DE102015224775A1

DE102015224775A1 - Spindelantrieb und Aktuator mit Spindelantrieb

Info

Publication number: DE102015224775A1
Application number: DE102015224775.9A
Authority: DE
Inventors: Lars-Theodor Thole; Miguel de Carvalho; Christoph Dobbelhoff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-14
Also published as: WO2017097519A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb (1), umfassend eine ein Spindelgewinde (2a) aufweisende Spindel (2), eine ein Muttergewinde (3a) aufweisende Spindelmutter (3), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde (2a, 3a) ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3) mit der axial verschiebbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde (2a, 3a) in Eingriff steht. Es wird vorgeschlagen, dass das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) durch ein Spannelement (10) in Längsrichtung der Spindel (2) gegeneinander verspannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des Aktuators.
Durch die DE 10 2014 206 934 A1 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 beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, 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 konisch ausgebildete Spindelenden auf, welche jeweils über eine Gewindehülse mit einer Lagerhülse verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt ist. An den Lagerhülsen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet.
Das Bewegungsgewinde, z. B. als Trapezgewinde ausgebildet, weist, bedingt durch die Abmessungen von Spindel- und Muttergewinde, ein Axialspiel auf, d. h. die Flanken von Trapezgewinde und Muttergewinde liegen nicht in jedem Betriebszustand spielfrei aneinander.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 8 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einem Spindelantrieb vorgesehen, dass das Spindelgewinde und das Muttergewinde durch ein Spannelement in Längsrichtung der Spindel gegeneinander verspannt sind. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Flanken von Spindel- und Muttergewinde ständig aneinander liegen und das Axialspiel beseitigt ist. Mit dem Axialspiel einhergehende Geräusche werden damit ebenfalls unterbunden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement als lose Mutter mit einem Innengewinde, d. h. einem zweiten Muttergewinde ausgebildet, welches mit dem Spindelgewinde in Eingriff steht. Das Spannelement übt somit über sein Innengewinde eine Axialkraft auf die Spindel aus, welche sich an den Flanken des Muttergewindes der Spindelmutter abstützt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement respektive die lose Mutter über ein Federelement gegenüber der Spindelmutter abgestützt. Durch das Federelement wird eine auf die lose Mutter wirkende Spannkraft erzeugt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Federelement, welches bevorzugt als Tellerfeder ausgebildet ist, gegenüber einer Hülse abgestützt, welche die lose Mutter gleitend in sich aufnimmt und fest mit der Spindelmutter verbunden ist. Die Abstützkraft des Federelements wird somit über die Hülse auf die Spindelmutter übertragen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement respektive die lose Mutter drehfest mit der Spindelmutter verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Spindelmutter und die lose Mutter über stirnseitig angeordnete Klauen drehfest, jedoch axial verschiebbar miteinander verbunden. Damit wird erreicht, dass die lose Mutter mit der Spindelmutter synchronisiert ist und ein Verkeilen der losen Mutter mit der Spindelmutter vermieden wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die lose Mutter innerhalb der Hülse axial gleitend angeordnet. Damit wird erreicht, dass die lose Mutter auf ihrem Außenumfang zentriert und axial verschiebbar ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung bildet der erfindungsgemäße Spindelantrieb den Antrieb für einen Aktuator, welcher als einseitig oder zweiseitig bzw. als einfach oder doppelt wirkender Aktuator ausgebildet sein kann. Beim Betrieb des Aktuators wird die Spindel linear bewegt und somit ein- und ausgefahren, d. h. sie wechselt ständig ihre Bewegungsrichtung, was ein Umkehrspiel zur Folge hat – dies wird durch die erfindungsgemäße Verspannung beseitigt. Darüber hinaus wird auch ein im Ruhezustand des Spindelantriebes auftretendes Axialspiel beseitigt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktuator für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Auch hierbei ist von Vorteil, wenn etwaiges Spiel der Spindel unterbunden werden kann.
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
1 einen Spindelantrieb mit einem Spannelement als Axialschnitt,
2 den Spindelantrieb gemäß 1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung und
3 einen Aktuator mit Spindelantrieb.
1 zeigt einen Spindelantrieb 1 mit einer ein Spindelgewinde 2a aufweisenden Spindel 2, welche mit einem Muttergewinde 3a einer Spindelmutter 3 in Eingriff steht. Das Spindelgewinde 2a und das Muttergewinde 3a bilden ein Bewegungsgewinde, welches vorzugsweise als Trapezgewinde ausgebildet ist. Die Spindelmutter 3 ist über ein Wälzlager 4 gegenüber einem nicht dargestellten Gehäuse eines Aktuators drehbar gelagert und axial fixiert. Auf der Spindelmutter 3 ist drehfest eine Riemenscheibe 5 angeordnet, über welche die Spindelmutter 3 von einem Riemen 6 in Drehrichtung antreibbar ist. Die Spindel 2 weist, anschließend an das Spindelgewinde 2a, einen zylindrischen, glatten Spindelabschnitt 2b auf, welcher über ein Nadellager 7 gegenüber der Spindelmutter 3 gelagert und durch einen Dichtring 8 abgedichtet ist. Zusätzlich ist das Spindelgewinde 2a gegenüber der Spindelmutter 3 über ein weiteres Lager 9 zentriert. Auf dem aus der Spindelmutter 3 herausragenden Ende des Spindelgewindes 2a ist ein als lose Mutter 10 ausgebildetes Spannelement 10 angeordnet, welches ein Innengewinde 10a aufweist, das mit dem Außengewinde 2a der Spindel 2, dem Spindelgewinde 2a, in Eingriff steht. Die lose Mutter 10 ist axial gleitend in einer Hülse 11 angeordnet, welche fest mit der Spindelmutter 3 verbunden, vorzugsweise mit der Spindelmutter 3 verschraubt ist. Ein als Tellerfeder 12 ausgebildetes Federelement 12 stützt sich einerseits an der losen Mutter 10 und andererseits an der Hülse 11 ab, welche einen als Widerlager für das Federelement 12 ausgebildeten Bund 11a aufweist.
Die lose Mutter 10 hat in Verbindung mit der Tellerfeder 12 die Wirkung, dass auf die Spindel 2 eine Axialkraft ausgeübt wird, welche die Flanken des Spindelgewindes 2a gegen die Flanken des Muttergewindes 3a der Spindelmutter 3 drückt. Dadurch wird ein Axialspiel vermieden. Die lose Mutter 10 ist – wie in 2 deutlicher dargestellt ist – drehfest mit der Spindelmutter 3 verbunden.
2 zeigt den Spindelantrieb 1 gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in 1 verwendet werden. Die Spindelmutter 3 weist, stirnseitig über den Umfang verteilt, Klauen 3b auf, während die lose Mutter 10 Klauen 10b aufweist, welche mit den Klauen 3b der Spindelmutter 3 in Eingriff stehen und somit einen Formschluss in Drehrichtung herstellen, jedoch eine axiale Beweglichkeit zwischen Spindelmutter 3 und loser Mutter 10 zulassen. Die lose Mutter 10 ist somit mit der Spindelmutter 3 synchronisiert.
3 zeigt einen Aktuator 20, wie er vorzugsweise für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist. Der Aktuator 20 weist einen Spindelantrieb 21 auf, welcher eine Spindel 22, eine Spindelmutter 23, Lager 24 sowie eine Riemenscheibe 25 umfasst, welche über einen Riemen 26 von einem Elektromotor 27 antreibbar ist. Der Aktuator 20 weist ein Gehäuse 28 auf, welches über ein erstes Gelenk 29 am Fahrzeugrahmen befestigt ist. Die Spindel 22 ist an einem ihrer beiden Enden mit einem Aufschraubzapfen 30 fest verbunden, welcher gegenüber dem Gehäuse 28 axial gleitend geführt und an seinem äußeren, aus dem Gehäuse 28 herausragenden Ende mit einem zweiten Gelenk 31 verbunden ist. Der Aktuator 20 ist über das zweite Gelenk 31 mit einem nicht dargestellten Lenkgestänge, vorzugsweise einem Spurlenker einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verbunden und kann somit die Lenkung eines Hinterrades bewirken, wobei er sich fahrzeugseitig über das erste Gelenk 29 abstützt.
Der Spindelantrieb 21 kann durch den erfindungsgemäßen Spindelantrieb 1, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist, ergänzt werden, wobei die Spindelmutter 3 über das Lager 4 gegenüber dem Gehäuse 28 abgestützt wird. Der Antrieb der Spindelmutter 3 erfolgt durch den Elektromotor 27, der die Riemenscheibe 5 über den Riemen 6 in Rotation versetzt. Dadurch wird die Spindel 2 in Längsrichtung axial verschoben.
Bezugszeichenliste

1: Spindelantrieb
2: Spindel
2a: Spindelgewinde
2b: zylindrischer Abschnitt
3: Spindelmutter
3a: Muttergewinde
3b: Klaue
4: Wälzlager
5: Riemenscheibe
6: Riemen
7: Nadellager
8: Dichtring
9: weiteres Lager
10: Spannelement / lose Mutter
10a: Innengewinde
10b: Klaue
11: Hülse
11a: Bund
12: Federelement / Tellerfeder
20: Aktuator
21: Spindelantrieb
22: Spindel
23: Spindelmutter
24: Lager
25: Riemenscheibe
26: Riemen
27: Elektromotor
28: Gehäuse
29: erstes Gelenk
30: Aufschraubzapfen
32: zweites Gelenk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014206934 A1 [0002]

Claims

Spindelantrieb, mit einer ein Spindelgewinde (2a) aufweisende Spindel (2), eine ein Muttergewinde (3a) aufweisende Spindelmutter (3), wobei das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) als Bewegungsgewinde (2a, 3a) ausgebildet sind und die in Drehrichtung antreibbare Spindelmutter (3) mit der axial verschiebbaren Spindel (2) über das Bewegungsgewinde (2a, 3a) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, das Spindelgewinde (2a) und das Muttergewinde (3a) durch ein Spannelement (10) in Längsrichtung der Spindel (2) gegeneinander verspannt sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement als lose Mutter (10) mit einem Innengewinde (10a) ausgebildet ist, welches mit dem Spindelgewinde (2a) in Eingriff steht.
Spindelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lose Mutter (10) über ein Federelement (12) gegenüber der Spindelmutter (3) abgestützt ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (12) gegenüber einer Hülse (11) abgestützt ist, welche mit der Spindelmutter (3) fest verbunden ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) respektive die lose Mutter (10) drehfest mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.
Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lose Mutter (10) und die Spindelmutter (3) durch, insbesondere stirnseitig, angeordnete Klauen (10b, 3b) miteinander verbunden sind.
Spindelantrieb nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lose Mutter (10) innerhalb der Hülse (11) axial gleitend angeordnet ist.
Aktuator mit einem Spindelantrieb (1), insbesondere für eine Hinterachslenkung, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verwendung eines Aktuators (20) nach Anspruch 8 für die Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges.