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Die Erfindung betrifft eine Fahrwerksaktuatorvorrichtung, insbesondere einen Wankstabilisator, für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektromechanischen Aktuator, der in einem Gehäuse aufgenommen ist.
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Wankstabilisatoren als Beispiel für Fahrwerksaktuatoren dienen zur Kompensation oder Unterdrücken von Rollbewegungen eines Fahrzeugs um dessen Längsachse. Derartige Rollbewegungen werden insbesondere bei Kurvenfahrten aufgrund von Fliehkräften hervorgerufen. Wankstabilisatoren in einer passiven Bauweise können als Torsionsdrehfeder ausgebildet sein, wobei deren freie Enden mit den Radaufhängungen über einen Hebel derart gekoppelt sind, dass bei einer unterschiedlichen Höhe der Radaufhängungen eine Torsion des Wankstabilisators erfolgt. Ferner sind aktive Wankstabilisatoren bekannt, welche einen Aktuator aufweisen, welcher über Stabilisationsbauteile ein Torsioinsmoment aktiv beaufschlagen kann, um einer Rollbewegung des Fahrzeugs entgegenzuwirken.
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Erforderlich ist eine Verbindung des Aktuators mit dem jeweiligen Stabilisationsbauteil. Dabei sind grundsätzlich zwei verschiedene Verbindungsstellen denkbar. Zum einen ist es möglich, das Stabilisationsbauteil mit einem entsprechenden Flansch zu versehen, sei es ein Axialflansch, sei es ein Radialflansch, und stirnseitig an diesem Flansch eine axiale Formschlusskontur vorzusehen. An einem Aktuatorgehäuse ist an einer entsprechenden Stirnfläche ebenfalls eine axiale, komplementäre Formschlusskontur vorgesehen, wobei in der Montagestellung beide Formschlusskonturen ineinandergreifen, beispielsweise fixiert über eine Überwurfmutter. Alternativ dazu ist es auch denkbar, bei Verwendung eines aktiven Aktuators mit nachgeschaltetem Getriebe, beispielsweise einem Planetengetriebe, das als Untersetzungsgetriebe wirkt, das Stabilisationsbauteil wiederum mit einem entsprechenden Flansch zu versehen, und diesen respektive dessen Formschlusskontur mit einer komplementären Formschlusskontur, die an einem Planetenradträger des Getriebes vorgesehen ist, zu verbinden. Der Planetenradträger dient in diesem Fall als direkter Getriebeausgang. Selbstverständlich könnte dem Planetenradgetriebe auch eine separate Getriebeabtriebswelle zugeordnet sein, die die entsprechende komplementäre Formschlusskontur aufweist. Auf diese Weise können die Torsionsbewegungen vom Aktuator zum Stabilisationsbauteil und umgekehrt geleitet werden.
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Wie beschrieben ist der elektromechanische Aktuator, der üblicherweise einen Elektromotor und ein nachgeschaltetes Getriebe umfasst, in einem Gehäuse aufgenommen, das üblicherweise als zylindrisches Gehäuse ausgeführt ist. Am Gehäuse sind, insbesondere im Bereich der inneren Zylinderwandung, zur Ausbildung entsprechender Oberflächen oder Strukturen lokal unterschiedliche Fertigungsverfahren anzuwenden, z. B. Räumen, Drehen, Axialstoßen und Schleifen. Kommt beispielsweise ein Planetengetriebe zum Einsatz, so ist in dem Bereich, in dem das Planetenradgetriebe gehäuseseitig positioniert wird, ein Verzahnungsabschnitt, also eine Hohlradverzahnung, die die erste Getriebestufe bildet, auszubilden. In axial benachbarten Bereichen ist die Gehäusewandung, die entsprechend zur Ausbildung der Verzahnung hinreichend bemessen ist, auszudrehen und zu schleifen, um die entsprechende Wandstärke respektive den entsprechenden Durchmesser auszubilden und gegebenenfalls Nuten oder sonstige Strukturen einzuarbeiten. Diese nur lokal erforderlichen Arbeiten sind aufwändig, erfordern mitunter ein Umspannen des zu bearbeitenden Gehäusebauteils etc.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Fahrwerksaktuatorvorrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Fahrwerksakturatorvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse aus zwei oder mehreren axial aneinander anschließenden zylindrischen Gehäuseabschnitten besteht, die über eine oder mehrere durch Kondensatorentladungsschweißen erzeugte Schweißnähte miteinander verbunden sind.
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Erfindungsgemäß ist ein segmentiertes Gehäuse vorgesehen, also ein Gehäuse, das aus wenigstens zwei, bevorzugt drei zylindrischen Gehäuseabschnitten besteht. Es kommt also, also anders als bisher üblich, kein einteiliges Gehäuse zum Einsatz. Die Verwendung der segmentierten Gehäuseabschnitte ermöglicht es, das Gehäuse so zu segmentieren, dass jeder Gehäuseabschnitt einem entsprechenden, spezifisch zu bearbeitenden Bereich entspricht, das heißt, dass jeder Gehäuseabschnitt optimal fertigungstechnisch bearbeitet werden kann. Es kann also beispielsweise ein Gehäuseabschnitt vorgesehen sein, der mit einer Verzahnung zu versehen ist, welche Verzahnung über die entsprechende Gehäuseabschnittslänge ohne weiteres ausgebildet werden kann unter Verwendung eines entsprechenden individuellen Fertigungsverfahrens. Andere Gehäuseabschnitte können ebenfalls individuell bearbeitet werden bzw. es können Gehäuseabschnitte anderer Wandstärke verwendet werden, so dass etwaige Dreharbeiten vermieden oder reduziert werden können etc. Jeder Gehäuseabschnitt kann folglich optimal gefertigt werden und, sofern erforderlich, anschließend gehärtet oder sonst wie thermisch oder oberflächenspezifisch, beispielsweise für Korrosionsschutzzwecke, bearbeitet werden.
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Nach Herstellung der entsprechenden Gehäuseabschnitte werden diese stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Schweißnahtausbildung erfolgt durch Kondensatorentladungsschweißen. Hierbei wird durch eine Kondensatorentladung Gleichstrom erzeugt, über den die Energie in die zu verbindenden Gehäuseabschnitte im Bereich der Schnittstelle eingetragen wird. Es kommt zu einem lokalen Aufschmelzen und damit zur Schweißnahtausbildung. Bei dem Kondensatorentladungsschweißen handelt es sich um ein sehr verzugsarmes Schweißverfahren, da die Wärmeeinflusszone sehr genau gesteuert werden kann. Hierdurch ist keine thermische Nachbehandlung nötig, die Teileverbindung ist nahezu verzugsfrei.
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Die segmentierte Ausbildung des Gehäuses hat eine Reihe von Vorteilen. Wie beschrieben können die einzelnen Gehäuseabschnitte mit einer höheren Genauigkeit und unter Anwendung des jeweils abschnittsspezifischen Herstell- respektive Arbeitsverfahrens hergestellt werden. Sie können vor dem Schweißverbinden durch geeignete Verfahren gehärtet werden. Die Schweißnahtanforderungen können sehr genau reproduziert werden, wie auch unterschiedliche Materialien, aus denen die Gehäuseabschnitte gegebenenfalls bestehen, mit einem Kondensatorentladungsverfahren verschweißt werden können. Auch kann gehärtetes und ungehärtetes Material verschweißt werden, wie selbst geometrisch unterschiedliche Segmente miteinander verschweißt werden können. Da es sich um ein verzugsarmes Verfahren handelt, ist auch ein Nacharbeiten nicht erforderlich.
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Bevorzugt besteht das Gehäuse aus drei Gehäuseabschnitten, von denen ein erster Gehäuseabschnitt einen Motor des Aktuators aufnimmt, von denen ein zweiter Gehäuseabschnitt eine Hohlradverzahnung für ein aufzunehmendes Getriebe aufweist, und von denen ein dritter Gehäuseabschnitt der Aufnahme eines Kopplungsabschnitts eines Stabilisationsbauteils dient. Bevorzugt weisen alle drei Gehäuseabschnitte den gleichen Außendurchmesser auf, über welchen sie entsprechend relativ zueinander ausgerichtet respektive zentriert werden können. Die Wandstärken können unterschiedlich sein, je nach Gehäuseabschnitt respektive vorzunehmender spanender respektive materialabtragender Fertigungstätigkeit.
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Neben der Fahrwerksaktuatorvorrichtung selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine solche Fahrwerksaktuatorvorrichtung, mit folgenden Schritten:
- – zwei miteinander zu verbindende Gehäuseabschnitte werden axial und radial zueinander ausgerichtet und positioniert,
- – beide Gehäuseabschnitte werden durch Kondensatorentladungsschweißen miteinander verschweißt,
- – gegebenenfalls wird der Verbund aus den beiden Gehäuseabschnitten und ein dritter Gehäuseabschnitt axial und radial zueinander ausgerichtet und positioniert,
- – der Verbund aus den beiden verschweißten Gehäuseabschnitten und der dritte Gehäuseabschnitt werden durch Kondensatorentladungsschweißen miteinander verschweißt.
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Die Gehäusesegmente werden radial zueinander über ihre äußeren Mantelflächen ausgerichtet. Anschließend werden die zu verbindenden Gehäuseabschnitte gegeneinandergedrückt, wonach der Kondensatorentladungsschweißvorgang beginnt. Während dieses Vorgangs verschmilzt das zumindest an einem Gehäuseabschnitt aufgeschmolzene Material mit der Gegenfläche, es kommt zur Schweißnahtausbildung. Der gleiche Vorgang erfolgt nochmals, wenn der dritte Gehäuseabschnitt, sofern vorgesehen, an den Verbund aus den beiden ersten miteinander verschweißten Gehäuseabschnitten anzuschweißen ist.
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Bevorzugt werden miteinander zu verschweißende Gehäuseabschnitte verwendet, von denen wenigstens einer an wenigstens einer Stirnseite einen Schweißbuckel aufweist. Ein solcher Schweißbuckel ist ein Materialabschnitt, der zur Bildung der Schweißnaht gezielt aufgeschmolzen wird. Der aufgeschmolzene Schweißbuckel respektive das aufgeschmolzene Material kontaktiert die Gegenfläche des anderen Gehäuseabschnitts und verschmilzt mit dieser, so dass sich die entsprechende Schweißnaht ausbildet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Schnittansicht dreier Gehäuseabschnitte, die zur Bildung eines Aktuatorgehäuses miteinander zu verbinden sind,
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2 eine vergrößerte Teilansicht des Bereichs II aus 1,
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3 den Ausschnitt aus 2 nach dem Verschweißen, und
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4 eine Schnittansicht durch einen Aktuator umfassend ein erfindungsgemäßes Gehäuse.
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1 zeigt drei separate, zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses miteinander zu verbindende Gehäuseabschnitte 1, 2, 3, die als separate Segmente ausgeführt sind und unterschiedlich im Rahmen ihrer Herstellung zu bearbeiten sind.
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Der Gehäuseabschnitt 1, der längste Gehäuseabschnitt, weist einen geringeren Wanddurchmesser als die Gehäuseabschnitte 2 und 3 auf. An seiner inneren Mantelfläche 4 sind im gezeigten Beispiel Nuten 5 auszubilden, in die beispielsweise Dichtringe einzubringen sind oder Ähnliches. Die Bearbeitung der inneren Mantelfläche 4 erfolgt exemplarisch durch spanabhebendes Drehen zur Ausbildung der Nuten 5, gegebenenfalls gefolgt von einem Schleifvorgang.
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Der Gehäuseabschnitt 2 ist wie beschrieben von der Wandstärke her deutlich stärker ausgelegt als der Gehäuseabschnitt 1. Dies, da an der inneren Mantelfläche des Gehäuseabschnitts 2 eine Hohlradverzahnung 6 auszubilden ist. Diese Hohlradverzahnung 6 wird beispielsweise durch Räumen oder Axialstoßen ausgebildet. Da zwangsläufig entsprechend bemessene Zähne auszubilden sind, ist eine hinreichende Wandstärke des Gehäuseabschnitts 2 vonnöten. Die Hohradverzahnung 6 zieht sich im gezeigten Beispiel über die gesamte Länge des Gehäuseabschnitts 2, so dass dieser optimal und auf einfache Weise bearbeitet werden kann.
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Der Gehäuseabschnitt 3 schließlich entspricht von der Wandstärke her im Wesentlichen der Wandstärke, die im Bereich der Verzahnungsnuten des Gehäuseabschnitts 2 gegeben ist, gegebenenfalls etwas geringer. Auch an der inneren Mantelfläche 7 des Gehäuseabschnitts 3 ist exemplarisch eine Nut 8 auszubilden, was wiederum beispielsweise durch Ausdrehen erfolgt, gefolgt von einem Schleifvorgang.
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Ersichtlich ist jeder Gehäuseabschnitt 1, 2 und 3, was die Wandstärke und insbesondere die Bearbeitung der jeweiligen Innenwandung angeht, spezifisch ausgeführt, er kann also abschnittsspezifisch individuell bearbeitet werden. Dies ist wesentlich einfacher, als wenn ein einstückiges Gehäuse verwendet wird, das von Haus aus, da wie beschrieben zur Bildung der Hohlradverzahnung 6 eine hinreichende Wandstärke erforderlich ist, entsprechend stark zu bemessen ist. Im Bereich der von den Gehäuseabschnitten 1 und 3 gebildeten Gehäuseabschnitte wäre ein solches Gehäuse zur Reduzierung der Wandstärke auszudrehen etc., was sehr aufwändig ist, gefolgt von einer entsprechenden, im Zylinderinneren vorzunehmenden Verzahnungsausbildung etc. Dies ist wesentlich komplexer, verglichen mit der erfindungsgemäßen Segmentierung und separaten Gehäuseabschnittsbearbeitung.
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2 zeigt in Form einer vergrößerten Ansicht den Ausschnitt II aus 1. Gezeigt ist ein Abschnitt des ersten Gehäuseabschnitts 1 und des zweiten Gehäuseabschnitts 2 in dem Bereich, in dem sie mit ihren Stirnflächen 9, 10 zu verbinden sind.
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Im gezeigten Beispiel ist an der Stirnfläche 9 des Gehäuseabschnitts 1 ein Schweißbuckel 11 ausgebildet, während die Stirnfläche 10 flächig ist. Zur Verbindung werden nun die beiden Gehäuseabschnitte 1 und 2 über ihre jeweilige äußere Mantelfläche zentriert zueinander ausgerichtet, so dass sie exakt positioniert sind. Sie werden sodann axial gesehen gegeneinandergedrückt. Sodann wird zum Kondensatorentladungsschweißen durch eine Kondensatorentladung lokal im Bereich des Schweißbuckels 11 Energie eingetragen, so dass der Schweißbuckel 10 aufschmilzt. Durch den axialen Druck verschmilzt respektive benetzt der aufgeschmolzene Schweißbuckel 11 die Gegenfläche, also die Stirnfläche 10 und verschmilzt mit dieser. Es ist folglich eine stoffschlüssige Schweißverbindung durch Kondensatorentladungsschweißen erzeugt.
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In entsprechender Weise erfolgt die Verbindung der Gehäuseabschnitte 2 und 3. Exemplarisch sei angenommen, dass der Gehäuseabschnitt 2 an seiner entsprechenden Stirnfläche ebenfalls einen entsprechenden Schweißbuckel 11 aufweist. Auch hier werden die Gehäuseabschnitte 2 und 3 axial gegeneinandergedrückt und durch Kondensatorentladungsschweißen der dortige Schweißbuckel aufgeschmolzen, so dass eine entsprechende Schweißnaht ausgebildet wird.
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Nach Durchführen sämtlicher Schweißvorgänge kann ein Anlassen der jeweiligen Schweißnähte erfolgen, was bevorzugt durch eine Nachentladung seitens der Kondensatorentladungsschweißvorrichtung in der gleichen Aufspannung des nunmehr fertigen Gehäuses erfolgt.
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Die Wärmeeinflusszone, die beim Kondensatorentladungsschweißen gegeben ist, ist sehr schmal, das heißt, dass das Aufschmelzen respektive der Energieeintrag lokal auf den Bereich des Schweißbuckels konzentriert werden kann. Dies führt dazu, dass insgesamt ein sehr verzugsarmes Schweißen möglich ist, so dass keine thermische Nachbehandlung zur Verzugsreduzierung oder Ähnliches erforderlich ist.
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3 zeigt exemplarisch eine fertige Schweißverbindung im Bereich der Gehäuseabschnitte 1 und 2. Ersichtlich liegen die jeweiligen Stirnflächen nun exakt aneinander. Aus 3 wird zudem ersichtlich, dass der jeweilige Außendurchmesser der Gehäuseabschnitte 1 und 2 gleich ist, nicht aber der jeweilige Innendurchmesser, nachdem wie beschrieben am Gehäuseabschnitt 2 die Hohlradverzahnung 6 ausgebildet ist.
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4 zeigt schließlich eine Schnittansicht durch einen Aktuator 12, wie er für eine Fahrwerksaktuatorvorrichtung, insbesondere einen Wankstabilisator verwendet werden kann. Er umfasst zum einen ein erfindungsgemäßes Gehäuse 13, gebildet aus den miteinander verschweißten Gehäuseabschnitten 1, 2 und 3, die über jeweilige Schweißnähte 14 und 15 miteinander verschweißt sind. Im Inneren ist ein Elektromotor 16 aufgenommen, dem ein Getriebe nachzuschalten ist, das im Bereich des zweiten Gehäuseabschnitts 2, also im Bereich der Hohlradverzahnung 6 anzuordnen ist. Die Hohlradverzahnung 6 bildet dabei die erste Stufe des als Planetengetriebe ausgeführten Getriebes.
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An der in 4 gezeigten linken Seite ist am erfindungsgemäßen Gehäuse 12 ein Verbindungsbauteil 17, an dem das eine Stabilisationsbauteil zu befestigen ist, vorgesehen. An der in 4 gezeigten rechten Seite des Gehäuses wird das nicht näher gezeigte zweite Stabilisationsbauteil angeordnet, das abschnittsweise mit einer entsprechenden Verbindungsmimik in dem Bereich des dritten Gehäuseabschnitts 3 eingreift und beispielsweise mit dem Planetenradträger des nicht näher gezeigten Planetengetriebes zu verbinden ist. Das heißt, dass das eine Stabilisationsbauteil (linksseitig) mit dem Gehäuse verbunden ist, während das andere Stabilisationsbauteil (rechtsseitig) mit dem Getriebeabtrieb verbunden ist, so dass insgesamt ein Torsionsmoment über den Aktuator zwischen den beiden Stabilisationsbauteilen erzeugt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuseabschnitt
- 2
- Gehäuseabschnitt
- 3
- Gehäuseabschnitt
- 4
- Mantelfläche
- 5
- Nut
- 6
- Hohlradverzahnung
- 7
- Mantelfläche
- 8
- Nut
- 9
- Stirnfläche
- 10
- Stirnfläche
- 11
- Schweißbuckel
- 12
- Gehäuse
- 13
- Gehäuse
- 14
- Schweißnaht
- 15
- Schweißnaht
- 16
- Motor
- 17
- Verbindungsbauteil
