DE102014213121A1

DE102014213121A1 - Fahrwerksaktuator

Info

Publication number: DE102014213121A1
Application number: DE102014213121.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Faber; Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-01-07
Also published as: WO2016004939A1

Abstract

Fahrwerksaktuator (1), umfassend einen mit einem Antrieb gekoppelten Spindeltrieb (11) mit einer Gewindespindel (13) und einer Kugelumlaufmutter (12) zum axialen Verstellen einer Komponente (14) eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, wobei der Fahrwerksaktuator (1) ein Malteserkreuzgetriebe umfasst, das ein einen Stift (6) und eine Sperrscheibe (5) aufweisendes, mit dem Antrieb (2) verbundenes Antriebsrad (4) und ein mit dem Antriebsrad (4) gekoppeltes, Schlitze (9) für den Stift (6) und gegengleich zu der Sperrscheibe (5) ausgebildete Konturen (10) aufweisendes Sternrad (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrwerksaktuator, umfassend einen mit einem Antrieb gekoppelten Spindeltrieb mit einer Gewindespindel und einer Kugelumlaufmutter zum axialen Verstellen einer Komponente eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
Derartige elektromechanische Fahrwerksaktuatoren werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise als mechanische Niveauregulierung, Hinterachsverstellung oder Spur- und/oder Sturzverstellung.
Ein herkömmlicher elektromechanischer Fahrwerksaktuator weist einen Spindeltrieb auf, umfassend eine Gewindespindel und eine Kugelumlaufmutter, wobei entweder die Gewindespindel axial ortsfest und drehbar oder die Kugelumlaufmutter axial ortsfest und drehbar ausgebildet ist. Die jeweils andere Komponente wird bei einer Drehung in Axialrichtung verschoben. Mittels des Spindeltriebs kann somit eine Drehbewegung in eine Verschiebung oder eine Verschiebung in eine Drehbewegung umgewandelt werden.
Fahrwerksaktuatoren benötigen in vielen Fällen eine Stillstandssicherung, um eine unerwünschte Stellbewegung, das heißt eine Verstellung des Abtriebs zu vermeiden. Bei ausgeschaltetem Antrieb wird daher eine Sperre zum Blockieren eines Abtriebsteils benötigt, da ein Spindeltrieb nicht selbsthemmend ist.
Aus der DE 10 2008 024 910 A1 ist ein Aktuator mit einer Stillstandssicherung bekannt, die auf Reibschluss beruht.
Daneben sind formschlüssige Stillstandssicherungen wie eine Rastkontur oder eine Stiftverriegelung bekannt. Zusätzlich kann eine fremdgesteuerte elektrische, pneumatische oder hydraulische Sperre eingesetzt werden, dafür ist allerdings eine separate Steuerung und ein separater Aktuator erforderlich, zu dessen Aktivierung Energie benötigt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator anzugeben, der eine formschlüssige selbsttätige Stillstandssicherung aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Fahrwerksaktuator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er ein Malteserkreuzgetriebe umfasst, das ein einen Stift und eine Sperrscheibe aufweisendes, mit dem Antrieb verbundenes Antriebsrad und ein mit dem Antriebsrad gekoppeltes, Schlitze für den Stift und gegengleich zu der Sperrscheibe ausgebildete Konturen aufweisendes Sternrad aufweist.
Die Erfindung beruht auf der Idee, dass die Funktion einer selbsttätigen Stillstandssicherung durch ein Malteserkreuzgetriebe realisiert werden kann, das einerseits mit dem Antrieb und andererseits mit dem Spindeltrieb gekoppelt ist. Das an sich bekannte Malteserkreuzgetriebe umfasst einerseits das drehbare Antriebsrad, das den Stift und eine kreissegmentförmige Kontur aufweist, und andererseits das Sternrad, das schrittweise durch das Antriebsrad bewegt wird. Durch die schrittweise Bewegung wird das Sternrad gedreht, so dass der Spindeltrieb, insbesondere die Gewindespindel oder die Kugelumlaufmutter, in der gewünschten Weise axial positioniert werden kann, wodurch der erfindungsgemäße Fahrwerksaktuator zum axialen Positionieren der damit verbundenen Komponente eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuator weist das Sternrad Konturen auf, die gegengleich zu der Sperrscheibe ausgebildet sind.
Wenn die Komponente des Fahrwerks in der gewünschten Weise positioniert ist, wird das Antriebsrad derart durch den Antrieb gedreht, dass die Sperrscheibe die entsprechenden Konturen des Sternrads berührt. Bei ausgeschaltetem Antrieb, das heißt im stromlosen Zustand, ist das Sternrad durch die Sperrscheibe automatisch gesperrt. Dadurch wird eine unerwünschte Bewegung des Sternrads vermieden, selbst wenn durch die mit dem Spindeltrieb verbundene Komponente des Fahrwerks ein Drehmoment ausgeübt wird. Dementsprechend wirkt das bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuator eingesetzte Malteserkreuzgetriebe als automatische, selbsttätige Stillstandssicherung, ohne dass dazu ein zusätzlicher Aktuator erforderlich wäre.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuators kann das Sternrad mit der Kugelumlaufmutter verbunden sein. Dementsprechend wird die Kugelumlaufmutter bei eingeschaltetem Antrieb gedreht. Die Kugelumlaufmutter ist dann drehbar jedoch axial ortsfest angeordnet. Die mit der Kugelumlaufmutter kämmende Gewindespindel wird dabei axial bewegt, wodurch die gewünschte Verstellung der Komponente des Fahrwerks bewirkt wird.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Sternrad mit der Gewindespindel verbunden ist. Bei eingeschaltetem Antrieb wird somit die Gewindespindel gedreht. Die Gewindespindel ist dabei drehbar jedoch axial ortsfest angeordnet. Die mit der Gewindespindel kämmende Kugelumlaufmutter wird dementsprechend axial verschoben, wodurch die gewünschte axiale Positionierung der mit der Kugelumlaufmutter verbundenen Komponente des Fahrwerks bewirkt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuator kann der Spindeltrieb durch Drehen der Sperrscheibe, bis sie sich im Eingriff mit der gegengleich ausgebildeten Kontur des Sternrads befindet, in eine Sperrstellung gebracht werden. Die Sperrscheibe ist vorzugsweise als Kreissegment (Teilkreis) ausgebildet, das Sternrad weist eine entsprechend gegengleich ausgebildete Kontur auf.
Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, dass das Malteserkreuzgetriebe mit einer vorgeschalteten Vorübersetzung gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine gewünschte Drehmomentübersetzung bewirkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann es bei dem erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuator vorgesehen sein, dass das Malteserkreuzgetriebe mit einer nachgeschalteten Nachübersetzung gekoppelt ist. Die Nachübersetzung kann analog zur Übersetzung eines Drehmoments dienen. Erfindungsgemäß kann die Vorübersetzung und/oder die Nachübersetzung beispielsweise als Riementrieb oder Stirnradgetriebe ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein von dem Antrieb erzeugtes Drehmoment bzw. eine Antriebsdrehzahl mittels der Vor- oder Nachübersetzung an einen benötigten Wert angepasst werden.
Der erfindungsgemäße Fahrwerksaktuator ist bevorzugt als Niveauregulierung oder Spur-Sturzversteller oder Hinterachsverstellung ausgebildet oder damit gekoppelt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine Seitenansicht der wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuators;
2 eine Draufsicht des in 1 gezeigten Fahrwerksaktuators;
3 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuators; und
4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuators mit einer Nachübersetzung.
Der in 1 gezeigte Fahrwerksaktuator 1 umfasst einen als Elektromotor ausgebildeten Antrieb 2, dessen Antriebswelle 3 fest mit einem Antriebsrad 4 eines Malteserkreuzgetriebes verbunden ist. Bei eingeschaltetem Antrieb 2 dreht die Antriebswelle 3 das Antriebsrad 4.
In der Draufsicht von 2 ist dargestellt, dass das Antriebsrad 4 eine Sperrkontur oder eine Sperrscheibe 5 aufweist, die näherungsweise halbkreisförmig ausgebildet ist. In 1 erkennt man, dass die Sperrscheibe 5 im Vergleich zu dem Antriebsrad 4 eine größere Dicke aufweist. Daneben umfasst das Antriebsrad 4 einen Bolzen oder Stift 6, der zylinderförmig ausgebildet ist und orthogonal zur Grundfläche des Antriebsrads 4 angeordnet ist. Bei eingeschaltetem Antrieb 2 wird das Antriebsrad 4 um seine Drehachse 7 gedreht.
Das Malteserkreuzgetriebe wird durch das Antriebsrad 4 und ein Sternrad 8 gebildet, das plattenförmig ausgebildet ist und Schlitze 9 sowie gegengleich zu der Sperrscheibe 5 ausgebildete Konturen 10 (Sperrkonturen) aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Sternrad 8 insgesamt drei Schlitze 9 und drei Konturen 10 auf, die jeweils abwechselnd angeordnet sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht als Beschränkung anzusehen, da auch andere Ausführungen mit einer kleineren oder größeren Anzahl von Schlitzen und Sperrkonturen möglich sind.
Die Schlitze 9 und die Konturen 10 des Sternrads 8 sind so angeordnet und an das Antriebsrad 4 angepasst, dass der Stift 6 bei einer Drehung des Antriebsrads 4 mit der Sperrscheibe 5 jeweils in einen Schlitz eingreift und dabei das Sternrad 8 weiter dreht. Im weiteren Verlauf bewegt sich der Stift 6 wieder aus dem entsprechenden Schlitz 9 heraus und die Sperrscheibe 5 berührt die Sperrkontur 10. Dabei gleiten die Flächen aufeinander, ohne dass das Sternrad 8 gedreht wird. Dementsprechend führt das Sternrad 8 eine getaktete, schrittweise Drehbewegung durch, währenddessen sich das übertragene Drehmoment aufgrund der sich ändernden wirksamen „Hebellängen“ ändert.
In 1 erkennt man, dass das Sternrad 8 mit einem Spindeltrieb 11 gekoppelt ist. Das Sternrad 8 ist fest mit einer Kugelumlaufmutter 12 verbunden, die wiederum mit einer Gewindespindel 13 kämmt. Die Gewindespindel 13 ist mit ihrem freien Ende mit einer Komponente 14 eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs verbunden, die in 1 lediglich schematisch dargestellt ist. Bei einer Drehung des Sternrads 8 wird die damit fest verbundene Kugelumlaufmutter 12 gedreht, so dass die Gewindespindel 13 axial verschoben wird, was durch den Doppelpfeil 15 angedeutet wird. Dementsprechend kann die mit der Gewindespindel verbundene Komponente 14 axial verschoben werden. Bei einer Umkehrung der Drehrichtung des Antriebs 2 wird die Komponente 14 wieder in die entgegengesetzte axiale Richtung bewegt.
2 zeigt die Position, in der sich das Sternrad 8 in einer Sperrstellung befindet. Die (negative) Kontur 10 des Sternrads 8 ist dabei im Eingriff mit der (positiven) Sperrscheibe 5. Nachdem die Komponente 14 in die gewünschte axiale Position verschoben worden ist, wird der Antrieb 2 ausgeschaltet. Durch den Formschluss der Kontur 10 mit der Sperrscheibe 5 wird eine Drehung des Sternrads 8 verhindert, das Sternrad 8 ist in der in 2 gezeigten Position gesperrt. Selbst wenn ein über die Komponente 14 eingeleitetes Drehmoment wirkt, kann sich das Sternrad 8 nicht bewegen. Dementsprechend wirkt das Malteserkreuzgetriebe als automatische, selbsttätige Sperre des Fahrwerksaktuators 1 im ausgeschalteten Zustand.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Fahrwerksaktuator 1, der das Antriebsrad 4 und das Sternrad 8 umfasst, zusätzlich eine Vorübersetzung aufweist, die als Stirnradgetriebe 16 ausgebildet ist. Der in 3 gezeigte Fahrwerksaktuator 1 entspricht demjenigen von 1, aus Gründen der Übersichtlichkeit sind jedoch einige Komponenten nicht dargestellt, beispielsweise der Spindeltrieb 11.
Das Stirnradgetriebe 16 umfasst zwei miteinander kämmende Stirnräder 17, 18, wobei das Stirnrad 17 mit dem Antrieb 2 gekoppelt ist. Bei eingeschaltetem Antrieb 2 wird das Stirnrad 17 in Rotation versetzt, das das Stirnrad 18 antreibt, über das das Antriebsrad 4 gedreht wird. Mittels der Vorübersetzung können das von dem Antrieb erzeugte Drehmoment und die Drehzahl entsprechend den Erfordernissen angepasst werden. Das aus dem Antriebsrad 4 und dem den Abtrieb darstellenden Sternrad 8 bestehende Malteserkreuzgetriebe ist im ausgeschalteten Zustand gesperrt. Weiterhin ist das Stirnradgetriebe im ausgeschalteten Zustand lastfrei.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrwerksaktuators 1, der in Übereinstimmung mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen das Antriebsrad 4 und das Sternrad 8 umfasst, die ein Malteserkreuzgetriebe bilden. Abweichend von den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist dem Malteserkreuzgetriebe eine Nachübersetzung in Form eines Riementriebs 19 zugeordnet, umfassend zwei Riemenräder 20, 21, die durch einen Riemen 22 oder eine Kette miteinander gekoppelt sind. Durch die Festlegung der Durchmesser der beiden Riemenräder 20, 21 können Drehzahl und Drehmoment nach Bedarf angepasst werden. In 4 erkennt man, dass bei eingeschaltetem Antrieb 2 das Antriebsrad 4 in Drehung versetzt wird. Dementsprechend wird das Sternrad 8 schrittweise gedreht, das fest mit einem Riemenrad des Riementriebs 19 gekoppelt ist. Dadurch wird das andere Riemenrad angetrieben, das mit dem Spindeltrieb 11 verbunden ist.
Der in 4 gezeigte Fahrwerksaktuator 1 ist als Hinterachsverstellung ausgebildet, bei der die Komponente 14 axial verstellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Fahrwerksaktuator
2: Antrieb
3: Antriebswelle
4: Antriebsrad
5: Sperrscheibe
6: Stift
7: Drehachse
8: Sternrad
9: Schlitz
10: Kontur
11: Spindeltrieb
12: Kugelumlaufmutter
13: Gewindespindel
14: Komponente
15: Doppelpfeil
16: Stirnradgetriebe
17: Stirnrad
18: Stirnrad
19: Riementrieb
20: Riemenrad
21: Riemenrad
22: Riemen

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 102008024910 A1 [0005]

Claims

Fahrwerksaktuator (1), umfassend einen mit einem Antrieb gekoppelten Spindeltrieb (11) mit einer Gewindespindel (13) und einer Kugelumlaufmutter (12) zum axialen Verstellen einer Komponente (14) eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwerksaktuator (1) ein Malteserkreuzgetriebe umfasst, das ein einen Stift (6) und eine Sperrscheibe (5) aufweisendes, mit dem Antrieb (2) verbundenes Antriebsrad (4) und ein mit dem Antriebsrad (4) gekoppeltes, Schlitze (9) für den Stift (6) und gegengleich zu der Sperrscheibe (5) ausgebildete Konturen (10) aufweisendes Sternrad (8) aufweist.
Fahrwerksaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sternrad (8) mit der Kugelumlaufmutter (12) verbunden ist.
Fahrwerksaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sternrad (8) mit der Gewindespindel (13) verbunden ist.
Fahrwerksaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (11) durch Drehen der Sperrscheibe (5), bis sie sich im Eingriff mit der gegengleich ausgebildeten Kontur des Sternrads (8) befindet, in eine Sperrstellung bringbar ist.
Fahrwerksaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Malteserkreuzgetriebe mit einer vorgeschalteten Vorübersetzung gekoppelt ist.
Fahrwerksaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Malteserkreuzgetriebe mit einer nachgeschalteten Nachübersetzung gekoppelt ist.
Fahrwerksaktuator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorübersetzung und/oder die Nachübersetzung als Riementrieb (19) oder Stirnradgetriebe (16) ausgebildet ist bzw. sind.
Fahrwerksaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Niveauregulierung oder Hinterachsverstellung oder Spur-Sturzversteller ausgebildet oder damit gekoppelt ist.