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Die vorliegende Erfindung betrifft einen aktiven Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug. Derartige Wankstabilisatoren reduzieren Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus während Kurvendurchfahrten.
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Aus
DE 10 2015 220 173 A1 ist ein aktiver Wankstabilisator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Zwischen axial hintereinander und koaxial angeordneten Drehstabteilen ist ein Aktuator angeordnet, der ein zwischen den beiden Drehstabteilen wirkendes Torsionsmoment über eine Elastomerkupplung überträgt, die einerseits einen koaxial zu der Drehachse der Drehstabteile angeordneten Außenstern mit über den Umfang verteilt angeordneten, strahlenförmig nach radial außen erstreckten Außenstegen aufweist und die andererseits einen koaxial zu dem Außenstern angeordneten Innenstern mit über den Umfang verteilt angeordneten, strahlenförmig nach radial innen erstreckten Innenstegen aufweist. Zwischen ineinandergreifenden Außenstegen und Innenstegen der Elastomerkupplung sind Elastomerelemente angeordnet, die geringfügige Verdrehwinkel der Drehstäbe ohne nennenswerte Belastung durch ein Torsionsmoment ermöglichen, so dass bei Geradeausfahrten auf Fahrbahnen mit Schlaglöchern der Wankstabilisator weitgehend entkoppelt ist.
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Ein besonderes Design der Elastomerelemente sieht in Umfangsrichtung ausgebildete Wölbungen, von denen die eine auch im unbelasteten Zustand in spielfreiem Kontakt mit Innen- und Außenstegen steht. Bei größeren Torsionsmomenten nähern sich Innen- und Außenstege einander an und kommen in Kontakt mit einer zweiten Wölbung des Elastomerelementes und eine progressive Steifigkeitserhöhung des Wankstabilisators ist gegeben.
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Die Gestaltung der Wölbungen erfordert ausreichend Raum in Umfangsrichtung um die Drehachse der Sterne. Die Elastomerelemente mit den Wölbungen sind je nach Fahrzeugtyp sehr hohen Belastungen durch die Torsionsmomente ausgesetzt, die den Verschleiß insbesondere der Wölbungen erhöhen. Aufgabe der Erfindung war es, einen aktiven Wankstabilisator nach den Merkmalen des Anspruchs 1 mit einer kompakt bauenden, ausreichend belastbaren Elastomerkupplung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch den aktiven Wankstabilisator gemäß Anspruch 1 gelöst. Zwischen axial hintereinander angeordneten Drehstabteilen ist ein Aktuator angeordnet, der ein zwischen den beiden Drehstabteilen wirkendes Torsionsmoment über eine Elastomerkupplung überträgt. Die Drehstabteile sind in bekannter Weise koaxial angeordnet und können mit ihren voneinander abgewandten Enden an Radträger angebunden sein.
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Die Elastomerkupplung weist einerseits einen koaxial zu der Drehachse der Drehstabteile angeordneten Außenstern mit über den Umfang verteilt angeordneten, strahlenförmig nach radial außen erstreckten Außenstegen auf und andererseits einen koaxial zu dem Außenstern angeordneten Innenstern mit über den Umfang verteilt angeordneten, strahlenförmig nach radial innen erstreckten Innenstegen. Die Außenstege und die Innenstege sind auf die Drehachse der koaxial angeordneten Sterne ausgerichtet und um diese Drehachse herum angeordnet. Zwischen ineinandergreifenden Außenstegen und Innenstegen der Elastomerkupplung sind Elastomerelemente angeordnet, die geringfügige Verdrehwinkel der Drehstäbe ohne nennenswerte Übertragung von Torsionsmomente zwischen den Drehstabteilen ermöglichen, so dass bei Geradeausfahrten auf Fahrbahnen mit Schlaglöchern der Wankstabilisator weitgehend entkoppelt ist. Bei diesen geringfügigen Verdrehwinkeln weist der aktive Wankstabilisator eine vergleichsweise geringe Steifigkeit auf.
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Die Elastomerelemente weisen jeweils zwei axial hintereinander angeordnete Elastomerteile unterschiedlicher Shorehärte auf, von denen das weichere Elastomerteil mit der niedrigeren Shorehärte wirksam ist innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs des Innenstern gegenüber dem Außenstern und von denen das härtere Elastomerteil mit der höheren Shorehärte ab einem größeren Verdrehwinkel wirksam ist, der den ersten Verdrehwinkelbereich überschreitet.
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Der erste Verdrehwinkelbereich umfasst die geringfügigen Verdrehbewegungen zwischen den Drehstabteilen bei Geradeausfahrt auf unebener Fahrbahn. Die weicheren Elastomerteile werden elastisch verformt unter der Verdrehung der Sterne zueinander. Dieser erste Verdrehwinkelbereich kann je nach Anwendung vorzugsweise zwischen 0 Grad und 10 Grad liegen. Die Shorehärte kann entsprechend niedrig ausgelegt werden, da keine großen Kräfte übertragen werden und somit ein geeignetes, sogenanntes NVH Verhalten (Noise, Vibration, Harshness) einzustellen mit Blick auf die hör- oder spürbaren Schwingungen in Kraftfahrzeugen.
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Nach Überschreitung des ersten Verdrehwinkelbereichs - also erhöhten anliegenden Torsionsmomenten - werden die härteren Elastomerteile belastet. Ab diesem größeren Verdrehwinkel können die weicheren und die härteren Elastomerteile parallel geschaltet werden, wobei die Hauptlast in diesem Bereich von den härteren Elastomerteilen getragen wird. Durch die höhere Shorehärte des härteren Elastomerteils stellt sich ein Steifigkeitssprung in der Steifigkeitskennlinie des aktiven Wankstabilisators ein. In diesem zweiten Verdrehwinkelbereich wird die Steifigkeitskennlinie des Wankstabilisators weitestgehend durch die Steifigkeit der Drehstabteile bestimmt. Das Elastomerteil mit der höheren Shorehärte dient vornehmlich dem Zweck, laute Geräusche zu unterbinden, die beim Kontakt von Innenstern zu Außenstern entstehen können. Durch die hohe Shorehärte erfährt das härtere Elastomer nur eine geringe Verformung und hat dadurch eine längere Lebensdauer. Jedenfalls übertagen die weicheren Elastomerteile nur geringe Kräfte und haben eine ausreichend hohe Lebensdauer.
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Diese räumliche Anordnung der Elastomerteile ermöglicht eine kompakte Bauweise mit ausreichender Anzahl von Stegen, die über den Umfang verteilt angeordnet sind, und zwischen denen die Elastomerelemente angeordnet sind. Das härtere Elastomerteil kann in axialer Richtung breiter sein als das weichere Elastomerteil. Dadurch können die zwischen den Stegen wirkenden hohen Kräfte auf eine breite Auflagefläche des härteren Elastomerteils übertragen werden.
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Ab einem gewünschten Verdrehwinkel werden die härteren Elastomerteile zwischen den sich annähernden Stegen belastet. Die Steifigkeitskennlinie des Wankstabilisators nimmt progressiv zu.
Die härteren Elastomerteile sind bei unbelastetem Wankstabilisator zunächst in Umfangsrichtung beabstandet zu einem der beiden benachbarten Stege, werden also nicht belastet. Die weicheren Elastomerteile überragen die härteren Elastomerteile in Umfangsrichtungen und werden zuerst von den sich einander annähernden Stegen während einer Verdrehbewegung der Drehstabteile belastet. Das Überragen oder Vorstehen der weicheren Elastomerteile bestimmt in diesem Sinn die Größe des ersten Verdrehwinkelbereichs.
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Die härteren Elastomerteile können dünner und die weicheren Elastomerteile können dicker ausgeführt sein. Ein metallischer Kontakt zwischen den sich einander nähernden Stegen unter Torsionsbelastung ist ausgeschlossen aufgrund der härteren Elastomerteile, die zwischen den Stegen angeordnet sind.
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Die weicheren und die härteren Elastomerteile können beide an den Außenstegen gehaltert sein, beispielsweise durch Anspritzen oder durch Anvulkanisieren. Beide Elastomerteile sind in Achsrichtung hintereinander angeordnet und können an den Stegen - Außenstege oder Innenstege - in Achsrichtung gesehen spiegelsymmetrisch angeordnet sein, um ein gleiches Steifigkeitsverhalten in beiden Drehsinnen des Wankstabilisators zu gewährleisten.
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Eine Variante sieht vor, die weicheren Elastomerteile an den einen Stegen - Innenstege oder Außenstege - und die härteren Elastomerteile an den anderen Stegen - Innenstege oder Außenstege - zu haltern. Auch in diesem Fall sind die Elastomerteile axial hintereinander angeordnet.
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Der Aktuator kann in bekannter Weise ein drehfest mit dem einen Drehstabteil verbundenes Aktuatorgehäuse sowie eine drehfest mit dem anderen Drehstabteil verbundene Abtriebswelle aufweist. Der Aktuator kann einen Elektromotor und ein Untersetzungsgetriebe aufweist, zwischen dessen Ausgangswelle und der Abtriebswelle die Elastomerkupplung angeordnet ist.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt sieben Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines aktiven Wankstabilisators,
- 2 einen Querschnitt durch eine Elastomerkupplung des Wankstabilisators,
- 3 ein Einzelteil aus 2 in perspektivischer Darstellung,
- 4 ein weiteres Einzelteil aus 2 in perspektivischer Darstellung,
- 5 einen Ausschnitt der Elastomerkupplung aus 2 in perspektivischer Darstellung und
- 6 bis 8 Teilschnitte durch die Elastomerkupplung aus 2.
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1 zeigt schematisch einen aktiven Wankstabilisator. Zwischen zwei axial hintereinander und koaxial angeordneten Drehstabteilen 1, 2 ist ein Aktuator 3 angeordnet, dessen Aktuatorgehäuse 4 mit dem einen Drehstabteil 1 und dessen Abtriebswelle 5 mit dem anderen Drehstabteil 2 drehfest verbunden ist. Der Aktuator umfasst eine ECU 6 und einen Elektromotor 7, der an ein Untersetzungsgetriebe 8 angeschlossen ist, zwischen dessen Getriebeausgangswelle - in 1 nicht abgebildet - und der Abtriebswelle 5 eine Elastomerkupplung 9 angeordnet ist, die in 2 im Querschnitt abgebildet ist.
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Die Elastomerkupplung 9 weist einen koaxial zu der Drehachse der Drehstabteile 1, 2 angeordneten Außenstern 10 mit über den Umfang verteilt angeordneten, strahlenförmig nach radial außen erstreckten Außenstegen 11 auf. Die Elastomerkupplung 9 weist einen koaxial zu der Drehachse der Drehstabteile 1, 2 angeordneten Innenstern 12 mit über den Umfang verteilt angeordneten, strahlenförmig nach radial innen erstreckten Innenstegen 13 auf. Die Stegachsen schneiden sich im Ausführungsbeispiel in der Drehachse der Elastomerkupplung 9, die mit der Drehachse der Drehstäbe 1, 2 zusammenfällt. Zwischen ineinandergreifenden Außenstegen 11 und Innenstegen 13 sind Elastomerelemente 14 angeordnet.
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Der Außenstern 10 ist fest mit einem Planetenträger 15 des Untersetzungsgetriebes 8 verbunden, der die Getriebeausgangswelle bildet (3).
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4 zeigt den Innenstern 12 mit seinen Innenstegen 13.
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Die 5 bis 8 zeigen Einzelheiten der Elastomerkupplung 9. Auf jeden der Außenstege 11 ist eines der Elastomerelemente 14 aufgebracht, beispielsweise durch Anvulkanisieren des Elastomers, oder durch Aufspritzen. In einem axial vorderen Bereich des Außensteges 11 ist ein dickeres weicheres Elastomerteil 16 angeordnet. In einem hinteren Bereich des Außensteges 11 ist ein vergleichsweise dünneres härteres Elastomerteil 17 angeordnet. Das Elastomerteil 16 hat eine geringerer Shorehärte, das Elastomerteil 17 hat eine vergleichsweise höhere Shorehärte.
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Die Elastomerteile 16, 17 sind axial hintereinander angeordnet und weisen unterschiedliche Shorehärten auf, von denen das weichere Elastomerteil 16 mit der niedrigeren Shorehärte wirksam ist innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs des Innensterns 12 gegenüber dem Außenstern 10 und von denen das härtere Elastomerteil 17 mit der höheren Shorehärte ab einem Verdrehwinkel wirksam ist, der den ersten Verdrehwinkelbereich überschreitet.
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Deutlich zeigt 5, dass das weichere Elastomerteil 16 in Umfangsrichtung um die Drehachse des Wankstabilisators herum das härtere Elastomerteil 17 überragt.
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Die 6 bis 8 zeigen jeweils einen Teilschnitt durch die Elastomerkupplung 9: 6 zeigt den Außensteg 11 und das weichere Elastomerteil 16 mit seiner abgestuften Kontur an seinen den benachbarten Innenstegen 13 des Innensterns 10 zugewandten Seiten. 7 zeigt entsprechend den Außensteg mit dem härteren Elastomerteil 17, das dünner ausgeführt ist als das weichere Elastomerteil 16. 7 zeigt den Außensteg 11 in einem Längsschnitt mit den Konturen der Elastomerteile 16, 17.
Die das Elastomerelement 14 bildenden Elastomerteile können einstückig miteinander verbunden oder einzelne Teile sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehstabteil
- 2
- Drehstabteil
- 3
- Aktuator
- 4
- Aktuatorgehäuse
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- ECU
- 7
- Elektromotor
- 8
- Untersetzungsgetriebe
- 9
- Elastomerkupplung
- 10
- Außenstern
- 11
- Außensteg
- 12
- Innenstern
- 13
- Innensteg
- 14
- Elastomerelement
- 15
- Planetenträger
- 16
- weicheres Elastomerteil
- 17
- härteres Elastomerteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015220173 A1 [0002]
