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Dokumentenidentifikation DE10351366A1 09.06.2005
Titel Aktuator
Anmelder ZF Lenksysteme GmbH, 73527 Schwäbisch Gmünd, DE
Erfinder Ilg, Michael, 73550 Waldstetten, DE;
Bernhard, Werner, 73563 Mögglingen, DE;
Mayr, Friedrich, 73760 Ostfildern, DE;
Ottenstein, Achim, 73568 Durlangen, DE;
Engel, Ingo, 73577 Ruppertshofen, DE;
Mucha, Nicole, 73527 Schwäbisch Gmünd, DE
DE-Anmeldedatum 04.11.2003
DE-Aktenzeichen 10351366
Offenlegungstag 09.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2005
IPC-Hauptklasse H02K 7/116
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1), insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) zum Antrieb eines Getriebes (3) des Aktuators (1) und mit einer Überlastsicherung (4) zwischen dem Antriebsmotor (2) und dem Getriebe (3).
Um einen Aktuator (1) für ein Lenksystem zu schaffen, dessen Überlastsicherung bei einfachem Aufbau exakt und reproduzierbar bei Überschreiten eines Auslösemomentes anspricht und den Aktuator vor Beschädigungen schützt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Überlastsicherung (4) durch eine Klauenkupplung (5) mit einem ersten, axial verschieblichen und angefederten Druckelement (6) und einem zweiten, axial unverschieblichen Druckelement (7) darzustellen, wobei die Druckelemente (6, 7) über ein oder mehrere angeformte Rastelemente (8) in formschlüssigem Eingriff stehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einen Aktuator eines Lenksystems, mit einem elektrischen Antriebsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aktuatoren wie sie in Lenksystemen eingesetzt werden, sind aus einem elektrischen Antriebsmotor gebildet, der ein Untersetzungsgetriebe mit meist hohem Übersetzungsverhältnis ins Langsame antreibt. Ein Aktuator kann dabei zur Lenkwinkelverstellung ein oder mehrerer gelenkter Räder eines Fahrzeugs oder als Lenkradaktuator zum Verdrehen eines Lenkrades angewandt werden. Durch das hohe Massenträgheitsmoment des Läufers des Antriebsmotors führen Stoßeinflüsse auf die Lenkung zu hohen Drehmomentspitzen im Antriebsstrang solcher Lenksysteme. Drehmomentspitzen treten z.B. auf, wenn die Lenkhandhabe oder das Lenkrad rasch bis zu einer Endstellung oder auch einer Zwischenstellung bewegt wird und dann plötzlich abgebremst wird.

Der elektrische Antriebsmotor kann auch im geschleppten Betrieb, beispielweise durch das Anfahren von Bordsteinkanten oder durch Fahrbahnstöße sehr stark beschleunigt oder verzögert werden. Die hohen Trägheitsmomente des Läufers des elektrischen Antriebsmotors führen in den genannten Fällen zu hohen Belastungen des Getriebes und/oder der Lenksäule wovor diese zu schützen sind.

Die DE 198 11 784 A1 beschreibt als Schutzeinrichtung solcher Aktuatoren eine als elektromagnetische oder elektrorheologische Kupplung oder eine als Reib-/Rutschkupplung ausgebildete Überlastkupplung zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und dem Getriebe. Die DE 44 45 017 A1 beschreibt eine Kupplung zum Übertragen von Drehmomenten von einer Antriebsmaschine auf eine angetriebene Einrichtung unter Verwendung federelastischer Druckelemente zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmomentes.

Es sind auch andere Überlastsicherungen zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe von Lenkhilfe-Stellern oder Aktuatoren von Lenksystemen bekannt. Die bekannten Überlastsicherungen zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe sind in ihrem Auslösemoment ungenau. Sie sind empfindlich auf Achsversatz, verschleißanfällig und aufwendig in der Herstellung und Montage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator eines Lenksystems darzustellen, dessen Überlastsicherung bei einfachem Aufbau exakt und reproduzierbar bei Überschreiten eines Auslösemomentes anspricht und den Aktuator vor Beschädigungen schützt.

Die Aufgabe wird mit einem Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Überlastsicherung ist durch eine zwei- oder mehrteilige Klauenkupplung in dem Antriebsstrang zwischen einer Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors und dem Getriebe gebildet. Die Klauenkupplung weist zumindest ein axial verschiebliches und angefedertes Druckelement auf welches gegen ein axial unverschiebliches Druckelement gepresst ist. Die Druckelemente, die gegeneinander gezogen oder gedrückt sind, weisen ein oder mehrere angeformte Rastelemente zum gegenseitigen formschlüssigen, ein Drehmoment übertragbaren Eingriff auf. Auf diese Weise ist eine einfache Überlastsicherung dargestellt, die einen breiten Einsatzbereich in Bezug auf die Umgebungstemperatur hat, die weitgehend temperaturkompensiert ist, verschleißarm ist, dauerhaft dynamisch belastbar ist und unempfindlich gegen Achsversatz ist und einfach zu montieren ist.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Überlastsicherung als zweiteilige Klauenkupplung ausgebildet und besteht im wesentlichen aus zwei Druckelementen, die einstückig angeformte Rastelemente – Trapezzähne – aufweisen. Mit der stirnseitigen Trapezverzahnung sind die Druckelemente gegeneinander gerichtet und formschlüssig lösbar, drehfest verbunden. Das axial verschiebbare Druckelement ist bevorzugt auf der Motorwelle des Antriebsmotors verschieblich auf einer Verzahnung angeordnet. Es kann auch zweckmäßig sein, das axialverschiebliche Druckelement fest auf einem axialverschieblichen Stück einer als Teleskopwelle ausgebildeten Welle anzuordnen. Grundsätzlich kann das axialverschiebliche Druckelement auch auf der Eingangswelle des Getriebes angeordnet sein.

Obwohl die Rastelemente verschiedenste Profilformen aufweisen können ist es zweckmäßig diese als Trapezzähne mit einem Profilwinkel von etwa 40° bis 70°, bevorzugt mit etwa 55° Profilwinkel zu bilden. Die Trapezzähne können auch ein balliges Evolventenzahnprofil aufweisen. Mit der Wahl des Profilwinkels der Rastelemente oder der Trapezzähne kann zusammen mit der Federkonstanten einer die Druckelemente gegeneinander pressenden Feder das Auslösemoment der Überlastsicherung festgelegt werden.

Das axialverschiebliche Druckelement oder auch beide Druckelemente können mit einer geeigneten, die Gleit- und/oder die Verschleißeigenschaften verbessernden Beschichtung versehen sein. Die Anfederung des axialverschieblichen Druckelements kann mit Hilfe einer Druckfeder oder einer Zugfeder geeigneter Bauart dargestellt werden. Der Aktuator mit der erfindungsgemäßen Überlastsicherung eignet sich als Radaktuator für eine Fremkraft- oder Hilfskraftlenkung. Es kann auch zweckmäßig sein, den Aktuator als Lenkradaktuator zu verwenden.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Aktuators mit teilweisem Längsschnitt,

2 zeigt einen Ausschnitt II in 1,

3 zeigt einen Längsschnitt durch die Überlastsicherung in 1 und 2,

4 zeigt einen weiteren Ausschnitt IV in 1.

In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht mit einem teilweisen Längsschnitt ein Aktuator 1 für ein Lenksystem eines Fahrzeugs gezeigt. Der Aktuator 1 wird als Radaktuator zur Lenkwinkelverstellung nicht gezeigter Räder eines Fahrzeugs in einer Hilfskraftlenkung angewandt. Er besteht im wesentlichen aus einem elektrischen Antriebsmotor 2, welcher in einem Gehäuse 16 der Aktuators 1 angeordnet ist. Eine Motorwelle 11 des Antriebsmotors 2 dient zum Antrieb einer Eingangswelle 12 eines Getriebes 3 des Aktuators 1. Die Eingangswelle 12 ist bei dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel drehfest mit einer Schnecke 17 verbunden. Die Schnecke 17 kämmt mit einem Schneckenrad 18 des Getriebes 3, sodaß das Getriebe 3 ein hohes Übersetzungsverhältnis ins Langsame aufweist. Das Schneckenrad 18 kann drehfest mit einer Lenkspindel oder Lenkmutter verbunden sein. Der Aktuator 1 kann auch als Radaktuator für je ein gelenktes Rad des Fahrzeugs eingesetzt werden.

Eine Überlastsicherung 4 ist an einer Verbindungsstelle des Antriebsmotors 2 in dem von der Motorwelle 11 und der Eingangswelle 12 gebildeten Antriebsstrang angeordnet. Die Überlastsicherung 4 verbindet ein fliegend angeordnetes Ritzel 19 am Ende der Motorwelle 11 mit der Schecke 17, wobei auf dem Ritzel 19. ein erstes, axialverschiebliches Druckelement 6 drehfest angeordnet ist. Das axialverschiebliche Druckelement 6 weist, wie die 3 und 4 zeigen, an seiner, dem Getriebe 3 zugewandten Stirnseite 20 in diskreten Abständen zueinander angeordnete Rastelemente 8 auf. Die Rastelemente 8 sind einstückig mit dem Druckelement 6 gebildet und haben die Form von Trapezzähnen. Der Profilwinkel &agr;P der Trapezzähne 9 (vgl. 4) ist etwa 55°. Das axialverschiebbare erste Druckelement 6 ist Teil einer Klauenkupplung 5 mit Trapezverzahnung. Die Klauenkupplung 5 bildet die Überlastsicherung 4. Die Trapezverzahnung des ersten, axialverschieblichen Druckelements 6 wirkt formschlüssig mit Rastelementen 8 an der Stirnseite eines zweiten, drehfest und axial unverschieblich mit der Eingangswelle 12 des Getriebes 3 verbundenen, zweiten Druckelements 7 zusammen. Diese Rastelemente 8 sind in identischer Weise als Trapezverzahnung an dem Druckelement 7 angeordnet. Das erste, axialverschiebliche Druckelement 6 ist mit Hilfe einer Druckfeder 15 gegen das zweite Druckelement 7 gepreßt. Die Druckfeder 15 ist um die als Motorwelle 11 ausgebildete Welle 10 gelegt und stützt sich an einem Gleitring 22 ab. Der Gleitring 22 ist axial zwischen dem Ritzel 19 und einem Gehäusedeckel 21 des Antriebsmotors 2 angeordnet. Die Druckfeder 15 wirkt auf einen Rücken eines die Trapezverzahnung tragende Rings 23 des ersten, axialverschieblichen Druckelements 6.

Durch die Wahl des Profilwinkels &agr;P und/oder der Federkonstanten der Druckfeder 15 läßt sich das Auslösemoment der Überlastsicherung 4 genau vorgeben.

Das zweite, axial unverschiebliche Druckelement 7 ist mit Hilfe einer Verzahnung am Ende der Eingangswelle 12 drehfest mit der Eingangswelle 12 verbunden. Wie insbesondere die 2 bis 4 verdeutlichen, ist die Klauenkupplung 5 vierteilig aufgebaut und überträgt das Drehmoment des Antriebsmotors 2 über ein drittes Druckelement 13 und ein viertes Druckelement 14 auf die Eingangswelle 12 des Getriebes 3. Das erste, axialverschiebliche Druckelement 6 überragt mit seinem, die Trapezverzahnung tragenden Ring 23 das dritte Druckelement 13. In gleicher Weise überkragt das zweite Druckelement 7 das vierte Druckelement 14. Die Druckelemente 6, 7, 13, 14 sind zylindrische Bauteile. Das dritte Druckelement 13 ragt mit einem Schaft 24 in eine Sackbohrung 25 der Motorwelle 11, wobei die Sackbohrung 25 axial über den Erstreckungsbereich des Ritzels 19 in die Motorwelle 11 ragt. Das vierte Druckelement 14 ist mit einem Schaft 26 in einer Sackbohrung 27 in der Eingangswelle 12 festgelegt. Zwischen dem dritten und vierten Druckelement kann Formschluß oder Reibschluß bestehen. Ein Toleranzring 28 zwischen dem dritten und vierten Druckelement dient zum Ausgleich von Axialspiel und zur Drehmomentübertragung zwischen dem dritten und vierten Druckelement.

BEZUGSZEICHENLISTE

Anspruch[de]
  1. Aktuator, insbesondere für ein Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem elektrischen Antriebsmotor (2) zum Antrieb eines Getriebes (3) des Aktuators (1) und mit einer Überlastsicherung (4) zwischen dem elektrischen Antriebsmotor (2) und dem Getriebe (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (4) durch eine Klauenkupplung (5) mit einem ersten, axial verschieblichen und angefederten Druckelement (6) und einem zweiten, axial unverschieblichen Druckelement (7) die über ein oder mehrere angeformte Rastelemente (8) in formschlüssigem Eingriff stehen, gebildet ist.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (8) der Druckelemente (6, 7) Trapezzähne (9) sind.
  3. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebliche, angefederte Druckelement (6) zusammen mit einer Welle verschiebbar ist.
  4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebliche, angefederte Druckelement (6) auf einer Welle (10) verschiebbar angeordnet ist.
  5. Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) eine Motorwelle (11) des Antriebsmotors (2) ist.
  6. Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) eine Eingangswelle (12) des Getriebes (3) ist.
  7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (8) oder Trapezzähne (9) einen Profilwinkel (&agr;P) von etwa 40° bis 70° aufweisen.
  8. Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilwinkel (&agr;P) der Rastelemente (8) oder Trapezzähne (9) etwa 55° beträgt.
  9. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (8) oder Trapezzähne (9) ballig ausgebildet sind.
  10. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (6, 7), und/oder das Rastelement (8) und/oder die Trapezzähne (9) mit einer die Gleit- und/oder die Verschleißeigenschaften verbessernden Beschichtung versehen sind.
  11. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastsicherung (4) zur Drehmomentübertragung ein drittes Druckelement (13) das mit einem vierten Druckelement (14) zusammenwirkt, aufweist.
  12. Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte und vierte Druckelement (13, 14) von dem ersten und zweiten Druckelement (6, 7) überkragt wird.
  13. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebliche Druckelement (6) von einer zylindrischen Druckfeder (15) angefedert ist.
  14. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) Teil eine Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs ist.
  15. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) Teil eine Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs ist.
  16. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) ein Lenkradaktuator oder ein Radaktuator ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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