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Die Erfindung betrifft eine Fahrwerksaktuatorvorrichtung, insbesondere einen Wankstabilisator, mit einem elektromechanischen Aktuator, der in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei der Aktuator einen Elektromotor und ein über diesen drehbares Abtriebselement aufweist, an dem ein Drehstab drehfest angeordnet ist.
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Wankstabilisatoren als Beispiel für Fahrwerkaktuatoren dienen zur Kompensation oder zum 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 Torsionsdrehfedern 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, der über Stabilisationsbauteile ein Torsionsmoment aktiv beaufschlagen kann, um einer Rollbewegung des Fahrzeugs entgegen zu wirken.
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Erforderlich ist eine Verbindung des Aktuators mit dem jeweiligen Stabilisationsbauteil. Üblicherweise ist hierzu das Stabilisationsbauteil, also der Torsions- oder Drehstab, mit einem Flansch versehen, sei es ein Axialflansch, sei es ein Radialflansch, an dem eine Verzahnungsstruktur, zumeist eine Hirth-Verzahnung, ausgebildet ist. Aktuatorseitig ist eine komplementäre Verzahnungsgeometrie ausgebildet. Wird ein aktiver Aktuator verwendet, so ist diese Formschlussgeometrie an einem entsprechenden Abtriebselement des Aktuators, über das das vom Elektromotor erzeugte Torsionsmoment übertragen wird, auszubilden. Da üblicherweise dem Elektromotor ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, das als Untersetzungsgetriebe wirkt nachgeschaltet ist, ist diese Formschlusskontur an dem Getriebeabtrieb, beispielsweise dem Planetenträger beziehungsweise der Nabe, auszubilden, das heißt, das Bauteil ist entsprechend spanend zur Ausbildung der Hirth-Verzahnung zu bearbeiten. In diesem Fall würde der Planetenträger als Getriebeausgang dienen. Selbstverständlich könnte dem Plantenradgetriebe aber 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. Gleichwohl ist die Ausbildung der Formschlusskontur in Form der Verzahnungsgeometrie in der Herstellung aufwändig.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Fahrwerksaktuatorvorrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Fahrwerksaktuatorvorrichtung, insbesondere einem Wankstabilisator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Abtriebselement und der Drehstab über eine Polygonverbindung miteinander verbunden sind.
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Anders als bei bisher bekannten Fahrwerksaktuatorvorrichtungen, die über Verzahnungsgeometrien drehfest miteinander verbunden sind, ist bei der erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuatorvorrichtung das dem Elektromotor zugeordnete Abtriebselement und der Drehstab über eine Polygonverbindung miteinander verbunden. Diese Polygonverbindung ist im Vergleich zu einer Verzahnung einfacher und günstiger herstellbar, sie eignet sich darüber hinaus zur Übertragung sehr hoher Drehmomente und kann Biegemomentstöße aufnehmen.
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Die Polygonformen, die am Abtriebselement und am Drehstab ausgebildet sind, und die die Polygonsteckverbindung definieren, umfassen jeweils mindestens zwei Kanten, bevorzugt wenigstens drei oder mehr Kanten. Bei geringerer Kantenanzahl weist die Welle eine höhere Festigkeit auf, bei einer höheren Anzahl wird die Belastung des Abtriebselements, also der Abriebswelle oder des Planetenträgers etc. verringert. Die entsprechenden Polygonformen können durch entsprechende Drehverfahren oder durch kurvengesteuertes Schleifen ohne weiteres ausgebildet werden.
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Hinsichtlich der Ausbildung der Polygonverbindung an Antriebselement und Drehstab sind zwei grundsätzliche Ausgestaltungen denkbar. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann am Drehstab ein axialer Vorsprung, der außenseitig eine Polygonform aufweist, vorgesehen sein, der in eine am Abtriebselement ausgebildete Ausnehmung, die eine komplementäre innenseitige Polygonform aufweist, eingreift. Am Drehstab ist also ein außenliegendes Polygon vorgesehen, während am Abtriebselement ein innenliegendes Polygon ausgebildet ist. Beide greifen beim Zusammenstecken ineinander.
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Alternativ hierzu kann die Ausgestaltung auch umgekehrt sein, das heißt, dass am Abtriebselement ein axialer Vorsprung, der außenseitig eine Polygonform aufweist, vorgesehen ist, der in eine am Drehstab ausgebildete Ausnehmung, die eine komplementäre innenseitige Polygonform aufweist, eingreift. Hier ist also am Abtriebselement das außenliegende Polygon ausgebildet, während der Drehstab das innenliegende Polygon aufweist. Auch hier greifen beide Polygonformen beim Zusammenstecken wieder ineinander.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Polygonformen konisch ausgeführt sind. Das heißt, dass der Vorsprung und die Ausnehmung respektive die daran ausgebildeten Polygone von der Grundform her konisch sind, sich also axial gesehen verjüngen. Durch die konische Form kann der Presssitz, der über eine axiale Verbindungsschraube, die das Abtriebselement und den Drehstab verbindet, durch Variieren des Anzugsmoments der Verbindungsschraube verändert werden, das heißt dass die Vorspannung in der Polygonverbindung variiert werden kann. Zudem ist ein solcher Presssitz in geringerem Maße toleranzabhängig.
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Da über den Elektromotor das Abtriebselement aktiv angetrieben wird ist eine entsprechende Lageranordnung vorzusehen, über die die Abstützung zum Gehäuse hin erfolgt. Erfindungsgemäß ist diese Lageranordnung im Bereich der Polygonverbindung angeordnet, sodass der Verbindungsbereich radial zum Gehäuse hin abgestützt respektive gelagert ist. Je nachdem, ob die Polygonverbindung mit außenliegendem oder innenliegendem Polygon am Drehstab ausgebildet ist, sitzt die Lageranordnung entweder auf dem Abtriebselement, also beispielsweise der Abtriebswelle oder dem Planetenträger bei außenliegenden Polygon oder auf dem Drehstab selbst bei innenliegendem Polygon. Bei außenliegendem Polygon und damit Anordnung der Lageranordnung am Abtriebselement ist über die Polygonverbindung auch eine Biegemoment zu übertragen. Jedoch kann die Baugruppe insgesamt kürzer gebaut werden, da kein zusätzlicher Absatz zur axialen Abstützung der Lageranordnung auf dem Flansch des Drehstabs vorzusehen ist. Bei innenliegendem Polygon sitzt die Lageranordnung auf dem Drehstabflansch. Hier wird ein etwaiges Biegemoment von der Lageranordnung aufgenommen und belastet die Polygonsteckwellverbindung nicht.
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Als Lageranordnung kommt eine entsprechende radiale Wälzlageranordnung zum Einsatz, beispielsweis in Form eines zweireihigen Schrägkugellagers in O-Anordnung oder in Form zweier einzelner, ebenfalls in O-Anordnung hintereinander gesetzter Schrägkugellager.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschrieben Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen:
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1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuatorvorrichtung im Längsschnitt, gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Schnittansicht entlang der Line II-II aus 1,
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3 eine Explosionsdarstellung als Perspektivansicht der in 1 gezeigten Bauteile,
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4 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuatorvorrichtung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform im Längsschnitt,
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5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V aus 4,
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6 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Bauteile aus 4,
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7 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuatorvorrichtung einer dritten Ausführungsform im Längsschnitt,
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8 eine Schnittansicht entlang der Line VIII-VIII in 7,
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9 eine Explosionsdarstellung der in 7 gezeigten Bauteile,
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10 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Fahrwerksaktuatorvorrichtung einer vierten Ausführungsform im Längsschnitt, und
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11 eine Explosionsdarstellung der in 10 gezeigten Bauteile.
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Im Folgenden werden vier verschieden erfindungsgemäße Ausführungsformen einer Fahrwerksaktuatorvorrichtung beschrieben, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Fahrwerksakuatorvorrichtung 1 in Form eines Wankstabilisators, wobei hier nur der Verbindungsbereich eines über einen hier nicht näher gezeigten Elektromotor drehbaren Abtriebselements 2 mit einem Drehstab 3 dargestellt ist.
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Das Abtriebselement 2 ist beispielsweise ein Planetenträger 4 eines Planetengetriebes, das dem Elektromotor nachgeschaltet ist. Am Planetenradträger 4 sind im gezeigten Beispiel mehrere Planeten 5 drehgelagert angeordnet.
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Der Planetenträger 4 ist mit einer Ausnehmung 6 versehen, die im Querschnitt, siehe die 2 und 3, eine Polygonform 7 aufweist. Im gezeigten Beispiel weist die Polygonform 7 drei Kanten auf.
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Der Drehstab 3 seinerseits weist einen Vorsprung 8 auf, der an seiner Außenseite 9 ebenfalls eine Polygonform 10 aufweist, die Formkomplementär zur Polygonform 7 des Planetenträgers 4 ist. Auch sie weist folglich drei Kanten auf.
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In der Montagestellung gemäß 1 sind beide Bauteile ineinander gesteckt, das heißt, dass der Vorsprung 8 in die Ausnehmung 6 eingesteckt ist. Die beiden Polygonformen 7 und 10 greifen formschlüssig ineinander ein, ein über das Planetengetriebe oder über den Drehstab übertragenes Drehmoment kann somit übertragen werden.
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Zur Verbindung des Planetenträgers 4 mit dem Drehstab 3 ist eine Verbindungsschraube 11 vorgesehen, die den Planetenträger 4 in einer entsprechenden Ausbohrung durchsetzt und in eine Gewindebohrung 12 am Vorsprung 8 eingeschraubt ist. Zwischen einem Flansch 13 des Drehstabs 3 und der Stirnfläche des Planetenträgers 4 ist ferner ein Dichtelement 14, das eine der Polygonform entsprechende Geometrie aufweist (siehe 3) eingesetzt, um den Verbindungsbereich abzudichten. Des Weiteren ist eine Lageranordnung 15 vorgesehen, über die der Verbindungsbereich radial gegen ein hier nicht näher gezeigtes Gehäuse, in dem der elektromechanische Aktuator aufgenommen, abgestützt ist. Die Lageranordnung 15 ist als Radiallagerung ausgeführt und umfasst zwei in O-Anordnung angeordnete Schrägkugellager 16. Zur axialen Ausführung ist am Planetenträger 4 ein axialer Anschlag 17 ausgebildet, gegen den das eine Lager 16 über einen Ring 18 abgestützt ist. Das andere Lager 16 ist über einen Sprengring 19, der in eine entsprechende Radialnut eingesetzt ist, axial fixiert. Die Lageranordnung 15 befindet sich axial gesehen im Bereich der Polygonverbindung.
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Die 4–6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fahrwerksaktuatorvorrichtung 1 in vergleichbaren Darstellungen wie die 1–3. Der grundsätzliche Aufbau dieser Ausführungsform entspricht dem gemäß den 1–3. Vorgesehen ist auch hier ein Abtriebselement 2 in Form eines Planetenträgers 4 sowie ein Drehstab 3. Beide sind über eine Polygonsteckverbindung miteinander verbunden. Der Planetenträger 4 weist wiederum eine Ausnehmung 6 mit einer Polygonform 7 auf, entsprechend weist der Drehstab 3 einen Vorsprung 8 mit einer Polygonform 10 auf. Wie insbesondere 4 zeigt, sind die Polygonformen hier zusätzlich konisch ausgeführt, das heißt, dass sich der Vorsprung 8 zu seinem freien Ende hin etwas verjüngt. In entsprechender Weise verjüngt sich auch die Ausnehmung 6 zu ihrem Boden hin.
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Über die Verbindungsschraube 11 werden die konischen Polygonformen 7 und 10 axial in einem Presssitz zueinander fixiert, wobei der Presssitz durch das Anzugsmoment der Verbindungsschraube 11 variiert werden kann. Der Vorteil eines solchen konischen Presssitzes ist seine relativ geringe Toleranzabhängigkeit.
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Ansonsten entspricht der grundsätzliche Aufbau dieser Ausführungsform der gemäß den 1–3. Auch hier ist wiederum eine Lageranordnung 15 mit den beiden Wälzlagern 16 vorgesehen, die außenseitig auf den Planetenträger 4 angeordnet sind. Der Planetenträger 4 weist wiederum den entsprechenden Anschlag 17 auf, an dem die Lageranordnung 15 über einen Ring 18 anliegt. Auf der anderen Seite ist wiederum ein Sprengring 19 vorgesehen. Des Weiteren ist ein Dichtelement 14 in Form des Dichtrings, dessen Form wiederum dem Polygon des Vorsprungs 8 entspricht, vorgesehen.
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Während die 1–6 der Ausführungsformen mit einem am Drehstab 3 außenseitig ausgebildeten Polygon beschreiben, zeigen die 7–11 zwei Ausgestaltungen mit einem am Drehstab innenliegenden ausgebildeten Polygon.
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7 zeigt eine Teilansicht eines Fahrwerksaktuators 1 umfassend das Abtriebselement 2, wiederum in Form des Planetenträgers 4, sowie den Drehstab 3. Bei dieser Ausgestaltung ist am Planetenträger 4 der Vorsprung 20 ausgebildet, der eine außenliegende Polygonform 21 aufweist. Der Drehstab 3 ist mit einem entsprechenden Flansch 22 versehen, der eine Ausnehmung 23 aufweist, die eine innenliegende Polygonform 24 aufweist, die wiederum formkomplementär zur Polygonform 21 des Vorsprungs 20 ist. In der in 7 gezeigten Montagestellung ist folglich der Vorsprung 20 in die Ausnehmung 23 gesteckt, wiederum greifen die beiden Polygonformen, die auch hier jeweils drei Kanten aufweisen, ineinander. Zum Verbinden ist wiederum eine Verbindungsschraube 11 vorgesehen, die am Planetenträger 4 über ihren Kopf aufgelagert ist und in eine entsprechende Gewindebohrung 12 am Drehstab 3 eingeschraubt ist. Hierüber werden die beiden Bauteile axial miteinander verspannt.
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Die Abstützung zu dem Gehäuse erfolgt auch hier über eine Lageranordnung 15, exemplarisch wiederum umfassend die beiden in O-Anordnung positionierten Schrägkugellager 16. Zur axialen Abstützung ist hier am Flansch 22 des Drehstabs 3 ein Anschlag 25 ausgebildet, gegen den die Lageranordnung 15 über den Ring 18 anliegt. An der anderen Seite ist wiederum ein Sprengring 19 in einer entsprechenden Radialnut aufgenommen.
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Während in der Ausführungsform gemäß 7–9 die beiden Polygonformen 20 und 24 wiederum gerade Polygone sind, zeigen die 10 und 11 eine Ausführungsform, bei der wiederum (vergleichbar mit der aus Ausführungsform gemäß der 4–6 konische Polygonformen vorgesehen sind.
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Gezeigt ist wiederum eine Teilansicht der Fahrwerksaktuatorvorrichtung 1, umfassend das Abtriebselement 2 wiederum in Form des Planetenträgers 4, sowie den Drehstab 3. Der Planetenträger 4 ist auch hier mit einem Vorsprung 20 mit einer außenliegenden Polygonform 21 versehen. Der Vorsprung 20 greift in eine am Drehstab ausgebildete Ausnehmung 23 ein, die eine innenliegende Polygonform 24 aufweist. Beide Polygonformen sind wiederum komplementär zueinander. Wie 11 zeigt sind bei dieser Ausgestaltung die Polygonformen 21 und 24 vier-kantig. Wie 10 ferner zeigt sind beide Polygonformen 21 und 24 auch konisch ausgeführt, das heißt, sie verjüngen sich etwas. Der Vorsprung 20 nimmt zu seinem freien Ende hin in seiner Breite respektive seines Durchmessers etwas ab, entsprechendes gilt für die Breite respektive den Durchmesser der Ausnehmung 23 zum Ausnehmungsboden hin.
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Über die Verbindungschraube 11 werden Drehstab 3 und Planetenträger 4 wiederum axial miteinander verspannt. Auch hier kann der Presssitz je nach Anzugsmoment der Verbindungsschraube 11 variiert werden.
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Die radiale Abstützung erfolgt auch hier über die Lageranordnung 15, die wiederum zwei in O-Anordnung positionierte Schrägkugellager 16 umfasst, die über die entsprechende Ringanordnung axial am Drehstab 3 außenseitig abgestützt ist. Auch bei dieser Ausführungsform, wie bei allen zuvor beschrieben, befindet sich die Lageranordnung axial gesehen im Bereich der Polygonverbindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrwerksaktuatorvorrichtung
- 2
- Abtriebselement
- 3
- Drehstab
- 4
- Planetenträger
- 5
- Planeten
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Polygonform
- 8
- Vorsprung
- 9
- Außenseite
- 10
- Polygonform
- 11
- Verbindungsschraube
- 12
- Gewindebohrung
- 13
- Flansch
- 14
- Dichtelement
- 15
- Lageranordnung
- 16
- Wälzlagern
- 17
- Anschlag
- 18
- Ring
- 19
- Sprengring
- 20
- Vorsprung
- 21
- Polygonform
- 22
- Flansch
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Polygonform
- 25
- Anschlag
