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Die Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere mit elektromechanischem Antrieb, und findet insbesondere in einem Stabilisator zum Ausgleich von Fahrzeugbewegungen Anwendung.
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Aus
EP 1 821 390 A2 ist ein elektrischer Antrieb für einen verstellbaren Stabilisator bekannt, umfassend ein Gehäuse, in dem ortsfest ein Stator und koaxial dazu ein Rotor und eine Elektronik zum Betrieb des elektrischen Antriebs angeordnet sind. Eine Leitungsverbindung ausgehend vom Stator führt durch einen Deckel des Gehäuses und wird von mindestens einem starren Bolzenelement gebildet. Ein Getriebe ist nicht vorgesehen.
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In der Druckschrift
DE 10 2008 000 148 A1 wird ein System, umfassend zumindest einen elektromechanischen Stabilisator, eine Drehzahl- und/oder Drehwinkelsensoranordnung und eine elektrische Verbindungstechnik, vorgeschlagen, welches ein einteiliges Gehäuse aufweist, in dem der Elektromotor zum Betrieb des zumindest einen elektromechanischen Stabilisators angeordnet ist, an das eine Anbaukomponente angebracht ist, wobei die Anbaukomponente einen Sensorkabelbaum mit integriertem Hochstromkabel und eine Baueinheit aufweist, die zumindest einen Messfühler zur Erfassung der Rotorlage des Elektromotors bzw. einen Drehwinkelsensor und/oder einen Drehzahlsensor sowie die elektrische Aufbau- und Verbindungstechnik zum Kontaktieren der Anschlussleitungen des Elektromotors umfasst. Auch hier ist kein zusätzliches Getriebe vorhanden.
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Eine Stabilisatoranordnung zum Ausgleich und/oder zur Übertragung von Kräften/Momenten und Drehbewegungen zwischen zwei Stabilisatorhälften eines Fahrzeuges zum Ausgleich von Fahrzeugaufbaubewegungen unter Verwendung eines um einen Verdrehwinkel verdrehbaren Aktuators, der in einem Gehäuse einen Modul aus an beiden Enden schwenkbar gelagerten Koppelelementen aufweist, wobei die Koppelelemente mit wenigstens einer ersten Drehwelle und mit einem elektrisch antreibbaren Antriebselement in Wirkverbindung stehen, ist aus
DE 10 2008 018 610 A1 bekannt.
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Nachteil der vorgenannten Lösungen sind die relativ großen Bauformen ohne Getriebe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktuator, insbesondere mit elektromechanischem Antrieb, zu entwickeln, der durch ein spezielles Getriebe eine schlanke Bauform aufweist und zur Übertragung hoher Drehmomente bei schnellen Lastwechseln geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Aktuator weist insbesondere einen elektromechanischen Antrieb und ein Gehäuse auf, wobei das durch einen Elektromotor bereitgestellte Antriebsmoment mittels eines Getriebes auf zwischen zwei mit den beiden Hälften eines Stabilisators verbundene Abtriebe des Aktuators übertragen wird und das Getriebe in Form eines Exzentergetriebes ausgebildet ist, dessen Antriebswelle mit dem Elektromotor antreibbar ist und auf der Antriebswelle ein Exzenter angeordnet ist, auf dem umfangsseitig ein Antriebsrad mit zwei unterschiedlichen Außenprofilierungen sitzt, wobei die Abtriebe eine Innenprofilierung aufweisen und zwischen den Außenprofilierungen des Antriebsrades und den Innenprofilierungen der Abtriebe das Drehmoment übertragende Wälzkörper angeordnet sind.
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Durch die Anwendung von Wälzkörpern wirkt bei dem Exzentergetriebe eine größere kraftübertragende Fläche als bei sonst üblicher Weise verwendeten Verzahnungen, wodurch es möglich ist, kleiner zu bauen oder bei gleicher Baugröße größere Momente zu übertragen.
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Weiterhin ist durch die Verwendung der zwischen den Profilierungen angeordneten Wälzkörper eine Reduzierung der Reibung und des Verschleißes zu verzeichnen, wodurch der Aktuator auch bei schnellen Lastwechseln eine hohe Lebensdauer aufweist.
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Das Antriebsrad des Exzentergetriebes weist dabei eine erste Außenprofilierung auf, die mit einer ersten Innenprofilierung des ersten Abtriebs über erste Wälzkörper zusammenwirkt. Weiterhin ist das Antriebsrad mit einer zweiten Außenprofilierung versehen, die unterschiedlich zu der ersten Außenprofilierung ist, wobei diese zweite Außenprofilierung über zweite Wälzkörper mit einer zweiten Innenprofilierung des zweiten Abtriebs zusammenwirkt. Durch die unterschiedlichen Paarungen zwischen
- – erster Außenprofilierung/ersten Wälzkörpern/erster Innenprofilierung des ersten Abtriebes und
- – zweiter Außenprofilierung/zweiten Wälzkörpern und zweiter Innenprofilierung des zweiten Abtriebes
erfolgt bei einer Drehung des Antriebsrades zwischen dem ersten Abtrieb und dem zweiten Abtrieb eine Relativdrehung. Dadurch wird ein Drehmoment/Torsionsmoment auf die Stabilisatorenden übertragen, wodurch diese gegeneinander verdreht und dadurch wiederum Fahrzeugbewegungen ausgeglichen werden, da der Stabilisator einerseits mit der Radaufhängung und andererseits mit der Karosserie/dem Aufbau verbunden ist.
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Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Außenprofilierung unterschiedliche Nenndurchmesser und/oder unterschiedliche Profilgrößen auf und die ersten und zweiten Wälzkörper sowie die erste und zweite Innenverzahnung der Abtriebe sind dazu korrespondierend ausgebildet. Weiterhin sind zur Gewährleistung einer schlanken Bauform die erste Außenprofilierung und die zweite Außenprofilierung des Antriebsrades entlang einer Längsachse des Aktuators hintereinander angeordnet.
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Die Wälzkörper sind insbesondere in Form von Rollen ausgebildet. Zur Vermeidung von Laufgeräuschen werden zwischen dem Antriebsrad und ersten und zweiten Wälzkörpern Elemente (insbesondere Elastomerringe) angeordnet, die eine radial nach außen wirkende Vorspannkraft auf die Rollen übertragen, wodurch die ersten und zweiten Wälzkörper ständig gegen die entsprechenden Innenprofilierungen der Innenverzahnungen der beiden Abtriebe vorgespannt sind.
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Die rollenförmigen Wälzkörper werden an ihren beiden Enden in Halteringen geführt, die vorzugesweise ebenfalls schalldämmende Eigenschaften aufweisen.
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Der erste Abtrieb des Exzentergetriebes, der mit der ersten Stabilisatorhälfte verbunden ist, kann entweder in Form einer Drehwelle bei feststehendem Gehäuse ausgebildet sein oder alternativ kann durch das Gehäuse eine erste Abtriebswelle gebildet werden. Der zweite Abtrieb des Exzentergetriebes ist in Form einer zweiten Abtriebswelle ausgebildet, die im Gehäuse drehbar gelagert ist.
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Zur Verbindung mit der ersten Stabilisatorhälfte weist die erste Abtriebswelle ausgangsseitig ein erstes Anschlusselement auf und analog ist die zweite Abtriebswelle ausgangsseitig mit einem zweiten Anschlusselement versehen, welches mit der zweiten Stabilisatorhälfte verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist die Verbindung zwischen erster Abtriebswelle und erster Stabilisatorhälfte und/oder die Verbindung zwischen zweiter Abtriebswelle und zweiter Stabilisatorälfte mit einer Überlastsicherung in Form einer Rutschkupplung versehen, die die jeweilige Verbindung bei Überschreiten eines vorgegebenen Momentes durchrutschen lässt und bei Unterschreiten dieses Momentes wieder greift. Dadurch ist gewährleistet, dass der Aktuator und das System vor Überlast geschützt werden. Eine bevorzugte Variante ist dazu die Gestaltung der Verbindung zu den Stabilisatorhälften durch eine Längs- oder Querpressverbindung, wobei im Bereich der Verbindung eine Schicht, insbesondere eine Phosphatschicht angeordnet ist, die den Mikroformschluss zwischen der jeweiligen Abtriebswelle und der Stabilisatorhälfte gewährleistet und den bei der Pressverbindung auftretenden Kraftschluss bis zu dem vorgegebenen Moment überträgt. Wird das Moment überschritten, dreht die Verbindung zwischen mindestens einer Stabilisatorhälfte und dem Aktuator durch, bis das Moment wieder im zulässigen Bereich liegt.
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Vorteilhafter Weise ist zwischen der ersten Abtriebswelle in Form des Gehäuses und der ersten Stabilisatorälfte eine Messanordnung zur Erfassung der Torsion zwischen erster Abtriebswelle und erster Stabilisatorhälfte angeordnet, wobei die Messanordnung insbesondere in Form eines Drehmomentensensors ausgebildet ist, dessen Ausgang mit einer Steuerungslogik gekoppelt ist, die das Motormoment in Abhängigkeit vom Torsionsmoment regelt. Dabei ist es möglich, eine Verdrehung der Ausgänge des Aktuators, die infolge Überlast entstanden ist, durch gegensinnige Drehung wieder in die gewünschte Ausgangslage zurückzuführen. Wird keine Torsion mehr über den Drehmomentensensor erfasst, befinden sich die Stabilisatorhälften in Bezug auf den Aktuator wieder in der erforderlichen Position.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Verbindung zwischen der ersten Außenprofilierung und der zweiten Außenprofilierung sowie der ersten und der zweiten Innenprofilierung des ersten und zweiten Abtriebes durch eine verdrehbare Exzenterbuchse trennbar ist derart, dass beide Abtriebe und somit beide Abtriebswellen frei relativ zueinander drehbar sind (Freischaltung).
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Die Freischaltung wird dadurch erreicht, dass der Gesamtexzenter des Exzentergetriebes in einen mit der Antriebswelle verbundenen Antriebsexzenter und eine zwischen Antriebsexzenter und Antriebsrad angeordnete Exzenterbuchse geteilt ist derart, dass bei einer Relativdrehung zwischen Antriebsexzenter und Exzenterbuchse die Achse des Antriebsrades im Wesentlichen fluchtend zur Längsachse des Aktuators verstellbar ist und in dieser Position die Außenprofilierungen des Antriebsrades außer Eingriff mit den Wälzkörpern sind.
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Eine Freischaltung der beiden Ausgänge des Aktuators ist insbesondere erforderlich zur Sicherheit bei Ausfall der Stromversorgung und zur Fahrkomforterhöhung bei Geradeausfahrt indem das Kopieren der Radbewegungen vermieden wird Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Aktuator einer neuen Generation geschaffen, der bei einer geringen Abmessung, wie sie bisher mit herkömmlichen Bauformen nicht realisierbar war, ein großes Aktuatormoment bereitstellt, eine Sicherung gegen Überlasst aufweist und eine Freischaltung beinhaltet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt eines Aktuators A,
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2 den Schnitt A-A gemäß 1,
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3 den Schnitt B-B gemäß 1,
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4 die Einzelheit X gemäß 1,
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5 Schnitt B-B durch den frei geschalteten Aktuator A,
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In 1 wird ein Längsschnitt eines Aktuators A gezeigt, der rotationssymmetrisch aufgebaut ist und ein Gehäuse 1 aufweist, in welchem axial hintereinander ein Elektromotor 2 (nicht näher dargestellt) und ein Getriebe 3 angeordnet sind. Auf der Seite des Elektromotors 2 weist der Aktuator A ausgangsseitig eine erste Abtriebswelle 4 auf, die mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ausgangsseitig eine zweite Abtriebswelle 5 vorgesehen. Das Gehäuse 1 und somit die erste Abtriebswelle 4 einerseits und die zweite Abtriebswelle 5 andererseits sind bei Betätigung des Elektromotors 2 und des Getriebes 3 relativ zueinander drehbar. Die erste Abtriebswelle 4 ist endseitig in Form eines Hohlwellenstumpfes ausgeführt und mit einer Bohrung 4.1 versehen, in welcher ein erstes Ende 6.1 einer ersten Hälfte eines Stabilisators (nicht dargestellt) sitzt. Die zweite Abtriebswelle 5 ist an ihrem nach außen weisenden Ende ebenfalls in Form eines Hohlwellenstumpfes ausgebildet und mit einer Bohrung 5.1 versehen, in welcher ein zweites Ende 6.2 der zweiten Hälfte des Stabilisators (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die Enden 6.1, 6.2 sind dabei in den Bohrungen 4.1, 5.1 mittels einer Längspressverbindung befestigt, wobei entweder die Enden 6.1, 6.2 oder die Bohrungen 4.1, 5.1 mit einer Beschichtung insbesondere einer Phosphatschicht versehen sind, die den Mikroformschluss zwischen der jeweiligen Abtriebswelle 4, 5 und den Enden 6.1, 6.2 der Stabilisatorhälften gewährleistet und den durch die Pressverbindung wirkenden Kraftschluss nur bis zu dem vorgegebenen Moment überträgt, so dass eine Überlastsicherung gebildet wird, die die jeweilige Verbindung bei Überschreiten eines vorgegebenen Momentes löst und bei Unterschreiten dieses Momentes schließt. Dadurch wird eine Sicherheit bei Überlast gewährleistet.
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Die Welle 2.1 des Elektromotors 2 ist mit der Antriebswelle 3.1 des Getriebes 3 verbunden, welches als Exzentergetriebe ausgebildet ist. Auf der Antriebswelle 3.1 ist ein Antriebsexzenter 3.2 angeordnet, der hier einteilig mit der Antriebswelle 3.1 ausgebildet ist. Auf dem Antriebsexzenter 3.2 sitzt eine Exzenterbuchse 3.3 mittels welcher ein Antriebsrad 3.4, antreibbar ist.
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Eine erste Außenprofilierung 8 des Antriebsrades 3.4 korrespondiert über erste Wälzkörper 9 mit einer Innenprofilierung 10 des ersten Abtriebs 11, der innen am Gehäuse 1 ausgebildet ist, wodurch über das Gehäuse 1 eine Drehbewegung auf die erste Antriebswelle 4 übertragbar ist (s. auch 2).
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Zu der ersten Außenprofilierung 8 des Antriebsrades 3.4 unterschiedlich ausgebildet (geringerer Durchmesser, weniger Profilelemente) und axial versetzt ist die zweite Außenprofilierung 12 des Antriebsrades 3.4 vorgesehen, wobei die zweite Außenprofilierung 12 über zweite Wälzkörper 13 mit einer zweiten Innenprofilierung 14 des zweiten Abtriebes 15 korrespondiert (s. auch 3). Der zweite Abtrieb 15 ist mit der zweiten Abtriebswelle 5 fest verbunden, so dass eine Drehbewegung auf die zweite Abtriebswelle 5 übertragbar ist.
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Da die erste Getriebepaarung:
- – erste Außenprofilierung 8 des Antriebsrades 3.4/erste Wälzkörper 9/erste Innenverzahnung 10 des ersten Abtriebes 11 (= erste Abtriebswelle 4) und die zweite Getriebepaarung:
- – zweite Außenverzahnung 12 des Antriebsrades 3.4/zweite Wälzkörper 13/zweite Innenverzahnung 14 des zweiten Abtriebes 15 (= zweite Abtriebswelle 6) unterschiedlich dimensioniert sind, wird zwischen der ersten Abtriebswelle 4 und der zweiten Abtriebswelle 5 eine relative Drehbewegung erzeugt, wenn durch den Motor 2 das Getriebe 3 betätigt wird und wenn sich die Exzentrizitäten des Antriebsexzenters 3.2 und der Exzenterbuchse 3.3 addieren, denn nur dann ist das Antriebsrad 3.4 im Verhältnis zu den Abtrieben 11 und 15 exzentrisch gelagert und kämmt, wie aus den 1 bis 4 ersichtlich, mit den Wälzkörpern 9 und 13.
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Die Wälzkörper 9, 13 sind in Form von Rollen ausgebildet und endseitig in Halteringen 17 (s. 4) aufgenommen, die eine axiale Fixierung übernehmen. Die ersten und zweiten Außenprofilierungen 8, 12 des Antriebsrades 3.4 und die ersten und zweiten Innenprofilierungen 10, 14 sind dem Durchmesser der Wälzkörper 9, 13 angepasst und im Wesentlichen von sich längs erstreckenden kreissegmentförmigen Mulden ausgebildet.
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Aus Figur den 2, 3 und 4 ist ersichtlich, dass zwischen der Exzenterbuchse 3.3 und dem Antriebsrad 3.4 zwei in Längsrichtung hintereinander angeordnete Lager 16, 17 angeordnet sind, die eine Relativdrehung zwischen Exzenterbuchse 3.3 und Antriebsrad 3.4 ermöglichen. Weiterhin geht aus Darstellung 4 hervor, dass im Bereich der ersten Außenprofilierung 8 und im Bereich der zweiten Außenprofilierung 12 des Antriebsrades 3.4 jeweils zwei axial beabstandete Elastomerringe 18 angeordnet sind, die umfangsseitig in Ausnehmungen 19 des Antriebsrades 3.4 sitzen und eine radial nach außen wirkende Vorspannkraft auf die rollenförmigen Wälzkörper 9, 13 übertragen. Dadurch wird der Geräuschpegel beim Abwälzen der Getriebepaarungen auf ein Minimum reduziert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Aktuators besteht darin, dass die Verbindung zwischen der ersten Außenprofilierung 8 und der zweiten Außenprofilierung 12 des Antriebsrades 3.4 einerseits sowie der ersten und der zweiten Innenprofilierung 10, 14 des ersten und zweiten Abtriebes 11, 15 andererseits trennbar ist, derart dass beide Abtriebe 11, 15 und somit beide Abtriebswellen 4, 5 frei relativ zueinander drehbar sind, indem die formschlüssige Verbindung zwischen Antriebsrad 3.4 und den ersten und zweiten Wälzkörpern 9, 13 gelöst wird, so dass praktisch eine „Freischaltung” des Aktuators A gewährleistet ist.
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Erfolgt eine Relativdrehung zwischen Antriebsexzenter 3.2 und Exzenterbuchse 3.3 um ca. 180° (siehe 5), hebt sich deren Exzentrizität praktisch auf, so dass die erste Außenprofilierung 8 und die zweite Außenprofilierung 12 des Antriebsrades 3.4 im Wesentlichen mittig zu den Innenprofilierungen 10, 14 der Abtriebe 11, 15 liegen und nicht mehr im Eingriff mit den ersten und zweiten Wälzkörpern 9, 13 (Rollen) stehen.
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Dadurch können sich die erste Abtriebswelle 4 und die zweite Abtriebswelle 5 frei gegeneinander verdrehen. Dabei ist der Aktuator stromlos (FailSafe-Zustand).
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Werden der Antriebsexzenter 3.2 und die Exzenterbuchse 3.3 wieder so gedreht, dass sich deren Exzentrizität addiert, wird das auf der Exzenterbuchse 3.3 gelagerte Antriebsrad 3.4 wieder exzentrisch verschoben, so dass dessen Außenprofilierungen 10, 14 wieder mit den Wälzkörpern in Eingriff gelangen und ein Drehmoment auf die Abtriebe 11, 15 übertragen wird, wodurch eine Relativdrehung zwischen erster Abtriebswelle 4 und zweiter Abtriebswelle 5 erfolgt. Durch die unterschiedlichen relativen Drehbewegungen der Abtriebswellen 4, 5 werden die Stabilisatorhälften, deren Enden 6.1, 6.2 mit den Abtriebswellen 4, 5 verbunden sind, relativ zueinander verdreht. Da der Stabilisator einerseits am Fahrzeug und andererseits an der Karosserie/am Aufbau befestigt ist (nicht dargestellt) sind durch eine Relativdrehung beider Stabilisatorhälften Fahrzeugbewegungen ausgleichbar. Der Aktuator weist dazu eine Steuerelektronik auf, die mit der Bordelektronik/Motorelektronik des Fahrzeuges in Verbindung steht.
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Die Relativdrehung zwischen Antriebsexzenter 3.2 und Exzenterbuchse 3.3 kann durch einen Verriegelungsmechanismus erfolgen, mit dem diese trennbar und in den geforderten, im Winkel von 180° versetzten Positionen wieder verriegelbar sind. Vorteilhafter Weise wird zwischen der ersten Abtriebswelle 4 in Form des Gehäuses 1 und dem ersten Ende 6.1 der ersten Stabilisatorhälfte eine Messanordnung zur Erfassung der Torsion zwischen erster Abtriebswelle 4 und erster Stabilisatorhälfte 6.1 angeordnet (nicht dargestellt), wobei die Messanordnung insbesondere in Form eines Drehmomentensensors ausgebildet ist, dessen Ausgang mit einer Steuerungslogik gekoppelt ist, die das Motormoment in Abhängigkeit vom Torsionsmoment regelt. Diese Messanordnung kann in einer röhrenförmigen Ausformung des Gehäuses bzw. an der Stirnseite des Gehäuses angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1821390 A2 [0002]
- DE 102008000148 A1 [0003]
- DE 102008018610 A1 [0004]
