DE102014215700A1

DE102014215700A1 - Elektromechanischen Aktuator für einen Wankstabilisator

Info

Publication number: DE102014215700A1
Application number: DE102014215700.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Harkort
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: DE102014215700B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator (1) für einen Wankstabilisator (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse (3), in dem ein Planetengetriebe (4) und ein Elektromotor (5), umfassend einen Rotor (6) sowie einen drehfest mit dem Gehäuse (3) verbundenen Stator (7), angeordnet sind, wobei der Rotor (6) über eine Antriebswelle (8) mit dem Planetengetriebe (4) verbunden ist, wobei ferner ein erstes Drehstabfederelement (9a) zumindest mittelbar mit dem Gehäuse (6) gekoppelt ist und ein zweites Drehstabfederelement (9b) zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle (10) des Planetengetriebes (4) gekoppelt ist, und wobei die beiden Drehstabfederelemente (9a, 9b) zur Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeugs zueinander verdrehbar sind. Erfindungsgemäß weist das Planetengetriebe (4) einen Stufenplanetensatz (11) auf, umfassend einen ersten Verzahnungsbereich (12a) mit einem ersten Durchmesser (13a) und einen zweiten Verzahnungsbereich (12b) mit einem zweiten Durchmesser (13b).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator für einen Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse, in dem ein Planetengetriebe und ein Elektromotor, umfassend einen Rotor sowie einen drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Stator, angeordnet sind, wobei der Rotor über eine Antriebswelle mit dem Planetengetriebe verbunden ist, wobei ferner ein erstes Drehstabfederelement zumindest mittelbar mit dem Gehäuse gekoppelt ist und ein zweites Drehstabfederelement zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle des Planetengetriebes gekoppelt ist, und wobei die beiden Drehstabfederelemente zur Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeugs zueinander verdrehbar sind.
Gebiet der Erfindung
Zur Steuerung insbesondere fahrwerksseitiger Komponenten werden im Automobilbau häufig hydraulische Systeme verwendet, die jedoch zunehmend durch elektromechanische Systeme ersetzt werden. Beispiele hierfür sind elektromechanische Lenkungen oder insbesondere elektromechanische Wankstabilisatoren. Ein solcher Wankstabilisator umfasst in der Regel einen elektromechanischen Aktuator, der einen Elektromotor sowie ein ihm nachgeschaltetes Getriebe aufweist. Über die Elektromotor-Getriebe-Kombination können zwei Drehstabfederelemente gegeneinander verdreht werden, die wiederum fahrwerkseitig gelagert und mit jeweils einem Rad über eine Pendelstange verbunden sind. Je nach Aktuatorverdrehung können Drehmomente aufgebaut und an die Drehstabfederelemente, die hierbei tordiert werden, übertragen werden, die wiederum zur Wankbewegungskompensation dienen.
Somit verhindern Wankstabilisatoren unerwünschte Verlagerungen eines Aufbaus eines Fahrzeugs entlang der Aufbaufreiheitsgrade, indem an entsprechend belasteten Rädern oder Achsen mittels einer Aktuatorverdrehung entsprechende Gegenkräfte ausgebildet werden.
Aus der DE 10 2012 215 396 A1 geht ein elektromechanischer Aktuator für eine Wankstabilisierungseinrichtung mit zwei mittels des Aktuators gegeneinander verdrehbaren Drehstabfederteilen hervor. Dabei ist der erste Drehstabfederteil mit einem Gehäuse des Aktuators verbunden, der zweite Drehstabfederteil mit einem gegenüber diesem Gehäuse verdrehbar vorgesehenen Ausgang verbunden und ein Stator eines Elektromotors mit dem Gehäuse drehfest verbunden. Ferner ist ein Rotor mittels eines zumindest einstufigen Planetengetriebes mit dem Ausgang wirksam verbunden. Zur Einsparung von Bauraum weist das Planetengetriebe ein Hohlrad auf, das einteilig aus dem Gehäuse gebildet ist.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektromechanischen Aktuator mit Planetengetriebe für einen Wankstabilisator hinsichtlich eines hohen Übersetzungsverhältnisses und eines geringen Bauraums weiter zu optimieren.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß weist das Planetengetriebe des elektromechanischen Aktuators einen Stufenplanetensatz auf, umfassend einen ersten Verzahnungsbereich mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Verzahnungsbereich mit einem zweiten Durchmesser. Durch diesen zweigeteilten Aufbau des Stufenplanetensatzes kann die Zähnezahl der beiden Verzahnungsbereiche variiert werden, sodass eine hohe Übersetzung bei geringem Bauraum erzielt wird. Die beiden Verzahnungsbereiche des Stufenplanetensatzes sind dabei fest miteinander verbunden, beispielsweise indem die Stufenplanet des Stufenplanetensatzes einstückig ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist der erste Durchmesser des ersten Verzahnungsbereichs ungleich dem zweiten Durchmesser des zweiten Verzahnungsbereichs. Mit anderen Worten weisen die beiden Verzahnungsbereiche unterschiedlich große Durchmesser und somit insbesondere unterschiedliche Zähnezahlen auf. Beispielsweise ist der erste Durchmesser des ersten Verzahnungsbereichs größer als der zweite Durchmesser des zweiten Verzahnungsbereichs. Ebenso kann aber auch der erste Durchmesser des ersten Verzahnungsbereichs größer als der zweite Durchmesser des zweiten Verzahnungsbereichs sein.
Besonders bevorzugt kämmt der erste Verzahnungsbereich des Stufenplanetensatzes radial zwischen einer mit der Antriebswelle verbundenen Sonne und einem am Gehäuse stationär festgelegten ersten Hohlrad. Mithin ist das erste Hohlrad direkt am Gehäuse ausgebildet, wobei das Gehäuse seinerseits mit einem Drehstabfederelement verbunden ist. Die Antriebswelle ist vorzugsweise direkt als Sonnenwelle ausgebildet und ausgangsseitig des Elektromotors angeordnet.
Des Weiteren bevorzugt kämmt der zweite Verzahnungsbereich des Stufenplanetensatzes mit einem zweiten Hohlrad, wobei das zweite Hohlrad mit der Abtriebswelle des Planetengetriebes verbunden ist. Vorteilhafterweise ist das Hohlrad direkt mit der Abtriebswelle verbunden, die ihrerseits mit einem Drehstabfederelement verbunden ist.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das erste Hohlrad eine größere Zähnezahl als das zweite Hohlrad aufweist. Mit dem Ziel einer möglichst hohen Übersetzung bei gleichem Bauraum beträgt die Zahndifferenz zwischen dem ersten Hohlrad und dem zweiten Hohlrad idealerweise 1. Beispielsweise betragen die Zähnezahl des ersten Hohlrades 73 und die Zähnezahl des zweiten Hohlrades 72. Es sind jedoch auch andere Zahndifferenzen denkbar, die eine geringere Übersetzung realisieren.
Vorzugsweise ist das zweite Hohlrad über ein Lagerelement radial am Gehäuse gelagert. Das Lagerelement ist insbesondere als Wälzlager ausgebildet, umfassend einen am Gehäuse angeordneten Außenring und einen am Außenumfang des zweiten Hohlrades angeordneten Innenring mit einer Vielzahl von dazwischen angeordneten Wälzkörpern.
Vorzugsweise weist der Stufenplanetensatz mindestens zwei Stufenplaneten auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stufenplanetensatz vier Stufenplaneten auf. Je nach Auslegung kann es sinnvoll sein die Anzahl der Stufenplaneten zu erhöhen. Dabei würde die Tragzahl des Planetengetriebes ebenfalls erhöht werden.
Vorzugsweise weist eine Verzahnung des ersten Verzahnungsbereichs mindestens eines Stufenplaneten einen Winkelversatz zu einer Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs des mindestens einen Stufenplaneten auf. Mit anderen Worten sind die Zähne des ersten Verzahnungsbereichs tangential verschoben zu den Zähnen des zweiten Verzahnungsbereichs. Dieser Winkelversatz ist notwendig, wenn die Zahndifferenz – idealerweise 1 für eine große Übersetzung – kleiner als die Anzahl der Planeten – idealerweise 4 oder 5 für eine große Tragfähigkeit – betragen soll.
Des Weiteren bevorzugt beträgt der Winkelversatz zwischen der Verzahnung des ersten Verzahnungsbereichs und der Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs bei dem zweiten Stufenplanet 0,25 Zähne, bei dem dritten Stufenplanet 0,5 Zähne und bei dem vierten Stufenplanet 0,75 Zähne. Dies gilt nur für die zuvor genannte bevorzugte Ausführungsform mit vier Stufenplaneten und der Zahndifferenz von 1. Allgemein gesprochen sind die Winkelversätze ganzzahlige Vielfache von der Differenz der Zähnezahlen vom ersten und zweiten Hohlrad dividiert durch die Anzahl der Stufenplanet. Sofern gleichzeitig eine hohe Übersetzung – folglich eine Differenz der Zähnezahlen von 1 – und eine hohe Tragfähigkeit auf geringem Raum – folglich mehr als ein Stufenplanet – beabsichtigt wird, sollte der zuvor geschilderte Winkelversatz befolgt werden.
Vorzugsweise wird der Winkelversatz zwischen der Verzahnung des ersten Verzahnungsbereich und der Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereich der Stufenplaneten derart gewählt, dass die Zahndifferenz der beiden Hohlräder kleiner ist als die Anzahl der Stufenplaneten.
Ferner betrifft die Erfindung auch einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Drehstabfederelemente, die über den elektromechanischen Aktuator verbunden sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Wankstabilisators, umfassend zwei Drehstabfederelemente die über einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuator verbunden sind,
2 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Planetengetriebe für einen elektromechanischen Aktuator gemäß 1, und
3 eine weitere schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Planetengetriebe für einen elektromechanischen Aktuator gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Nach 1 umfasst ein erfindungsgemäßer Wankstabilisator 2 eines – hier nicht dargestellten – Kraftfahrzeugs ein erstes und ein zweites Drehstabfederelement 9a, 9b, die über zwei Lagerstellen 18a, 18b fahrzeugseitig drehgelagert sind und mit ihren distalen Enden über eine – hier nicht dargestellte – Pendelstange mit jeweils einem Rad des Kraftfahrzeugs, verbunden sind. Die beiden Drehstabfederelemente 9a, 9b sind über einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuator 1 verdrehbar verbunden, um eine Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeugs zu erzielen. Der elektromechanische Aktuator 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Planetengetriebe 4 und ein Elektromotor 5 untergebracht sind. Der Elektromotor 5 umfasst einen über eine Antriebswelle 8 mit dem Planetengetriebe 4 verbunden Rotor 6 sowie einen drehfest mit dem Gehäuse 3 verbundenen Stator 7. Dabei ist das erste Drehstabfederelement 9a mit dem Gehäuse 6 gekoppelt und das zweite Drehstabfederelement 9b zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle 10 des Planetengetriebes 4 gekoppelt. Die beiden Drehstabfederelemente 9a, 9b sind zur Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeugs zueinander verdrehbar, wobei der Elektromotor 5 das generierte Drehmoment über die Antriebswelle 8 in das Planetengetriebe 4 einleitet. Durch das Planetengetriebe 4 erfolgt eine hohe Übersetzung auf die Abtriebswelle 10.
Gemäß 2 und 3, die unterschiedliche Schnittdarstellungen des Planetengetriebes 4 darstellen, umfasst das Planetengetriebe 4 einen Stufenplanetensatz 11, bestehend aus vier Stufenplaneten 11a, 11b, 11c, 11d. Der Stufenplanetensatz 11 weist einen ersten Verzahnungsbereich 12a mit einem ersten Durchmesser 13a und einen zweiten Verzahnungsbereich 12b mit einem zweiten Durchmesser 13b auf, wobei der erste Verzahnungsbereich 12a radial zwischen einer mit der Antriebswelle 8 verbundenen Sonne 14 und einem am Gehäuse 3 stationär festgelegten ersten Hohlrad 15a kämmt. Der zweite Verzahnungsbereich 12b kämmt mit einem zweiten Hohlrad 15b, wobei das zweite Hohlrad 15b mit der Abtriebswelle 10 des Planetengetriebes 4 verbunden ist. Über ein Lagerelement 17 ist das zweite Hohlrad 15b radial am Gehäuse 3 gelagert.
Ferner ist der erste Durchmesser 13a des ersten Verzahnungsbereichs 12a größer als der zweite Durchmesser 13b des zweiten Verzahnungsbereichs 12b. Das erste Hohlrad 15a weist eine größere Zähnezahl als das zweite Hohlrad 15b auf. Die Zahndifferenz des ersten und zweiten Hohlrades 15a, 15b beträgt 1, so dass eine möglichst hohe Übersetzung realisiert wird.
Ausgenommen die Verzahnung des ersten Stufenplaneten 11a, weist die Verzahnung des ersten Verzahnungsbereichs 12a der drei anderen Stufenplaneten 11b, 11c, 11d einen Winkelversatz 16 zu der Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs 12b auf. Der Winkelversatz 16 zwischen der Verzahnung des ersten Verzahnungsbereichs 12a und der Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs 12b bei dem zweiten Stufenplanet 11b beträgt 0,25 Zähne, bei dem dritten Stufenplanet 11c 0,5 Zähne und bei dem vierten Stufenplanet 11d 0,75 Zähne. Dieser Winkelversatz 16 resultiert aus der um 1 größeren Zähnezahl des ersten Hohlrad 15a bezüglich des zweiten Hohlrades 15b.
Bezugszeichenliste

1: elektromechanischer Aktuator
2: Wankstabilisator
3: Gehäuse
4: Planetengetriebe
5: Elektromotor
6: Rotor
7: Stator
8: Antriebswelle
9a, 9b: Drehstabfederelement
10: Abtriebswelle
11: Stufenplanetensatz
11a–11d: Stufenplanet
12a, 12b: Verzahnungsbereich
13a, 13b: Durchmesser
14: Sonne
15a, 15b: Hohlrad
16: Winkelversatz
17: Lagerelement
18a, 18b: Lagerstellen

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 102012215396 A1 [0004]

Claims

Elektromechanischer Aktuator (1) für einen Wankstabilisator (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse (3), in dem ein Planetengetriebe (4) und ein Elektromotor (5), umfassend einen Rotor (6) sowie einen drehfest mit dem Gehäuse (3) verbundenen Stator (7), angeordnet sind, wobei der Rotor (6) über eine Antriebswelle (8) mit dem Planetengetriebe (4) verbunden ist, wobei ferner ein erstes Drehstabfederelement (9a) zumindest mittelbar mit dem Gehäuse (6) gekoppelt ist und ein zweites Drehstabfederelement (9b) zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle (10) des Planetengetriebes (4) gekoppelt ist, und wobei die beiden Drehstabfederelemente (9a, 9b) zur Wankbewegungskompensation des Kraftfahrzeugs zueinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (4) einen Stufenplanetensatz (11) aufweist, umfassend einen ersten Verzahnungsbereich (12a) mit einem ersten Durchmesser (13a) und einen zweiten Verzahnungsbereich (12b) mit einem zweiten Durchmesser (13b).
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchmesser (13a) des ersten Verzahnungsbereichs (12a) ungleich dem zweiten Durchmesser (13b) des zweiten Verzahnungsbereichs (12b) ist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verzahnungsbereich (12a) des Stufenplanetensatzes (11) radial zwischen einer mit der Antriebswelle (8) verbundenen Sonne (14) und einem am Gehäuse (3) stationär festgelegten ersten Hohlrad (15a) kämmt.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiter Verzahnungsbereich (12b) des Stufenplanetensatzes (11) mit einem zweiten Hohlrad (15b) kämmt, wobei das zweite Hohlrad (15b) mit der Abtriebswelle (8) des Planetengetriebes (4) verbunden ist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlrad (15a) eine größere Zähnezahl als das zweite Hohlrad (15b) aufweist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplanetensatz (11) mindestens zwei Stufenplaneten (11a, 11b) aufweist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenplanetensatz (11) vier Stufenplaneten (11a–11d) aufweist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzahnung des ersten Verzahnungsbereichs (12a) mindestens eines Stufenplaneten (11a–11d) einen Winkelversatz (16) zu einer Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs (12b) des mindestens einen Stufenplaneten (11a–11d) aufweist.
Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz (16) zwischen der Verzahnung des ersten Verzahnungsbereichs (12a) und der Verzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs (12b) bei dem zweiten Stufenplanet (11b) 0,25 Zähne, bei dem dritten Stufenplanet (11c) 0,5 Zähne und bei dem vierten Stufenplanet (11d) 0,75 Zähne beträgt.
Wankstabilisator (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Drehstabfederelemente (9a, 9b), die über einen elektromechanischen Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verbunden sind.