DE102014205261A1

DE102014205261A1 - Schwenkmotor eines aktiven Wankstabilisators für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102014205261A1
Application number: DE102014205261.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Mair; Andreas Knoll; Georges Halsdorf; Andreas Zettlitz; Frank Richter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-09-24
Also published as: WO2015139915A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor (1) eines aktiven Wankstabilisators für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Elektromotor (7) sowie ein vom Elektromotor (7) angetriebenes Planetengetriebe (11), wobei der Elektromotor (7) und das Planetengetriebe (11) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse zwei Teilgehäuse (3, 5) umfasst, wobei das erste Teilgehäuse (3) Teil eines ersten Moduls ist und im Wesentlichen den Elektromotor (7) in sich aufnimmt und wobei das zweite Teilgehäuse (5) Teil eines zweiten Moduls ist und im Wesentlichen das Planetengehtriebe (11) in sich aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkmotor eines aktiven Wankstabilisators für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stabilisatoren für Kraftfahrzeuge sind bekannt, wobei man passive und aktive Stabilisatoren unterscheidet. Passive Stabilisatoren sind als Torsionselement ausgebildet, welches einen an der Karosserie gelagerten Stabilisatorrücken sowie zwei abgewinkelte hebelartige Enden aufweist, welche jeweils mit einem Radträger oder Querlenker verbunden sind. Der Stabilisator erzeugt bei einseitigem Einfedern eines Rades bei schneller Kurvenfahrt ein der Wankbewegung des Fahrzeugaufbaues entgegenwirkendes Torsionsmoment. Bei aktiven Wankstabilisatoren ist der Stabilisatorrücken geteilt, und zwischen den geteilten Stabilisatorenden ist ein Aktuator oder Schwenkmotor eingesetzt, welcher in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung bei Kurvenfahrt oder anderen Führungsgrößen ein der Wankbewegung entgegenwirkendes Drehmoment auf die Stabilisatorenden ausübt. Als Schwenkmotoren sind einerseits hydrostatische Motoren (Hydromotoren) oder Elektromotoren bekannt.
Durch die EP 1 820 675 A1 wurde ein Schwenkmotor für einen aktiven Wankstabilisator bekannt, wobei der Schwenkmotor als Elektromotor mit einem nachgeschalteten dreistufigen Planetengetriebe ausgebildet ist, welches ausgangsseitig über einen Planetenträger abtreibt. Der Elektromotor und das Planetengetriebe sind in einem gemeinsamen einstückigen Gehäuse aufgenommen, wobei eine Seite des Gehäuses mit einem ersten Stabilisatorende verbunden ist. Das zweite Stabilisatorende ist über eine Mitnahmeverzahnung mit dem abtreibenden Planetenträger des Planetengetriebes verbunden. Bei Aktivierung des Elektromotors werden die beiden Stabilisatorenden gegeneinander verdreht, um einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus kontrolliert entgegenzuwirken. Bei deaktiviertem bzw. stillstehendem Elektromotor verhält sich der Stabilisator wie ein herkömmlicher Stabilisator ohne Verstellantrieb bzw. Schwenkmotor.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwenkmotor der eingangs genannten Art fertigungsgerecht zu gestalten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gesamtgehäuse aus zumindest zwei Teilgehäusen aufgebaut ist, wobei das erste Teilgehäuse Teil eines ersten Moduls ist und im Wesentlichen den Elektromotor aufnimmt und wobei das zweite Teilgehäuse Teil eines zweiten Moduls ist und im Wesentlichen das Planetengetriebe aufnimmt. Durch den modulartigen Aufbau des Schwenkmotors ist eine wirtschaftliche Fertigung möglich, weil beide Module als separate Baueinheit herstellbar, d. h. vorgefertigt und vorgeprüft werden können, bevor sie zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die vorgefertigten Module über eine gemeinsame Schnittstelle fügbar. Vorzugsweise sind beide Teilgehäuse hohlzylindrisch ausgebildet und weisen denselben Durchmesser auf, sodass sie stirnseitig miteinander verbunden werden können.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste, den Elektromotor aufnehmende Modul einen Deckel auf, welcher mit dem ersten Teilgehäuse fügbar ist. Der Deckel, welcher beispielsweise eine Sensoreinheit aufnehmen kann, wird nach der Fertigstellung des ersten Moduls mit dem ersten Teilgehäuse zusammengesetzt. Der Deckel dient gleichzeitig zum Anschluss einer Stabilisatorhälfte, d. h. zur Einleitung eines Torsionsmomentes.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in die Stirnseiten des ersten Teilgehäuses – nach Einsetzen des Elektromotors – Lagerschilde eingesetzt, welche die Wellenenden der Motorwelle aufnehmen. Der Elektromotor ist somit zweiseitig im ersten Teilgehäuse gelagert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stehen die Lagerschilde über die Stirnseiten des ersten Teilgehäuses hervor und bilden für die zu fügenden Bauteile, d. h. das zweite Teilgehäuse und den Deckel Zentrierhilfen. Damit ist eine einfache und schnelle Montage dieser Bauteile möglich, wobei die Zentrierhilfen auch der Vorbereitung für einen anschließenden Schweißvorgang dienen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das erste und das zweite Teilgehäuse durch eine stoffschlüssige Umfangsnaht, vorzugsweise eine Schweißnaht miteinander verbunden. Damit wird eine Verbindung hoher Festigkeit und Dichtheit zwischen den beiden Teilgehäusen hergestellt, welche den im Betrieb des Wankstabilisators auftretenden Beanspruchungen (Biege- und Torsionsmomente) gerecht wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erste Teilgehäuse auf der dem zweiten Teilgehäuse abgewandten Stirnseite durch eine weitere stoffschlüssige Umfangsnaht mit dem Deckel verbunden. Somit ist auch der Deckel, d. h. die Verbindung zu einer Stabilisatorhälfte fest und dicht, insbesondere flüssigkeits- oder gasdicht mit dem ersten Teilgehäuse verbunden. Aufgrund der Umfangsnaht bzw. der beiden Umfangsnähte kann der Schweißprozess von einem Schweißautomaten durchgeführt werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden. Durch die Dichtigkeit ist ein Korrosionsschutz gewährleistet, da durch die Schweißnaht keine Fremdkörper in das Gehäuse eindringen können.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden auch die Lagerschilde stoffschlüssig mit dem ersten Teilgehäuse, vorzugsweise durch die oben erwähnte Umfangsnaht verbunden. Damit werden die Lagerschilde axial im Teilgehäuse fixiert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Planetengetriebe mindestens einstufig, d. h. mit mindestens einem Radsatz ausgebildet, welcher ein Sonnenrad, Planetenräder, einen Planetenträger sowie ein Hohlrad umfasst, wobei das Hohlrad in das zweite Teilgehäuse integriert ist. Die Innenverzahnung des Hohlrades wird insbesondere in den Innenumfang des zweiten Teilgehäuses eingearbeitet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sonnenrad des ersten Radsatzes einstückig mit der Motorwelle ausgebildet. Dies ergibt einerseits eine kompakte Bauweise und eine verkürzte Montagezeit; andererseits entfällt eine Steckverbindung zwischen Sonnenradwelle und Motorwelle zur Übertragung des Antriebsmomentes. Vielmehr wirkt das Sonnenrad, d. h. die Ritzelwelle des Motors direkt mit dem ersten Radsatz, d. h. dessen Planetenrädern formschlüssig und in Zahneingriff zusammen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Radsatz eine Schrägverzahnung auf, wobei das Hohlrad des ersten Radsatzes mit Schrägverzahnung als zusätzliches Bauteil hergestellt und in das zweite Teilgehäuse eingesetzt wird. Ebenso kann auch der zweite Radsatz eine Schrägverzahnung aufweisen, wobei ein breiteres Hohlrad mit Schrägverzahnung für beide Radsätze eingesetzt würde. Durch die Schrägverzahnung wird eine bessere Kraftübertragung beim Zahneingriff, d. h. eine größere Laufruhe sowie ein geräuscharmes Fahren des Schwenkmotors erzielt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das in das Teilgehäuse eingesetzte Hohlrad in tangentialer Richtung durch die Umfangsschweißnaht zwischen erstem und zweitem Teilgehäuse fixiert, sodass das Reaktionsmoment des Radsatzes am Gehäuse abgestützt ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Schwenkmotors nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungen. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die nachfolgend aufgeführten, jedoch nicht beschränkenden, insbesondere nicht in ihrer Reihenfolge aufgeführten Schritte:

– Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Teilgehäuses, eines Elektromotors, eines Planetengetriebes,
– Fügen des Elektromotors mit dem ersten Teilgehäuse zu einem ersten Modul,
– Fügen des Planetengetriebes mit dem zweiten Teilgehäuse zu einem zweiten Modul,
– Fügen der beiden Module zu einem gemeinsamen Gehäuse.

Das Fügen der Bauteile zueinander, insbesondere das Fügen der beiden Module zu einem Gehäuse, erfolgt stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, vorzugsweise durch Umfangsnähte.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Schwenkmotor, zerlegt in ein Modul mit Elektromotor und ein Modul mit Planetengetriebe (vor der Montage),
2 den Schwenkmotor nach der Montage der Module,
3 den Elektromotor mit in die Motorwelle integriertem Ritzel,
4 einen Radsatz mit Schrägverzahnung und eingesetztem Hohlrad und
5 zwei Radsätze mit Schrägverzahnung und eingesetztem Hohlrad.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schwenkmotor 1 vor der Montage, d. h. zerlegt in drei Baugruppen, nämlich ein erstes Modul 2 mit einem ersten Teilgehäuse 3, ein zweites Modul 4 mit einem zweiten Teilgehäuse 5 sowie einen Deckel 6. In dem ersten Teilgehäuse 3 ist ein Elektromotor 7 aufgenommen, welcher eine Motorwelle mit zwei Wellenenden 7a, 7b aufweist. In die Stirnseiten des zylindrischen ersten Teilgehäuses 3 sind ein erstes Lagerschild 8 sowie ein zweites Lagerschild 9 eingesetzt, über welche die Wellenenden 7a, 7b gelagert sind. Die Lagerschilde 8, 9 weisen jeweils über die Stirnseiten des ersten Teilgehäuses 3 hinaus stehende zylindrische Abschnitte 8a, 8b auf, welche als Zentrierhilfen für die zu fügenden Bauteile ausgebildet sind. Am ersten Lagerschild 8 ist eine Sensoreinheit 10 befestigt.
Im zweiten Teilgehäuse 5 des zweiten Moduls 4 ist ein dreistufiges Planetengetriebe 11 aufgenommen, welches drei miteinander gekoppelte Radsätze 12, 13, 14, jeweils bestehend aus einem Sonnenrad, Planetenrädern, einem Planetenträger sowie einem Hohlrad, aufweist. Die Planetenräder der drei Radsätze 12, 13, 14 kämmen jeweils mit demselben Hohlrad 15, welches in das zweite Teilgehäuse 5 in der Weise integriert ist, dass eine Innenverzahnung 15 in das zweite Teilgehäuse 5 eingearbeitet ist. Die Sonnenradwelle 12a des ersten Planetenradsatzes 12 bildet die Getriebeeingangswelle und ist über eine formschlüssige Steckverbindung mit dem Wellenende 7b der Motorwelle des Elektromotors 7 koppelbar. Der dritte, d. h. der abtriebsseitige Radsatz 14 weist einen in der Zeichnung massiv ausgebildeten Planetenträger 16 auf, welcher über ein zweireihiges Schrägkugellager 17 gegenüber dem zweiten Teilgehäuse 5 in der Weise gelagert ist, dass er sowohl Radial- und Axialkräfte als auch Biege- bzw. Kippmomente aufnehmen kann. Der Planetenträger 16 weist ausgangsseitig einen hohlzylindrisch ausgebildeten Anschlussstutzen 16a auf, welcher aus der Stirnseite des zweiten Teilgehäuses 5 herausragt und der Befestigung einer hier nicht dargestellten Stabilisatorhälfte dient. Auf der dem ersten Teilgehäuse 3 zugewandten Stirnseite weist das zweite Teilgehäuse 5 eine Eindrehung bzw. Absatz 5a auf, welche als Zentrierabsatz dient und mit der Zentrierhilfe 9a des zweiten Lagerschildes 9 gefügt wird. Zentrierhilfe 9a und Zentrierabsatz 5a bilden somit die Schnittstelle der beiden Teilgehäuse 3, 5.
2 zeigt den Schwenkmotor 1 nach der Montage, d. h. im zusammengebauten Zustand. Das erste Teilgehäuse 3 und das zweite Teilgehäuse 5 sind stirnseitig über eine umlaufende Schweißnaht 18 stoffschlüssig miteinander verbunden. Das erste Teilgehäuse 3 ist andererseits über eine weitere umlaufende Schweißnaht 19 stoffschlüssig mit dem Deckel 6 verbunden. Die beiden Umfangsschweißnähte 18, 19 können jeweils mit ihrer Wurzel in den Umfangsbereich der Lagerschilde 8, 9 hineinreichen, sodass diese im ersten Teilgehäuse 3 fixiert sind. Der Deckel 6 weist stirnseitig einen hohlzylindrischen Anschlussstutzen 6a auf, in welchen das Ende einer Stabilisatorhälfte 20 gesteckt und vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Stutzen 6a verbunden ist. In analoger Weise ist der auf der gegenüberliegenden Stirnseite angeordnete Anschlussstutzen 16a des Planetenträgers 16 mit einem Ende einer zweiten Stabilisatorhälfte 21 stoffschlüssig verbunden. Der Elektromotor 7 und das Planetengetriebe 11 sind über eine Steckverbindung des Wellenendes 7b und der Sonnenradwelle 12a drehfest miteinander verbunden. Bei Aktivierung des Elektromotors 7 werden die Stabilisatorhälften 20, 21 mit gegensinnigen Torsionsmomenten belastet.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für gleiche oder analoge Teile die gleichen Bezugsziffern wie zuvor verwendet werden. Der Elektromotor 7 weist eine Motorwelle 22 auf, in deren Wellenende eine Ritzelverzahnung 23 eingearbeitet ist. Das Sonnenrad 23 des ersten Radsatzes 12 ist somit einstückig mit der Motorwelle 22 ausgebildet. Insofern entfällt hier eine Steckkupplung, wie sie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 dargestellt ist. Das Ritzel 23 sowie die übrigen Zahnräder des dreistufigen Planetengetriebes 11 weisen eine Gradverzahnung auf, weshalb auch ein gemeinsames Hohlrad 15 bzw. eine durchgehende Innenverzahnung 15 möglich ist.
4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Ritzel 24 mit Schrägverzahnung, ebenfalls einstückig mit der Motorwelle 22 ausgebildet. Da nur für den ersten Radsatz 12 eine Schrägverzahnung vorgesehen ist, und der zweite und der dritte Radsatz 13, 14 eine Geradverzahnung aufweisen, ist in das erste und zweite Teilgehäuse 3, 5 ein Hohlrad 25 mit Innenschrägverzahnung eingesetzt, welches durch die Umfangsschweißnaht 18 in tangentialer Richtung gesichert werden kann. Für die beiden übrigen Radsätze 13, 14 bleibt die integrierte Innenverzahnung 15 erhalten.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der erste und der zweite Radsatz 12, 13 eine Schrägverzahnung aufweisen. Demzufolge ist als zusätzliches Bauteil ein breiteres Hohlrad 26 mit Innenschrägverzahnung vorgesehen, welches innerhalb des ersten und zweiten Teilgehäuses 3, 5 aufgenommen ist und sich über die axiale Tiefe der ersten beiden Radsätze 12, 13 erstreckt. Für den dritten Radsatz 14 bleibt die integrierte Innenverzahnung 15 im zweiten Teilgehäuse 5, auch Hohlradgehäuse 5 genannt, erhalten. Auch hier kann das als zusätzliches Bauteil ausgebildete Hohlrad 26 durch die Umfangsschweißnaht 18 in tangentialer Richtung zur Aufnahme des Reaktionsmomentes gesichert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schwenkmotor
2: erstes Modul
3: erstes Teilgehäuse
4: zweites Modul
5: zweites Teilgehäuse
5a: Eindrehung
6: Deckel
6a: Stutzen
7: Elektromotor
7a: Wellenende
7b: Wellenende
8: erstes Lagerschild
8a: Zentrierhilfe
9: zweites Lagerschild
9a: Zentrierhilfe
10: Sensoreinheit
11: Planetengetriebe
12: erster Radsatz
12a: Sonnenradwelle
13: zweiter Radsatz
14: dritter Radsatz
15: Hohlrad/Innenverzahnung
16: Planetenträger
16a: Stutzen
17: Schrägkugellager
18: Schweißnaht
19: Schweißnaht
20: Stabilisatorhälfte
21: Stabilisatorhälfte
22: Motorwelle
23: Ritzel
24: Ritzel (schräg verzahnt)
25: Hohlrad (schräg verzahnt)
26: Hohlrad (schräg verzahnt)

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

EP 1820675 A1 [0003]

Claims

Schwenkmotor eines aktiven Wankstabilisators für Kraftfahrzeuge, umfassend einen Elektromotor (7) sowie ein vom Elektromotor (7) antreibbares Planetengetriebe (11), wobei der Elektromotor (7) und das Planetengetriebe (11) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zwei Teilgehäuse (3, 5) umfasst, wobei das erste Teilgehäuse (3) Teil eines ersten Moduls (2) ist und im Wesentlichen den Elektromotor (7) in sich aufnimmt und wobei das zweite Teilgehäuse (5) Teil eines zweiten Moduls (4) ist und im Wesentlichen das Planetengetriebe (11) in sich aufnimmt.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Modul (2, 4) jeweils separat als Baueinheit herstellbar und über eine gemeinsame Schnittstelle (5a, 9a) miteinander fügbar sind.
Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste den Elektromotor (7) aufnehmende Modul (2) einen Deckel (6) aufweist, welcher mit dem ersten Teilgehäuse (3) fügbar ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (7) eine Motorwelle (7a, 7b) aufweist, wobei stirnseitig in das erste Teilgehäuse (3) Lagerschilde (8, 9) eingesetzt oder einsetzbar sind und dass die Motorwelle (7a, 7b) in den Lagerschilden gelagert oder lagerbar ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschilde (8, 9) im Bereich ihres Außenumfangs als Zentrierhilfen (8a, 9a) für das zweite Teilgehäuse (5) und/oder für den Deckel (6) ausgebildet sind.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teilgehäuse (3, 5) durch eine stoffschlüssige Schweißnaht, insbesondere Umfangsnaht (18), miteinander verbunden sind.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgehäuse (3) und der Deckel (6) durch eine stoffschlüssige Schweißnaht, insbesondere Umfangsnaht (19), miteinander verbunden sind.
Schwenkmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschilde (8, 9) stoffschlüssig mit dem ersten Teilgehäuse (3) verbunden sind.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (11) mindestens einstufig mit mindestens einem Radsatz (12, 13, 14), umfassend ein Sonnenrad, Planeten, Planetenträger und ein Hohlrad, ausgebildet und dass das mindestens eine Hohlrad (15) in das zweite Teilgehäuse (5) integriert ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (23, 24) des ersten Radsatzes (12) einstückig mit der Motorwelle (22) ausgebildet ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Radsatz (12) eine Schrägverzahnung aufweist und dass ein Hohlrad (25) mit Schrägverzahnung als zusätzliches Bauteil in das zweite Teilgehäuse (5) einsetzbar ist.
Schwenkmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (25) durch die Umfangsnaht (18) in Umfangsrichtung fixiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Schwenkmotors nach einem der vorangehenden Ansprüche von 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Schritte: – Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Teilgehäuses, eines Elektromotors, eines Planetengetriebes, – Fügen des Elektromotors mit dem ersten Teilgehäuse zu einem ersten Modul, – Fügen des Planetengetriebes mit dem zweiten Teilgehäuse zu einem zweiten Modul, – Fügen der beiden Module zu einem gemeinsamen Gehäuse.
Verfahren zur Herstellung eines Schwenkmotors nach Anspruch 13, wobei das Fügen stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, vorzugsweise durch Umfangsnähte ausgeführt wird.