Fahrwerksaktuators

Die Erfindung betrifft einen insbesondere zur Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs geeigneten Fahrwerksaktuator nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Getriebean ordnung eines solchen Fahrwerksaktuators.

Ein gattungsgemäßer Fahrwerksaktuator ist beispielsweise aus der WO 2018/149441 A1 bekannt. Der bekannte Fahrwerksaktuator ist Teil einer Vorrichtung zur Niveauver stellung eines Kraftfahrzeugs und umfasst eine Spindelmutter, welche mit Hilfe eines Axiallagers drehbar gelagert ist. Zum Blockieren der Spindelmutter ist eine Sperrein heit vorgesehen, welche eine bei Rotation der Spindelmutter drehende Sperrkontur sowie einen auslenkbaren Sperrhebel umfasst.

Eine Vorrichtung zum Lenken einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs ist zum Beispiel in der DE 2013 21 1 230 A1 beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen Aktuator, mit dem eine Lenkbewegung zwischen einem fahrzeugfesten Punkt und einem An lenkpunkt eines Lenkgestänges ausgeführt werden kann. Der Aktuator weist zur Er zeugung einer Verschiebebewegung ein relativ zu einem Gehäuseelement drehbar gelagertes Wellenelement auf. Als Mittel, um eine Drehbewegung zwischen dem Wel lenelement und dem Gehäuseelement zeitweise zu unterbinden, sind bei der Vorrich tung nach der DE 10 2013 21 1 230 A1 zwei Stifte vorhanden, welche entweder im Gehäuseelement oder im Wellenelement angeordnet sind und in Ausnehmungen des anderen Elementes eingreifen können.

In der DE 10 2008 024 910 A1 ist ein Aktuator mit einer Lastmomentsperre offenbart, welcher im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen kann. Die Lastmo mentsperre umfasst in diesem Fall eine Schlingfeder. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrwerksaktuator besonders hin sichtlich des Einsatzes in einer Hinterachslenkung gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fahrwerksaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer zweistufigen, ein Umschlingungsgetriebe sowie ein Rotativ-Linear- Getriebe umfassenden, Getriebeanordnng eines Fahrwerksaktuators gemäß An spruch 9. Im Folgenden im Zusammen mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausge staltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Fahrwerksaktuator, und umgekehrt.

Der Fahrwerksaktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Rotativ- Linear-Getriebe, welches ausgangsseitig zur Kopplung mit mindestens einem Fahr werkselement vorgesehen ist, wobei ein rotierbares, eingangsseitiges Element des Rotativ-Linear-Getriebes mittels einer Axiallagerung in einem Gehäuse gelagert ist.

Erfindungsgemäß ist eine verstellbare Vorspannvorrichtung vorgesehen, welches die Axiallagerung mit einer Axialkraft belastet, wobei das Rotativ-Linear-Getriebe, gege benenfalls in Zusammenwirkung mit einem weiteren, vorgeschalteten Getriebe, durch die Axialkraft selbsthemmend eingestellt ist.

Ist die Getriebeanordnung des Fahrwerksaktuators zweistufig, nämlich aus einem Umschlingungsgetriebe und ein diesem nachgeschaltetes Rotativ-Linear-Getriebe aufgebaut, so wird ein eingangsseitiges Element, insbesondere eine rotierbare Mutter, des Rotativ-Linear-Getriebes mit Hilfe eines Nach-Feinjustierungselementes, typi scherweise in Form einer Vorspannmutter, derart mittels einer auf eine Axiallagerung des Rotativ-Linear-Getriebes wirkenden Axialkraft belastet wird, dass der Gesamtwir kungsgrad der zweistufigen Getriebeanordnung unterhalb von 50 % gehalten wird. Unabhängig von der Anzahl der Getriebestufen wird die Vorspannung vorzugsweise derart eingestellt, dass einerseits zuverlässig ein selbsthemmender Betrieb, das heißt ein Betrieb der Getriebeanordnung mit einem Gesamtwirkungsgrad von weniger als 50 %, gegeben ist und andererseits keine unnötig hohen Reibungsverluste in einer der Getriebestufen auftreten. Vorzugsweise wird der Gesamtwirkungsgrad auf einen Wert von mindestens 35 % und maximal 45 % eingestellt. Die Einstellung des Wir kungsgrades erfolgt in jedem Fall durch die Axialkraft, welche das eingangsseitige Element des Rotativ-Linear-Getriebes belastet.

Zur Verstellung der Vorspannung der Axiallagerung und damit des Wirkungsgrades des Rotativ-Linear-Getriebes ist vorzugsweise eine Vorspannmutter vorgesehen, wel che in ein Innengewinde eines Gehäuses eingeschraubt ist. Optional kann die Einstel lung der Vorspannmutter, welche als Nach-Feinjustierungselement nutzbar ist, mit Hil fe einer Kontermutter gesichert werden.

Die Vorspannmutter liegt entweder direkt an einem Lagerelement der Axiallagerung an oder übt indirekt eine Axialkraft auf ein Lagerelement aus. In beiden Fällen handelt es sich bei dem Lagerelement vorzugsweise um einen Lagerring oder eine Lager scheibe einer Wälzlagerung. Zusätzlich zur Axiallagerfunktion erfüllt die Wälzlagerung in bevorzugter Ausgestaltung auch eine Radiallagerfunktion. Dies kann mit Hilfe ge sonderter Wälzkörpersätze realisiert sein, wobei ein erster Wälzkörpersatz aus schließlich der Axiallagerung dient und ein zweiter Wälzkörpersatz ausschließlich der Radiallagerung dient. Hierbei können beide Wälzkörpersätze auf ein und demselben Lagerelement abrollen.

Alternativ kann die Wälzlagerung als Schrägwälzlager aufgebaut sein, wobei Wälz körper, beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen oder Nadeln, mit einem Druckwinkel, der größer als 0° und kleiner als 90° ist, insbesondere mindestens 20° und höchstens 70° beträgt, in der Lagerung angeordnet sind und damit sowohl zur Übertragung von Ra dialkräften als auch zur Übertragung von Axialkräften nutzbar sind. Das Rotativ-Linear-Getriebe, welches die Rotation des mittels der vorgespannten Axi allagerung gelagerten eingangsseitigen Getriebeelements in einen Vorschub eines ausgangsseitigen Getriebeelements umsetzt, ist beispielsweise als Planetenwälzge triebe aufgebaut. Hinsichtlich des Aufbaus eines Planetenwälzgetriebes wird beispiel haft auf die Dokumente WO 2015/081951 A1 und DE 10 2015 212 333 A1 hingewie sen. Im Fall des Fahrwerksaktuators kann es sich bei dem eingangsseitigen Getriebe element um die Spindelmutter des Planetenwälzgetriebes oder um ein mit der Spin delmutter drehfest verbundenes Teil handeln. Alternativ ist es möglich, den Planeten träger als Antriebselement des Planetenwälzgetriebes vorzusehen. In diesem Fall ist das Planetenwälzgetriebe als steigungstreues Rotativ-Linear-Getriebe aufgebaut und unter diesem Gesichtspunkt mit einem einfachen Bewegungsgewinde vergleichbar. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes wird beispielhaft auf die DE 195 40 634 C1 hingewiesen.

Dem Rotativ-Linear-Getriebe, insbesondere Planetenwälzgetriebe, ist in vorteilhafter Ausgestaltung ein weiteres Getriebe, insbesondere ein Umschlingungsgetriebe, vor geschaltet. Bei dem Umschlingungsgetriebe kann es sich um ein Riemengetriebe oder um ein Kettengetriebe handeln. Alternativ ist auch ein Antrieb des eingangsseitigen Elements des Rotativ-Linear-Getriebes über ein Zahnradgetriebe möglich. In allen Fäl len ist das Getriebe, welches dem Rotativ-Linear-Getriebe vorgeschaltet ist, vorzugs weise elektrisch angetrieben, sodass der Fahrwerksaktuator insgesamt als elektrome chanischer Aktuator ausgebildet ist.

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

Fig. 1 einen elektromechanischen Fahrwerksaktuators einer Hinterachslenkung in einer schematisierten Übersichtsdarstellung, Fig. 2 ein Detail eines Fahrwerksaktuators für eine Flinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs in einer Schnittdarstellung,

Fig. 3 eine alternative Ausgestaltung eines Fahrwerksaktuators für eine Flinter achslenkung in einer Darstellung analog Figur 2.

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

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Fahrwerksaktuator ist zur Verwendung in einer Flinterachslenkung eines zweiachsigen Fahrzeugs, nämlich ei nes Personenkraftwagens, vorgesehen. Der Fahrwerksaktuator 1 stellt damit einen Lenkungsaktuator einer Flinterachslenkung dar. Dem Fahrwerksaktuator 1 ist ein Elektromotor 2 sowie eine durch den Elektromotor 2 betätigte Getriebeanordnung 3 zuzurechnen. Eine Motorsteuerung des Elektromotors 2 ist mit 27 bezeichnet. Die Ge triebeanordnung 3 umfasst ein Umschlingungsgetriebe 4, nämlich Riemengetriebe, sowie ein dem Umschlingungsgetriebe 4 nachgeschaltetes Rotativ-Linear-Getriebe 5 in Form eines Planetenwälzgetriebes. Ein Riemen des Riemengetriebes 4 ist mit 6 bezeichnet. Durch den Riemen 6 ist ein Antriebsriemenrad 7, welches fest mit der Mo torwelle des Elektromotors 2 verbunden ist, mit einem Abtriebsriemenrad 8 gekoppelt. Das Abtriebsriemenrad 8 wiederum ist fest verbunden mit einer Spindelmutter 9, die ein rotierbares, eingangsseitiges Element des Rotativ-Linear-Getriebes 5 darstellt. Die zugehörige, mit 10 bezeichnete Gewindespindel des Rotativ-Linear-Getriebes 5 stellt dessen Abtriebselement dar.

Die Gewindespindel 10 ist mit FHilfe von Linearführungen 1 1 , 12 in einem Gehäuse 13 des Fahrwerksaktuators 1 verschiebbar geführt. An den Enden der Gewindespindel 10 befinden sich Anbindungselemente 14, 15, die über nicht dargestellte Fahrwerks elemente die Kopplung mit den zu lenkenden Rädern des Fahrzeugs ermöglichen. Zur Lagerung der Spindelmutter 9 im Gehäuse 13 sind zwei Axiallager 16, 17 vorge sehen. Jedes Axiallager 16, 17 umfasst eine Gehäusescheibe 18 und eine Wellen scheibe 19 als Lagerscheiben. Zwischen den Lagerscheiben 18, 19 rollen Kugeln 20 als Wälzkörper ab, welche in einem nicht dargestellten Käfig geführt sein können.

Ferner umfasst der Fahrwerksaktuator 1 eine Vorspanneinrichtung 21 , welche die Gehäusescheibe 18 des Axiallagers 17 mit einer Axialkraft belastet. Der Wirkungsgrad des als Planetenwälzgetriebe ausgebildeten Rotativ-Linear-Getriebes 5 ist von dieser Axialkraft zwar nicht stark, jedoch in signifikantem Maße abhängig. Die Axialkraft ist mittels der Vorspanneinrichtung 21 derart eingestellt, dass der Wirkungsgrad des Fahrwerksaktuators 1 - genauer: der Getriebeanordnung 3 - bei mindestens 35 % und maximal 45 % und damit zuverlässig im selbsthemmenden Bereich, das heißt un terhalb von 50 %, liegt. Der genannte Wirkungsgrad der gesamten Getriebeanord nung 3 ergibt sich aus der Multiplikation des Wirkungsgrades des Umschlingungsge triebes 4 mit dem Wirkungsgrad des Rotativ-Linear-Getriebes 5.

Verschiedene mögliche Ausgestaltungen der Vorspanneinrichtung 21 , welche für die Anordnung nach Figur 1 geeignet sind, sind, teils in grober Vereinfachung, in den Fi guren 2 und 3 veranschaulicht.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind zusätzlich zu den Axiallagern 16, 17 zwei Radiallager 22, 23 erkennbar. Die Radiallager 22, 23 umfassen in der in Figur 2 skiz zierten Bauform Kugeln 24 als Wälzkörper. Die Wälzkörper 24 der Radiallagerung 22, 23 sind nicht notwendigerweise übereinstimmend mit den Wälzkörpern 20 der Axialla ger 16, 17 dimensioniert. In jedem Fall rollt die Reihe an Wälzkörpern 20, welche die Axiallagerfunktion übernimmt, auf derselben Gehäusescheibe 18 ab, auf der auch die die Radiallagerfunktion übernehmenden Wälzkörper 24 abrollen.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Figur 2 dadurch, dass jeweils genau eine Reihe an Wälzkörpern 20 einer Wälz lagerung 16, 17 zuzurechnen ist, wobei diese, wie auch in Figur 1 erkennbar, als Axi- al-Radial-Lager, das heißt als Schrägkugellager ausgebildet ist. Da die Hauptbelas tungsrichtung in Axialrichtung des Fahrwerksaktuators 1 , das heißt in Längsrichtung der Gewindespindel 10, ausgerichtet ist, wird auch in diesem Fall von den Wälzlagern 16, 17 als Axiallagern gesprochen.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen umfasst die Vorspanneinrichtung 21 eine Vor spannmutter 25, welche in das Gehäuse 13 eingeschraubt ist und allgemein auch als Nach-Feinjustierungselement bezeichnet wird. Ein Einschrauben der Vorspannmutter 25 in das Gehäuse 13 geht einher mit einer zunehmenden Vorspannung und einem abnehmenden Wirkungsgrad des Rotativ-Linear-Getriebes 5.

In den Figuren 2 und 3 ist ferner ansatzweise der Riemen 6 sowie das Abtriebsrie menrad 8 erkennbar. Das Abtriebsriemenrad 8 ist über eine Hülse 26 drehfest mit der Spindelmutter 9 verbunden und stellt damit ein Antriebselement des Rotativ-Linear- Getriebes 5 dar.

Bezuqszeichenliste

Fahrwerksaktuator

Elektromotor

Getriebeanordnung

Umschlingungsgetriebe, Riemengetriebe Rotativ-Linear-Getriebe, Planetenwälzgetriebe Riemen

Antriebsriemenrad

Abtriebsriemenrad

Spindelmutter

Gewindspindel

Linearführung

Linearführung

Gehäuse

Anbindungselement

Anbindungselement

Axiallager

Axiallager

Gehäusescheibe

Wellenscheibe

Wälzkörper, Kugel

Vorspanneinrichtung

Radiallager

Radiallager

Wälzkörper, Kugel

Vorspannmutter, Nach-Feinjustierungselement Hülse

Motorsteuerung