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Die Erfindung betrifft eine Entkopplungseinheit für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Daneben betrifft die Erfindung einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Entkopplungseinheit gemäß Anspruch 15.
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Aus der Fahrwerkstechnik ist es seit langem bekannt, Kraftfahrzeuge mit einem sogenannten Wankstabilisator auszustatten, um die Fahrzeugstabilität sowie den Fahrkomfort zu steigern. In einfacher Ausführung handelt es sich hierbei um eine im Wesentlichen c-förmige Drehstabfeder, die im mittigen Bereich gegenüber der Karosserie des Fahrzeugs gelagert ist und deren äußere, sich gegenüberliegende Enden jeweils mit einer Radaufhängung gekoppelt sind. Durch diese Konstruktion sorgt der Wankstabilisator dafür, dass bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs die Karosserie nicht nur an der kurvenäußeren Seite (bedingt durch die Zentrifugalkraft), sondern zudem an der kurveninneren Seite zumindest etwas einfedert (Kopierverhalten zur Verringerung des Wankens).
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Zur weiteren Steigerung der Fahrzeugstabilität und des Fahrkomforts ist es darüber hinaus bekannt, derartige Wankstabilisatoren aktiv verstellbar auszuführen. Ein aktiv verstellbarer Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug umfasst zu diesem Zweck einen Aktuator und ist in zwei mit Hilfe des Aktuators relativ zueinander um eine Rotationsachse verdrehbare Stabilisatorabschnitte geteilt. Durch Verdrehung der Stabilisatorabschnitte zueinander (um die Rotationsachse) wird eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus (Karosserie) gezielt erzeugt oder einer durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt entgegengewirkt. Der Aktuator eines solchen Wankstabilisators umfasst als wesentliche Elemente vorzugsweise einen Elektromotor, ein davon antreibbares mehrstufiges Planetengetriebe sowie eine drehelastische Kupplung zur Dämpfung von Schwingungen innerhalb des aus Elektromotor, mehrstufigen Planetengetriebe und damit in Antriebsverbindung stehenden Stabilisatorabschnitts gebildeten Antriebsstrangs.
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Aus der
DE 10 2020 209 788 A1 ist eine Entkopplungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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Weiterhin offenbart
DE 10 2009 013 367 A1 eine Entkopplungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei dienen elastische Profilbündel zur gedämpften Drehmomentübertragung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil.
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Aus
DE 10 2013 225 978 A1 ist eine weitere Entkopplungseinheit bekannt, die für einen elektromechanischen Aktuator eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Der Aktuator weist einen Elektromotor, ein daran angekoppeltes Getriebe und eine elastische Entkopplungseinheit auf, die am Getriebeeingang des Aktuators angeordnet ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Entkopplungseinheit für einen elektrischen Antriebsstrang eines elektromechanischen Aktuators eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die sich unter Gewährleistung guter Dämpfungseigenschaften einfach herstellen lässt. Daneben soll ein damit ausgestatteter aktiv verstellbarer Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug angegeben werden.
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Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch eine Entkopplungseinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um eine Entkopplungseinheit für einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere eines elektromechanischen Aktuators eines Kraftfahrzeugs, mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Antriebsteil, einem um die Rotationsachse drehbaren Abtriebsteil sowie einer dazwischen wirkenden Kupplung zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil und Abtriebsteil. Erfindungsgemäß ist die Entkopplungseinheit dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil wirkende Federelemente aufweist, die das Antriebsteil und/oder das Abtriebsteil in Anlagebereichen kontaktieren, deren axiale Erstreckung von einem auf die Kupplung wirkenden Drehmoment abhängig ist, wobei Federelemente im unbelasteten Zustand einen von der zur Rotationsachse parallelen Axialrichtung abweichenden Außenkonturverlauf aufweisen.
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Zunächst einmal kann es sich bei den erfindungsgemäß vorgesehenen Federelementen um unterschiedlich geartete und/oder gestaltete Elemente handeln, die zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil der Kupplung eine Federwirkung ausüben. Erfindungsgemäß kontaktieren die Federelemente das Antriebsteil und/oder das Abtriebsteil - im montierten Zustand der Entkopplungseinheit - in sogenannten Anlagebereichen. Als Anlagebereich sei in diesem Zusammenhang eine Kontaktfläche zwischen jeweiligen Federelementen und Antriebsteil und/oder Abtriebsteil verstanden. Erfindungsgemäß sind die Federelemente selbst sowie deren Anordnung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil derart gestaltet, dass die axiale Erstreckung der Anlagebereiche sich mit einem auf die Kupplung wirkenden Drehmoment verändern kann, mit anderen Worten davon abhängig ist. Entsprechend führt die Gestaltung der Federelemente bzw. deren Anordnung dazu, dass sich die Federelemente unter Einwirkung eines Drehmoments auf die Kupplung verformen und sich unter dem Einfluss der Verformung die axiale Erstreckung der Anlagebereiche der Federelemente am Antriebsteil und/oder Abtriebsteil verändert. Die so gestaltete Entkopplungseinheit stellt eine drehelastische Verbindung von Antriebsteil und Abtriebsteil her und lässt sich auf einfache Weise herstellen. In dem sich die axiale Erstreckung der Anlagebereiche abhängig vom Drehmoment verändert, lässt sich eine Kennlinie der Entkopplungseinheit (die insbesondere einen Zusammenhang zwischen übertragenem Drehmoment und Drehwinkel zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil repräsentiert) vorteilhaft beeinflussen. Insbesondere lässt sich damit ein progressiver Kennlinienverlauf mit konstruktiv verhältnismäßig einfachen Mitteln erzielen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Entkopplungseinheit ist vorgesehen, dass bei niedrigem Drehmoment die axiale Erstreckung der Anlagebereiche Null beträgt oder zumindest gering ist, während bei dem gegenüber höherem Drehmoment die axiale Erstreckung der Anlagebereiche dem gegenüber höher ist oder sogar eine gesamte wirksame axiale Länge des jeweiligen Federelements beträgt.
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Erfindungsgemäß sind die Federelemente derart gestaltet, dass diese im unbelasteten Zustand (der Kupplung) einen von der zur Rotationsachse parallelen Axialrichtung abweichenden, insbesondere gebogenen, wellenförmigen und/oder zick- zack-förmigen Außenkonturverlauf aufweisen. Eine derartige Gestaltung der Federelemente gewährleistet, dass in einem unbelasteten Zustand bzw. wenig belasteten Zustand der Kupplung die Federelemente das Antriebsteil und/oder Abtriebsteil in Anlagebereichen kontaktieren, die nur eine geringe axiale Erstreckung aufweisen. Bespielweise kontaktieren die Federelemente das Antriebsteil und/oder Abtriebsteil nur punktuell oder auf einem geringen Teil der axialen Erstreckung.
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Vorteilhaft verformen sich die Federelemente unter einem auf die Kupplung wirkenden Drehmoment aus einem unverformten Zustand mit von der Axialrichtung abweichenden Außenkonturverlauf in einen verformten Zustand mit der Axialrichtung angenähertem Außenkonturverlauf.
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Zweckmäßigerweise sind die Federelemente zwischen Übertragungsflächen des Antriebsteil und Übertragungsflächen des Abtriebsteils wirkend angeordnet.
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Zur Gewährleistung der Funktion der Kupplung sind die Federelemente vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere aus Metall oder Kunststoff hergestellt.
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Die Entkopplungseinheit ist einfach herstellbar, insbesondere einfach montierbar, indem die Kupplung eine Vielzahl von Federelementen aufweist, die integraler Bestandteil eines zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil angeordneten Strukturkörpers sind. Die Federelemente brauchen somit nicht einzelnd montiert bzw. zunächst positioniert zu werden, sondern können als Teil eines Strukturkörpers zusammen gehörig gehandhabt und montiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Entkopplungseinheit tragen die zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil wirkenden Federelemente zur Herstellung der drehelastischen Verbindung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil bei. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Entkopplungseinheit ist vorgesehen, dass der die Federelemente beinhaltende Strukturkörper einen elastischen Formkörper aus einem Elastomer aufnimmt, der ebenfalls zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil wirkend angeordnet ist. Auf noch zu beschreibende Weise trägt der elastische Formkörper damit ebenfalls zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil und Abtriebsteil bei.
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Vorzugsweise ist der elastische Formkörper im Profil bezogen auf die Rotationsachse sternförmig mit aus seiner Wandung gebildeten Strahlen, vorzugsweise fünfstrahlig oder sechsstrahlig ausgebildet.
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Abhängig von der Gestaltung der erfindungsgemäß vorgesehenen Federelemente einschließlich deren Anordnung sowie des elastischen Formkörpers kann die elastische Verbindung von Antriebsteil und Abtriebsteil ein unterschiedliches Verhalten aufweisen. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass Antriebsteil und Abtriebsteil unter Einwirkung eines verhältnismäßig geringen Drehmoments innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs gegeneinander verdrehbar sind, innerhalb dessen eine elastische Verformung ausschließlich des elastischen Formkörpers stattfindet. Mit anderen Worten, innerhalb des ersten Verdrehwinkelbereichs findet eine Verformung der Federelemente nicht statt.
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Darüber hinaus ist vorteilhaft vorgesehen, dass Antriebsteil und Abtriebsteil unter Einwirkung eines verhältnismäßig hohen Drehmoments innerhalb eines zweiten Verdrehwinkelbereichs gegeneinander verdrehbar sind, innerhalb dessen die Federelemente sowohl das Antriebsteil als auch das Abtriebsteil in den Anlagebereichen kontaktieren und eine elastische Verformung der Federelemente stattfindet.
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Eine in konstruktiver Hinsicht vorteilhafte Gestaltung der Entkopplungseinheit ergibt sich, in dem das Antriebsteil ein insbesondere fünfstrahliges Keilwellenprofil aufweist, dass in ein dazu komplementäres Nutprofil des Abtriebsteils eingreift, um über die dazwischen wirkende Kupplung ein Drehmoment vom Antriebsteil auf das Abtriebsteil zu übertragen.
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Eine im Antriebsstrangs eines aktiv verstellbaren Wankstabilisators zum Einsatz kommende Entkopplungseinheit hat die Anforderung zu erfüllen, unter beiden Lastrichtungen, d.h. Rotationsrichtungen, gleichermaßen zu wirken. Eine dieser Anforderung genügende Gestaltung sieht vor, dass gemäß einem Schnitt durch die Kupplung in radialer Richtung zwei Federelemente eine Zacke des Antriebselements zusammen betrachtet u-förmig umgreifen und damit die Zacke gegenüber einer korrespondierenden Nut des Abtriebselements beidseitig einfassen, das in beiden Lastrichtungen der Kupplung eine gleichwirkende Entkopplung erzielbar ist.
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Zum Schutz der Entkopplungseinheit vor übermäßiger Beanspruchung - und damit vor Beschädigungen der Federelemente und/oder des elastischen Formkörpers sieht eine vorteilhafte Gestaltung vor, dass mit Überschreiten eines Grenzdrehmoments ein maximaler Verdrehwinkel erreicht ist, bei dem Antriebsteil und Abtriebsteil so stark gegeneinander verdreht sind, dass ein axialer Bereich des Keilwellenprofils des Antriebsteils in unmittelbaren Kontakt mit einem korrespondierenden axialen Bereich des Nutprofils des Abtriebsteils steht, um eine weitere Verdrehung im Sinne eines Endanschlags zu verhindern.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird daneben gelöst durch einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15. Erfindungsgemäß ist dieser mit einer in dessen Aktuator angeordneten, wie zuvor beschriebene Entkopplungseinheit ausgestattet. Dabei steht das Antriebsteil, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines mehrstufigen Planetengetriebes, in Antriebsverbindung einem Antriebsmotor, und das Abtriebsteil ist einem Stabilisatorabschnitt des Wankstabilisators zugeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beigefügten Zeichnung näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Wirkungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
- 1 einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator in vereinfachter schematischer Ansicht,
- 2 einen Teil eines Aktuators eines aktiv verstellbaren Wankstabilisators in vereinfachter Schnittdarstellung,
- 3 eine Entkopplungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweise explosionsartiger Darstellung,
- 4a eine Teilansicht einer Entkopplungseinheit in unbelastetem Zustand als Prinzipdarstellung,
- 4b die Entkopplungseinheit gemäß 4a im belasteten Zustand,
- 5a die Entkopplungseinheit gemäß 3 in Explosionsdarstellung,
- 5b die Entkopplungseinheit aus 5a in Seitenansicht,
- 5c die Entkopplungseinheit aus 5a bzw. 5b in schräger Seitenansicht,
- 6a eine Kupplung, die in der Entkopplungseinheit gemäß 3, 5a - 5c zum Einsatz kommt, in Draufsicht,
- 6b die Kupplung gemäß 6a in Seitenansicht,
- 6c die Kupplung gemäß 6a, 6b in Rückansicht.
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1 zeigt in schematischer Ansicht einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator 20 für ein Kraftfahrzeug. Zwei Räder 22 sind über Radaufhängungen 23 an einen nicht dargestellten Fahrzeugaufbau angebunden. Die Radaufhängungen 23 ermöglichen grundsätzlich unabhängige Höhenbewegungen der Räder 22 in Fahrzeughochrichtung, bspw. um Fahrbahnunebenheiten bei Fahrt des Kraftfahrzeugs auszugleichen. Die Radaufhängungen 23 der Räder 22 sind über einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator 20 miteinander gekoppelt. Der Wankstabilisator 20 ist im Bereich seiner Drehachse 2 drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau (nicht gezeigt) gelagert.
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Eine linke Stabilisatorhälfte 24b und eine rechte Stabilisatorhälfte 24a sind über einen dazwischen angeordneten Aktuator 21 zu einer c-förmigen Anordnung (Wankstabilisator) verbunden. Die Enden der Stabilisatorabschnitte 24a, 24b sind über nicht näher bezeichnete Pendelstützen jeweils mit den Radaufhängungen 23 der Räder 22 gekoppelt. Auf für sich gesehen bekannte Weise dient der aktiv verstellbare Wankstabilisator 20 dazu, Hubbewegungen der Räder 22 zu koppeln (Kopierverhalten), daneben kann der Aktuator 21 dazu eingesetzt werden, eine Verdrehung der Stabilisatorabschnitte 24a, 24b bedarfsweise verhindern oder diese aktiv bewirken. Als wesentliche Elemente umfasst der Aktuator 21 ein Gehäuse 27 mit im Wesentlichen zylindrischer Grundform, in welchem ein als Antriebseinheit dienender Elektromotor 25 sowie ein davon antreibbares mehrstufiges Planetengetriebe 26 bezogen auf die Rotationsachse 2 koaxial angeordnet sind.
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2 zeigt in Teilansicht einen Schnitt durch einen Aktuator 21, der bspw. an einem verstellbaren Wankstabilisator 20 wie in 1 gezeigt, zum Einsatz kommen kann. Lediglich durch ein Bezugszeichen 25 angedeutet treibt ein Elektromotor 25 ein mehrstufiges Planetengetriebe 26 an, das bezogen auf eine Rotationsachse 2 koaxial zu diesem angeordnet ist. Der Aufbau und die Funktionsweise des mehrstufigen Planetengetriebes ist für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung und sei daher nicht näher erläutert. Ein um die Rotationsachse 2 drehbar gegenüber dem Gehäuse 27 des Aktuators 21 gelagertes Abtriebsteil 4 ist mit einem rechten Stabilisatorabschnitt 24a (vergleiche 1) fest verbunden, bspw. mit diesem verschweißt (zeichnerisch nicht dargestellt). Das mit dem Stabilisatorabschnitt 24a verbundene Abtriebsteil 4 steht mit dem Elektromotor 25 unter Zwischenschaltung des mehrstufigen Planetengetriebes 26 in Antriebsverbindung. Das mehrstufige, hier dreistufige Planetengetriebe 26 weist getriebeausgangsseitig einen Planetenträger auf, der in 2 als Antriebsteil 3 bezeichnet ist. Zur Übertragung einer Antriebsleistung vom Antriebsteil 3 auf das Abtriebsteil 4 dient eine Kupplung 5, die in 2 zwar zeichnerisch nicht dargestellt, jedoch hinsichtlich deren Position bezeichnet ist. Entsprechend weist der Aktuator 21 bzw. ein damit ausgestatteter aktiv verstellbarer Wankstabilisator 20 in dessen Antriebsstrang eine Entkopplungseinheit 1 auf, die als wesentliche Elemente das um die Rotationsachse 2 drehbare Antriebsteil 3, das um die Rotationsachse 2 drehbare Abtriebsteil 4 sowie die dazwischen wirkende Kupplung 5 zur drehelastischen Verbindung von Antriebsteil 3 und Abtriebsteil 4 aufweist. Der Aufbau und die Funktionsweise der Entkopplungseinheit sei anhand der nachfolgenden 3 - 6c nachfolgend näher erläutert.
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3 zeigt eine Entkopplungseinheit 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweise explosionsartiger Darstellung von der Seite. Zu sehen sind im linken Bildbereich ein Antriebsteil 3, auf welches im mittleren Bildbereich eine Kupplung 5 aufgesteckt ist und im rechten Bildbereich ein Abtriebsteil 4, wobei das Abtriebsteil 4 bezogen auf eine durch die Rotationsachse 2 vorgegebene Axialrichtung gegenüber einem Einbauzustand axial verschoben ist, um den Aufbau der Entkopplungseinheit 1 besser sichtbar zu machen.
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Die in 3 dargestellte Entkopplungseinheit 1 gilt auch in den 5a - 5c - dort in reiner Explosionsdarstellung - in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die 6a - 6c zeigen ausschließlich die zum Einsatz kommende Kupplung 5 der Entkopplungseinheit 1 in Vorder- Seiten- und Rückansicht. Dem zufolge handelt es sich bei den in den 3, 5a - 5c sowie 6a - 6c dargestellten Bauteilen um Bauteile desselben Ausführungsbeispiels der Erfindung. Zur Vermeidung von Wiederholungen bezieht sich die nachfolgende Beschreibung daher auf sämtliche der genannten Figuren, die dasselbe Ausführungsbeispiel betreffen.
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Wie in den 3 sowie 5a - 5c zu sehen, weist das Antriebsteil 3 ein fünfstrahliges Keilwellenprofil auf. Entsprechend sind am Antriebsteil 3 insgesamt 5 gleichartige Zacken 13 ausgebildet, die an dem Abtriebsteil 4 zugewandten Ende des Antriebsteil 3 in fünf radiale Richtungen nach außen abragen. Das so gebildete fünfstrahlige Keilwellenprofil des Antriebsteils 3 ragt in ein dazu komplementäres Nutprofil des Abtriebsteils 4 und greift in dieses ein (in einem Zusammenbauzustand), wozu am Abtriebsteil 4 fünf Nuten 17 ausgebildet sind, die mit den fünf Zacken 13 des Antriebsteils 3 korrespondieren. An den Zacken 13 des Antriebsteils 3 werden jeweils beidseitig Übertragungsflächen 15 gebildet, während an den Nuten 17 des Abtriebsteils 4 Übertragungsflächen 16 gebildet werden. Zwischen dem Keilwellenprofil des Antriebsteils 3 und dem Nutprofil des Abtriebsteils 4 ist eine Kupplung 5 angeordnet, die dazu geeignet ist, vom Antriebsteil 3 ein Drehmoment M auf das Abtriebsteil 4 zu übertragen.
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Die Kupplung 5, wie für sich gesehen in den 6a - 6c zu sehen, besteht im Wesentlichen aus einem Strukturkörper 10, der einen elastischen Formkörper 12 aus einem Elastomer aufnimmt. Der Strukturkörper 10 ist aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, bevorzugt aus Metall hergestellt. Der Strukturkörper 10 ist entsprechend der Darstellung von 6a bzw. 6c bezogen auf die Rotationsachse 2 sternförmig mit aus seiner Wandung gebildeten Strahlen 14 fünfstrahlig ausgebildet. Die fünf Strahlen 14 ragen in radialer Richtung nach außen ab. Der Strukturkörper 10 erstreckt sich daneben, wie in 6b zu sehen, in axialer Richtung von einer Grundplatte 11 an einem dem Abtriebselement 4 zugewandten axialen Ende hin zu einem gegenüberliegenden axialen Ende, das durch eine Vielzahl von Federelementen 6 gebildet wird. Bedingt durch seine käfigartige Struktur nimmt der Strukturkörper 10 den elastischen Formkörper 12 auf. Der Strukturkörper 10 weist dabei eine größere axiale Erstreckung auf als der elastische Formkörper 12, entsprechend ragen die Federelemente 6, die integraler Bestandteil des Strukturkörpers 10 sind, in axialer Richtung über den elastischen Formkörper 12 hinausgehend in Richtung des Antriebsteils 3 (vergleiche 3) ab.
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Wie in 5a - 5c zu sehen, ist das am Antriebsteil 3 ausgebildete Keilwellenprofil mit einem Absatz 18 versehen. Entsprechend weist jede der fünf Zacken 13 über deren axialen Verlauf eine Abstufung auf, konkret weisen die Zacken 13 des Antriebsteils 3 in einem axial endseitigen Bereich eine geringere Dicke auf als im Bereich des Absatzes 18.
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Wie in 6b zu sehen, weisen die Federelemente 6 - im dort dargestellten unbelasteten Zustand - einen von der zur Rotationsachse 2 parallelen Axialrichtung abweichenden, nämlich leicht gebogenen Außenkonturverlauf 9a auf. Wie in 3 zu sehen, kontaktieren die Federelemente 6 endseitig eine Zacke 13 des Antriebsteil 3 in einem Anlagebereich 7. Der Anlagebereich 7 ist Teil des Absatzes 18 der Zacke 13 des Antriebsteils 3. Der Darstellung von 3 ist weiterhin entnehmbar, dass in einem zusammen gebauten Zustand der Entkopplungseinheit 1, d.h. wenn das Abtriebsteil 4 in axialer Richtung auf die Kupplung 5 aufgeschoben ist, um diese zu umschließen, das die Federelemente 6 das Abtriebsteil 4 in einem Anlagebereich 8 kontaktieren, der im Zusammenbauzustand nämlich die Übertragungsfläche 16 des Abtriebsteil 4 kontaktiert.
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In den 4a und 4b ist anhand einer vereinfachenden Prinzipdarstellung die Wirkungsweise der Federelemente 6 dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Demnach zeigt 4a eine Zacke 13 des Antriebsteils 3 im Eingriff in einer Nut 16 des Abtriebsteils 4 mit dazwischen wirkenden Federelementen 6 im unbelasteten Zustand. Demgegenüber zeigt 4b dieselbe Anordnung in einem durch ein Drehmoment M belasteten Zustand. Zu sehen ist, dass die Federelemente 6 gemäß den in 4a gezeigten unbelasteten Zustand im Schnitt in radialer Richtung zueinander spiegelsymmetrisch angeordnet sind, in dem zwei Federelemente 6 die Zacke 13 des Antriebselements 3 zusammenbetrachtet u-förmig umgreifen und damit die Zacke 13 gegenüber der korrespondierenden Nut 17 des Abtriebselements 4 beidseitig einfassen. Die beiden Federelemente 6, die ja integraler Bestandteil des Strukturkörpers 10 sind, und über die Grundplatte 11 miteinander verbunden sind, sind formelastisch und kontaktieren einerseits im Anlagebereich 7 das Antriebsteil 3, andererseits im Anlagebereich 8 das Abtriebsteil 4. Bedingt durch deren formelastische Eigenschaft halten die Federelemente 6 die Zacke 13 des Antriebselements 3 zunächst in einer wie in 4a dargestellten mittigen Position.
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Unter Einwirkung eines Drehmoments M findet eine Verdrehung des Antriebsteils 3 gegenüber dem Abtriebsteil 4 um die Rotationsachse 2 statt, wobei sich das gemäß Darstellung von Figur b untere Federelement 6 verformt. Konkret verformt sich das Federelement 6 in einen verformten Zustand, in welchem dieses einen der Axialrichtung 2 angenäherten Außenkonturverlauf 9b aufweist. Entsprechend entwickelt das verformte Federelement 6 eine Rückstellkraft, welche die Zacke 13 des Antriebsteils 3 in die Ursprungslage gemäß 4a zurückzubringen versucht.
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Neben einer Positionsveränderung der Zacke 13 gegenüber der Nut 17, d.h. einer Verdrehung des Antriebsteils 3 gegenüber dem Abtriebsteil 4 haben sich im Vergleich der Zustände von Figur a und 4b die Anlagebereiche 7 und 8 verändert. Während sich in 4a der Anlagebereich 7 axial nur punktuell erstreckt, erstreckt sich dieser im Zustand gemäß 4b über die gesamte wirksame axiale Länge des Federelements 6. Während sich der Anlagebereich 8 gemäß 4a nur über einen Teil des Federelements 6 erstreckt, erstreckt sich dieser im gemäß 4b über die gesamte wirksame Länge des Federelements 6. Entsprechend ist die axiale Erstreckung der Anlagebereiche 7 und 8 abhängig vom Drehmoment M, das auf die Kupplung 5 wirkt.
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Die Entkopplungseinheit 1 gemäß den 3 bzw. 5a - 5c ist vorteilhaft so gestaltet, dass Antriebsteil 3 und Abtriebsteil 4 unter Einwirkung eines verhältnismäßig geringen Drehmoments M innerhalb eines ersten Verdrehwinkelbereichs gegen einander verdrehbar sind, innerhalb dessen eine elastische Verformung ausschließlich des elastischen Formkörpers 12 stattfindet. Entsprechend liegt in einem unbelasteten Zustand der Entkopplungseinheit 1 zwischen den Federelementen 6 und den jeweiligen Zacken 13 des Antriebsteils ein zumindest geringfügig, zeichnerisch nicht sichtbares, Spiel vor, während der elastische Formkörper 12 unmittelbar an Antriebsteil 3 und Abtriebsteil 4 anliegt. Entsprechend wird innerhalb des ersten Verdrehwinkelbereichs (kleine Winkel) ausschließlich der elastische Formkörper, nicht aber die Federelemente 6 verformt.
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Hingegen sind unter Einwirkung eines verhältnismäßig hohen Drehmoments M Antriebsteil 3 und Abtriebsteil 4 innerhalb eines zweiten Verdrehwinkelbereichs (dem gegenüber größere Winkel) gegeneinander verdrehbar, innerhalb dessen die Federelemente 6 sowohl das Antriebsteil 3 als auch das Abtriebsteils 4 in den Anlagegebereichen 7 und 8 kontaktieren, wobei eine elastische Verformung jeweiliger Federelemente 6 (drehrichtungsabhängig) stattfindet. Entsprechend wirken bei höheren Drehmomenten M und entsprechenden Erreichen des zweiten Verdrehwinkelbereichs sowohl der elastische Formkörper als auch die betroffenen Federelemente 6 einer weiteren Verdrehung von Antriebsteil 3 und Abtriebsteil 4 entgegen. Auf diese Weise wird ein progressiver Kennlinienverlauf der Kupplung erzielt.
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Optional kann vorgesehen sein, dass mit Überschreiten eines bestimmten Grenzdrehmoments M ein maximaler Verdrehwinkel erreicht ist, bei dem Antriebsteil 3 und Abtriebsteil 4 so stark gegeneinander verdreht sind, dass ein axialer Bereich des Keilwellenprofils des Antriebsteils 3 in unmittelbaren Kontakt mit einem korrespondieren axialen Bereich des Nutprofils des Abtriebsteils 4 steht, wodurch eine weitere Verdrehung im Sinne eines Endanschlags verhindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Entkopplungseinheit
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Antriebsteil
- 4
- Abtriebsteil
- 5
- Kupplung
- 6
- Federelement
- 7
- Anlagebereich
- 8
- Anlagebereich
- 9a
- Außenkonturverlauf (unverformt)
- 9b
- Außenkonturverlauf (verformt)
- 10
- Strukturkörper
- 11
- Grundplatte
- 12
- elastischer Formkörper
- 13
- Zacke des Antriebsteils
- 14
- Strahl des elastischen Formkörpers
- 15
- Übertragungsfläche des Antriebsteils
- 16
- Übertragungsfläche des Abtriebsteils
- 17
- Nut des Abtriebsteils
- 18
- Absatz
- 20
- aktiv verstellbarer Wankstabilisator
- 21
- Aktuator
- 22
- Rad
- 23
- Radaufhängung
- 24a, 24b
- rechter Stabilisatorabschnitt, linker Stabilisatorabschnitt
- 25
- Elektromotor
- 26
- mehrstufiges Planetengetriebe
- 27
- Gehäuse
- M
- Drehmoment
