DE102020214282A1

DE102020214282A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug und Verformungskörper

Info

Publication number: DE102020214282A1
Application number: DE102020214282.3A
Authority: DE
Inventors: Georg Tenckhoff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-05-19
Also published as: US20230408353A1; WO2022100943A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Verformungskörpers (100) zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Trägermaterials, einen Schritt des Herstellens eines mit dem Trägermaterial verbindbaren und durch die Kraft verformbaren Mittelelements (104) und einen Schritt des Verbindens des Trägermaterials mit dem Mittelelement (104) umfasst, um den Verformungskörper (100) herzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug und auf einen Verformungskörper.
Die EP 3 315 933 B1 beschreibt einen magnetostriktiven Sensor, eine magnetische Struktur und ein Herstellungsverfahren dafür sowie eine Motorantriebseinheit mit einem magnetostriktiven Sensor und ein motorunterstütztes Fahrrad.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug und einen verbesserten Verformungskörper gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann vorteilhafterweise ein Verformungskörper für die Kraft- und Drehmomentmessung hergestellt werden, dessen elastisches Verhalten unter Last gemessen werden kann. Hierbei kann ein Ziel-Konflikt zwischen Herstellbarkeit, Preis, Materialkosten, bestimmten Materialeigenschaften, Formgebung, Schweißbarkeit sowie Verfügbarkeit des Halbzeugs vermieden werden.
Es wird daher ein Verfahren zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und zusätzlich oder alternativ eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug vorgestellt. Das Verfahren umfasst dabei einen Schritt des Bereitstellens eines Trägermaterials, einen Schritt des Herstellens eines mit dem Trägermaterial verbindbaren und durch die Kraft verformbaren Mittelelements und einen Schritt des Verbindens des Trägermaterials mit dem Mittelelement, um den Verformungskörper herzustellen.
Lediglich beispielhaft kann der Verformungskörper als ein Torsionselement eines Wankstabilisierungssystems eingesetzt werden. Dabei kann der Verformungskörper zwischen einem ersten Stabilisatorelement und einem zweiten Stabilisatorelement angeordnet sein. Ein solches System ermöglicht es, an einer Vorder- und zusätzlich oder alternativ einer Hinterachse des Fahrzeugs Stabilisierungsmomente bereitzustellen, so dass eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus minimiert oder gänzlich beseitigt wird. Der Verformungskörper kann ein zur Kraftübertragung geeignetes Teil sein. Im Betrieb des Verformungskörpers kann sich dieser verformen, wenn beispielsweise das Drehmoment oder die Kräfte auf das Trägermaterial oder ein daraus hergestelltes Trägerelement einwirken. Das Mittelelement kann diese Kräfte aufnehmen und davon abhängig ebenfalls verformt werden, um so als ein Sensor zu dienen. Das hier vorgestellte Verfahren ermöglicht es nun, das Mittelelement sicher an dem Trägermaterial zu befestigen, um einen einwandfreien Betrieb des Verformungskörpers mit der Kraft- und Drehmomentmessung zu gewährleisten. Eine solche sichere Befestigung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Verformungskörper segmentiert oder pulver-metallurgisch hergestellt wird. Das Trägermaterial kann beispielsweise als ein Granulat oder zumindest teilweise aus Granulat bestehend realisiert sein. Das Mittelelement kann beispielsweise als ein Einleger realisiert sein, der in das Trägermaterial eingelegt oder an das Trägermaterial angelegt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Herstellens das Mittelelement durch Spritzgießen, Pressen, 3D-Druck, Flammspritzen, Heißspritzen und zusätzlich oder alternativ durch Sintern hergestellt werden. Das Spritzgießen kann beispielsweise mittels eines MIM-Verfahrens (Metal Injection Moulding), also mittels Metallpulverspritzgießen, durchgeführt werden. Das Sintern kann beispielsweise als selektives Lasersintern (SLS) durchgeführt werden. Durch eines oder eine Kombination mehrerer derartiger Herstellungsverfahren kann für das Mittelelement eine beliebige Form erzeugt werden. Das Mittelelement wird je nach Herstellungsverfahren auch als Grünling bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Verbindens das Trägermaterial und das Mittelelement durch Spritzgießen miteinander verbunden werden. Vorteilhafterweise werden das Trägermaterial und das Mittelelement durch MIM-Spritzgießen miteinander verbunden. So kann eine sichere, beispielsweise beständige oder sogar unlösbare, Verbindung zwischen dem Trägermaterial und dem Mittelelement entstehen.
Weiterhin können im Schritt des Verbindens das Trägermaterial und das Mittelelement durch Festkörperschweißen, Flammspritzen und zusätzlich oder alternativ durch Sintern miteinander verbunden werden. Das Festkörperschweißen kann vorteilhafterweise Diffusions-, Reib-, Rühr- und zusätzlich oder alternativ Ultraschallschweißen umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Herstellens das Mittelelement als Sensorelement hergestellt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise das Drehmoment ermittelt werden.
Im Schritt des Verbindens kann das Mittelelement derart mit dem Trägermaterial verbunden werden, dass zumindest eine Seite des Mittelelements zumindest eine weitere Seite des Trägermaterials kontaktiert. Das Trägermaterial kann beispielsweise einteilig oder mehrteilig realisiert sein. Somit kann eine gute mechanische Verbindung zwischen Mittelelement und Trägermaterial hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Verbindens das Mittelelement an einer Innenwand oder an einer Außenwand angeordnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Mittelelement zwischen einer Mehrzahl von Teilabschnitten des Trägermaterials angeordnet werden. Das bedeutet, dass das Mittelelement beispielsweise an einer Wand des Trägermaterials, aber auch beispielsweise mittig in dem Trägermaterial angeordnet sein kann. Somit wird eine hohe Flexibilität bezüglich der Gestaltung ermöglicht.
Das Mittelelement kann ringförmig hergestellt werden. In diesem Fall kann das Trägermaterial ebenfalls ringförmig realisiert sein. Dies ermöglicht eine Ausformung eines segmentierten rohrartigen Verformungskörpers. Im Betrieb des Verformungskörpers kann so die Kraft oder das Drehmoment über das Mittelelement von einem Ende d Verformungskörpers auf ein gegenüberliegendes Ende des Verformungskörpers übertragen und dabei sensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Mittelelement mit einem fischgrätenartigen Muster hergestellt werden. Durch ein solches Muster kann eine Mehrzahl von Stegen ausgeformt werden, deren Abstand oder Ausrichtung sich bei einer Verformung des Mittelelements ändern kann. Die Stege können beispielsweise als eine Kondensatoreinrichtung ausformen. Dadurch kann die Verformung des Mittelelements sicher erkannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Mittelelement X-förmig ausgeformt werden. Vorteilhafterweise ermöglicht die X-Form eine gute Krafteinleitung in das Mittelelement.
Das Verfahren kann einen Schritt des Bildens des Trägermaterials vor dem Schritt des Bereitstellens des Trägermaterials aufweisen, wobei im Schritt des Bildens das Trägermaterial unter Verwendung zumindest eines Basisstoffs und eines Bindemittels gebildet wird. Der Basisstoff kann beispielsweise als ein Metallpulver und das Bindemittel als beispielsweise ein Kunststoffbinder realisiert sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Verbindens das Trägermaterial zumindest teilweise zylindrisch ausgeformt werden, um ein Trägerelement zu erhalten. Somit kann das Trägerelement als ein Hohlzylinder ausgeformt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Herstellens das Mittelelement unter Verwendung zumindest eines magnetostriktiven Materials und eines Bindemittels hergestellt werden. Das magnetostriktive Material kann vorteilhafterweise als ein weiteres Metallpulver realisiert sein. Das magnetostriktive Material kann vorteilhafterweise sensorische oder beispielsweise elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen.
Ferner wird ein Verformungskörper zum Messen einer Kraft und zusätzlich oder alternativ eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug vorgestellt. Der Verformungskörper weist dabei ein Trägerelement und ein mit dem Trägerelement verbundenes und durch die Kraft verformbares Mittelelement auf. Es kann sich somit um einen segmentierten Verformungskörper handeln.
Der Verformungskörper kann vorteilhafterweise als Welle realisiert sein, die in zwei entgegengesetzte Richtungen verformbar ist. Eine solche Welle kann als Torsionselement eines Wankstabilisators verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Mittelelement zumindest eine Adapterstruktur und einen an der Adapterstruktur angeordneten sensorischen Einleger aufweisen. Die Adapterstruktur ist beispielsweise durch ein Schweißverfahren herstellbar oder hergestellt worden. Eine solche Adapterstruktur kann zum Befestigen des Einlegers an dem Trägerelement dienen. Der Einleger kann ausgeformt sein, um eine über die Adapterstruktur eingekoppelte Kraft zu sensieren.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine schematische Teildarstellung eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines verschweißten Abschnitts eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Querschnittsdarstellung eines zu pressenden Abschnitts eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug;
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug; und
10 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem einen Verformungskörper gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassenden Wankstabilisierungssystem.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Verformungskörper 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Kraft und/oder ein Drehmoment zu übertragen. Dabei kann der Verformungskörper 100 zusätzlich verwendet werden, um die Kraft und/oder das Drehmoment zu messen oder zumindest zu erfassen.
Der Verformungskörper 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine Welle ausgeformt, die ein Trägerelement 102 und ein Mittelelement 104 aufweist. Das Trägerelement 102 ist dabei aus einem Trägermaterial ausgeformt. Das Mittelelement 104 ist fest, beispielsweise stoffschlüssig, mit dem Trägerelement 102 verbunden und verformbar realisiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Verformungskörper 100 dreiteilig realisiert. Das bedeutet, dass das Trägerelement 102 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Teilabschnitten aufweist, die an oder um das Mittelelement 104 herum angeordnet sind. Sowohl das Trägerelement 102 als auch das Mittelelement 104 sind ringförmig ausgeformt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Verformungskörper 100 zumindest teilweise als ein Zylinder, genauer gesagt als Hohlzylinder, ausgeformt. Ein erstes Ende 106 und ein zweites Ende 108 des Verformungskörpers 100 weisen dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen kleineren Durchmesser auf als ein Korpus 110 des Verformungskörpers 100.
Das Mittelelement 104 dient nicht nur der Kraftübertragung zwischen den benachbarten Teilabschnitten des Trägerelements 102, sondern auch zur Erfassung der zu übertragenden Kraft oder einer daraus resultierenden Verformung. Somit ist das Mittelelement 104 als ein Sensorelement oder als ein Teil eines Sensorelements ausgeformt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Mittelelement 104 als ein magnetostriktiver Einleger ausgeformt. Wenn das Mittelelement 104 ausgebildet ist, um die Kraft oder das Drehmoment nicht nur zu erfassen sondern auch zu messen, ist das Mittelelement 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeformt, um ein die Kraft und/oder das Drehmoment anzeigendes Sensorsignal bereitzustellen. Das Sensorsignal wird beispielsweise von einer Steuereinrichtung des Wankstabilisierungssystems verwendet, um das Wankverhalten des Fahrzeugs zu steuern.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Mittelelement 104 beispielsweise in Form einer Schicht auf einem einteiligen Trägerelement 102 angeordnet.
Der Verformungskörper 100 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Kraft- und/oder Drehmomentmessung eingesetzt. Dabei kann das elastische Verhalten des Verformungskörpers 100 unter Last gemessen werden. Das Mittelelement 104 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als magnetostriktiver Messkörper ausgeführt. Ein entsprechendes Messprinzip erfordert in der Regel hohe Gehalte an Kohlenstoff C, Nickel Ni, Chrom Cr und Kobalt Co. Dies steht im Widerspruch zur Anforderung der Schweißbarkeit, welche als Verbindungstechnik zu Nachbarteilen in Serienanwendungen gewünscht ist. Durch den hier beschriebenen Ansatz werden vorteilhafterweise diese Probleme umgangen. Dazu weist der Verformungskörper 100, der auch als Welle bezeichnet wird, gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Segmente auf, wobei zwei der Segmente das Trägerelement 102 formen und das dritte Segment dem Mittelelement 104 entspricht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht das Trägerelement 102 aus beispielsweise thermisch schweißbarem Material und das Mittelelement 104 aus einem Material mit guten sensorischen Eigenschaften. Die Verbindung ist beispielsweise durch ein Festkörperschweißverfahren, wie Diffusions-, Reib-, Rühr- und/oder Ultraschallschweißen, auf die beispielsweise gesondert hergestellten Segmente angewandt oder aber besonders vorteilhaft durch Versintern zumindest eines pulvermetallurgisch übereinander eingebrachten Pulvers hergestellt worden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Verformungskörper 100 kann dem in 1 beschriebenen Verformungskörper 100 entsprechen oder ähneln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Verformungskörper 100 rohrartig ausgeformt. Das bedeutet, dass das erste Ende 106 und das zweite Ende 108 gegenüber dem in 1 beschriebenen Verformungskörper 100 abweichend den gleichen Durchmesser aufweisen wie der Korpus 110 selbst. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Verformungskörper 100 ein Trägerelement 102 und ein Mittelelement 104 auf.
In anderen Worten ist die hier dargestellte rohrförmige Ausformung des Verformungskörpers 100 für ein elektromechanisches Wankstabilisierungssystem (ERC) vorteilhaft. Dabei wird beispielsweise ein ungünstiges Wandstärken zu Durchmesser und Längen Verhältnis ignoriert, wenn beispielsweise eine sogenannte MIM (Metal Injection Moulding, Metallpulver in Kunststoff Binder Matrix) Herstellungsart verwendet wird. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Verformungskörper 100 als Kraft- und Drehmoment-Messtechnik/Sensorik im Zusammenhang mit einem sogenannten „Road Load Weighing“, also einer Straßenbelastungsmessung, einsetzbar.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Verformungskörper 100 kann dem in einer der 1 oder 2 beschriebenen Verformungskörper 100 entsprechen oder zumindest ähneln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 102 einteilig und das Mittelelement 104 als ein ringförmiger Einleger ausgeformt, der ein fischgrätenartiges Muster aufweist. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Verformungskörper 100 rohrartig realisiert. Das Mittelelement 104 ist beispielsweise bündig zu einer Oberfläche des Trägerelements 102 ausformbar.
In anderen Worten lassen sich komplexe Einleger, das bedeutet Mittelelemente 104, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem schweißbaren Material umformen und zu beispielsweise einem metallisch und/oder gemischt keramischen Verformungskörper 100 versintern. Vorteilhaft ist, dass filigrane Strukturen, wie beispielsweise Tragstege preiswert und/oder bündig zu einer Oberfläche eingebracht werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verformungskörpers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Verformungskörper 100 kann dem in einer der 1 bis 3 beschriebenen Verformungskörper 100 entsprechen oder zumindest ähneln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Trägerelement 102 einteilig und das Mittelelement 104 X-förmig realisiert. Das Mittelelement 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an oder in einer Außenwand des Trägerelements 102 angeordnet. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Mittelelement 104 an oder in einer der Außenwand gegenüberliegenden und einem Hohlraum des Trägerelements 102 zugewandten Innenwand des Trägerelements 102 angeordnet. Durch diese Formgebung des Mittelelements 104 sind Verformungen des Verformungskörpers 100 leichter erkennbar.
5 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Verformungskörpers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Verformungskörper 100 kann dem in einer der 1 bis 4 beschriebenen Verformungskörper 100 entsprechen oder zumindest ähneln. Abweichend weist das hier dargestellte Mittelelement 104 zumindest eine Adapterstruktur 500, 501, 502, 503 und einen sensorischen Einleger 504 auf. Der sensorische Einleger 504 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft viereckig ausgeformt und an der zumindest einen Adapterstruktur 500, 501, 502, 503 fixiert.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Mittelelement 104 insgesamt vier Adapterstrukturen 500, 501, 502, 503 auf, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeweils viereckig ausgeformt sind und im Viereck an einer Innenwand 506 des Trägerelements 102 angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der sensorische Einleger 504 ausgeformt, um eine über die Adapterstruktur 500 eingekoppelte Kraft zu erfassen. Die gezeigte Ausformung und Anordnung sowie die Anzahl der Adapterstrukturen 500, 501, 502, 503 ist dabei nur beispielhaft gewählt und entsprechend der Ausformung des sensorischen Einlegers 504 und der Art der gewünschten Krafteinkopplung anpassbar.
6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines verschweißten Abschnitts 600 eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Abschnitt 600 kann beispielsweise einer Schnittstelle zwischen dem Trägerelement und dem Mittelelement entsprechen oder ähneln, wie sie in einer der 1 bis 5 beschrieben wurden. Auch kann der Abschnitt 600 Teil eines Trägerelements oder eines Mittelteils sein.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Abschnitt 600 eine Mehrzahl von Schichten 602 oder Dünnblechen auf, die beispielsweise mittels Ultraschallschwei-ßen zusammengeschweißt sind.
7 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines zu pressenden Abschnitts 600 eines Verformungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Abschnitt 600 kann beispielsweise dem in 6 beschriebenen Abschnitt 600 entsprechen oder ähneln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Abschnitt 600 auch hier die Mehrzahl von Schichten 602 auf. Der Abschnitt 600 wird unter Verwendung eines Stempels 700 und einer Matrize 702 hergestellt. Der hier dargestellte Pfeil 704 zeigt eine Kraftrichtung an, in welche die Schichten 602, die gemäß einem Ausführungsbeispiel Pulverschichten sind, gemäß diesem Ausführungsbeispiel zusammengepresst werden, um beispielsweise einen sogenannten Grünling herzustellen.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug. Durch das Verfahren 800 wird beispielsweise ein Verformungskörper hergestellt, wie er in einer der 1 bis 5 beschrieben wurde, beispielsweise mit einem Abschnitt, wie er in einer der 6 oder 7 beschrieben ist. Das Verfahren 800 weist einen Schritt 802 des Bereitstellens eines Trägermaterials, einen Schritt 804 des Herstellens und einen Schritt 806 des Verbindens auf. Im Schritt 802 des Bereitstellens des Trägermaterials wird ein Trägermaterial bereitgestellt. Im Schritt 804 des Herstellens wird das Mittelelement hergestellt, das mit dem Trägermaterial verbindbar und durch die Kraft verformbar ist. Im Schritt 806 des Verbindens wird das Trägermaterial mit dem Mittelelement verbunden, um den Verformungskörper herzustellen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird aus dem Trägermaterial das Trägerelement hergestellt.
Optional umfasst das Verfahren 800 einen Schritt 808 des Bildens des Trägermaterials vor dem Schritt 802 des Bereitstellens des Trägermaterials. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dabei im Schritt 808 des Bildens das Trägermaterial unter Verwendung zumindest eines Basisstoffs und eines Bindemittels gebildet. Der Basisstoff ist dabei beispielsweise ein Metallpulver, das beispielsweise gut schweißbar ist. Weiterhin optional wird im Schritt 804 des Herstellens das Mittelelement als ein Sensorelement hergestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Mittelelement beispielsweise ringförmig und/oder mit einem fischgrätenartigen Muster hergestellt. Alternativ wird das Mittelelement im Schritt 804 des Herstellens X-förmig hergestellt. Dabei wird das Mittelelement beispielsweise unter Verwendung zumindest eines magnetostriktiven Materials und eines Bindemittels hergestellt. Das magnetostriktiven Material ist dabei beispielsweise ein Metallpulver mit sensorischen Eigenschaften. Das Mittelelement wird dabei beispielsweise durch Spritzgießen, beispielsweise das so genannte Metal Injection Moulding (MIM), Pressen, 3D-Druck, Flammspritzen, Heißspritzen und/oder durch Sintern, wie beispielsweise selektives Lasersintern (SLS), hergestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 806 des Verbindens das Trägermaterial zumindest teilweise zylindrisch ausgeformt, beispielsweise als Hohlzylinder. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Mittelelement mit dem Trägermaterial im Schritt 806 des Verbindens vorzugsweise durch Spritzgießen (MIM), alternativ aber auch durch Festkörperschweißen, wie beispielsweise Diffusions-, Reib-, Rühr- und/oder Ultraschallschweißen, Flammspritzen und/oder Sintern verbunden. Im Schritt 806 des Verbindens wird das Mittelelement derart mit dem Trägermaterial verbunden, dass zumindest eine Seite des Mittelelements zumindest eine weitere Seite des Trägermaterials kontaktiert. Das bedeutet, dass das Trägerelement wahlweise einteilig oder mehrteilig ausgeformt ist. Entsprechend einer jeweiligen Ausformung des Trägerelements wird im Schritt 806 des Verbindens das Mittelelement beispielsweise an einer Innenwand, an einer Außenwand oder zwischen einer Mehrzahl von Teilabschnitten des Trägermaterials angeordnet.
In anderen Worten ausgedrückt wird der Verformungskörper durch das hier vorgestellte Verfahren 800 segmentiert und/oder pulvermetallurgisch hergestellt. Die Randsegmente, das bedeutet das Trägerelement wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem schweißbaren Werkstoff hergestellt. Das Mittelelement, das auch als Mittelteil bezeichnet wird, ist beispielsweise als ein „Inset“ ausgeformt. Das Mittelelement wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem Werkstoff mit vorteilhaften sensorischen, insbesondere magnetostriktiven Eigenschaften hergestellt.
Das Trägerelement und das Mittelelement werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel entweder durch Festkörperverschweißen mehrerer Segmente, zu denen beispielsweise auch Metallfolien zählen, oder durch Versintern eines geeignet aus entsprechenden Metallpulvern zusammengesetzten Presslings hergestellt, da thermisches Schweißen in der Regel aufgrund der Werkstoffpaarung ausscheidet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Pressling mindestens zwei Metallpulver oder alternativ Gemische von Metallpulvern mit anderen gewünschten Materialien, wie beispielsweise Keramiken, Legierungszuschläge und/oder Bindemittel.
Auch generative Herstellungsverfahren, wie beispielsweise „3D-Druck“, SLS, Flamm- und/oder Heißspritzen, sind für ein Erzielen des gewünschten internen Materialaufbaus denkbar. Beispielsweise sind dabei neben den funktionalen Aspekten auch Formgebungsaspekte berücksichtigt und Halterungen, Aufnahmen, Rippen, Durchbrüche, Löcher, Gewinde und Ähnliches realisierbar. Das hier vorgestellte Verfahren 800 ist insbesondere für eine Herstellung einer Hohlwelle und/oder eines Deckels des ERC Systems denkbar. Dabei sind Heiß-, Flamm- und/oder Plasmaspritzen denkbar. Dabei ist beispielsweise eine Abkühlgeschwindigkeit interessant, um eine Härte und eine Amorphheit als vorteilhafte Eigenschaft für eine magnetostriktive Sensorik zu erzielen. Ebenfalls ist beispielsweise eine Kombination aus magnetostriktiver Keramik FeCoO_x mit einem Metall denkbar.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Möglichkeit des Einbringens von Mustern und/oder Strukturen aus magnetostriktivem Material, wie beispielsweise Pulver, Bleche, Vorpresslinge, Einsätze, in die Oberfläche oder das Innere des Verformungskörpers realisiert. Eine besondere Ausführungsform ist beispielsweise ein graduierter oder gestufter Übergang an den Materialgrenzen für eine weiche Anpassung der Wärmespannungen. Alternativ ist dies über entsprechende Materialauswahl zu erreichen.
Zusammengefasst wird in dem Verfahren 800 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine gezielte Kombination zweier oder mehrerer Werkstoffe durch ein Festkörper-, Diffusions- und/oder Sinter-Verfahren zu einem Messkörper ermöglicht, der hier als Verformungskörper bezeichnet ist, für ein magnetostriktives Kraft- oder Drehmoment-Messverfahren mit zumindest einem Bereich mit vorteilhaften sensorischen Eigenschaften, sowie Bereichen, welche zum Fügen mit Nachbarbauteilen durch thermische Schweißverfahren geeignet sind. Sintern, Flammspritzen, Ultraschall- oder Diffusionsschweißen stellen dabei vorteilhafterweise in großen Stückzahlen zudem wirtschaftlich interessante Fertigungsverfahren dar. Durch das Verfahren 800 ist vorteilhafterweise ein segmentierter oder Pulver-metallurgisch hergestellter Verformungskörper herstellbar.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Verformungskörpers zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug. Das Verfahren 800 kann dem in 8 beschriebenen Verfahren 800 entsprechen oder ähneln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren 800 lediglich detaillierter abgebildet als in 8.
Das Verfahren 800 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt 900 des Bereitstellens eines Basismaterials, einen Schritt 904 des Bereitstellens des Bindemittels und einen Schritt 906 des Bereitstellens des magnetostriktiven Materials vor dem Schritt 808 des Bildens des Trägermaterials. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt 808 des Bildens einen Teilschritt 908 des Mischens des Basismaterials und des Bindemittels, um ein Gemisch zu erhalten. Ansprechend darauf umfasst der Schritt 808 des Bildens weiterhin einen Teilschritt 910 des Granulierens unter Verwendung des Gemischs, um das Trägermaterial beispielsweise in Form von Granulat zu erhalten, das anschließend im weiteren Verlauf des Verfahrens 800 in einem Teilschritt 912 des Bereitstellens als das Granulat bereitgestellt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst auch der Schritt 804 des Herstellens eine Mehrzahl von Teilschritten. In einem Teilschritt 914 des Vermengens wird das magnetostriktive Material mit dem Bindemittel vermengt, um ein weiteres Gemisch zu erhalten. In einem Teilschritt 916 des weiteren Granulierens wird unter Verwendung des weiteren Gemischs weiteres Granulat erhalten und in einem Teilschritt 918 des Bereitstellens das weitere Granulat bereitgestellt. In einem Teilschritt 20 des Spritzgießens wird weiterhin das Mittelelement hergestellt, das beispielsweise zu diesem Zeitpunkt auch als Grünling bezeichnet wird, und in einem Teilschritt 921 des Bereitstellens der Grünling bereitgestellt. Im Falle beispielsweise einer Fehlpressung wird in einem Teilschritt 922 des Rückführens die Fehlpressung zurückgeführt und bei beispielsweise einer weiteren Herstellung eines weiteren Verformungskörpers neu verwertet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 800 weiterhin einen Schritt 924 des Einlegens, in dem das Mittelelement beispielsweise in eine Schablone eingelegt wird, um es anschließend im Schritt 806 des Verbindens mit dem Trägermaterial zu verbinden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt 806 des Verbindens einen Teilschritt 926 des weiteren Spritzgießens, um einen weiteren Grünling zu erhalten, welcher in einem Teilschritt 928 des Bereitstellens als der weitere Grünling bereitgestellt wird. Ansprechend darauf umfasst das Verfahren 800 optional einen Schritt 930 des Entbinderns, in dem gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Bindemittel 904 aus dem weiteren Grünling ausgetrieben wird, um einen so genannten Braunling zu erhalten, der ferner in einem Schritt 932 des Bereitstellens als der Braunling bereitgestellt wird. Das Verfahren 800 umfasst einen optionalen Schritt 934 des Nachbearbeitens, der einen Teilschritt 936 des Sinterns umfasst, in dem der Braunling derart ausgehärtet wird, sodass der Verformungskörper als fertiges Endprodukt entsteht und in einem Schritt 938 des Bereitstellens als fertiges Endprodukt bereitgestellt wird.
10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektromechanischen Wankstabilisierungssystems 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in 1 genannte Wankstabilisierungssystem 1000 mit einem Verformungskörper 100 handeln, wie er in einer der 1 bis 5 beschrieben ist. Auch das Fahrzeug 1002 kann das in 1 beschriebene Fahrzeug 1002 sein.
Die rein schematische Darstellung zeigt einen Schnitt durch das Fahrzeug 1002 längs einer Hochachse und Querachse des Fahrzeugs 1002. Gezeigt ist beispielsweise eine erste Achse 1004 mit einem Ausführungsbeispiel einer Wankstabilisierungseinrichtung 1006 des Wankstabilisierungssystems 1000, die auch als Stabilisator bezeichnet wird. Die Wankstabilisierungseinrichtung 1006 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als zweigeteilter Drehstab mit einem ersten Stabilisatorelement 1008 und einem zweiten Stabilisatorelement 1010 realisiert. Hierbei ist ein Ende des ersten Stabilisatorelements 1008 mit einem ersten Radaufhängungselement 1012 des Fahrzeugs 1002 verbunden und ein Ende des zweiten Stabilisatorelements 1010 mit einem zweiten Radaufhängungselement 1014 des Fahrzeugs 1002 verbunden.
Beispielsweise sind die Enden der Stabilisatorelemente 1008, 1010 hierbei als, vorzugsweise etwa in Fahrtrichtung gebogene oder gekröpfte, Arme ausgeführt, die mittels gelenkig gelagerter Pendelstützen 1016, 1018 jeweils mit den Radaufhängungselementen 1012, 1014 verbunden sind. Bei den Radaufhängungselementen 1012, 1014 handelt es sich beispielsweise um gegenüberliegende Querlenker des Fahrzeugs 1002. Die Stabilisatorelemente 1008, 1010 sind je mittels eines Aufbaulagers 1020 um eine gemeinsame Drehachse D-D drehbar an einem Fahrgestell bzw. der Karosserie des Fahrzeugs 1002 befestigt. Die Drehachse D-D entspricht hierbei beispielhaft der Querachse des Fahrzeugs 1002.
Je ein einer Fahrzeugmitte des Fahrzeugs 1002 zugewandtes Ende der Stabilisatorelemente 1008, 1010 ist mit zumindest einem als Aktuator dienenden Elektromotor einer Drehstromantriebseinrichtung 1022 mechanisch gekoppelt. Die Drehstromantriebseinrichtung 1022 ist ausgebildet, um unter Verwendung eines Regelungssignals 1024 von einer Steuervorrichtung 1026, die Stabilisatorelemente 1008, 1010 gegensinnig um die Drehachse D-D zu verdrehen. Hierbei repräsentiert das Regelungssignal 1024 bspw. ein basierend auf einer feldorientierten Regelung ermitteltes Signal. Durch das gegensinnige Verdrehen der Stabilisatorelemente 1008, 1010 werden die Radaufhängungselemente 1012, 1014 bewegt und es kann einem Wanken der Karosserie bspw. bei Kurvenfahrt entgegengewirkt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 1002 mit der Steuervorrichtung 1026 ausgestattet, die an die Drehstromantriebseinrichtung 1022 angeschlossen ist und ausgebildet ist, um das Regelungssignal 1024 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 1002 kann auch zumindest ein zweites elektromechanisches Wankstabilisierungssystem aufweisen, das entsprechend zu dem Wankstabilisierungssystem 1000 ausgeführt sein kann. Alternativ kann auch auf ein alternatives Prinzip zur Wankstabilisierung zurückgegriffen werden. Beispielsweise können die Stabilisatorelemente 1008, 1010 entfallen, wenn die Gegenwankmomente beispielsweise unter Verwendung geeigneter Aktoren in den Radaufhängungselementen 1012, 1014 bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

100: Verformungskörper
102: Trägerelement
104: Mittelelement
106: erstes Ende
108: zweites Ende
110: Korpus
500, 501, 502, 503: Adapterstruktur
504: sensorischer Einleger
506: Innenwand
600: Abschnitt
602: Schicht
700: Stempel
702: Matrize
704: Pfeil
800: Verfahren
802: Schritt des Bereitstellens eines Trägermaterials
804: Schritt des Herstellens
806: Schritt des Verbindens
808: Schritt des Bildens
900: Schritt des Bereitstellens eines Basismaterials
904: Schritt des Bereitstellens des Bindemittels
906: Schritt des Bereitstellens des magnetostriktiven Materials
908: Teilschritt des Mischens
910: Teilschritt des Granulierens
912: Teilschritt des Bereitstellens des Granulats
914: Teilschritt des Vermengens
916: Teilschritt des weiteren Granulierens
918: Teilschritt des Bereitstellens des weiteren Granulats
920: Teilschritt des Spritzgießens
921: Teilschritt des Bereitstellens des Grünlings
922: Teilschritt des Rückführens
924: Schritt des Einlegens
926: Teilschritt des weiteren Spritzgießens
928: Teilschritt des Bereitstellens des weiteren Grünlings
930: Schritt des Entbinderns
932: Schritt des Bereitstellens des Braunlings
934: Schritt des Nachbearbeitens
936: Teilschritt des Sinterns
938: Schritt des Bereitstellens des fertigen Endprodukts
1000: Wankstabilisierungssystem
1002: Fahrzeug
1004: erste Achse
1006: Wankstabilisierungseinrichtung
1008: erstes Stabilisatorelement
1010: zweites Stabilisatorelement
1012: erstes Radaufhängungselement
1014: zweites Radaufhängungselement
1016: Pendelstütze
1018: Pendelstütze
1020: Aufbaulager
1022: Drehstromantriebseinrichtung
1024: Regelungssignal
1026: Steuervorrichtung
D-D: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3315933 B1 [0002]

Claims

Verfahren (800) zum Herstellen eines Verformungskörpers (100) zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem (1000) für ein Fahrzeug (1002), wobei das Verfahren (800) die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (802) eines Trägermaterials; Herstellen (804) eines mit dem Trägermaterial verbindbaren und durch die Kraft verformbaren Mittelelements (104); und Verbinden (806) des Trägermaterials mit dem Mittelelement (104), um den Verformungskörper (100) herzustellen.
Verfahren (800) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (804) des Herstellens das Mittelelement (104) durch Spritzgießen, Pressen, 3D-Druck, Flammspritzen, Heißspritzen und/oder Sintern hergestellt wird.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (806) des Verbindens das Trägermaterial und das Mittelelement (104) durch Spritzgießen miteinander verbunden werden.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (806) des Verbindens das Trägermaterial und das Mittelelement (104) durch Festkörperschweißen, Flammspritzen und/oder Sintern miteinander verbunden werden.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (804) des Herstellens das Mittelelement (104) als Sensorelement hergestellt wird.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (806) des Verbindens das Mittelelement (104) derart mit dem Trägermaterial verbunden wird, dass zumindest eine Seite des Mittelelements (104) zumindest eine weitere Seite des Trägermaterials kontaktiert.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (806) des Verbindens das Mittelelement (104) an einer Innenwand (506) oder an einer Außenwand oder zwischen einer Mehrzahl von Teilabschnitten des Trägermaterials angeordnet wird.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (804) des Herstellens das Mittelelement (104) hergestellt wird, das ringförmig ausgeformt ist.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (804) des Herstellens das Mittelelement (104) hergestellt wird, das ein fischgrätenartiges Muster aufweist.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (804) des Herstellens das Mittelelement (104) hergestellt wird, das X-förmig ausgeformt ist.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (808) des Bildens des Trägermaterials vor dem Schritt (802) des Bereitstellens, wobei im Schritt (808) des Bildens das Trägermaterial unter Verwendung zumindest eines Basisstoffs und eines Bindemittels gebildet wird.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (806) des Verbindens das Trägermaterial zumindest teilweise zylindrisch ausgeformt wird, um ein Trägerelement (102) zu erhalten.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (804) des Herstellens das Mittelelement (104) unter Verwendung zumindest eines magnetostriktiven Materials und eines Bindemittels hergestellt wird.
Verformungskörper (100) zum Messen einer Kraft und/oder eines Drehmoments für ein Wankstabilisierungssystem (1000) für ein Fahrzeug (1002), wobei der Verformungskörper (100) die folgenden Merkmale aufweist: ein Trägerelement (102); und ein mit dem Trägerelement (102) verbundenes und durch die Kraft verformbares Mittelelement (104).
Verformungskörper (100) gemäß Anspruch 14, wobei das Mittelelement (104) zumindest eine Adapterstruktur (500, 501, 502, 503) und einen an der Adapterstruktur (500, 501, 502, 503) angeordneten sensorischen Einleger (504) aufweist.