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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator eines Wankstabilisators, der einem Wanken des Fahrzeugaufbaus aktiv entgegenwirkt.
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Aus
DE 10 2010 034 801 A1 ist ein Aktuator eines Wankstabilisators nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Der Aktuator ist zwischen zwei Stabilisatorhälften angeordnet, wobei ein Aktuatoreingang an die eine Stabilisatorhälfte angeschlossen ist und wobei ein Aktuatorausgang an die andere Stabilisatorhälfte drehfest angeschlossen ist. Der Aktuator umfasst einen Elektromotor und ein an den Elektromotor angeschlossenes Untersetzungsgetriebe. Ein Stator des Elektromotors ist drehfest mit einem Gehäuse verbunden, wobei dieses Gehäuse den Aktuatoreingang für die eine Drehstabhälfte bildet. Der Rotor des Elektromotors ist an einen Getriebeeingang eines Planetengetriebes angeschlossen, dessen Ausgangswelle drehfest mit der anderen Stabilisatorhälfte verbunden ist. Die Ausgangswelle bildet den Aktuatorausgang. Die beiden Drehstabhälften bilden gemeinsam eine Drehstabfeder, an deren Enden Hebel anschließen, die unmittelbar oder beispielsweise über Pendelstützen an der Radaufhängung abgestützt sind. Üblicherweise wird ein derartiger Aktuator etwa mittig zwischen den beiden Drehstabhälften angeordnet. Bauartbedingt beanspruchen derartige Aktuatoren erheblichen radialen Bauraum quer zur Aktuatorachse. Bei der Auslegung der Drehstabfeder muss zusätzlich beachtet werden, dass aufgrund der axialen Erstreckung des Aktuators die wirksame Länge der Drehstabfeder verkürzt ist, sodass die an den Aktuator angeschlossenen Drehstabhälften auf die Länge des Aktuators abgestimmt werden müssen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Aktuator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der auch bei beengtem Bauraum am Fahrzeug montiert werden kann. Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Aktuator gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Unterteilung des Aktuators in zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Aktuatorhälften ermöglicht einen vergrößerten Bauraum zwischen diesen Aktuatorhälften für andere Komponenten, die am Fahrzeug zu montieren sind. Die eine Aktuatorhälfte weist den Aktuatoreingang auf, die andere Aktuatorhälfte weist den Aktuatorausgang auf. Die beiden Aktuatorhälften sind über ein als Torsionsfeder ausgebildetes Torsionsprofil miteinander verbunden. Das von dem Motor des Aktuators erzeugte Drehmoment wird als Torsionsmoment von dem Torsionsprofil übertragen. Das Torsionsprofil kann in radialer Richtung – also quer zur Aktuatorachse – sehr schlank ausgebildet werden, sodass ein gegenüber bekannten aktiven Wankstabilisatoren vergrößerter radialer Bauraum zur Verfügung steht. Das Torsionsprofil ist als Torsionsprofil ausgebildet, deren Torsionssteifigkeit an den gewünschten Bedarf angepasst ist. Je größer die Torsionssteifigket ist, desto größer ist bei gegebener Verdrehung zwischen den beiden Stabilisatorschenkeln ein wirksames Torsionsmoment. Bei Kurvendurchfahrten kann eine sehr große Torsionssteifigkeit gewünscht sein, um ein Einfedern des kurvenäußeren Rades gering zu halten. Bei Geradeausfahrten und Durchfahren von Schlaglöchern mit nur einer Spur des Kraftfahrzeuges wird bei sehr torsionsteifen Drehstabfedern der durch die Federbeine bereitgestellte Federung- und Dämpfungskomfort beeinträchtigt.
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Wenn beispielsweise eine Ölwanne mittig zwischen den beiden Spuren eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, können bekannte Aktuatoren aufgrund ihrer erheblichen radialen Erstreckung mit der Ölwanne kollidieren und demzufolge nicht oder nur mit großem konstruktivem Aufwand eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Aktuator kann jedoch problemlos eingesetzt werden: die beiden Aktuatorhälften können seitlich neben der von der Lage her störenden Ölwanne positioniert werden und das dazwischen angeordnete Torsionsprofil kann so schlank gestaltet werden, dass die Lage der Ölwanne nicht störend wirkt. Das Torsionsprofil kann als gerades Profil mit einer geraden Achse ausgebildet sein; es kann auch gebogen sein und eine einfach oder mehrfach gekrümmte Achse aufweisen, um an die Lage benachbarter Bauteile angepasst zu werden.
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Die Ausbildung dieses Torsionsprofils als Torsionsfeder ermöglicht den Einsatz des Aktuators als Drehstabfeder, wie sie bei den bekannten aktiven und passiven Wankstabilisatoren verwendet werden. Wenn die beiden Aktuatorhälften nahe an den voneinander abgewandten axialen Enden der Drehstabfeder angeordnet sind, können diese Drehstabfederhälften aufgrund ihrer deutlich reduzierten axialen Erstreckung nur noch bedingt als Drehstabfeder eingesetzt werden. Erfindungsgemäß dient der Aktuator als Drehstabfeder, dessen Torsionsprofil die gewünschte Drehstreifigkeit bereitstellt.
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Das Torsionsprofil ist vorzugsweise torsionsweich und biegesteif. Seine Gestalt kann an die gegebenen Platzverhältnisse angepasst werden, also beispielsweise mit Biegungen versehen sein oder auch mit Querschnittsänderungen. Vorzugsweise eignen sich Hohlprofile als Torsionsprofil, da diese vom Gewicht her leicht sind und dennoch eine ausreichende Steifigkeit aufweisen können.
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Es ist denkbar, dass das als Torsionsfeder ausgebildete Torsionsprofil als Drehstabfeder in dem Wankstabilisator eingesetzt wird, ohne dass es weiterer Drehstabfedern bedarf. Wenn jedoch der erfindungsgemäße Aktuator zwischen Drehstabteilen einer geteilten Drehstabfeder angeordnet ist, kann der Aktuatoreingang mit dem einen Drehstabteil und der Aktuatorausgang mit dem anderen Drehstabteil drehfest verbunden werden, wobei in diesem Fall die beiden Drehstabteile Drehstabfederteile bilden und gemeinsam mit dem Torsionsprofil die Drehstabfeder bilden. Die beiden Drehstabfederteile und das Torsionsprofil können jeweils das volle Torsionsmoment übertragen.
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Vorzugsweise sind die Aktuatorhälften jeweils mit einem Gehäuse versehen, von denen eines den Aktuatoreingang bildet. In diesem Fall kann das eine Gehäuse drehfest mit einem Ende des Torsionsprofils verbunden sein, wobei das andere Gehäuse drehfest mit dem anderen Ende des Torsionsprofils verbunden sein kann.
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Das eine Gehäuse der einen Aktuatorhälfte kann drehfest mit einem Stator des Motors verbunden sein, wobei der Aktuatorausgang an der anderen Aktuatorhälfte vorgesehen und durch eine Ausgangswelle eines Untersetzungsgetriebes gebildet sein kann. Bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung kann der Motor – ein Elektromotor oder auch ein hydraulisch betätigter Motor – in dem einen Gehäuse angeordnet sein, wobei das andere Gehäuse ein Untersetzungsgetriebe aufnehmen kann, dessen Ausgangswelle den Aktuatorausgang bildet. In vorteilhafter Weise sind demzufolge Motor und Getriebe entlang der Aktuatorachse getrennt voneinander angeordnet, sodass zwischen diesen beiden Gehäusen ein vergrößerter Bauraum für weitere am Fahrzeug zu montierende Komponenten zur Verfügung steht.
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Der Rotor des Motors kann an eine Motorwelle angeschlossen sein, die andererseits an einen Getriebeeingang des Untersetzungsgetriebes angeschlossen sein kann. Die Motorwelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt. Bei gleicher Drehsteifigkeit kann die Hohlwelle ein reduziertes Eigengewicht gegenüber einer vergleichbaren massiven Welle aufweisen.
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Vorzugsweise ist die Motorwelle entlang dem Torsionsprofil in einem von dem Hohlprofil begrenzten Hohlraum angeordnet. In vorteilhafter Weise kann bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung einerseits radialer Platzbedarf reduziert werden, andererseits ist die Motorwelle von dem umgreifenden Torsionsprofil geschützt.
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Zur Unterbindung von unerwünschten Schwingungen der Motorwelle können Stützlager vorgesehen sein, über die die Motorwelle an dem Torsionsprofil gelagert ist. Die Stützlager können als Wälzlager oder Gleitlager ausgeführt sein. Diese Stützlager können entlang der Motorwelle an geeigneten Stellen angeordnet sein, um Eigenschwingungen der Motorwelle zu vermeiden. Die Stützlager können als Gelenklager ausgeführt sein mit einem an dem Torsionsprofil gehalterten Außenring und mit einem kippbeweglich angeordneten Innenring, der die Motorwelle umgreift. Für die Kippbeweglichkeit können Gummielemente vorgesehen werden. Die Motorwelle kann kardanisch an den Rotor einerseits und an den Getriebeeingang andererseits drehfest angeschlossen sein.
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Das Torsionsprofil kann die Motorwelle in Umfangsrichtung vollständig umschließen, oder auch nur etwa u-förmig umgreifen. Das Torsionsprofil kann an die Gehäuse der beiden Aktuatorhälften mittels Schweißverbindung drehfest angeschlossen werden; alternativ kann eine Formschluss zwischen Torsionsprofil und Gehäuse vorgesehen sein. Das Torsionsprofil und die Gehäuse können miteinander verzahnt sein, beispielsweise kann eine Zykloidenverzahnung vorgesehen sein.
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Die an die Aktuatorhälften angeschlossenen Drehstabteile können koaxial zu dem Torsionsprofil angeordnet sein, aber auch exzentrisch dazu. An die Enden der Drehstabteile können einstückig angeformte Hebel oder Stabilisatorschenkel anschließen, an deren freien Enden beispielsweise Pendelstützen anschließen, die Kräfte in die Hebel einleiten können, über deren Hebelarm das Torsionsmoment in den Wankstabilisator geleitet wird. Die Pendelstützen verbinden die Schenkel der Drehstabfeder mit der Radaufhängung; bei Kurvendurchfahrten erfolgt eine gegensinnige Krafteinleitung in die freien Enden der Stabilisatorschenkel, die ein Torsionsmoment in der Drehstabfeder erzeugt.
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Die eine Aktuatorhälfte kann den Motor und ein Steuergerät aufweisen und gegebenenfalls eine erste Getriebestufe und die zweite Aktuatorhälfte kann das Getriebe oder auch nur eine weitere Getriebstufe aufweisen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von drei in insgesamt vier Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Wankstabilisator mit einem erfindungsgemäßen Aktuator in schematischer Darstellung,
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2 einen modifizierten erfindungsgemäßen Aktuator im Querschnitt,
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3 einen weiteren modifizierten erfindungsgemäßen Aktuator im Querschnitt und
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4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Aktuators, wie er in 3 im Querschnitt abgebildet ist.
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1 zeigt einen Wankstabilisator mit einem erfindungsgemäßen Aktuator, der zwischen zwei Drehstabteilen 1, 2 angeordnet ist. Das eine Drehstabteil 1 ist an einen Aktuatoreingang 3 und das andere Drehstabteil 2 ist an einen Aktuatorausgang 4 drehfest angeschlossen. An ihren von dem Aktuator abgewandten Enden sind die beiden Drehstabteile 1, 2 jeweils mit einem Hebel 5, 6 versehen, der abgewinkelt von einer Aktuatorachse ist, die in diesem Ausführungsbeispiel mit der Achse der Drehstabteile 1, 2 zusammenfällt. An den freien Enden der Hebel 5, 6 sind Pendelstützen 7 abgestützt, die jeweils an einen nicht abgebildeten Radträger angeschlossen sind. Derartige Radträger sind Teil der Radaufhängung des Kraftfahrzeuges.
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Die Drehstabteile 1, 2 sind über Stabilisatorlager 8 am nicht abgebildeten Fahrgestell radial gelagert. Als Lagertypen kommen beispielsweise Gummilager in Betracht. Diese Stabilisatorlager 8 lagern die Drehstabteile 1, 2 gegenüber dem Fahrgestell in den radialen Richtungen.
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Der Aktuator ist in zwei Aktuatorhälften 10, 11 unterteilt. Die beiden Aktuatorhälften 10, 11 sind entlang der Aktuatorachse axial beabstandet zueinander angeordnet. Die eine Aktuatorhälfte 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem ein nicht weiter abgebildeter Elektromotor 12a untergebracht ist. Das Gehäuse 12 ist drehfest mit einem Stator 12b verbunden. Das Gehäuse 12 bildet den Aktuatoreingang 3. Im Ausführungsbeispiel ist das Drehstabteil 1 drehfest an das Gehäuse 12 angeschlossen.
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Sofern im Zusammenhang mit der Erfindung von einem drehfesten Anschluss oder einer drehfesten Verbindung die Rede ist, sind kraftschlüssige, formschlüssige sowie stoffschlüssige Verbindungen für die Übertragung des Torsionsmomentes möglich. Für formschlüssige Verbindungen eignen sich beispielsweise Flansche, die mittels Schrauben formschlüssig miteinander verbunden werden. Für stoffschlüssige Verbindungen kommen Klebverbindungen, Lötverbindungen und Schweißverbindungen in Betracht.
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Die Aktuatorhälfte 11 weist ein Gehäuse 13 auf, in dem ein Untersetzungsgetriebe 14 untergebracht ist. Die beiden Aktuatorhälften 10, 11 sind mittels eines Torsionsprofils 15 miteinander verbunden. Das in diesem Ausführungsbeispiel etwa rohrförmige Torsionsprofil 15 ist entlang der Aktuatorachse angeordnet. Das eine Ende des Torsionsprofils 15 ist drehfest mit dem Gehäuse 12 verbunden, das andere Ende des Torsionsprofils 15 ist drehfest mit dem Gehäuse 13 verbunden. Durch das rohrförmige Torsionsprofil 15 ist eine Motorwelle 16 hindurchgeführt, die im Ausführungsbeispiel gestrichelt angedeutet ist. Die Motorwelle 16 ist einerseits drehfest mit einem Rotor 12c des Elektromotors 12a verbunden. Andererseits ist die Motorwelle 16 drehfest mit einer Eingangswelle 17 des Untersetzungsgetriebes 14 verbunden. Eine Ausgangswelle 18 des Untersetzungsgetriebes 14 bildet den Aktuatorausgang 4.
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Die Motorwelle 16 ist über Stützlager 19 in dem rohrförmigen Torsionsprofil 15 drehbeweglich gelagert.
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Das Torsionsprofil 15 ist als Torsionsfeder ausgebildet, die Torsionsmomente zwischen den beiden Drehstabteilen 1, 2 überträgt. Das Torsionsprofil 15 kann für sich genommen, aber auch gemeinsam mit den beiden Drehstabteilen 1, 2 die Torsionsfeder bilden, wobei in diesem Fall die Drehstabteile 1, 2 als Drehstabfederteile ausgebildet sind.
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Unter Betätigung des Elektromotors 12a wird die Motorwelle 16 angetrieben, deren Rotation über das Untersetzungsgetriebe 14 untersetzt und auf die Ausgangswelle 18 übertragen wird. Auf diese Weise wird ein Drehmoment erzeugt, das zwischen den beiden Drehstabteilen 1, 2 wirksam ist. Dieses Drehmoment wird als Torsionsmoment über das Torsionsprofil 15 übertragen.
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2 zeigt im Querschnitt eine Einzelheit eines modifizierten erfindungsgemäßen Aktuators. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein u-förmiges Torsionsprofil 20 vorgesehen, das einen Hohlraum 21 begrenzt, in dem die Motorwelle 16 untergebracht ist.
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3 zeigt in einem gleichen Schnitt einen weiteren erfindungsgemäß modifizierten Aktuator, bei dem ein Torsionsprofil 22 vorgesehen ist, das ebenfalls hohl ausgeführt ist, jedoch über seine Länge gesehen unterschiedliche Querschnitte aufweist.
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4 zeigt schematisch dieses Torsionsprofil 22 aus 3 mit der hindurch geführten Motorwelle 16, wobei das Torsionsprofil 22 einen radial erweiterten Mittelabschnitt 23 sowie zu beiden axialen Seiten gelegene Seitenabschnitte 24 aufweist, die im Durchmesser reduziert sind.
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Die Gestalt des Torsionsprofils und die Gestalt der Drehstabteile 1, 2 kann an die Gegebenheiten des Kraftfahrzeuges angepasst werden, sodass beispielsweise das Torsionsprofil Krümmungen, radial versetzte Abschnitte und andere Querschnittsänderungen aufweisen kann.
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Auf diese Weise kann das Torsionsprofil einerseits an eine vorbestimmte Torsionssteifigkeit angepasst werden und andererseits für eine optimale Bauraumausnutzung ausgestaltet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehstabteil
- 2
- Drehstabteil
- 3
- Aktuatoreingang
- 4
- Aktuatorausgang
- 5
- Hebel
- 6
- Hebel
- 7
- Pendelstütze
- 8
- Stabillager
- 9
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- 10
- Aktuatorhälfte
- 11
- Aktuatorhälfte
- 12
- Gehäuse
- 12a
- Elektromotor
- 12b
- Stator
- 12c
- Rotor
- 13
- Gehäuse
- 14
- Untersetzungsgetriebe
- 15
- Torsionsprofil
- 16
- Motorwelle
- 17
- Eingangswelle
- 18
- Ausgangswelle
- 19
- Stützlager
- 20
- Torsionsprofil
- 21
- Hohlraum
- 22
- Torsionsprofil
- 23
- Mittelabschnitt
- 24
- Seitenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010034801 A1 [0002]
