DE102017216107A1

DE102017216107A1 - Aktiver Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017216107A1
Application number: DE102017216107.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Spiegelberg; Henning Schwenke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: DE102017216107B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven Wankstabilisator, umfassend einen Schwenkmotor (1) mit einer ersten und einer zweiten stirnseitigen Drehmomentschnittstelle und zwei Stabilisatorhälften (2, 3), deren Enden (2a, 3a) jeweils an den Drehmomentschnittstellen mit dem Schwenkmotor (1) verbunden sind.
Es wird vorgeschlagen, dass im Kraftfluss zwischen erster und zweiter Drehmomentschnittstelle ein hydraulischer Rotationsdämpfer (7) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen aktiven Wankstabilisator nach dem Oberbegriff des Patentspruches 1.
Aktive Wankstabilisatoren für Kraftfahrzeuge sind bekannt und wurden auch bereits in Fahrzeugen eingesetzt. Ein aktiver Wankstabilisator bringt im Stabilisatorrücken, d. h. im mittleren Teil des Stabilisators hydraulisch oder elektromotorisch ein Moment für die Abstützung des Fahrzeugbaus auf und kann die Wankbewegung bis zu relativ hohen Querbeschleunigungen sehr stark reduzieren. Elektrisch betriebene Wankstabilisatoren weisen einen Elektromotor und ein nach geschaltetes Getriebe, vorzugsweise ein mehrstufiges Planetengetriebe auf. Dabei kann es aufgrund eines Spiels im Getriebe, insbesondere bei wechselnden Drehrichtungen zu akustischen Auffälligkeiten kommen.
Durch die DE 10 2014 208 803 A1 wurde ein Wankstabilisator bekannt, welcher einen zwischen zwei Stabilisatorhälften angeordneten Aktuator mit einem Elektromotor und einem nach geschalteten Getriebe aufweist. Zwischen dem Getriebeausgang und der benachbarten Stabilisatorhälfte ist eine Entkopplungseinheit angeordnet, welche als Dämpfungselement ausgebildet ist und welches Torsionsschwingungen zwischen Getriebe und Stabilisatorhälfte dämpfen soll. Das Entkoppelungselement ist als flächiger Elastomerstreifen ausgebildet, welcher zwischen einem antreibenden und einem abtreibenden Drehteil angeordnet ist und auf Schub beansprucht wird. Der Dämpfungseffekt wird somit durch die Einschaltung eines auf Schub beanspruchten elastomeren Elements in den Kraftfluss des Aktuators erreicht.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, weitere Potenziale einer Dämpfung eines Wankstabilisators auszuschöpfen.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Kraftfluss zwischen erster und zweiter Drehmomentschnittstelle ein hydraulischer Rotationsdämpfer angeordnet ist. Der Wankstabilisator, welcher einen als Schwenkmotor ausgebildeten Aktuator aufweist, ist stirnseitig an die beiden Stabilisatorhälften angebunden - diese beiden Bereiche bilden eine erste und zweite Drehmomentschnittstelle, an welchen das abstützende Drehmoment vom Aktuator auf die Stabilisatorhälften übertragen wird. Zwischen diesen beiden Drehmomentschnittstellen ist an geeigneter Stelle im Kraftfluss der hydraulische Rotationsdämpfer eingebaut, so dass bei Rotationsschwingungen eine hydraulische Dämpfung erreicht wird, wobei ein viskoses Medium als Dämpfungsmedium verwendet wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schwenkmotor einen Elektromotor und ein Getriebe mit einer Ausgangswelle auf, wobei die Ausgangswelle mit einer Stabilisatorhälfte verbunden ist. Der Elektromotor bringt das erforderliche Drehmoment zur Abstützung des Fahrzeugaufbaus auf, und das Getriebe sorgt für eine Untersetzung der Drehzahl des Elektromotors.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Planetengetriebe mehrstufig ausgebildet, vorzugsweise sind drei Stufen vorgesehen. Damit wird eine kompakte Bauweise für das Getriebe und damit auch für den Aktuator erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Schwenkmotor ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse eine erste Drehmomentschnittstelle mit der ersten Stabilisatorhälfte bildet. Das Ende der ersten Stabilisatorhälfte ist also direkt mit dem Gehäuse verbunden, z. B. durch eine Verschweißung oder Verschraubung. Der Elektromotor stützt sich mit seinem Stator am Gehäuse ab, welches das Stützmoment an die erste Stabilisatorhälfte weitergibt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Drehmomentschnittstelle zwischen Getriebeausgangswelle und zweiter Stabilisatorhälfte angeordnet. Vorzugsweise ist die Ausgangswelle bei einem dreistufigen Planetengetriebe als Planetenträger ausgebildet, der seinerseits direkt mit der zweiten Stabilisatorhälfte verbunden ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rotationsdämpfer zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordnet, d. h. zwischen der Antriebswelle des Elektromotors und der Getriebeeingangswelle. Diese Anordnung bietet relativ günstige Einbaumöglichkeiten für den Rotationsdämpfer.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rotationsdämpfer zwischen Getriebeausgangswelle und zweiter Stabilisatorhälfte, d. h. im Bereich der zweiten Drehmomentschnittstelle angeordnet; der Rotationsdämpfer ist somit eingangsseitig mit der Getriebeausgangswelle und ausgangsseitig mit dem Ende der zweiten Stabilisatorhälfte verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rotationsdämpfer zwischen zwei Getriebestufen angeordnet, bei einem dreistufigen Planetengetriebe also entweder zwischen der ersten und der zweiten Stufe oder zwischen der zweiten und der dritten Stufe. Auch hier ergeben sich günstige Einbaumöglichkeiten.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rotationsdämpfer zwei gegeneinander verschwenkbare Komponenten, ein Eingangsteil und ein Ausgangsteil, auf, über welche der Rotationsdämpfer in den Kraftfluss des Aktuators einschaltbar ist. Unter Eingangsteil soll hier die dem Elektromotor zugewandte Seite des Rotationsdämpfers verstanden werden, während unter Ausgangsteil die dem Elektromotor abgewandte bzw. der zweiten Stabilisatorhälfte zugewandte Seite zu verstehen ist. Zwischen Eingangs- und Ausgangsteil findet - optional - eine gedämpfte Drehmomentübertragung statt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil, auch Rotor und Stator genannt, mindestens zwei, vorzugsweise vier mit einem viskosen Fluid füllbare Kammern angeordnet. Die Kammern dienen der Aufnahme und dem Austausch des viskosen Fluids, wobei der gewünschte Dämpfungseffekt erzielt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jeweils zwischen zwei benachbarten Kammern eine Trennwand mit einer Drossel angeordnet, wobei die Drossel eine kalibrierte Öffnung aufweist, durch welche das viskose Medium bei einer Verdrehung des Rotors gegenüber dem Stator strömt und dabei eine Reibungskraft erzeugt, welche die Dämpfung des übertragenen Drehmoments bewirkt. Die Dämpfung wirkt in beiden Drehrichtungen, d. h. jeweils der Bewegungsrichtung entgegen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drossel regelbar, d. h. der Querschnitt der Drosselöffnung kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen vergrößert oder verkleinert werden. Bei geschlossener Drossel wird das Drehmoment ungedämpft in vollem Umfang übertragen, insbesondere bei aktiviertem Wankstabilisator; bei geöffneter oder teilweise geöffneter Drossel strömt viskoses Fluid von einer in die benachbarte Kammer, wobei eine Dämpfungskraft bzw. ein Dämpfungsmoment erzeugt wird - dies geschieht insbesondere bei deaktiviertem Wankstabilisator.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regelung der Drossel elektromechanisch, beispielsweise durch ein elektromagnetisch betätigtes Verschlusselement oder eine Blende.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines aktiven Wankstabilisators, welcher an zwei Stabilisatorhälften angebunden ist,
2 eine Ansicht in axialer Richtung auf einen hydraulischen Rotationsdämpfer und
3 einen Axialschnitt des Rotationsdämpfer gemäß 2.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines als Schwenkmotor 1 ausgebildeten Aktuators 1, welcher zwischen zwei Stabilisatorhälften, einer ersten Stabilisatorhälfte 2 und einer zweiten Stabilisatorhälfte 3, eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Der Schwenkmotor 1 umfasst ein Gehäuse 4, in welchem ein Elektromotor 5 und ein Getriebe 6, vorzugsweise ein dreistufiges Planetengetriebe angeordnet sind. Die erste Stabilisatorhälfte 2 weist ein Stabilisatorende 2a auf, welches drehfest mit dem Gehäuse 4 des Schwenkmotors 1 verbunden ist und eine erste Drehmomentschnittstelle (ohne Bezugszahl) bildet. Die zweite Stabilisatorhälfte 3 weist ein Stabilisatorende 3a auf, welches mit der Ausgangswelle des Getriebes 6, vorzugsweise einem Planetenträger verbunden ist und eine zweite Drehmomentschnittstelle (ohne Bezugszahl) bildet. Die Wirkungsweise eines herkömmlichen Schwenkmotors 1 ist bekannt: Bei Auftreten einer Querbeschleunigung des Fahrzeuges, z. B. bei Kurvenfahrt erzeugt der Elektromotor 5 ein Stützmoment, welches einerseits über das Gehäuse 4 auf die erste Stabilisatorhälfte 2 und andererseits über den Ausgang des Getriebes 6 auf die zweite Stabilisatorhälfte 3 übertragen wird, wobei dieses Stützmoment der Wankneigung des Fahrzeuges entgegenwirkt.
Bedingt durch das Getriebe 6, tritt gelegentlich, insbesondere bei Richtungsänderungen ein Umfangsspiel auf, welches erfindungsgemäß durch einen hydraulischen Rotationsdämpfer 7, hier schematisch durch ein im Getriebe 6 angeordnetes Rechteck 7 dargestellt, gedämpft wird. Ausbildung und Funktion des hydraulischen Rotationsdämpfers 7 werden im Folgenden beschrieben.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Rotationsdämpfers 7 in einer Ansicht in axialer Richtung. Der Rotationsdämpfer 7 umfasst grundsätzlich zwei gegeneinander verdreh- oder verschwenkbare Komponenten, nämlich ein zentral angeordnetes Eingangsteil 8, auch Rotor 8 genannt, sowie ein koaxial angeordnetes Ausgangsteil 9, auch Stator 9 genannt. Der Rotor 8 weist eine Nabe 8a und zwei sich radial erstreckende, diametral zueinander angeordnete Flügel 8b, 8c auf. Das Ausgangsteil 9 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist zwei diametral zueinander angeordnete Trennwände 7a, 7b auf, durch welche in Verbindung mit den Flügeln 8b, 8c vier Kammern A, A', B, B' gebildet werden. In den Trennwänden 7a, 7b sind Drosseln 10, 11 angeordnet, welche in ihrem Querschnitt regelbare Überströmöffnungen zwischen den Kammern A, A' einerseits und zwischen den weiteren Kammern B, B' andererseits bilden. Die Kammern A, A', B, B' sind mit einem viskosen Fluid, vorzugsweise einem Hydrauliköl gefüllt. Rotor 8 und Stator 9 sind in einem Schwenkbereich von ca. 40° bis 50°, d. h. +/- 20 bis +/- 25° gegeneinander verschwenkbar und gegeneinander abgedichtet. Zwischen den Spitzen der Flügel 8b, 8c und dem Innenumfang des Stators 9 sind Dichtelemente 12, 13 angeordnet, und zwischen den Trennwänden 7a, 7b und dem Umfang der Rotornabe 8a sind weitere Dichtelemente 14, 15 angeordnet, so dass auch die Kammern A, A', B, B' untereinander abgedichtet und nur durch die Drosselöffnungen 10, 11 miteinander verbunden sind. Ein Drehpfeil P stellt das vom Rotor 8 auf den Stator 9 übertragbare Drehmoment dar. Dreht der beispielsweise vom Elektromotor 5 oder vom Getriebe 6 (1) angetriebene Rotor 8 im Uhrzeigersinn, d. h. entsprechend dem Drehpfeil P, so wird das in der Kammer A und B befindliche Öl über die Überströmöffnungen 10, 11 in die jeweils benachbarte Kammer A' bzw. B' verdrängt. Beim Durchströmen der Drosseln 10, 11 tritt eine Dämpfungswirkung auf, welche von der Viskosität des Öls und dem jeweiligen Querschnitt der Drosselöffnung 10, 11 abhängig ist.
3 zeigt den Rotationsdämpfer 7 in einem Axialschnitt. In den Trennwänden 9a, 9b des Ausgangsteils 9 sind die Drosselöffnungen 10, 11 erkennbar, die hier vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet sind. Die Trennwände 9a, 9b sind auf ihrer radial innen liegenden Seite durch die Dichtelemente 14, 15 gegenüber dem Rotor 8 abgedichtet. Der Rotor 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Getriebe 6 (vgl. 1) verbunden, während der Stator 9 bzw. das Ausgangsteil 9 mit der zweiten Stabilisatorhälfte 3 (vgl. 1) verbunden ist. Somit ist der Rotationsdämpfer 7 zwischen Getriebe 6 und Stabilisatorhälfte 3 in den Kraftfluss eingeschaltet. Diese Anbindung des Rotationsdämpfers 7 ist jedoch nur eines von mehreren Ausführungsbeispielen. Der Rotationsdämpfer 7 kann ebenso, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, zwischen Elektromotor 5 und Getriebe 6 (1) als auch zwischen zwei der nicht dargestellten Stufen des Planetengetriebes 6 (1) eingebunden sein. Dabei kann die Ausbildung des hydraulischen Rotationsdämpfers 7 an die vorhandenen Einbaubedingungen angepasst werden und ist somit nicht auf die in der Zeichnung gemäß 2 und 3 dargestellte Ausführungsform beschränkt.
Wie erwähnt, sind die Drosselöffnungen 10. 11 bezüglich ihres Querschnittes regelbar, insbesondere elektromechanisch. Dabei sind folgende Betriebsbedingungen zu unterscheiden: Bei aktiviertem Schwenkmotor 1 (1), d. h. beim Aufbau eines Stützmoments durch den Elektromotor 5 (1), z. B. bei Kurvenfahrt des Fahrzeuges sind die Drosseln 10, 11 geschlossen, d. h. ein Überströmen von Öl wird völlig unterbunden, so dass das volle Drehmoment vom Rotor 8 auf den Stator 9 übertragen wird. Bei deaktiviertem Schwenkmotor 1 (1), beispielsweise bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges sind die Drosseln 10, 11 geöffnet oder teilweise geöffnet, so dass ein Überströmen von Öl von einer in die benachbarte Kammer stattfinden kann, wodurch eine Dämpfungswirkung erzielt und etwaige Geräusche durch das Getriebe vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1: Schwenkmotor/Aktuator
2: erste Stabilisatorhälfte
2a: Stabilisatorende
3: zweite Stabilisatorhälfte
3a: Stabilisatorende
4: Gehäuse
5: Elektromotor
6: Getriebe
7: Rotationsdämpfer
8: Eingangsteil/Rotor
8a: Nabe
8b: Flügel
8c: Flügel
9: Ausgangsteil/Stator
9a: Trennwand
9b: Trennwand
10: Drossel
11: Drossel
12: Dichtelement
13: Dichtelement
14: weiteres Dichtelement
15: weiteres Dichtelement
A, A': Kammer
B, B': Kammer
P: Pfeil in Drehrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014208803 A1 [0003]

Claims

Aktiver Wankstabilisator, umfassend einen Schwenkmotor (1) mit einer ersten und einer zweiten stirnseitigen Drehmomentschnittstelle und zwei Stabilisatorhälften (2, 3), deren Enden (2a, 3a) jeweils an den Drehmomentschnittstellen mit dem Schwenkmotor (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen erster und zweiter Drehmomentschnittstelle ein hydraulischer Rotationsdämpfer (7) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkmotor (1) einen Elektromotor (5) und ein Getriebe (6) mit einer Ausgangswelle (6) umfasst.
Wankstabilisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Planetengetriebe (6) mit mindestens einer Stufe ausgebildet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkmotor (1) ein Gehäuse (4) aufweist und dass die erste Drehmomentschnittstelle zwischen Gehäuse (4) und erster Stabilisatorhälfte (2, 2a) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehmomentschnittstelle zwischen Ausgangswelle (6) und zweiter Stabilisatorhälfte (3) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (7) zwischen dem Elektromotor (5) und dem Getriebe (6) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (7) zwischen der Ausgangswelle (6) des Getriebes (6) und zweiter Stabilisatorhälfte (3) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (7) zwischen zwei Stufen des Getriebes (6) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (7) zwei gegeneinander verschwenkbare Komponenten, ein Eingangsteil (8) und ein Ausgangsteil (9), aufweist, über welche der Rotationsdämpfer (7) in den Kraftfluss eingeschaltet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 9,. dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingangsteil (8) und dem Ausgangsteil (9) mindestens zwei mit einem viskosen Fluid füllbare Kammern (A, A', B, B') angeordnet sind.
Wankstabilisator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Kammern (A, A', B, B') eine Trennwand (9a, 9b) mit einer Drossel (10, 11) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (10, 11) regelbar ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (10, 11) elektromechanisch regelbar ist.