ers- ten Getriebestufe, das heißt des als Untersetzungsgetriebe ausgelegten Rotativ- Rotativ-Getriebes, handelt. Dem letztgenannten Getriebe ist weiter ein Riemen 11 , allgemein als Umschlingungsmittel bezeichnet, sowie ein Ritzel 10 als eingangsseiti- ges Element zuzurechnen. Das Ritzel 10 ist fest mit der Motorwelle des Elektromo- tors 9 verbunden.

Die gesamte, zweistufige Getriebeanordnung sowie der Elektromotor 9 befinden sich in einem Gehäuse 20. In dem Gehäuse 20 ist der Käfig 13 durch Radiallager 30, 31 und Axiallager 32, 33 gelagert. Bei den genannten Lagern 30, 31 , 32, 33 handelt es sich in den Ausführungsbeispielen um Wälzlager. In nicht dargestellter Weise kann die Funktion der insgesamt vier Lager 30, 31 , 32, 33 durch eine Wälzlagerung mit weniger Komponenten, beispielsweise eine Kombination zweier Schrägwälzlager, ersetzt wer- den.

Die Lager 14, welche die Mutter 4 im Käfig 13 lagern, weisen in den Ausführungsbei- spielen Rollen 35 als Wälzkörper auf, welche auf Lagerscheiben 36, 37 abrollen und in einem Käfig 38 geführt sind. Hierbei sind die inneren Lagerscheiben 36 fest mit der Mutter 4 verbunden, wogegen die äußeren Lagerscheiben 37 fest im Käfig 13 ange- ordnet sind.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 umgibt das Riemenrad 12 unmittelbar die Man- telfläche des Käfigs 13. Hierbei ist eine durch das Riemenrad 12 gelegte Mittelebene mit der Mittelebene der Mutter 4 sowie des Käfigs 13 identisch. In entsprechender Weise ist auch der Käfig 13 des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 2 und 3 an- treibbar. Im Fall von Figur 2 und 3 umfasst der Käfig 13 zwei Käfigaußenteile 44, 45, welche mittels eines Sprengrings 43 zueinander ausgerichtet sind. An jedes Käfigau- ßenteil 44, 45 ist ein rohrförmiger Flansch 28, 29 angeformt. In Figur 3 ist ein Kraft- fluss KF skizziert, welcher aus einer in die Spindel 2 eingeleiteten, in Axialrichtung wirkenden Kraft F resultiert. Der Kraftfluss KF geht, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, durch die Planeten 21 , die Mutter 4, eines der Lager 14, und von dort aus in den Käfig 13 und weiter über die in Figur 3 nicht dargestellten Lager 30, 32 in das Gehäuse 20. Über die Aufnahmen 27 werden dagegen keine nennenswerten Axialkräfte übertra- gen. Die Aufnahmen 27 sind im Fall von Figur 2 und 3 durch Käfigringe 22, 23 gebil- det, welche dem Käfig 13 zuzurechnen sind.

Auch im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 bis 13 weist der Käfig 13 zwei Käfig- ringe 22, 23 auf, die jeweils eine Mehrzahl an Aufnahmen 27 für die Planeten 21 bil- den. Zusätzlich zu den Aufnahmen 27 sind in diesem Fall durch die Käfigringe 22, 23 Formschlusselemente 42 gebildet, welche der Kopplung mit den Flanschen 28, 29 dienen. Der im Fall von Figur 5 als gesondertes Element ausgebildete Flansch 28 ist drehfest verbunden mit einem Antriebselement 34, welches damit auch mit dem Käfig 13 drehfest gekoppelt ist. Das Antriebselement 34 ist fest mit dem Riemenrad 12 ver- bunden. Somit stellt das Antriebselement 34 ein ausgangsseitiges Element der ersten Getriebestufe des Aktuators 1 dar.

Im Fall von Figur 4 umfasst der Käfig 13 eine im Wesentlichen zylindrische Käfighülse 39. Zwei stirnseitige Käfigelemente 40 weisen jeweils mehrere Arme 41 auf, welche eine formschlüssige Verbindung mit der Käfighülse 39 hersteilen. Über die Käfighülse 39 sind auch Axialkräfte zwischen den im Wesentlichen ringscheibenförmigen stirnsei- tigen Käfigelementen 40 übertragbar.

In allen Ausführungsbeispielen wird eine Umdrehung des Käfigs 13 in einen entspre- chend der Steigung des Gewindes 3 definierten Vorschub der Spindel 2 umgesetzt. Insofern ist die Funktion eines einfachen Bewegungsgewindes gegeben. Ein wesentli- cher Vorteil gegenüber einem einfachen Bewegungsgewinde, etwa Trapezgewinde, besteht darin, dass aufgrund des Abrollens der Planeten 21 auf der Spindel 2 die Rei- bung drastisch herabgesetzt ist. Zugleich kann die Position der Spindel 2 auf einfache Weise durch Erfassung der Winkelstellung des Käfigs 13 oder des Ritzels 10 detek- tiert werden. Eine lineare Positionserfassung ist dagegen für den Betrieb der den Ak- tuator 1 umfassenden Hinterachslenkung nicht erforderlich. Der Wirkungsgrad der als Rotativ-Linear-Getriebe ausgebildeten zweiten Getriebestufe des Aktuators 1 ist durch Veränderung der Einstellung der Vorspannmuttern 15, 16, zwischen welchen eine Dis- tanzscheibe 17 (Figur 1 ) angeordnet sein kann, einstellbar.

Bezuqszeichenliste

Aktuator, Antriebseinheit

Gewindespindel

Gewinde

Mutter

Anbindungselement

Anbindungselement

Mittelabschnitt des Planeten

Profilierung des Mittelabschnitts

Elektromotor

Ritzel, Antriebselement

Riemen

Riemenrad, Abtriebselement

Käfig

Wälzlager, Lager zur Lagerung der Mutter im Käfig Vorspannmutter

Vorspannmutter

Distanzscheibe

Mutterhälfte

Mutterhälfte

Gehäuse

Planet

Käfigring

Käfigring

Seitenabschnitt

Profilierung des Seitenabschnitts

Zapfen

Aufnahme

Flansch

Flansch 0 Radiallager

1 Radiallager

32 Axiallager

33 Axiallager

34 Antriebselement

35 Wälzkörper, Rolle

36 Lagerscheibe

37 Lagerscheibe

38 Käfig des Lagers 14

39 Käfighülse des Käfigs 13

40 Stirnseitiges Käfigelement

41 Arm

42 Formschlusselement

43 Sprengring

44 Käfigaußenteil

45 Käfigaußenteil

F Kraft

KF Kraftfluss

M Mittelachse