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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Fahrwerksaktuatorvorrichtung, insbesondere einen Wankstabilisator, für ein Kraftfahrzeug, mit einem Aktuator zur Erzeugung eines Torsionsmoments um eine Torsionsachse, sowie mit wenigstens einem Stabilisationsbauteil, wobei zwischen dem Aktuator und dem Stabilisationsbauteil eine Entkopplungseinheit angeordnet ist, umfassend einen Außenstern mit an seiner zylindrischen äußeren Mantelfläche ausgebildeten Eingriffskonturen und einen diesen umgreifenden Innenstern mit an seiner zylindrischen inneren Mantelfläche ausgebildeten Eingriffskonturen, wobei der Außenstern und der Innenstern über ein durch den Aktuator oder das Stabilisationsbauteil eingebrachtes Torsionsmoment relativ zueinander verdrehbar sind, bis die Eingriffskonturen aneinander angreifen, wobei zwischen Außenstern und Innenstern wenigstens ein Dämpfungselement, das bei einer Verdrehung der Sterne deformiert wird, angeordnet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Wankstabilisatoren als Beispiel für Fahrwerksaktuatoren dienen zur Kompensation oder Unterdrückung von Rollbewegungen eines Fahrzeugs um dessen Längsachse. Derartige Rollbewegungen werden insbesondere bei Kurvenfahrten von Fliehkräften hervorgerufen. Aktive Wankstabilisatoren weisen einen Aktuator auf, welcher über Stabilisationsbauteile ein Torsionsmoment aktiv beaufschlagen kann, um einer Rollbewegung des Fahrzeugs entgegenzuwirken. Das Stabilisationsbauteil ist beispielsweise in Form einer Drehstabfeder ausgeführt. Der Aktuator selbst umfasst üblicherweise einen Elektromotor sowie ein diesem nachgeschaltetes Getriebe, dem mitunter eine Entkopplungseinheit nachgeschaltet ist, die wiederum mit dem Stabilisationsbauteil verbunden ist. Diese Entkopplungseinheit ermöglicht eine gedämpfte Torsionsmomentübertragung, sei es vom Aktuator zum Stabilisationsbauteil oder umgekehrt.
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Eine solche Entkopplungseinheit umfasst einen Außenstern, der an seiner zylindrischen äußeren Mantelfläche mehrere radiale Eingriffskonturen, beispielsweise in Form von Nuten, aufweist. Der Außenstern ist von einem Innenstern, der ein hohlzylindrisches Bauteil ist, umgriffen, der an seiner zylindrischen inneren Mantelfläche entsprechende radiale Eingriffskonturen aufweist, z. B. Vorsprünge, die in die beispielsweise nutförmigen Eingriffskonturen des Außensterns eingreifen. Zwischen beiden Sternen ist eine geringe Drehbeweglichkeit gegeben, das heißt, dass der Außenstern relativ zum Innenstern etwas verdreht werden kann, bis die Eingriffskonturen kraftübertragend, insbesondere formschlüssig aneinander angreifen und das Drehmoment übertragen wird. Um diesen Angriff gedämpft zu gestalten, ist wenigstens ein Dämpfungselement vorgesehen, das bei der Verdrehung der Sterne deformiert wird. Bei hinreichender Deformation gehen die Sterne auf Block, das heißt, dass das volle Torsionsmoment übertragen werden kann.
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Bei einer bekannten Entkopplungseinheit ist das Dämpfungselement, üblicherweise ein Elastomerstreifen, an einer der Eingriffskonturen eines Sterns angeordnet. Es befindet sich also in der Grundstellung zwischen den benachbarten Eingriffskonturen der Sterne. Bei einer Verdrehung, unabhängig davon, ob der Außenstern über den Aktuator oder der Innenstern über das Stabilisationsbauteil verdreht wird, kommt es zu einer Annäherung der Eingriffskonturen und damit zu einer Flächenpressung des Dämpfungselements zwischen den Eingriffskonturen. Es verformt sich hierbei elastisch, respektive stellt sich wieder zurück, wenn das Torsionsmoment abgebaut wird. Durch diese Art der Belastung und Verformung tritt ein Setzverhalten des Elastomers auf, wie sich herausgestellt hat. Hierdurch verändert sich die Kennlinie der Entkopplungseinheit über die Lebensdauer. Denn im verformten Bereich, also im Dämpfungselement, kommt es aufgrund der dauernden reversiblen elastischen Verformung zu einer Materialermüdung und Zerstörung, was letztlich das System öffnet und Fremdpartikel eindringen können, die die Funktion weiter beeinträchtigen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Fahrwerksaktuatorvorrichtung anzugeben, deren Entkopplungseinheit im Hinblick auf einen etwaigen Verschleiß des Dämpfungselements verbessert ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Fahrwerksaktuatorvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Dämpfungselement in einem Bereich zwischen den einander gegenüberliegenden zylindrischen Mantelflächen angeordnet und drehfest mit beiden Mantelflächen verbunden ist.
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Anders als im Stand der Technik, bei dem das Dämpfungselement zwischen den aneinander angreifenden Eingriffskonturen angeordnet ist, befindet sich bei dem erfindungsgemäßen Wankstabilisator das Dämpfungselement zwischen den einander gegenüberliegenden zylindrischen Mantelflächen des Außen- und des Innensterns. Es ist mit beiden Mantelflächen drehfest verbunden, was bevorzugt durch einfaches Verkleben oder durch Anvulkanisieren realisiert werden kann, nachdem das Dämpfungselement bevorzugt aus einem Elastomer ist. Kommt es zu einer Anregung, wird also einer der Sterne aktiv verdreht, so entsteht ein Drehmoment, das aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Dämpfungselements zwischen den zylindrischen Mantelflächen über einen theoretischen Wirkhebel als Tangentialkraft in das Dämpfungselement eingeleitet wird. Dadurch wird das Dämpfungselement auf Schub beansprucht und gibt elastisch nach. Nachdem eine bestimmte Tangentialkraft und damit ein definierter Verdrehwinkel erreicht ist, gehen die Eingriffskonturen auf Block, ab diesem Moment kann das volle Drehmoment übertragen werden, beispielsweise das des Aktuators über das Getriebe auf den Außenstern.
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Es kommt also bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Entkopplungseinheit nicht mehr zu einer Flächenpressung des Dämpfungselements, sondern zu einer reinen Schubbeanspruchung. Diese wirkt sich weit weniger nachteilig auf das Dämpfungselement respektive das Elastomermaterial aus, es kommt zu keinem Setzen des Elastomers, nachdem das Dämpfungselement mit beiden Mantelflächen drehfest verbunden ist.
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Bevorzugt befindet sich in jedem Bereich zwischen den einander gegenüberliegenden zylindrischen Mantelflächen jeweils ein Dämpfungselement. Sind beispielsweise an jedem Stern äquidistant verteilt sechs Eingriffskonturen vorgesehen, so ergeben sich auch zwangsläufig an jedem Stern sechs zylindrische Mantelflächenabschnitte zwischen den sternseitigen Eingriffskonturen, so dass auch entsprechend sechs Dämpfungselemente angeordnet werden können.
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Zweckmäßigerweise ist, nachdem zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächenabschnitten der Sterne relativ wenig Raum ist, jedes Dämpfungselement in Form eines flächigen Elastomerstreifens ausgeführt. Zweckmäßigerweise belegt jeder Elastomerstreifen, gesehen in Umfangsrichtung, die jeweilige Mantelfläche wenigstens zur Hälfte, er erstreckt sich vorzugsweise bis nahe an die jeweils anschließende Eingriffskontur. Das heißt, dass die Überdeckungs- respektive Befestigungsfläche zwischen Dämpfungselement und der jeweiligen Mantelfläche möglichst groß ist, so dass einerseits eine gute Verankerung des Dämpfungselements möglich ist, andererseits aber auch relativ viel Elastomermaterial zwischen die Sterne gebracht werden kann. Dem förderlich ist ferner, wenn das oder jedes Dämpfungselement die jeweilige Mantelfläche, gesehen in Richtung der Drehachse, wenigstens zur Hälfte, vorzugsweise vollständig belegt. Das heißt, dass sich die Elastomerstreifen auch in Achsrichtung möglichst vollflächig entlang der Mantelflächen erstrecken.
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Grundsätzlich kann bereits über dieses respektive diese mantelflächenseitig integrierten Dämpfungselemente eine sehr gute Dämpfung der Torsionsmomenteübertragung realisiert werden. Die Eingriffskonturen der Sterne, die üblicherweise aus Metall gefertigt sind, gehen unmittelbar auf Block, schlagen also unmittelbar mechanisch aneinander an, so dass ein reiner Metall-Metall-Kontakt gegeben ist. Denkbar wäre es aber auch, zusätzlich zu den erfindungsgemäßen mantelflächenseitigen Dämpfungselementen auch an wenigstens einer Eingriffskontur des Außensterns oder des Innensterns ein weiteres Dämpfungselement, das bei einer Verdrehung der Sterne zwischen den Eingriffskonturen deformiert wird, anzuordnen, mithin also zusätzlich eine Dämpfungskonfiguration zu realisieren, wie sie im Stand der Technik vorgesehen ist. Es ist dann folglich eine doppelte Dämpfung gegeben, einerseits über die schubbeanspruchten, mantelflächenseitig angeordneten Dämpfungselemente, andererseits über die weiteren, über die Eingriffskonturen deformierten Dämpfungselemente. Natürlich kann auch hier an jeder Eingriffskontur des Außensterns oder des Innensterns ein weiteres Dämpfungselement angeordnet sein.
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Auch in diesem Fall ist das oder jedes weitere Dämpfungselement bevorzugt als Elastomerstreifen ausgeführt, der die jeweilige Eingriffskontur im Bereich der in Umfangsrichtung gegebenen Überdeckung mit der Eingriffskontur des anderen Sterns belegt, so dass mithin wiederum eine möglichst großflächige Dämpfungsanlage gegeben ist.
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Auch diese weiteren Dämpfungselemente sind zweckmäßigerweise mit der jeweiligen Eingriffskontur verklebt oder daran anvulkanisiert, nachdem sie bevorzugt, wie beschrieben, ebenfalls aus einem Elastomer bestehen.
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Die Eingriffskonturen des Außensterns sind bevorzugt als radiale, parallel zur Drehachse verlaufende und im Querschnitt gleichschenklig trapezförmige Nuten ausgeführt, während die Eingriffskonturen des Innensterns als parallel zur Drehachse verlaufende, radial nach innen vorspringende und im Querschnitt dreieckige Vorsprünge ausgeführt sind. Selbstverständlich wäre es grundsätzlich auch denkbar, die Eingriffskonturen entsprechend andersherum anzuordnen, mithin also die Vorsprünge am Außenstern und die Nuten am Innenstern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuatorvorrichtung,
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2 eine Schnittansicht durch eine Entkopplungseinheit der Fahrwerksaktuatorvorrichtung aus 1,
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3 eine Perspektivansicht der Entkopplungseinheit aus 2, teilweise im Schnitt,
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4 eine Prinzipdarstellung, geschnitten, der Kopplungseinheit im unbelasteten Zustand,
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5 die Entkopplungseinheit aus 4 im belasteten Zustand,
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6 eine Perspektivansicht des Außensterns, und
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7 eine Perspektivansicht des Innensterns.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht eine erfindungsgemäße Fahrwerksaktuatorvorrichtung in Form eines Wankstabilisators 1, der zum Verbau in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Der Wankstabillisator 1 wird senkrecht zur Fahrzeuglängsachse und im Wesentlichen parallel zum Fahrzeugboden montiert. Er dient dazu, ein Wanken, also eine Rollbewegung um die Längsachse des Fahrzeugs zu dämpfen.
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Der Wankstabilisator 1 weist einen Aktuator 2 umfassend einen Elektromotor 3 nebst nachgeschaltetem Getriebe 4, die in einem Aktuatorgehäuse 5 aufgenommen sind, auf. Vorgesehen sind ferner zwei Stabilisationsbauteile 6, die über Lagereinrichtungen 7 gegenüber dem Fahrzeug drehbar oder schwenkbar gelagert sind. Die Stabilisationsbauteile 6 sind optional als Drehstabfedern abgebildet und weisen an ihren freien Enden Schnittstellen 8, in diesem Fall Durchgangsöffnungen zur Anbindung beispielsweise an eine Radaufhängung des Fahrzeugs auf.
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Das in 1 links gezeigte Stabilisationsbauteil 6 ist direkt mit dem Aktuatorgehäuse 5 verbunden. Das in 1 rechts gezeigte Stabilisationsbauteil 6 hingegen ist über eine Entkopplungseinheit 9 mit dem Ausgang des Getriebes 4 verbunden. Der Aktuator 2 ist grundsätzlich dazu ausgebildet, ein Torsionsmoment um die Torsionsachse A zu erzeugen, mithin also letztlich die Stabilisationsbauteile 3 aktiv gegeneinander zu verdrehen und auf diese Weise ein Torsionsmoment z. B. auf die Radaufhängung zu übertragen, um einem Wanken des Fahrzeugs gegenzusteuern, es insbesondere zu dämpfen. Der Elektromotor 2 ist hierzu mit dem Getriebe gekoppelt, beispielsweise ausgeführt als Planetenradgetriebe. Dieses Getriebe 4 wiederum ist mit der Entkopplungseinheit 9 verbunden, die ihrerseits wiederum mit dem Stabilisationsbauteil 6 verbunden ist. Auf diese Weise kann ein Torsionsmoment vom Elektromotor 3 über das Getriebe 4 und die Entkopplungseinheit 9 auf das Stabilisationsbauteil 6 übertragen werden, so dass dieses relativ zum an der anderen Seite befindlichen Stabilisationsbauteil 6 verdreht werden kann. Exemplarisch befindet sich hier die Entkopplungseinheit 9 im Inneren des Aktuatorgehäuses 5, sie kann aber auch diesem nachgeschaltet sein, solange sie mit dem Getriebeausgang verbunden ist.
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2 zeigt eine Schnittansicht der Entkopplungseinheit 9. Die Entkopplungseinheit 9 umfasst einen Außenstern 10 sowie einen von der Grundform her hohlzylindrischen, den Außenstern 10 umgebenden Innenstern 11. Wie insbesondere die 4 und 5 zeigen, weist der Außenstern 10 eine zylindrische äußere Mantelfläche 21 auf, an der mehrere, im gezeigten Beispiel sechs Eingriffskonturen 12 in Form gleichschenklig-trapezförmiger Nuten 13 ausgebildet sind.
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Auch der Innenstern weist eine zylindrische innere Mantelfläche 14 auf, an der nach innen radial vorspringende Eingriffskonturen 15 vorgesehen sind, ebenfalls sechs an der Zahl, die hier als dreieckförmige, radiale Vorsprünge 16 ausgeführt sind. Die Vorsprünge 16 greifen in die trapezförmigen Nuten 13.
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Wie 3 zeigt, ist der Außenstern 10 mit dem Getriebe 4 verbunden, im gezeigten Beispiel mit der Planetenradstufe des als Planetengetriebe ausgeführten Getriebes 4. Gezeigt sind exemplarisch mehrere Planeten 17.
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Der Innenstern 11 seinerseits ist über eine entsprechende Verbindungsmimik 18 mit dem Stabilisationsbauteil 6 zu verbinden, so dass auch an dieser Seite eine drehfeste Kopplung gegeben ist. Im Bereich dieser Verbindungsmimik 18 ist eine Stirnverzahnung 19, z. B. eine Hirthverzahnung, vorgesehen, in die ein entsprechende Verzahnungsabschnitt des Stabilisationsbauteils eingreift.
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Wie insbesondere die 2, 4 und 5 zeigen, ist zwischen den einander gegenüberliegenden zylindrischen Mantelflächenabschnitten der äußeren Mantelfläche 21 des Außensterns 10 und der inneren Mantelfläche 14 des Innensterns 11 zwischen den jeweiligen Eingriffskonturen 12 und 15 jeweils ein Dämpfungselement 20 angeordnet, das als flächiger Elastomersstreifen ausgeführt ist. Dieses Dämpfungselement 20 ist über eine Klebeverbindung oder durch Anvulkanisieren sowohl mit der Mantelfläche 21 als auch der Mantelfläche 14 drehfest verbunden, so dass mithin über diese Dämpfungselemente 20 auch die beiden Sterne 10, 11 miteinander verbunden sind. Da die Dämpfungselemente aus einem Elastomer bestehen, mithin also eine intrinsische Elastizität aufweisen, ist folglich eine geringe Relativverdrehung gegen die Rückstellkraft der Dämpfungselemente 20 vom Außenstern 10 zum Innenstern 11 möglich. Dies führt bei Einleitung eines Drehmoments in die Entkopplungseinheit 9 beispielsweise über den Elektromotor 3 zu einer Verdrehung des Außensterns 10 relativ zum Innenstern 11, wie exemplarisch im Übergang von 4 zu 5 gezeigt. Da die Dämpfungselemente 20 mit beiden Sternen 10, 11 verbunden sind, werden die Dämpfungselemente 20 torsionsbedingt auf Schub beansprucht, so dass sie sich elastisch verformen. Hierüber wird eine Dämpfung des Systems erreicht. Die Verdrehung geht maximal so weit, bis die Eingriffskonturen 12 und 15 formschlüssig aneinander angreifen, mithin also die dreieckigen Vorsprünge 16 an jeweils einer Flanke der trapezförmigen Nuten 13 anliegen. In diesem Moment ist eine Übertragung des vollen Drehmoments vom Aktuator 2 zum Stabilisationsbauteil 6 über die Entkopplungseinheit möglich, da die beiden Sterne 10, 11 auf Block gelaufen sind.
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Sobald das Torsionsmoment, das der Entkopplungseinheit 9 gegeben wird, reduziert wird respektive abfällt, kommt es zu einer Rückstellung, die Dämpfungselemente 20 werden wieder entlastet. Ausgehend von 5 wird wieder die in 4 gezeigte Neutralstellung, in der keine Last auf die Entkopplungseinheit 9 wirkt, gezeigt ist.
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Im Falle einer Einleitung des Torsionsmoments vom Stabilisationsbauteil 6 her ergibt sich die gleiche Situation, lediglich würde in diesem Fall dann der Innenstern relativ zum Außenstern verdreht, bis die Eingriffskonturen 12 und 15 auf Block laufen.
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Die 6 und 7 zeigen die zentralen Bauteile, nämlich den Außenstern 10 und den Innenstern 11 in entsprechenden Perspektivansichten. Am aus Metall gefertigten Außenstern 10 sind deutlich die trapezförmigen, gleichschenklig bemaßten Nuten 13 zu erkennen, zwischen denen jeweils Abschnitte der zylindrischen äußeren Mantelfläche 21 stehen. Auf diesen sind im gezeigten Beispiel die Dämpfungselemente 20 in Form der flächigen Elastomerstreifen bereits befestigt, beispielsweise verklebt oder anvulkanisiert. Ersichtlich übergreifen die flächigen Dämpfungselemente die Mantelflächenabschnitte vollständig, sie erstrecken sich also sowohl in Umfangsrichtung von einer Nut 13 zur anderen. Auch in Richtung der Drehachse bedecken sie den gesamten Zylindermantelflächenabschnitt.
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Der ebenfalls aus Metall gefertigte Innenstern 11 zeigt gemäß 7 die dreieckförmigen Vorsprünge 16, die radial nach innen ragen. Auch zwischen ihnen verbleiben entsprechende Abschnitte der zylindrischen Innenmantelfläche 14. Im Rahmen der Montage wird nun der Innenstern über den Außenstern gesetzt, so dass die dreieckförmigen Vorsprünge 16 in die Nuten 13 eingreifen. Beispielsweise ist auf den Außenseiten der Dämpfelemente 20 bereits ein Klebstoffauftrag vorhanden, so dass eine Verklebung zu den Abschnitten der inneren Mantelfläche 14 mit dem Aufschieben erfolgt. Denkbar wäre es auch, durch kurzes Erwärmen ein Anvulkanisieren der Dämpfungselemente 20 an der Mantelfläche 14 zu realisieren.
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Bei den Figuren handelt es sich lediglich um Prinzipdarstellungen. Selbstverständlich ist der Innenstern 11 über ein entsprechendes Stützlager abgestützt respektive drehgelagert, entweder im Akturatorgehäuse, wenn die Entkopplungseinheit 9, wie in 1 gezeigt, im Aktuatorgehäuse 5 aufgenommen ist, oder in einem eigenen Gehäuse, wenn die Entkopplungseinheit 9 dem Aktuatorgehäuse 5 nachgeschaltet ist.
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Neben der Integration der Dämpfungselemente 20 in den Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Mantelflächenabschnitten der äußeren und inneren Mantelflächen 21 und 14, die wie beschrieben bei einer Verdrehung auf Torsion beansprucht werden, ist es zusätzlich noch denkbar, auch im Bereich der Eingriffskonturen 12 respektive 15 in zusätzliche weitere Dämpfungselemente, ebenfalls in Form entsprechender Elastomerstreifen vorzusehen. Beispielsweise ist es denkbar, auf den beiden Flanken einer jeweiligen Nut 13 entsprechende Elastomerstreifen aufzukleben oder aufzuvulkanisieren. Diese werden dann jedoch nicht mit den Vorsprüngen 16 verbunden. Gleichwohl kommt es auch hierüber zu einer zusätzlichen Dämpfung, denn die Vorsprünge 16 laufen im Falle einer Verdrehung der Sterne relativ zueinander gegen das benachbarte weitere Dämpfungselement, das dann eine Flächenpressung erfährt und komprimiert wird. Da ein wesentlicher Teil der Dämpfung jedoch über die auf Schub beanspruchten Dämpfungselemente 20 erfolgt, ist die Belastung der weiteren Dämpfungselemente zwischen den Eingriffskonturen nicht allzu stark.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wankstabilisator
- 2
- Aktuator
- 3
- Elektromotor
- 4
- Getriebe
- 5
- Aktuatorgehäuse
- 6
- Stabilisationsbauteil
- 7
- Lagereinrichtung
- 8
- Schnittstelle
- 9
- Entkopplungseinheit
- 10
- Außenstern
- 11
- Innenstern
- 12
- Eingriffskontur
- 13
- Nut
- 14
- Mantelfläche
- 15
- Eingriffskontur
- 16
- Vorsprung
- 17
- Planet
- 18
- Verbindungsmimik
- 19
- Stirnverzahnung
- 20
- Dämpfungselement
- 21
- Mantelfläche
