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Die Erfindung betrifft ein Schwenkmotorgetriebe eines zur Wankregelung
geteilten Kraftfahrzeugstabilisators, nach dem Oberbegriff des ersten
Anspruchs.
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Es ist bereits bekannt, einen Kraftfahrzeugstabilisator in eine erste, der
Aufhängung des linken Rades einer Fahrzeug-Achse zugeordnete
Stabilisatorhälfte und in eine zweite, der Aufhängung des rechten Rades dieser
Fahrzeug-Achse zugeordnete Stabilisatorhälfte zu unterteilen. Sind diese
Stabilisatorhälften um deren gemeinsame Längsachse gegeneinander
verdrehbar, kann gegenüber Fahrwerken mit einstückigem Stabilisator eine deutlich
gesteigerte Wankstabilität erreicht werden, wenn zwischen den beiden
Stabilisatorhälften ein geeigneter Schwenkmotor vorgesehen ist, der aufgrund
einer geeigneten Ansteuerung diese Stabilisatorhälften bedarfsgerecht
gegeneinander verdreht. Dieser Schwenkmotor kann hydraulisch angetrieben
werden.
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Anstelle eines hydraulischen Drehantriebes kann auch ein
elektromechanischer Schwenkmotor vorgesehen werden, der einen Elektromotor und ein
mechanisches Getriebe sowie eine Feststellbremse umfasst, wie dies in der
DE 198 46 275 A1 beschrieben ist. Dann erhält man einen Stabilisator,
dessen beide Stabilisatorhälften, die durch einen elektromechanischen
Schwenkmotor miteinander verbunden sind, durch diesen gezielt zueinander
verdreht werden können, damit ein gewünschtes Stabilisatormoment erzeugt
wird, welches dann das Wanken des Fahrzeug-Aufbaus verhindert.
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Elektromotore zeichnen sich üblicherweise durch hohe Drehzahlen und
geringe Nennmomente aus und sind per se für den vorliegenden
Anwendungsfall in einem elektromechanischen Stabilisator nicht besonders gut
geeignet. Der elektromechanische Schwenkmotor hierin sollte nämlich hohe
Drehmomente bei geringen Drehwinkeln erzeugen. Für das benötigte
Getriebe ergibt sich aus diesem Widerspruch zwangsläufig eine hohes
Übersetzungsverhältnis, welches jedoch Nachteile mit sich bringt. So resultiert
hieraus nicht nur eine große Baugröße (aufgrund der erforderlichen
Planetenstufen), sondern auch ein relativ niedriger Wirkungsgrad (aufgrund der
unvermeidbaren Reibungsverluste). In Abhängigkeit vom jeweiligen
Anwendungsfall sind derart hohe Drehmomente am Stabilisator zu realisieren, dass
die hierfür erforderlichen hohen Übersetzungsverhältnisse mit dem zur
Verfügung stehenden Bauraum, sowie dem erforderlichen Wirkungsgrad nicht
zu verwirklichen sind.
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Die DE 101 33 431 beschreibt deshalb Schwenkmotoren mit einfachem
Getriebe, welches auch für einen elektromotorischen Stellantrieb gut geeignet
ist, nämlich ein Kurvenbahn-Getriebe, das mit zwei den Stabilisatorhälften
zugeordneten, um eine gemeinsame Längsachse gegeneinander
verdrehbaren Kurvenbahnträgern, in deren sich voneinander unterscheidenden und
sich zumindest abschnittsweise im wesentlichen in Richtung der
gemeinsamen Längsachse erstreckenden Kurvenbahnen, ein mittels des
Verstellantriebs längs dieser Kurvenbahnen verschiebbares Koppelelement geführt ist.
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Dabei sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der
Verstellantrieb keineswegs in Form eines Elektromotors ausgebildet sein muss,
jedoch sein kann. Die besonderen Vorteile des vorgeschlagenen Getriebes
kommen jedoch auch bei anderen Verstellantrieben zum Tragen, so zum
Beispiel in Verbindung mit einer das Koppelelement längs der Kurvenbahnen
verschiebenden, bevorzugt hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit.
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Es ist auch möglich, das Koppelelement einfach durch einen Elektromotor
längs der Kurvenbahnen zu verschieben, zum Beispiel unter
Zwischenschaltung einer Gewindespindel.
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Ein solches Kurvenbahn-Getriebe, bei dem ein Koppelelement gleichzeitig in
zwei unterschiedlichen Kurvenbahnen geführt ist, die ihrerseits in zwei
voneinander getrennten Kurvenbahnträgern vorgesehen sind, die
gegeneinander um eine gemeinsame Längsachse verdrehbar sind, hat den Nachteil,
dass die beiden Kurvenbahnträger an den Laufflächen des Koppelelements
sehr hohe Flächenpressungen aufnehmen müssen. Werden die Laufflächen
des Koppelelements im Kurvenbahnträger durch Einsatz- oder
Induktionshärten oder durch Oberflächenbeschichtungen wie Nitrieren,
Hartverchromen oder physikalische Dampfabscheidung oberflächenbehandelt, kann
mechanischer Verzug entstehen, der unter Umständen nicht oder nur mit
hohem technischem und zeitlichem Aufwand korrigiert werden kann.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kurvenbahn-Getriebe, bei dem ein
Koppelelement gleichzeitig in zwei unterschiedlichen Kurvenbahnen geführt
ist, die ihrerseits in zwei voneinander getrennten Kurvenbahnträgern
vorgesehen sind, so herzustellen, dass die genannten Nachteile vermieden
werden.
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Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Nach der Erfindung besteht ein Schwenkmotor aus einem Verstellantrieb,
sowie einem diesem nachgeschalteten Schwenkmotorgetriebe. Dieses ist in
Form eines Kurvenbahn-Getriebes ausgebildet, mit zwei den beiden
Stabilisatorteilen zugeordneten, um eine gemeinsame Längsachse gegeneinander
verdrehbaren Kurvenbahn-Trägern. In deren sich voneinander
unterscheidenden und sich zumindest abschnittsweise im wesentlichen in Richtung der
gemeinsamen Längsachse erstreckenden, als Nuten ausgebildeten,
Kurvenbahnen ist ein mittels des Verstellantriebs in diesen Nuten
verschiebbares Koppelelement geführt. Das Schwenkmotorgetriebe ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Koppelelement über in die Nuten eingesetzte Büchsen
geführt wird.
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Das hat den Vorteil, dass die beiden Kurvenbahnträger ausschließlich
mechanisch, insbesondere spanend, bearbeitet werden und danach im Bereich
der Laufflächen für das Koppelelement, also der Nutflanken der
Kurvenbahnen in den Kurvenbahnträgern, vorgefertigte Büchsen mit Laufflächen
eingelegt oder eingepresst werden. Dadurch wird die Prozessdauer verringert,
eine Härtung der Kurvenbahnträger ist nicht mehr notwendig, was bewirkt,
dass die Nachbearbeitung eines thermischen Härteverzuges durch
aufwändiges Schleifen entfällt. Die Büchsen können separat gefertigt werden,
wobei, je nach Beanspruchung, verschiedene Werkstoffe für Büchse und
Kurvenbahnträger verwendet werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführung eines geteilten Kraftfahrzeugstabilisators
werden die Büchsen vor dem Einsetzen in die Nuten einer
Gefügebehandlung, insbesondere einem Härtungsverfahren unterworfen.
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Dadurch können widerstandsfähige, harte Oberflächen der Nuten für die
relativ kleinen Laufbahnen für das Koppelelement einfach erreicht werden. Die
beiden Kurvenbahnträger werden ausschließlich mechanisch, insbesondere
spanend, bearbeitet, danach werden gehärtete Büchsen in die Nuten
eingesetzt, die für den Bereich der Laufflächen für das Koppelelement die
notwenigen Festigkeitswerte bezüglich der Flächenpressung besitzen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Kurvenbahn-Träger
aus Leichtmetall und/oder aus Faserverbundwerkstoff hergestellt. So kann
zum Beispiel als Basismaterial für die Kurvenbahn-Träger Aluminium oder
Aluminium-Kunststoff verstärkt mit Glasfasern oder Kohlenstofffasern zur
Anwendung kommen. Die Laufflächen für das Koppelelement können zum
Beispiel von Büchsen aus SiC-Verbindungen gebildet werden.
Vorteilhafterweise lassen sich für den gesamten Schwenkmotor unterschiedliche
Werkstoffe beziehungsweise Kombinationen von verschiedenen Materialien
einsetzen. Gegenüber Stahl als Werkstoff werden Kosten und Gewicht
eingespart, die Lebensdauer kann erhöht, der Verschleiß reduziert werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
weiter erläutert. Dazu zeigt die Fig. 1 einen Kraftfahrzeugstabilisator mit
elektromechanischem Schwenkmotor 1 zum Verdrehen zweier
Stabilisatorhälften 5, 5' gegeneinander. Aus Fig. 2 geht das Funktionsprinzip und die
erfindungsgemäß gestalteten Kurvenbahnträger des aufgebrochen
dargestellten Schwenkmotors 1 am besten hervor.
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Ein elektromechanischer Schwenkmotor 1 ist in Fig. 1 dargestellt,
umfassend einen Elektromotor als Verstellantrieb 2 und ein mechanisches
Schwenkmotorgetriebe 3, sowie eine Feststellbremse 4. Die gewählte
Getriebeübersetzung des Schwenkmotorgetriebes 3 ist konstant. Die Dynamik
des Gesamtsystems ist dabei maßgeblich durch die Getriebeübersetzung,
die Massenträgheit des Systems und die Torsionssteifigkeit der beiden
Stabilisatorhälften 5, 5' gekennzeichnet. Die Feststellbremse 4 wird benötigt, um
den Elektromotor 2 vor einer Überlastung infolge hoher Stabilisatormomente
zu schützen.
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Fig. 2 zeigt den Schwenkmotor 1, bestehend aus dem Elektromotor als
Verstellantrieb 2, sowie aus dem mechanischen Schwenkmotorgetriebe 3, in
Form eines Kurvenbahn-Getriebes, für welches im weiteren ebenso die
Bezugsziffer 3 verwendet wird. Das Kurvenbahn-Getriebe 3 besteht unter
anderem aus zwei Kurvenbahnträgern 30, 30', in denen symmetrisch auf dem
Umfang verteilt viermal, nur teilweise sichtbar, jeweils Kurvenbahnpaare 31,
31' als Nuten eingefräst sind. Die Kurvenbahnträger 30, 30' sind als
konzentrisch zueinander angeordnete Hohlzylinder aus
Aluminium-Verbund-Faserstoff ausgebildet, für welche im folgenden ebenfalls die Bezugsziffern 30, 30'
verwendet werden. In die Mantelflächen dieser Hohlzylinder 30, 30' sind
dabei die im wesentlichen in Richtung der gemeinsamen Zylinder-Längsachse
8, dabei jedoch auch zumindest bereichsweise und zumindest geringfügig
gegenüber dieser geneigt verlaufenden Kurvenbahnpaare 31, 31' als Nuten
eingebracht. Dabei ist es funktionswesentlich, dass sich die beiden
Kurvenbahnen 31, 31' jedes Kurvenbahnpaars in ihrem Verlauf voneinander
unterscheiden.
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Am ersten Kurvenbahnträger 30 ist die eine Stabilisatorhälfte 5 und am
zweiten Kurvenbahnträger 30' die andere Stabilisatorhälfte 5' befestigt. Ein
Bruchteil der Stabilisatorhälften 5, 5' sind in Fig. 2 gezeigt, woraus
hervorgeht, dass auch die Stabilisatorhälften 5, 5' im Bereich dieser Befestigung
koaxial zu den Hohlzylindern 30, 30' angeordnet sind.
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In den Kurvenbahnen 31, 31', der vier am Umfang verteilten, gleich
gestalteten Kurvenbahnpaare, ist über in die Nuten der Kurvenbahnträger 30, 30'
eingesetzte Büchsen 10, 10' ein Koppelelement 32 geführt. Dieses im
wesentlichen zentral innerhalb der Hohlzylinder 30, 30' angeordnete und längs
deren gemeinsamer Zylinder-Längsachse 8 verschiebbare Koppelelement
32 trägt an jedem von vier Fingern 34 zwei Stützrollen 33, 33', die jeweils um
eine nicht dargestellte Fingermittelachse, die senkrecht zur genannten
Längsachse 8 verläuft, verdrehbar sind. Dabei greifen die Stützrollen 33 in
die Kurvenbahnen 31 und die Stützrollen 33' in die Kurvenbahnen 31' ein.
Wird nun das Koppelelement 32 mittels des Verstellantriebes 2 entlang der
Zylinder-Längsachse 8, längs der beiden sich voneinander unterscheidenden
Kurvenbahnen 31, 31' verschoben, so werden zwangsläufig die beiden
Hohlzylinder/Kurvenbahnträger 30, 30' relativ zueinander verdreht.
Demzufolge ist aus einer Längsverschiebung des Koppelelementes 32 eine
gegenseitige Verdrehbewegung der an den Hohlzylindern 30, 30' befestigten
Stabilisatorhälften 5, 5' erzielbar.
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Die Nuten in den beiden Kurvenbahnträgern 30, 30' werden spanend, durch
fräsen, hergestellt. Die in die Nuten einzupressenden Büchsen 10, 10'
werden separat gefertigt und entsprechend den Belastungsanforderungen,
insbesondere bezüglich der notwendigen Flächenpressung, besonders im
Bereich der Laufflächen für das Koppelelement, wärmebehandelt. Außerdem
wird der Werkstoff der Büchsen 10, 10' entsprechend deren Beanspruchung
festgelegt. Die Büchsen 10, 10' werden in die beiden Kurvenbahnträger 30,
30' eingepresst und nach Bedarf werden die Kurvenbahnträger 30, 30' mit
den eingepressten Büchsen 10, 10' fertig bearbeitet.
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Das Koppelelement 32 ist mittels einer vom insbesondere
elektromotorischen Verstellantrieb 2 in Rotation versetzbaren, nicht sichtbaren
Gewindespindel entlang der Zylinder-Längsachse 8, in Abhängigkeit von der
Drehrichtung der Gewindespindel hin bzw. her verschiebbar. Bei entsprechend
selbsthemmender Auslegung dieses Schwenkmotorgetriebes 3 wird dann im
übrigen die in Verbindung mit Fig. 1 erwähnte Feststellbremse (Bezugsziffer
4) nicht benötigt. Anstelle dieses Verstellantriebes 2 mit der Gewindespindel
kann aber auch eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen sein,
um das Koppelelement 32 wie gewünscht verschieben zu können.