DE102015220176A1

DE102015220176A1 - Aktorikvorrichtung für einen Wankstabilisator sowie Wankstabilisator und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015220176A1
Application number: DE102015220176.7A
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Stabilisatoren sind Federelemente in Fahrzeugen und haben die Funktion, ein Wanken, also eine Rollbewegung um eine Längsachse, des Fahrzeugs, wie dies beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auftritt, zu vermeiden oder zumindest zu vermindern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aktorikvorrichtung für einen Wankstabilisator vorzuschlagen, welche einen störungsfreien Betrieb ermöglicht. Hierzu wird ein Aktorikvorrichtung 3 zur relativen Verschwenkung von einem ersten und einem zweiten Stabilisatorarm 4a, b eines Wankstabilisators 3 für ein Fahrzeug 2 um eine Hauptdrehachse H, mit einem ersten Gehäuseabschnitt 12a zur drehfesten Verbindung mit dem ersten Stabilisatorarm 4a, mit einem zweiten Gehäuseabschnitt 12b zur drehfesten Verbindung mit dem zweiten Stabilisatorarm 4b, mit einem Elektromotor 14, mit einem Getriebeabschnitt 15, wobei der Getriebeabschnitt 15 mindestens eine erste Planetenstufe 22 aufweist und mit einer Hauptlagereinrichtung 25, wobei ein Rotor 17 des Elektromotors 14 einen rotorseitigen Lagerpartner und ein erster Planetenträger 22.2 einen getriebeseitigen Lagerpartner der Hauptlagereinrichtung 25 bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktorikvorrichtung zur relativen Verschwenkung von einem ersten und einem zweiten Stabilisatorarm eines Wankstabilisators für ein Fahrzeug um eine Hauptdrehachse, mit einem ersten Gehäuseabschnitt zur drehfesten Verbindung mit dem ersten Stabilisatorarm, mit einem zweiten Gehäuseabschnitt zur drehfesten Verbindung mit dem zweiten Stabilisatorarm, mit einem Elektromotor, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator drehfest mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist, mit einem Getriebeabschnitt, wobei der Getriebeabschnitt einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang aufweist, wobei der Getriebeeingang mit dem Rotor und der Getriebeausgang mit dem zweiten Gehäuseabschnitt drehfest verbunden sind, wobei der Getriebeabschnitt mindestens eine erste Planetenstufe aufweist, wobei die erste Planetenstufe ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger mit ersten Planetenrädern und einen ersten Hohlradabschnitt aufweist, wobei das erste Sonnenrad den Getriebeeingang bildet, die ersten Planetenräder auf dem ersten Planetenträger drehbar angeordnet sind und mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlradabschnitt kämmen und wobei der erste Planetenträger mit dem Getriebeausgang zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors wirkverbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Wankstabilisator mit der Aktorikvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit dem Wankstabilisator.
Stabilisatoren sind Federelemente in Fahrzeugen und haben die Funktion, ein Wanken, also eine Rollbewegung um eine Längsachse, des Fahrzeugs, wie dies beispielsweise bei einer Kurvenfahrt auftritt, zu vermeiden oder zumindest zu vermindern.
Stabilisatoren weisen üblicherweise einen Torsionsfederabschnitt auf, an denen U-förmig Hebelarme angeordnet sind, welche mit jeweils einer Radaufhängung des Fahrzeugs gekoppelt sind. Der Torsionsfederabschnitt ist meist schwenkbar in einem Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs gelagert. Federt nun im Betrieb ein Rad einer Achse des Fahrzeugs ein, wird eine Torsionskraft in dem Torsionsfederabschnitt erzeugt und auf das andere Rad überragen, so dass das andere Rad in der gleichen Richtung mitgeführt wird. Diese Kopplung führt dazu, dass die Wankbewegung des Fahrzeugs reduziert ist.
Während zunächst passive Stabilisatoren eingesetzt wurden, welche die Torsionskräfte durch einen mechanischen Torsionsfederabschnitt erzeugt haben, werden vermehrt aktive Stabilisatoren eingesetzt. Derartige aktive Stabilisatoren weisen meist einen zweigeteilten Torsionsfederabschnitt auf, wobei zwischen den zwei Torsionsfederabschnitten eine Aktorik angeordnet ist, welche die beiden Torsionsfederabschnitte um eine gemeinsame Achse relativ zueinander verdrehen kann, um diese vorzuspannen und damit die resultierenden Torsionskräfte zu erhöhen oder zu erniedrigen, insbesondere auf die aktuelle Fahrsituation einstellen zu können.
Derartige aktive Stabilisatoren weisen in der Aktorik einen Elektromotor sowie ein Getriebe auf, wobei das Getriebe das Antriebsdrehmoment des Elektromotors untersetzt, um die Torsionsfederabschnitte gegeneinander zu verdrehen. Da die Verdrehwinkel der Torsionsfederabschnitte meist kleiner als 90 Grad sind, ist eine starke Untersetzung in dem Getriebe sinnvoll.
Die Druckschrift DE 198 50 169 C1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, weist ein Antriebsaggregat mit einem Elektromotor und einem koaxial angeordneten Planetengetriebe zum Antrieb eines Stabilisators in einem Kraftfahrzeug, auf Das Planetengetriebe und der Elektromotor sind in einem gemeinsamen Gehäuse mit im Wesentlichen hohlzylindrischem Querschnitt angeordnet. Das Planetengetriebe ist dreistufig ausgebildet, um eine ausreichende Untersetzung erreichen zu können. Die erforderliche Drehmomentabstützung der Komponenten erfolgt durch eine Innenverzahnung des Gehäuses. Die Festlegung der Komponenten in axialer Richtung kann in einfacher Weise durch Sprengringe oder Sicherungsringe erfolgen, welche in dem Gehäuse festgelegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aktorikvorrichtung für einen Wankstabilisator vorzuschlagen, welche einen störungsfreien Betrieb ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Aktorikvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Wankstabilisator oder ein Fahrzeug mit dem Wankstabilisator mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Aktorikvorrichtung offenbart, welche für einen Wankstabilisator eines Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Aktorikvorrichtung dient zur relativen Verschwenkung von einem ersten und einem zweiten Stabilisatorarm um eine Hauptdrehachse der Aktorikvorrichtung. Beispielsweise ist der Wankstabilisator als ein U-Stabilisator ausgebildet, wobei die zwei Stabilisatorarme mit der Aktorikvorrichtung einen Torsionsabschnitt bilden und in abstehende, vorzugsweise in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtete Hebel münden oder mit diesen verbunden sind. Der Torsionsabschnitt ist an einem Fahrzeugaufbau schwenkbar angeordnet oder anordenbar. Die zwei Hebel sind mit einer Radaufhängung zum Beispiel über eine Koppelstange gekoppelt. Der Wankstabilisator ist ausgebildet, ein Wanken, insbesondere eine Rollbewegung des Fahrzeugs um die Längsachse, zu beeinflussen, insbesondere zu reduzieren, zu steuern und/oder zu kontrollieren. Der Wankstabilisator kann an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse des Fahrzeugs eingesetzt sein. Durch eine relative Verschwenkung des ersten und des zweiten Stabilisatorarms mittels der Aktorikvorrichtung können Torsionskräfte erzeugt werden und/oder kann der Wankstabilisator vorgespannt werden und dadurch das Wankverhalten des Fahrzeugs aktiv beeinflusst werden. Die Aktorikvorrichtung ist insbesondere elektrisch betrieben. Die Hauptdrehachse verläuft bevorzugt senkrecht zu der Längsrichtung des Fahrzeugs. Optional umfasst die Aktorikvorrichtung die zwei Stabilisatorarme.
Die Aktorikvorrichtung weist einen ersten Gehäuseabschnitt auf, welcher zur drehfesten Verbindung mit dem ersten Stabilisatorarm ausgebildet ist. Insbesondere ist der erste Gehäuseabschnitt drehfest mit dem ersten Stabilisatorarm verbunden. Ferner umfasst die Aktorikvorrichtung einen zweiten Gehäuseabschnitt, welcher zur drehfesten Verbindung mit dem zweiten Stabilisatorarm ausgebildet ist. Insbesondere ist der zweite Gehäuseabschnitt mit dem zweiten Stabilisatorarm drehfest verbunden. Bei den Gehäuseabschnitten kann es sich um beliebige Abschnitte eines Gehäuses der Aktorikvorrichtung handeln. Beispielsweise ist der erste Gehäuseabschnitt als eine hohlzylinderförmige, gerade Hülse und der zweite Gehäuseabschnitt als ein Deckelabschnitt an einer Stirnseite des Gehäuses ausgebildet. Der erste und/oder zweite Gehäuseabschnitt kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die Aktorikvorrichtung weist einen Elektromotor auf, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor umfasst. Es ist vorgesehen, dass der Stator drehfest mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist und insbesondere in dem ersten Gehäuseabschnitt drehfest aufgenommen ist. Der Elektromotor hat die Funktion, ein Antriebsdrehmoment für die relative Verschwenkung des ersten und zweiten Stabilisatorarms zu erzeugen.
Ferner weist die Aktorikvorrichtung einen Getriebeabschnitt auf, wobei der Getriebeabschnitt einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang umfasst. Es ist vorgesehen, dass der Getriebeeingang mit dem Rotor des Elektromotors und der Getriebeausgang mit dem zweiten Gehäuseabschnitt drehfest verbunden sind. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors von dem Elektromotor über den Getriebeeingang, den Getriebeabschnitt, den Getriebeausgang zu dem zweiten Gehäuseabschnitt geleitet wird. Nachdem der Stator drehfest mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist und der Rotor über den Getriebeabschnitt mit dem zweiten Gehäuseabschnitt verbunden, insbesondere wirkverbunden ist, kann durch das Antriebsdrehmoment die relative Verschwenkung von dem ersten und dem zweiten Stabilisatorarm umgesetzt werden.
Der Getriebeabschnitt weist mindestens eine erste Planetenstufe auf. Die erste Planetenstufe ist vorzugsweise als eine Stirnradplanetenstufe ausgebildet. Die erste Planetenstufe weist ein erstes Sonnenrad auf, welches koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet ist. Ferner umfasst die erste Planetenstufe einen ersten Planetenträger mit ersten Planetenrädern. Die ersten Planetenräder sind auf dem Planetenträger drehbar gelagert. Die Drehachsen der Planetenräder befinden sich auf einem koaxialen Teilkreis um die Hauptdrehachse. Ferner weist die erste Planetenstufe einen ersten Hohlradabschnitt auf. Das erste Sonnenrad bildet den Getriebeeingang und ist somit mit dem Rotor drehfest gekoppelt. Die ersten Planetenräder kämmen einerseits mit dem ersten Sonnenrad und andererseits mit dem ersten Hohlradabschnitt. Das erste Sonnenrad und der erste Hohlradabschnitt sind koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Hohlradabschnitt stationär in dem ersten Gehäuseabschnitt aufgenommen. Der erste Planetenträger ist mit dem Getriebeausgang zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors wirkverbunden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten Planetenträger und dem Getriebeausgang weitere Planetenstufen vorgesehen sind.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Aktorikvorrichtung eine Hauptlagereinrichtung aufweist, wobei der Rotor einen rotorseitigen Lagerpartner und der erste Planetenträger einen getriebeseitigen Lagerpartner der Hauptlagereinrichtung bildet. Somit ist vorgesehen, dass sich der Rotor und der Getriebeeingang gegenseitig über die Hauptlagereinrichtung insbesondere in axialer Richtung abstützen. Zwischen dem Rotor und der Hauptlagereinrichtung können Zwischenelemente angeordnet sein. In gleicher Weise können zwischen dem ersten Planetenträger und der Hauptlagereinrichtung Zwischenelemente angeordnet sein. Resultierend stützt sich jedoch der Rotor gegenüber dem ersten Planetenträger über die Hauptlagereinrichtung ab.
Obwohl Lagereinrichtungen im Allgemeinen geringe Reibungsverluste aufweisen, verbleibt jedoch selbst bei einer nahezu idealen Lagereinrichtung eine gewisse Reibung zwischen den Lagerpartnern in der Lagereinrichtung, in diesem Fall in der Hauptlagereinrichtung. Nachdem der Rotor und der Planetenträger im Betrieb der Aktorikvorrichtung unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten aufweisen, ergibt sich somit eine gewisse Reibung zwischen dem Rotor und dem ersten Planetenträger.
Üblicherweise werden derartige Reibungseffekte als negativ beurteilt, da diese zu Reibungsverlusten führen und z.B. den Wirkungsgrad herabsetzen. Bei der vorliegenden Anwendung ist der negative Effekt nicht nicht besonders stark, da über die Aktorikvorrichtung keine Endlosdrehungen umgesetzt werden, sondern der erste und der zweite Stabilisatorarm üblicherweise nur um weniger als 90 Grad zueinander verschwenkt werden sollen. Folglich müssen sich Rotor und erster Planetenträger nur wenig relativ zueinander verdrehen.
Dagegen hat die auch reibschlüssige Kopplung zwischen den Rotor und dem ersten Planetenträger deutliche praktische Vorteile: Im Betrieb der Aktorikvorrichtung kommt es oftmals zu einer Schwenkrichtungsumkehr der relativen Verschwenkung der Stabilisatorarme. Eine derartige Schwenkrichtungsumkehr wird umgesetzt, indem die Drehrichtung des Elektromotors umgedreht wird. Bei jeder Schwenkrichtungsumkehr wird zumindest temporär im Momentnulldurchgang des Elektromotors ein lastfreier Zustand in dem Getriebeabschnitt eingestellt. Aufgrund von Getriebespielen und einer Massenträgheit der Welle des Rotors können in dem lastfreien Zustand Klappergeräusche auftreten. Insbesondere schlägt im lastfreien Zustand die Rotorwelle am Ende einer Freiflugphase gegen die Verzahnungen der ersten Planetenstufe und verursacht dadurch Impulse, die durch die komplette Getriebestruktur sowie durch die Stabilisatorarme als Körperschall in die Kabine des Fahrzeugs übertragen werden können. Durch die reibschlüssige oder reibungsbelastete Kopplung zwischen dem Rotor, insbesondere der Rotorwelle, und dem ersten Planetenträger der ersten Planetenstufe wird erreicht, dass die Massenträgheit der Rotorwelle mit der Massenträgheit des Getriebeabschnitts in der Freiflugphase direkt gekoppelt ist beziehungsweise der Impuls am Ende der Freiflugphase aufgrund der auftretenden erhöhten Reibung zwischen der Rotorwelle und dem ersten Planetenträger deutlich reduziert ist. Verändert sich abrupt die Drehrichtung des Elektromotors, folgt der Getriebeabschnitt aufgrund der direkten, reibenden Kopplung zwischen dem Rotor bzw. der Rotorwelle und dem erstem Planetenträger. Die Hauptlagereinrichtung übernimmt damit die Funktion einer richtungsabhängigen Synchronisierung. Dadurch werden Klappergeräusche als Störungen bei der Schwenkrichtungsumkehr der Stabilisatorarme deutlich vermindert und letztlich die Funktionsfähigkeit der Aktorikvorrichtung und damit des Wankstabilisators verbessert.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Hauptlagereinrichtung als eine Axiallagereinrichtung ausgebildet. Damit werden über die Hauptlagereinrichtung vorzugsweise ausschließlich axial wirkende Kräfte zwischen dem Rotor und dem ersten Planetenträger übertragen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Hauptlagereinrichtung als eine Gleitlagereinrichtung, insbesondere als ein Gleitring ausgebildet. Gleitlagereinrichtungen haben im Vergleich zu Wälzlagereinrichtungen eine höhere Reibung, sodass die reibschlüssige Kopplung oder zumindest reibschlüssige, gegenseitige Mitnahme zwischen Rotor und erstem Planetenträger unterstützt wird.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Hauptlagereinrichtung in axialer Richtung vorgespannt zwischen den Lagerpartnern angeordnet ist. Insbesondere ist die Hauptlagereinrichtung so realisiert, dass sich der Rotor und der erste Planetenträger gegenseitig in axialer Richtung elastisch, insbesondere federnd abstützen und/oder elastisch, insbesondere federnd auseinander gedrückt werden. Durch diese konstruktive Weiterbildung wird erreicht, dass zum einen eine gegenseitige axiale Abstützung zwischen Elektromotor und dem Getriebeabschnitt und insbesondere zwischen dem Rotor und dem ersten Planetenträger umgesetzt ist. Zum anderen wird sichergestellt, dass die Hauptlagereinrichtung ein ausreichendes und/oder konstantes Reibmoment im Betrieb aufbringen kann, da das Reibmoment auch abhängig von der axial wirkenden Kraft auf die Hauptlagereinrichtung ist.
Konstruktiv betrachtet ist es bevorzugt, dass die Aktorikvorrichtung eine Vorspanneinrichtung aufweist, wobei die Vorspanneinrichtung zwischen der Hauptlagereinrichtung und einem der Lagerpartner angeordnet ist und die Hauptlagereinrichtung in axialer Richtung vorspannt. Dabei kann die Vorspanneinrichtung zwischen der Hauptlagereinrichtung und dem ersten Planetenträger angeordnet sein. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Vorspanneinrichtung zwischen der Hauptlagereinrichtung und dem Rotor beziehungsweise einem Koppelorgan des Rotors angeordnet ist. Letztgenannte Alternative hat den Vorteil, dass die Lagerbaugruppe umfassend die Hauptlagereinrichtung und die Vorspanneinrichtung in den Rotor beziehungsweise in die Rotorwelle integriert werden kann.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Vorspanneinrichtung als eine Federeinrichtung, insbesondere als eine Druckfedereinrichtung, ausgebildet ist. Eine besondere konstruktive Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorspanneinrichtung als eine Wellfedereinrichtung realisiert ist. Eine Wellfeder weist gewundene und/oder gestanzte federnde Teile auf, welche in einer axialen Richtung elastisch ausgebildet sind. Beispielsweise können die Wellfedern als ein Stapel von Einzelwellfedern ausgebildet sein. Alternativ sind Wellfedern als Spiralfedern realisiert, wobei jedoch die Spiralwindungen gewellt sind. Die Wellfedereinrichtung benötigt einen sehr geringen Bauraum zur Integration in der Aktorikvorrichtung.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Aktorikvorrichtung mindestens eine zweite Planetenstufe auf, welche im Momentenfluss von dem Elektromotor zu dem zweiten Gehäuseabschnitt seriell hinter der ersten Planetenstufe angeordnet ist. Die zweite Planetenstufe ist vorzugsweise als eine Stirnradplanetenstufe ausgebildet. Die zweite Planetenstufe weist einen zweiten Planetenträger mit zweiten Planetenrädern und einen zweiten Hohlradabschnitt sowie ein zweites Sonnenrad auf. Das zweite Sonnenrad ist mit dem ersten Planetenträger der ersten Planetenstufe drehfest verbunden. Die zweiten Planetenräder sind in einem Teilkreisdurchmesser auf dem zweiten Planetenträger drehbar gelagert und mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlradabschnitt kämmend angeordnet. Der zweite Planetenträger ist mit dem Getriebeausgang zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors wirkverbunden. Das zweite Sonnenrad und der zweiter Hohlradabschnitt sind koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet.
Es ist eine zweite Lagereinrichtung vorgesehen, wobei der erste Planetenträger einen rotorseitigen Lagerpartner und der zweite Planetenträger einen getriebeseitigen Lagerpartner der zweiten Lagereinrichtung bildet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lagereinrichtung als eine Gleitlagereinrichtung, insbesondere als ein Gleitring, ausgebildet ist. Betrachtet man die von der Vorspanneinrichtung aufgebrachte Vorspannkraft in axialer Richtung, so wird diese über den ersten Planetenträger und die zweite Lagereinrichtung zu dem zweiten Planetenträger weitergeleitet. Damit wird auch der zweite Planetenträger mittelbar über den Rotor richtungsabhängig synchronisiert.
Bei einer weiteren Ausgestaltung weist die Aktorikvorrichtung eine Ausgangsplanetenstufe auf. Die Ausgangsplanetenstufe ist vorzugsweise als eine Stirnradplanetenstufe ausgebildet. Die Ausgangsplanetenstufe kann durch die erste Planetenstufe oder die zweite Planetenstufe bilden oder eine dritte Planetenstufe bilden oder es können noch weitere Planetenstufen zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang gesetzt sein. Insbesondere kann der Getriebeabschnitt eine Planetenstufe, zwei Planetenstufen, drei Planetenstufen oder sogar vier oder fünf oder mehr Planetenstufen aufweisen. Vorzugsweise ist jede der Planetenstufen mit einer Übersetzung – auch Untersetzung genannt – ausgebildet, wobei eine schnellere Winkelgeschwindigkeit am Eingang der Planetenstufe in eine langsamere Winkelgeschwindigkeit am Ausgang der Planetenstufe übersetzt wird. Die Übersetzungsverhältnisse der Planetenstufe können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.
Die Ausgangsplanetenstufe weist ein Ausgangssonnenrad, einen Ausgangsplanetenträger mit Ausgangsplanetenrädern und einen Ausgangshohlradabschnitt auf. Das Ausgangssonnenrad ist mit dem Planetenträger der vorhergehenden Planetenstufe drehfest verbunden. Insbesondere ist das Ausgangssonnenrad mit dem zweiten Planetenträger drehfest verbunden. Die Ausgangsplanetenräder sind in einem Teilkreis auf dem Ausgangsplanetenträger drehbar angeordnet. Die Ausgangsplanetenräder kämmen zum einen mit dem Ausgangssonnenrad und zum anderen mit dem Ausgangshohlradabschnitt. Der Ausgangshohlradabschnitt ist vorzugsweise in dem ersten Getriebeabschnitt stationär angeordnet. Der Ausgangsplanetenträger ist mit dem Getriebeausgang zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors drehfest verbunden. Ferner ist eine letzte Lagereinrichtung vorgesehen, wobei das Ausgangssonnenrad einen eingangsseitigen Lagerpartner und der Ausgangsplanetenträger und/oder der zweite Gehäuseabschnitt einen ausgangsseitigen Lagerpartner der letzten Lagereinrichtung bildet. Auch die letzte Lagereinrichtung ist als eine Axiallagereinrichtung, vorzugsweise als eine Gleitlagereinrichtung, insbesondere als ein Gleitring, ausgebildet.
Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Rotor und dem zweiten Gehäuseabschnitt ein geschlossener Druckspannungsweg über die Hauptlagereinrichtung und die Lagereinrichtungen geführt ist. Somit führt eine durch die Vorspanneinrichtung eingeführte Druckspannung oder Druckkraft zu einer Druckspannung oder Druckkraft, welche auf den zweiten Getriebeabschnitt wirkt. Durch den durchgängigen Druckspannungsweg wird erreicht, dass alle Komponenten des Getriebeabschnitts in axialer Richtung vorgespannt sind.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Wankstabilisator für ein Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit diesem Wankstabilisator, wobei der Wankstabilisator eine Aktorikvorrichtung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde. Die Aktorikvorrichtung ist mit dem ersten und mit einem zweiten Stabilisatorarm drehfest verbunden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer Aktorikvorrichtung für einen Wankstabilisator als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 bzw. 3 eine Aktorikvorrichtung in einem schematischen Längsschnitt in einer Übersichtsdarstellung beziehungsweise Detaildarstellung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 1 zeigt in einer stark schematischen Illustration einen Wankstabilisator 1 für ein Fahrzeug 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 2 ist nur stark schematisiert als Block dargestellt.
Der Wankstabilisator 1 weist eine Aktorikvorrichtung 3 auf, welche endseitig an dem einen Ende mit einem ersten Stabilisatorarm 4a und an dem zweiten Ende mit einem zweiten Stabilisatorarm 4b drehfest verbunden ist. Die Stabilisatorarme 4a, b gehen in Hebel 5a, b über, welche über Koppeleinrichtungen 6a, b wie zum Beispiel Koppelstangen mit Radaufhängungen 7a, b des Fahrzeugs 2 gekoppelt sind. Der Wankstabilisator 1 ist über Befestigungsböcke 8a, b schwenkbar an einem Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs 2 gelagert. Im Betrieb führt das Einfedern eines Rads 9a zu einer Erzeugung von Torsionskräften in dem Wankstabilisator 1, wobei der Wankstabilisator 1 die Torsionskräfte an das andere Rad 9b so überträgt, dass dieses gegebenenfalls mit einfedert. Durch diese grundsätzliche Funktionsweise des Wankstabilisators 1 kann auf das Wankverhalten, also die Rollbewegung um die Längsachse des Fahrzeugs 2, Einfluss genommen werden.
Der Wankstabilisator 1 ist als ein aktiver Wankstabilisator ausgebildet und ermöglicht es, über die Aktorikvorrichtung 3 die Stabilisatorarme 4a, b um eine Hauptdrehachse H relativ zueinander aktiv zu verdrehen. Auf diese Weise können zusätzliche Torsionskräfte beaufschlagt oder Torsionskräften entgegengewirkt werden.
Die Aktorikvorrichtung 3 weist ein Gehäuse 11 auf, welches zylinderförmig ausgebildet ist und welches einen ersten Gehäuseabschnitt 12a und einen zweiten Gehäuseabschnitt 12b umfasst. Der erste Gehäuseabschnitt 12a ist drehfest mit dem ersten Stabilisatorarm 8a verbunden. Der erste Gehäuseabschnitt 12a ist als eine hohlzylindrische Hülse ausgebildet. Der zweite Gehäuseabschnitt 12b ist dagegen mit dem zweiten Stabilisatorarm 8b drehfest verbunden und ist als ein Deckel in den ersten Gehäuseabschnitt 12a eingesetzt. Der zweite Gehäuseabschnitt 12b ist gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 12a über eine Radiallagereinrichtung 13 gelagert.
Die Aktorikvorrichtung 3 weist einen Elektromotor 14 auf, welcher mit einem Getriebeabschnitt 15 wirkverbunden ist. Der Elektromotor 14 stützt sich an dem ersten Getriebeabschnitt 12a ab und überträgt sein Antriebsdrehmoment über den Getriebeabschnitt 15 an den zweiten Gehäuseabschnitt 12b.
Genauer betrachtet weist der Elektromotor 14 einen Stator 16 auf, welcher stationär und/oder drehfest in dem ersten Gehäuseabschnitt 12a angeordnet ist. Konzentrisch und koaxial hierzu weist der Elektromotor 14 einen Rotor 17 auf, welcher über zwei weitere Radiallagereinrichtungen 18a, b, welche beidseitig zu dem Rotor 17 angeordnet sind, gegenüber dem Stator 16 und/oder dem ersten Gehäuseabschnitt 12a gelagert sind. Der Rotor 17 weist eine Rotorwelle 19 auf, wobei der Rotor 17 über die Rotorwelle 19 mit einem Getriebeeingang 20 drehfest gekoppelt. Der zweite Gehäuseabschnitt 12b ist dagegen mit einem Getriebeausgang 21 des Getriebeabschnitts 15 drehfest gekoppelt.
Der Getriebeabschnitt 15 ist mehrstufig, in diesem Beispiel dreistufig, ausgebildet und weist eine erste Planetengetriebestufe 22, eine zweite Planetengetriebestufe 23 und eine dritte Planetengetriebestufe auf, welche eine Ausgangsplanetenstufe 24 bildet.
Die erste Planetenstufe 22 weist ein erstes Sonnenrad 22.1, einen ersten Planetenträger 22.2 sowie eine Mehrzahl von ersten Planetenrädern 22.3 und einen ersten Hohlradabschnitt 22.4 auf.
Das erste Sonnenrad 22.1 ist drehfest mit dem Rotor 17 beziehungsweise der Rotorwelle 19 verbunden. Der erste Planetenträger 22.2 trägt die ersten Planetenräder 22.3, wobei die Drehachsen der ersten Planetenräder 22.3 auf einem Teilkreis um die Hauptdrehachse H verteilt sind. Der erste Hohlradabschnitt 22.4 ist drehfest mit dem ersten Gehäuseabschnitt 12a verbunden. Sämtliche Räder der ersten Planetenstufe 22 sind als Stirnzahnräder ausgebildet. Die ersten Planetenräder 22.3 kämmen zum einen mit dem ersten Sonnenrad 22.1 und zum anderen mit dem ersten Hohlradabschnitt 22.4. Das erste Sonnenrad 22.1 ist genauso wie der erste Hohlradabschnitt 22.4 koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H angeordnet.
Die zweite Planetenstufe 23 weist ein zweites Sonnenrad 23.1, einen zweiten Planetenträger 23.2, zweite Planetenräder 23.3 sowie einen zweiten Hohlradabschnitt 23.4 auf. Das zweite Sonnenrad 23.1 ist mit dem ersten Planetenträger 22.2 drehfest verbunden. Das zweite Sonnenrad 23.1 ist wie der zweite Hohlradabschnitt 23.4 koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H angeordnet. Der zweite Planetenträger 23.2 trägt die Planetenräder 23.3, wobei diese zum einen mit dem zweiten Sonnenrad 23.1 und zum anderen mit dem zweiten Hohlradabschnitt 23.4 kämmen.
Die Ausgangsplanetenstufe 24 weist ein Ausgangssonnenrad 24.1, einen Ausgangsplanetenträger 24.2, Ausgangsplanetenräder 24.3 sowie einen Ausgangshohlradabschnitt 24.4 auf. Das Ausgangssonnenrad 24.1 und der Ausgangshohlradabschnitt 24.4 sind koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H angeordnet. Der Ausgangsplanetenträger 24.2 trägt die Ausgangsplanetenräder 24.3, welche auf diesem in einem Teilkreis um die Hauptdrehachse H herum verteilt angeordnet sind. Die Ausgangsplanetenräder 24.3 kämmen mit dem Ausgangssonnenrad 24.1 und mit dem Ausgangshohlradabschnitt 24.4. Der zweite Hohlradabschnitt 23.4 und der Ausgangshohlradabschnitt 24.4 sind jeweils stationär in dem zweiten Gehäuseabschnitt 12a angeordnet. In diesem Beispiel sind diese sogar als ein gemeinsamer Hohlradabschnitt ausgebildet. Das Ausgangssonnenrad 24.1 ist drehfest mit dem zweiten Planetenträger 23.2 verbunden. Der Ausgangsplanetenträger 24.2 bildet den Getriebeausgang 21 und ist mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 12b drehfest verbunden.
Jede der Planetenstufen 22, 23, 24 bildet eine Untersetzung, sodass jeweils am Eingang der Planetenstufe 22, 23, 24 eine höhere Drehzahl als an dem Ausgang der Planetenstufe 22, 23, 24 vorliegt. Somit bildet der Getriebeabschnitt 15 eine dreistufige Untersetzung.
Die Aktorikvorrichtung 3 weist eine Hauptlagereinrichtung 25 auf, welche als eine Axiallagereinrichtung ausgebildet ist. Über die Hauptlagereinrichtung 25 wird der erste Planetenträger 22.2 relativ zu dem Rotor 17, insbesondere zu der Rotorwelle 19 gelagert. Insbesondere stützen sich Rotor 17 und erster Planetenträger 22.2 über die Hauptlagereinrichtung 25 gegeneinander ab. Ferner weist die Aktorikvorrichtung 3 eine Vorspanneinrichtung 26 auf, wobei die Vorspanneinrichtung 26 zwischen der Hauptlagereinrichtung 25 und dem Rotor 17, insbesondere der Rotorwelle 19, angeordnet ist. Die Vorspanneinrichtung 26 dient dazu, eine Druckspannung und/oder Druckkraft zwischen dem Rotor 17 und dem ersten Planetenträger 22.2 aufzubauen.
An den Rotor 17 beziehungsweise die Rotorwelle 19 ist eine Aufnahmeeinrichtung 27 angeordnet und in diesem Beispiel stoffschlüssig befestigt, wobei die Aufnahmeeinrichtung 27 eine umlaufende und in Richtung der Planetenstufen geöffnete Ringnut 28 aufweist, in der die Vorspanneinrichtung 26 und die Hauptlagereinrichtung 25 angeordnet sind. Die Vorspanneinrichtung 26 stützt sich somit an einem in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse H liegenden Boden und auf der anderen Seite an der Hauptlagereinrichtung 25 ab. Die Hauptlagereinrichtung 25 ist beispielsweise als ein Gleitring ausgebildet, welcher in axialer Richtung auf einem Radialabschnitt 29 des zweiten Planetenträgers 23.2 lagernd aufliegt.
Zwischen dem ersten Planetenträger 22.2 und dem zweiten Planetenträger 23.2 ist eine zweite Lagereinrichtung 30 angeordnet, welche ebenfalls als eine Gleitlagereinrichtung, insbesondere als ein Gleitring, ausgebildet ist. Über die zweite Lagereinrichtung 30 stützt sich der zweite Planetenträger 23.2 in axialer Richtung von dem ersten Planetenträger 22.2 ab.
Ferner ist zwischen dem Ausgangssonnenrad 24.1 und dem Ausgangsplanetenträger 24.2 und/oder dem zweiten Gehäuseabschnitt 12b eine letzte Lagereinrichtung 31 angeordnet, welche als eine Gleitlagereinrichtung, insbesondere als ein Gleitring, ausgebildet ist.
Durch die abwechselnde Anordnung zwischen den Komponenten des Getriebeabschnitts 15 und den Lagereinrichtungen 25, 30 und 31 wird ein Druckspannungsweg gebildet, welcher in axialer Richtung geschlossen ist und ausgehend von der Hauptlagereinrichtung 25 über den ersten Planetenträger 22.2, die zweite Lagereinrichtung 30, den zweiten Planetenträger 23.2, das Ausgangssonnenrad 24.1, die letzte Lagereinrichtung 31 zu dem zweiten Gehäuseabschnitt 12b als ein geschlossener Druckspannungsweg führt. Somit bildet die Vorspanneinrichtung 19 eine Einrichtung, die alle genannten Komponenten des Druckspannungswegs in axialer Richtung vorspannt.
Im Betrieb werden über den Elektromotor 14 die Stabilisatorarme 8a, b um die Hauptdrehachse H verdreht und insbesondere verspannt, sodass gesteuerte Torsionskräfte oder Drehmomente erzeugt werden können. Bei einem Wechsel der Verschwenkungsrichtung zwischen den Stabilisatorarmen 8a, b erfolgt ein Momentnulldurchgang. In diesem Momentnulldurchgang kann es aufgrund von Getriebespielen in dem Getriebeabschnitt 15 zu Klappergeräuschen in dem Getriebeabschnitt 15 kommen.
Durch die reibschlüssig oder zumindest reibend anliegende Hauptlagereinrichtung 25 wird erreicht, dass der sich schneller drehende Rotor 17 den aufgrund der Untersetzung langsamer drehenden ersten Planetenträger 22.2 mitnimmt und dadurch den lastfreien Zustand im Momentnulldurchgang stark verkürzt. Dieser Effekt ist nicht nur auf den Übergang zwischen dem Rotor 17 und der ersten Planetenstufe 22 begrenzt, sondern wirkt in gleicher Weise zwischen der ersten Planetenstufe 22 und der zweiten Planetenstufe 23 beziehungsweise zwischen der zweiten Planetenstufe 23 und der Ausgangsplanetenstufe 24. Somit wird durch die vorgespannte Abstützung ein komfortabler Lauf des Getriebeabschnitts 15 erreicht.
In der 2 ist ein schematischer Längsschnitt einer Konstruktionszeichnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Dabei werden von den jeweils gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile oder Komponenten wie in der 1 dargestellt, sodass auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. Insbesondere ist die vorhergehende Beschreibung ebenfalls auf die Figur zu 2 zu lesen. Im Unterschied zu der schematischen Darstellung in der 2 ist z.B. nur eine Radiallagereinrichtung 18 zur Lagerung des Rotors 17 bzw. der Rotorwelle 19 gegenüber dem Stator 16 bzw. gegenüber dem ersten Gehäuseabschnitt 12a. Der zweite Gehäuseabschnitt 12b ist als der Ausgangsplanetenträger 24.2 ausgebildet. Die letzte Lagereinrichtung 31 ist als eine Einsteckelement ausgebildet, welches in das Ausgangssonnenrad 24.1 eingesteckt und damit verliersicher angeordnet ist.
In der 3 ist ein Detailausschnitt im Bereich der Hauptlagereinrichtung 25 gezeigt, aus der zu entnehmen ist, dass die Hauptlagereinrichtung 25 als ein Gleitring ausgebildet ist, welcher in einem Eckbereich des ersten Planetenträgers 22.2 eingelegt ist. Der Eckbereich wird durch den Radialabschnitt 29 gebildet, der in einen Stutzenabschnitt 32 übergeht. Die Vorspanneinrichtung 26 ist als eine Wellfedereinrichtung ausgebildet und stützt sich zum einen an der Hauptlagereinrichtung 25 und zum anderen an der Aufnahmeeinrichtung 27 ab. In diesem Beispiel ist die Aufnahmeeinrichtung 27 als ein im Querschnitt L-förmiger Ring ausgebildet. Der Stutzenabschnitt 32 liegt auf dem liegenden Schenkel des L-förmigen Rings auf, so dass diese zueinander verschiebbar angeordnet sind. Die Vorspanneinrichtung 26 stützt sich an dem stehenden Schenkel des L-förmigen Rings ab. Die Hauptlagereinrichtung 25 ausgebildet als der Gleitring liegt unmittelbar auf dem Radialabschnitt 29 auf, so dass dieser eine Gleitlagerfläche bereitstellt.
Bezugszeichenliste

1: Wankstabilisator
2: Fahrzeug
3: Aktorikvorrichtung
4a, b: Stabilisatorarme
5a, b: Hebel
6a, b: Koppeleinrichtungen
7a, b: Radaufhängungen
8a, b: Befestigungsböcke
9a, b: Räder
10: leer
11: Gehäuse
12: Gehäuseabschnitte
13: Radiallagereinrichtung
14: Elektromotor
15: Getriebeabschnitt
16: Stator
17: Rotor
18a, b: Radiallagereinrichtungen
19: Rotorwelle
20: Getriebeeingang
21: Getriebeausgang
22: erste Planetengetriebestufe
22.1: erstes Sonnenrad
22.2: erster Planetenträger
22.3: erste Planetenräder
22.4: erster Hohlradabschnitt
23: zweite Planetengetriebestufe
23.1: zweites Sonnenrad
23.2: zweiter Planetenträger
23.3: zweite Planetenräder
23.4: zweiter Hohlradabschnitt
24: Ausgangsplanetenstufe
24.1: Ausgangssonnenrad
24.2: Ausgangsplanetenträger
24.3: Ausgangsplanetenräder
24.4: Ausgangshohlradabschnitt
25: Hauptlagereinrichtung
26: Vorspanneinrichtung
27: Aufnahmeeinrichtung
28: Ringnut
29: Radialabschnitt
30: zweite Lagereinrichtung
31: letzte Lagereinrichtung
32: Stutzenabschnitt
H: Hauptdrehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19850169 C1 [0006]

Claims

Aktorikvorrichtung (3) zur relativen Verschwenkung von einem ersten und einem zweiten Stabilisatorarm (4a, b) eines Wankstabilisators (3) für ein Fahrzeug (2) um eine Hauptdrehachse (H), mit einem ersten Gehäuseabschnitt (12a) zur drehfesten Verbindung mit dem ersten Stabilisatorarm (4a), mit einem zweiten Gehäuseabschnitt (12b) zur drehfesten Verbindung mit dem zweiten Stabilisatorarm (4b), mit einem Elektromotor (14), wobei der Elektromotor (14) einen Stator (16) und einen Rotor (17) aufweist, wobei der Stator (16) drehfest mit dem ersten Gehäuseabschnitt (12a) verbunden ist, mit einem Getriebeabschnitt (15), wobei der Getriebeabschnitt (15) einen Getriebeeingang (20) und einen Getriebeausgang (21) aufweist, wobei der Getriebeeingang (20) mit dem Rotor (17) und der Getriebeausgang (21) mit dem zweiten Gehäuseabschnitt (12b) drehfest verbunden sind, wobei der Getriebeabschnitt (15) mindestens eine erste Planetenstufe (22) aufweist, wobei die erste Planetenstufe (22) ein erstes Sonnenrad (22.1), einen ersten Planetenträger (22.2) mit ersten Planetenrädern (22.3) und einen ersten Hohlradabschnitt (22.4) aufweist, wobei das erste Sonnenrad (22.2) den Getriebeeingang (20) bildet, die ersten Planetenräder (22.3) auf dem ersten Planetenträger (22.2) drehbar angeordnet sind und mit dem ersten Sonnenrad (22.1) und dem ersten Hohlradabschnitt (22.4) kämmen und wobei der erste Planetenträger (22.2) mit dem Getriebeausgang (21) zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors (14) wirkverbunden ist, gekennzeichnet durch eine Hauptlagereinrichtung (25), wobei der Rotor (17) einen rotorseitigen Lagerpartner und der erste Planetenträger (22.2) einen getriebeseitigen Lagerpartner der Hauptlagereinrichtung (25) bildet.
Aktorikvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlagereinrichtung (25) als eine Axiallagereinrichtung ausgebildet ist.
Aktorikvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlagereinrichtung (25) als eine Gleitlagereinrichtung ausgebildet ist.
Aktorikvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlagereinrichtung (25) in axialer Richtung vorgespannt zwischen den Lagerpartnern angeordnet ist.
Aktorikvorrichtung (3) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (26), wobei die Vorspanneinrichtung (26) zwischen der Hauptlagereinrichtung (25) und einem der Lagerpartner angeordnet ist und die Hauptlagereinrichtung (25) in axialer Richtung vorspannt.
Aktorikvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (26) als eine Federeinrichtung, insbesondere als eine Wellfedereinrichtung ausgebildet ist.
Aktorikvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine zweite Planetenstufe (23), wobei die zweite Planetenstufe (23) ein zweites Sonnenrad (23.1), einen zweiten Planetenträger (23.2) mit zweiten Planetenrädern (23.3) und einen zweiten Hohlradabschnitt (23.4) aufweist, wobei das zweite Sonnenrad (23.1) mit dem ersten Planetenträger (22.2) drehfest verbunden ist, die zweiten Planetenräder (23.3) auf dem zweiten Planetenträger (23.2) drehbar angeordnet sind und mit dem zweiten Sonnenrad (23.1) und dem zweiten Hohlradabschnitt (23.4) kämmen und wobei der zweite Planetenträger (23.3) mit dem Getriebeausgang (21) zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors wirkverbunden ist, und durch eine zweite Lagereinrichtung (30), wobei der erste Planetenträger (22.2) einen rotorseitigen Lagerpartner und der zweite Planetenträger (23.2) einen getriebeseitigen Lagerpartner der zweiten Lagereinrichtung (30) bildet.
Aktorikvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgangsplanetenstufe (24), wobei die Ausgangsplanetenstufe (24) ein Ausgangssonnenrad (24.1), einen Ausgangsplanetenträger (24.2) mit Ausgangsplanetenrädern (24.3) und einen Ausgangshohlradabschnitt (24.4) aufweist, wobei das Ausgangssonnenrad (24.1) mit dem Planetenträger (23.2) der vorhergehenden Planetenstufe (23) drehfest verbunden ist, die Ausgangsplanetenräder (24.3) auf dem Ausgangsplanetenträger (24.2) drehbar angeordnet sind und mit dem Ausgangssonnenrad (24.1) und dem Ausgangshohlradabschnitt (24.4) kämmen und wobei der Ausgangsplanetenträger (24.3) mit dem Getriebeausgang (21) zur Überleitung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors (14) drehfest ist, und durch eine letzte Lagereinrichtung (31), wobei das Ausgangssonnenrad (24.1) einen eingangsseitigen Lagerpartner und der Ausgangsplanetenträger (24.3) und/oder der zweite Gehäuseabschnitt (12b) einen ausgangsseitigen Lagerpartner der letzten Lagereinrichtung (31) bildet.
Aktorikvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (17) und dem zweiten Gehäuseabschnitt (12b) ein geschlossener Druckspannungsweg über die Hauptlagereinrichtung (25) geführt ist.
Wankstabilisator (1) für ein Fahrzeug (2) oder Fahrzeug (2) mit dem Wankstabilisator (1), gekennzeichnet durch eine Aktorikvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.