EP3615360A1 - Wankstabilisator sowie verwendung eines wankstabilisators in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Wankstabilisator sowie verwendung eines wankstabilisators in einem kraftfahrzeug

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EP3615360A1
EP3615360A1 EP18716150.0A EP18716150A EP3615360A1 EP 3615360 A1 EP3615360 A1 EP 3615360A1 EP 18716150 A EP18716150 A EP 18716150A EP 3615360 A1 EP3615360 A1 EP 3615360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric motor
transmission
roll stabilizer
stabilizer
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18716150.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Klank
Christoph Elbers
Alexander Haegele
Frank Berger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3615360A1 publication Critical patent/EP3615360A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • B60G2206/40—Constructional features of dampers and/or springs
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    • F16H1/36—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion with two central gears coupled by intermeshing orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0006—Vibration-damping or noise reducing means specially adapted for gearings

Definitions

  • the invention relates to a roll stabilizer and its use in a motor vehicle.
  • Active roll stabilizers with a hydraulic or electromotive actuator are known.
  • a passive roll stabilizer is separated and connected an actuator consisting of engine and transmission between the stabilizer elements.
  • This actuator can rotate the two stabilizer elements against each other to minimize the roll of a motor vehicle due to suggestions of the road or when dodging or cornering.
  • high actuating forces are required, so that due to the limited space on the respective vehicle axle motor and gear are arranged axially adjacent to each other.
  • An actuator for an active roll stabilizer has been disclosed by EP 1 820 675 A1, wherein the actuator has an electric motor with a downstream three-stage planetary gear, which forms the output on the output side via its last planetary carrier.
  • the electric motor and the planetary gear are accommodated side by side in a common housing of the actuator, wherein one side of the housing is rotatably connected to a first stabilizer element.
  • the second stabilizer element is rotatably connected to the abortive planet carrier of the planetary gear.
  • the invention pursues the goal of improving an active roll stabilization in terms of the available space and the optimization of the drive.
  • the invention relates to a roll stabilizer for a motor vehicle, comprising an actuator having a housing with a rotationally fixedly coupled thereto first stabilizer element and an in the housing and there fixed electric motor.
  • the transmission is the drive side coupled to the electric motor and the output side coupled to a second stabilizer element, so that the stabilizer elements are mutually electromechanically rotatable.
  • the invention is characterized by an electric motor, which is designed as Vernier engine and is coupled as a drive to the transmission.
  • a controller records the current driving situation and gives signals to an electronics of the actuator, so that the engine rotates the transmission in one of the possible directions of rotation and thereby causes an opposite rotation of the stabilizer elements depending on the driving situation.
  • the inclination of the vehicle in a direction outside the curve can thus be changed or minimized.
  • the roll of the vehicle can be controlled by a road bump, so that the excitation ideally leads to no rolling motion of the vehicle.
  • the occupants take less inclination in curves than was pleasant and suggestions on the basis of road bumps results in a driving experience as on a flat road, since a roll is prevented or minimized.
  • the electric motor (electric motor) is preferably designed as a brushless vernier electric motor. This type of electric motor makes a highly efficient
  • Electric motor which has an improved volume efficiency compared to conventional electric motors.
  • a vernier motor can generate a higher torque with less volume than a conventional electric motor with a correspondingly larger volume.
  • an electric motor can be downsized while providing at least equal or even higher power.
  • the size can be reduced in comparison to the electric motor conventionally used in roll stabilizers, so that either the installation space for further components required within the actuator is available.
  • the actuator can be downsized as a whole. It can thus be shown for the chassis on the respective axis a very compact overall roll stabilizer, so that the space required for example for the steering, in particular rear axle, or one, preferably electric final drive can be used.
  • the vernier motor is not only smaller than a comparable electric motor.
  • the design can significantly reduce the size and thus the weight of the magnets. As a result, less rare earths have to be used to make the magnets, which makes the vernier motor significantly cheaper than a comparable conventional electric motor with the same power.
  • the vernier motor is arranged with its longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the transmission.
  • the gear is preferably arranged axially parallel to the longitudinal axis of the actuator housing, so that the longitudinal axes of the ends of the stabilizer elements are arranged axially parallel thereto.
  • the longitudinal axes lie on one another and there is a common longitudinal axis.
  • this coaxial design a more compact design of the actuator and the roll stabilizer. It results from the Vernier engine overall an advantageous space reduction.
  • the transmission is substantially, in particular completely, integrated within the electric motor.
  • the transmission is arranged with respect to the axial extent substantially within the rotor and / or stator. This results in a compact drive unit, since the electric motor and gearbox do not have to be accommodated axially next to each other in the housing of the actuator.
  • the axial extent of the actuator can be significantly reduced.
  • the axial extension width of the actuator reduces to half, most preferably to one third of a comparable actuator.
  • the transmission is designed in a preferred design as a wave gear, wherein the rotor of the Verniermotors is coupled to the elliptical disc of the wave gear.
  • Wave gearboxes have a low number of components and can be high Transmit torques.
  • This transmission also referred to as a tension wave gear or sliding wedge gear, also known as strain wave gear (SWG)
  • SWG strain wave gear
  • This transmission is a transmission with an elastic transmission element, which is characterized by high transmission and rigidity. It basically consists of three elements. It is an elliptical steel disc shrunk with rolling bearings and thin deformable race (also called wave generator called), the elliptical disc causes the drive of the transmission.
  • a deformable cylindrical steel bushing with external teeth, the so-called Flexspline is needed, the steel bushing forms the output.
  • the transmission is designed as a planetary gear, preferably planetary gear with at least one stage or as Wolfromgetriebe.
  • planetary gear transmissions can transmit high torques and have e.g. in the form of a planetary gear on an advantageous smoothness.
  • the vernier motor drives the sun gear (in a multi-stage planetary gear, the first sun gear) and the torque is transmitted to the second stabilizer element via the (last in several planetary stages) planet carrier. This is rotatable relative to the housing and thus with respect to the first stabilizer element.
  • the planet carrier have at least three planetary gears which mesh with a ring gear disposed in the housing.
  • the ring gear is introduced into the housing, so that ring gear and housing are integrally formed.
  • the Vernier motor has a relative to the housing of the actuator rotatably mounted stator, wherein a rotor rotatably mounted within the stator is coupled to the transmission.
  • a rotor rotatably mounted within the stator is coupled to the transmission.
  • e-motors are outside the stator Magnets arranged, however, which are significantly lower compared to conventional electric motors in size.
  • the required space of the Vernier electric motor is reduced overall.
  • the outer diameter of the actuator without power loss can be comparatively smaller and thus the space of the roll stabilizer can be reduced.
  • At least one means preferably a spring, is provided for minimizing noise in the at least one-stage planetary gear.
  • the means may cause a bias of one or more of the gears or planetary carrier, so that it can come, especially when changing direction, no flanking within the transmission. This is important in that operating noise of the actuator via the stabilizer elements can be transmitted directly into the chassis and represent audible to the occupants.
  • one or more decoupling elements outside the transmission e.g. be provided between the transmission and the second stabilizer element. These decoupling elements can be integrated both inside the housing of the actuator or outside in the stabilizer elements themselves.
  • the planetary gear per planetary stage at least one at least two-part planetary gear, wherein the two, preferably identical partial planet wheels are biased by a spring against each other.
  • the spring acts in the sense of a torsion spring, so that a flank impact is effectively avoided, since the partial planet gears are supported against the teeth of the ring gear.
  • a bias in the axial direction may also be provided, so that a wandering and striking of the planet gears in the axial direction can be avoided.
  • the aforementioned springs may be made of spring steel or of an elastomer or other suitable elastic materials and be in the form of a ring or in the form of discs.
  • a use of the roll stabilizer according to the invention is provided in a chassis of a motor vehicle.
  • the active roll stabilizer may be arranged on the front axle and / or on the rear axle. Due to the lower energy requirement of the inventive nier-electric motor less energy is taken from the electrical system of the motor vehicle for roll stabilization than when using an actuator with conventional electric motor. In addition to the lower energy consumption during rotation also result in lower operating noise for the actuator by the decoupling or bias. In addition, the weight reduction in terms of cost-effectiveness in vehicles with active roll stabilization.
  • the aforementioned drive by means of vernier motor is also suitable for other applications, for example in window regulators in vehicle doors or similar actuators. Again, a compact, energy-efficient and high-torque drive is required.
  • 1 is a schematic view of a vehicle axle with active roll stabilizer
  • FIG. 3 shows a detailed view of an embodiment of a roll stabilizer according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a vehicle 100 having a roll stabilizer 105 according to an embodiment of the present invention.
  • the roll stabilizer 105 is realized as a two-part torsion bar with a first stabilizer element 110 and a second stabilizer element 115.
  • first stabilizer element 110 with a first wheel suspension element 120 of the vehicle 100 and one end of the second stabilizer element 115 connected to a second suspension element 125 of the vehicle 100.
  • the ends of the stabilizer elements 110, 115 are connected to articulated pendulum supports 120a, 125a, which are connected to the chassis.
  • the suspension elements 120, 125 are, for example, opposite and each assigned to a wheel control arm of the vehicle 100.
  • the stabilizer elements 110, 115 are each rotatably attached to a chassis of the vehicle 100 by means of a body-mounted body bearing 130 about a common axis of rotation DD.
  • the axis of rotation DD corresponds, for example, to a transverse axis of the vehicle 100.
  • the stabilizer elements 110, 115 can be rotated relative to one another by means of an actuator 135, if a controller 140 senses, for example, a road surface unevenness and this excitation is controlled by a targeted twisting motion, so that the bodywork no rolling motion through the excitation learns how this would be the case because of the copying effect in a passive roll stabilizer.
  • FIG. 2 shows the structure of an actuator 135 of a conventional active roll stabilizer 105 according to the prior art.
  • the roll stabilizer 105 has an actuator 135 with a housing 137.
  • an electric motor 150 with fixed to the housing stator 155 and in the housing 137 rotatably mounted rotor 152 is arranged.
  • a controller 140 for operating the actuator 135 is accommodated in the housing 150.
  • a transmission 160 is arranged in the form of a planetary gear.
  • the electric motor 150 is operatively connected to the first sun gear 162a of the first planetary stage 161a.
  • the planetary gear has a total of three planetary stages 161a, 161b, 161c with three planetary carriers 164a, 164b, 164c.
  • the planet gears of the respective planet carrier 164a, 164b, 164c mesh with a ring gear 166 which is disposed on the inside of the housing.
  • a first stabilizer element 110 is integrally connected to the e-motor end of the actuator 135.
  • the second stabilizer element 115 is operatively connected to the last planet carrier 164c.
  • the torque of the electric motor 150 is transmitted via the gear 160 to the stabilizer element 115, so that there is a rotation of the stabilizer element 115 relative to the housing 137 and ultimately comes opposite the stabilizer element 110.
  • the housing has an axial extension L1, which results from the arrangement of the electric motor 150 next to the gear 160. It can be clearly seen that the electric motor 150 and the gear 160 each occupy about half the width of the actuator as the installation space of the actuator.
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the invention, in which a much more compact design of the actuator can be seen.
  • the planetary gear 260 is designed analogously to the transmission of Figure 2 and is disposed here within the electric motor 250.
  • the control or electronics 240 of the actuator 235 is accommodated analogously to the arrangement according to FIG. In other words, the transmission does not axially extend substantially beyond the vernier motor.
  • the ring gear 266 is disposed within the rotor 252 and supported on the housing 235 via a support member 267.
  • the coaxial arrangement of electric motor 250 and gear 260 can be saved considerable space.
  • the width of the actuator 235 can be reduced to about 2/3 to half the width Li of the actuator 135 of FIG. 2 (according to the prior art) with I_2. This is especially possible because the Vernier engine, in this case with a hollow rotor, takes up less space and can accommodate the transmission in its interior. It is obvious that in a conventional electric motor according to Figure 2, a transmission can not be integrated into the electric motor.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Gehäuse (137, 237) mit einem an diesem gekoppelten ersten Stabilisatorelement (110, 210) und einem in dem Gehäuse (137, 237) befindlichen Elektromotor (150, 250), wobei das Getriebe (160, 260) antriebsseitig mit dem Elektromotor (150, 250) gekoppelt ist und das Getriebe (160, 260) abtriebsseitig mit einem zweiten Stabilisatorelement (115, 215) gekoppelt ist, so dass die Stabilisatorelemente gegeneinander elektromechanisch verdrehbar sind. Der Elektromotor ist dabei als ein Vernier-Motor ausgebildet.

Description

Wankstabilisator sowie Verwendung eines Wankstabilisators in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Wankstabilisator sowie dessen Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
Aktive Wankstabilisatoren mit einem hydraulischen oder elektromotorischen Aktuator sind bekannt. Dabei wird ein passiver Wankstabilisator aufgetrennt und ein Aktuator bestehend aus Motor und Getriebe zwischen die Stabilisatorelemente geschaltet. Dieser Aktuator kann die beiden Stabilisatorelemente gegeneinander verdrehen, um das Wanken eines Kraftfahrzeugs aufgrund von Anregungen der Fahrbahn oder bei Ausweichen oder Kurvenfahrten zu minimieren. Dabei sind hohe Stellkräfte erforderlich, so dass aufgrund des begrenzten Bauraums an der jeweiligen Fahrzeugachse Motor und Getriebe axial nebeneinander angeordnet sind.
Durch die EP 1 820 675 A1 wurde ein Aktuator für einen aktiven Wankstabilisator bekannt, wobei der Aktuator einen Elektromotor mit einem nachgeschalteten dreistufigen Planetengetriebe aufweist, welches ausgangsseitig über seinen letzten Planetenträger den Abtrieb ausbildet. Der Elektromotor und das Planetengetriebe sind nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse des Aktuators aufgenommen, wobei eine Seite des Gehäuses mit einem ersten Stabilisatorelement drehfest verbunden ist. Das zweite Stabilisatorelement ist mit dem abtreibenden Planetenträger des Planetengetriebes drehfest verbunden. Bei Aktivierung des Elektromotors werden die beiden Stabilisatorelemente gegeneinander verdreht, um einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus kontrolliert entgegen zu wirken.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik, verfolgt die Erfindung das Ziel einer Verbesserung einer aktiven Wankstabilisierung hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums sowie der Optimierung des Antriebs.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Aktuator mit einem Gehäuse mit einem an diesem verdrehfest gekoppelten ersten Stabilisatorelement und einem in dem Gehäuse befindlichen und dort festgelegten Elektromotor. Das Getriebe ist antriebsseitig mit dem Elektromotor gekoppelt und abtriebsseitig mit einem zweiten Stabilisatorelement gekoppelt, so dass die Stabilisatorelemente gegeneinander elektromechanisch verdrehbar sind. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Elektromotor, der als Vernier-Motor ausgebildet ist und als Antrieb mit dem Getriebe gekoppelt ist. Eine Steuerung nimmt die aktuelle Fahrsituation auf und gibt Signale an eine Elektronik des Aktuators, so dass der Motor das Getriebe in eine der möglichen Drehrichtungen dreht und dabei in Abhängigkeit von der Fahrsituation eine gegenläufige Verdrehung der Stabilisatorelemente bewirkt. Die Neigung des Fahrzeugs in eine kurvenäußere Richtung kann damit verändert bzw. minimiert werden. Ebenfalls kann das Wanken des Fahrzeugs bedingt durch eine Fahrbahnunebenheit ausgesteuert werden, so dass die Anregung im Idealfall zu keiner Wankbewegung des Fahrzeugs führt. Die Insassen nehmen weniger Neigung in Kurven als angenehmer war und bei Anregungen aufgrund von Fahrbahnunebenheiten ergibt sich ein Fahrgefühl wie auf einer ebenen Fahrbahn, da ein Wanken verhindert bzw. minimiert wird.
Der Elektromotor (E-Motor) ist vorzugsweise als bürstenloser Vernier-Elektromotor ausgebildet. Diese Art von E-Motoren bildet einen in hohem Maße effizienten
Elektromotor aus, der im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren eine verbesserte Volumeneffizienz aufweist. Ein Vernier-Motor kann bei geringerem Volumen ein höheres Drehmoment erzeugen als ein herkömmlicher E-Motor mit entsprechend größerem Volumen. Mit anderen Worten kann ein E-Motor verkleinert werden und gleichzeitig eine zumindest gleiche oder sogar höhere Leistung aufbringen. Anders gesagt kann die Größe im Vergleich zu den herkömmlich in Wankstabilisatoren eingesetzten E-Motor verringert werden, so dass entweder der Bauraum für weitere innerhalb des Aktuators benötigte Bauteile zur Verfügung steht. Oder es kann der Aktuator insgesamt verkleinert werden. Es kann somit für das Fahrwerk an der jeweiligen Achse ein insgesamt sehr kompakt bauender Wankstabilisator dargestellt werden, so dass der benötigte Bauraum z.B. für die Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung, oder einen, vorzugsweise elektrischen Achsantrieb genutzt werden kann. Der Vernier-Motor ist nicht nur kleiner als ein vergleichbarer Elektromotor. Er ist auch leichter und leistungseffizienter als ein vergleichbarer herkömmlicher E-Motor und weist ausreichend Drehmoment auf, um mittels des Getriebes eine Verdrehung der Stabilisatorelemente zueinander zu bewirken. Durch die Bauart kann maßgeblich die Größe und damit das Gewicht der Magnete reduziert werden. Dadurch müssen weniger seltene Erden zur Herstellung der Magnete verwendet werden, was den Vernier-Motor deutlich kostengünstiger macht als ein vergleichbarer herkömmlicher E- Motor mit gleicher Leistung.
In einer ersten Ausführungsform ist der Vernier-Motor mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des Getriebes angeordnet. Dabei ist das Getriebe bevorzugt achsparallel zur Längsachse des Aktuatorgehäuse angeordnet, so dass auch die Längsachsen der Enden der Stabilisatorelemente achsparallel hierzu angeordnet sind. Bevorzugt liegen die Längsachsen aufeinander und es ergibt sich eine gemeinsame Längsachse. Im Gegensatz zur vorgenannten achsparallelen Anordnung kann durch diese koaxiale Bauweise eine kompaktere Bauform des Aktuators und des Wankstabilisators bereitgestellt werden. Es ergibt sich durch den Vernier-Motor insgesamt eine vorteilhafte Bauraumreduzierung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe im Wesentlichen, insbesondere vollständig, innerhalb des E-Motors integriert. Mit anderen Worten ist das Getriebe hinsichtlich der axialen Erstreckung im Wesentlichen innerhalb des Rotors und/oder Stators angeordnet. Es ergibt sich damit eine kompakte Antriebseinheit, da E-Motor und Getriebe nicht axial nebeneinander in dem Gehäuse des Aktuators untergebracht werden müssen. Dadurch kann die axiale Erstreckung des Aktuators deutlich reduziert werden. Bevorzugt reduziert sich die axiale Erstreckung (Breite des Aktuators) auf die Hälfte, höchst vorzugsweise auf ein Drittel eines vergleichbaren Aktuators.
Das Getriebe ist in einer bevorzugten Bauform als ein Wellgetriebe ausgebildet, wobei der Rotor des Verniermotors mit der elliptischen Scheibe des Wellgetriebes gekoppelt ist. Wellgetriebe weisen eine geringe Bauteilzahl auf und können hohe Drehmomente übertragen. Dieses auch als Spannungswellengetriebe oder Gleitkeilgetriebe bezeichnete Getriebe, auch nach der englischen Bezeichnung strain wave gear (SWG) genannt, ist ein Getriebe mit einem elastischen Übertragungselement, das sich durch hohe Übersetzung und Steifigkeit auszeichnet. Es besteht im Wesentlichen aus drei Elementen. Es wird eine elliptische Stahlscheibe mit aufgeschrumpftem Wälzlager und dünnem verformbarem Laufring (auch Wave Generator genannt) benötigt, wobei die elliptische Scheibe den Antrieb des Getriebes bewirkt. Des Weiteren wird eine verformbare zylindrische Stahlbüchse mit Außenverzahnung, dem sogenannten Flexspline benötigt, wobei die Stahlbüchse den Abtrieb ausbildet.
Schließlich wird ein starrer zylindrischer Außenring mit Innenverzahnung, dem Cir- cular Spline benötigt. Am unteren und oberen Rand des Außenrings greifen dessen Zähne und die des Flexspline ineinander. Die Außen Verzahnung der Stahlbüchse hat weniger Zähne als die Innenverzahnung des Außenrings. Bevorzugt beträgt diese Differenz zwei Zähne. Flexspline und Circular Spline vollführen bei jeder Umdrehung eine Relativbewegung um zwei Zähne, so dass bei hoher Übersetzung eine Drehbewegung erzeugt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe als Umlaufrädergetriebe, vorzugsweise Planetengetriebe mit zumindest einer Stufe oder auch als Wolfromgetriebe ausgebildet. Auch Umlaufrädergetriebe können hohe Drehmomente übertragen und weisen z.B. in Form eines Planetengetriebes eine vorteilhafte Laufruhe auf. Der Vernier-Motor treibt das Sonnenrad an (bei einem mehrstufigen Planetengetriebe das erste Sonnenrad) und das Drehmoment wird über den (bei mehreren Planetenstufen letzten) Planetenträger auf das zweite Stabilisatorelement übertragen. Dieses ist gegenüber dem Gehäuse und somit gegenüber dem ersten Stabilisatorelement verdrehbar. Die Planetenträger weisen zumindest drei Planetenräder auf, die mit einem in dem Gehäuse angeordneten Hohlrad kämmen. Bevorzugt ist die Hohlradverzahnung in das Gehäuse eingebracht, so dass Hohlrad und Gehäuse einstückig ausgebildet sind.
Bevorzugt weist der Vernier-Motor einen gegenüber dem Gehäuse des Aktuators drehfest angeordneten Stator auf, wobei ein innerhalb des Stators drehbar gelagerter Rotor mit dem Getriebe gekoppelt ist. Bei dieser Art E-Motoren sind außen am Stator Magnete angeordnet, die jedoch gegenüber herkömmlichen E-Motoren in ihrer Größe deutlich geringer ausfallen. Somit ist der benötigte Bauraum des Vernier-E-Motors insgesamt reduziert. Aus diesem Grund kann in einer bevorzugten Ausführung der Außendurchmesser des Aktuators ohne Leistungseinbuße vergleichsweise kleiner ausfallen und damit der Bauraum des Wankstabilisators reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist in dem zumindest einstufig ausgebildete Planetengetriebe zumindest ein Mittel, vorzugsweise eine Feder, zur Geräuschmi- nimierung vorgesehen. Das Mittel kann eine Vorspannung eines oder mehrerer der Zahnräder oder Planetenträger bewirken, so dass es, insbesondere bei Drehrichtungswechsel, zu keinem Flankenschlagen innerhalb des Getriebes kommen kann. Dieses ist insofern wichtig, als dass Betriebsgeräusche des Aktuators über die Stabilisatorelemente direkt in das Fahrwerk übertragen werden können und für die Insassen hörbar darstellen. Zu weiteren akustischen Entkopplung des Aktuators können ein oder mehrere Entkopplungselemente außerhalb des Getriebes, z.B. zwischen Getriebe und dem zweiten Stabilisatorelement vorgesehen sein. Diese Entkopplungselemente können sowohl innerhalb des Gehäuses des Aktuators oder auch außerhalb in die Stabilisatorelemente selbst integriert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Planetengetriebe je Planetenstufe wenigstens ein zumindest zweiteiliges Planetenrad auf, wobei die beiden, bevorzugt baugleichen Teilplanetenräder mittels einer Feder gegeneinander vorgespannt sind. Insbesondere wirkt die Feder im Sinne einer Torsionsfeder, so dass ein Flankenschlagen wirkungsvoll vermieden wird, da sich die Teilplanetenräder gegenüber der Verzahnung des Hohlrades abstützen. Es kann zusätzlich auch eine Vorspannung in axialer Richtung vorgesehen sein, so dass ein Wandern und Anschlagen der Planetenräder in axialer Richtung vermieden werden kann.
Die vorgenannten Federn können aus Federstahl oder aus einem Elastomer oder weiteren geeigneten elastischen Werkstoffen bestehen und in Form eines Ringes oder in Form von Scheiben ausgebildet sein. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung des erfindungsgemäßen Wankstabilisators in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Der aktive Wankstabilisator kann an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse angeordnet sein. Aufgrund des geringeren Energiebedarfs des erfindungsgemäßen Ver- nier-Elektromotors wird weniger Energie aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges für die Wankstabilisierung entnommen als bei Einsatz eines Aktuators mit herkömmlichem E-Motor. Neben dem geringeren Energieeinsatz bei der Verdrehung ergeben sich zudem geringere Betriebsgeräusche für den Aktuator durch die Entkopplung bzw. Vorspannung. Zudem ist die Gewichtsreduzierung im Sinne der Wirtschaftlichkeit bei Fahrzeugen mit aktiver Wankstabilisierung.
Der vorgenannte Antrieb mittels Vernier-Motor eignet sich auch für andere Anwendungen, beispielsweise bei Fensterhebern in Fahrzeugtüren oder ähnlichen Stellantrieben. Auch hier wird ein kompakter, energieeffizienter sowie drehmomentstarker Antrieb benötigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eine Fahrzeugachse mit aktivem Wankstabilisator,
Fig. 2 eine Detailansicht einer Ausführung eines Wankstabilisators,
Fig. 3 eine Detailansicht einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Wankstabilisators.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Wankstabilisator 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Wankstabilisator 105 ist als zweigeteilter Drehstab mit einem ersten Stabilisatorelement 110 und einem zweiten Stabilisatorelement 115 realisiert. Hierbei ist ein Ende des ersten Stabilisatorelements 110 mit einem ersten Radaufhängungselement 120 des Fahrzeugs 100 und ein Ende des zweiten Stabilisatorelements 115 mit einem zweiten Radaufhängungselement 125 des Fahrzeugs 100 verbunden. Es sind die Enden der Stabilisatorelemente 110, 115 mit gelenkig gelagerten Pendelstützen 120a, 125a verbunden, die mit dem Fahrwerk verbunden sind. Bei den Radaufhängungselementen 120, 125 handelt es sich beispielsweise um gegenüberliegende und jeweils einem Rad zugeordneten Querlenker des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 110, 115 sind jeweils mittels eines karosseriefesten Aufbaulagers 130 um eine gemeinsame Drehachse D-D drehbar an einem Fahrgestell des Fahrzeugs 100 befestigt. Die Drehachse D-D entspricht hierbei beispielhaft einer Querachse des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 110, 115 können mittels eines Aktuators 135 gegeneinander verdreht werden, wenn eine Steuerung 140 beispielsweise eine Fahrbahnunebenheit sensiert und diese Anregung durch eine gezielte Verdrehbewe- gung ausgesteuert wird, so dass die Karosserie keine Wankbewegung durch die Anregung erfährt, wie dieses aufgrund des Kopiereffektes bei einem passiven Wankstabilisator der Fall wäre.
Figur 2 zeigt den Aufbau eines Aktuators 135 eines herkömmlichen aktiven Wankstabilisators 105 gemäß dem Stand der Technik. Der Wankstabilisator 105 weist einen Aktuator 135 mit einem Gehäuse 137 aus. In dem Gehäuse 137 ist ein E-Motor 150 mit gehäusefestem Stator 155 sowie in dem Gehäuse 137 drehbar gelagertem Rotor 152 angeordnet. Des Weiteren ist in Richtung des E-Motorseitigen Endes eine Steuerung bzw. Elektronik 140 zum Betrieb des Aktuators 135 in dem Gehäuse 150 untergebracht. Axial neben dem E-Motor ist ein Getriebe 160 in Form eines Planetengetriebes angeordnet. Der E-Motor 150 ist mit dem ersten Sonnenrad 162a der ersten Planetenstufe 161a wirkverbunden. Das Planetengetriebe weist insgesamt drei Planetenstufen 161a, 161b, 161c mit drei Planetenträgern 164a, 164b, 164c auf. Die Planetenräder der jeweiligen Planetenträger 164a, 164b, 164c kämmen mit einem Hohlrad 166, welches an der Innenseite des Gehäuses angeordnet ist. Ein erster Stabilisatorelement 110 ist mit dem E-motor-seitigen Ende des Aktuators 135 stoffschlüssig verbunden. Der zweite Stabilisatorelement 115 ist mit dem letzten Planetenträger 164c wirkverbunden. Das Drehmoment des E-Motors 150 wird über das Getriebe 160 auf das Stabilisatorelement 115 übertragen, so dass es zu einer Verdrehung des Stabilisatorelements 115 gegenüber dem Gehäuse 137 bzw. letztlich gegenüber dem Stabilisatorelement 110 kommt. Das Gehäuse weist eine axiale Er- streckung L1 auf, die sich durch die Anordnung von E-Motor 150 neben dem Getriebe 160 ergibt. Es ist deutlich ersichtlich, dass der E-Motor 150 und das Getriebe 160 jeweils etwa die Hälfte der Breite des Aktuators als Bauraum des Aktuators in Anspruch nehmen.
Figur 3 zeigt eine Ausführung gemäß der Erfindung, bei dem eine deutlich kompaktere Bauform des Aktuators ersichtlich ist. Das Planetengetriebe 260 ist analog zu dem Getriebe aus Figur 2 ausgeführt und ist hier innerhalb des E-Motors 250 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 237 ist analog zur Anordnung gemäß Figur 2 die Steuerung bzw. Elektronik 240 des Aktuators 235 untergebracht. Mit anderen Worten erstreckt sich das Getriebe axial im Wesentlichen nicht über den Vernier-Motor hinaus. Das Hohlrad 266 ist innerhalb des Rotors 252 angeordnet und über ein Haltebauteil 267 an dem Gehäuse 235 abgestützt. Durch die koaxiale Anordnung von E-Motor 250 und Getriebe 260 kann erheblich Bauraum eingespart werden. Die Breite des Aktuators 235 kann mit l_2 auf etwa nur 2/3 bis die Hälfte der Breite Li des Aktuators 135 aus Figur 2 (gemäß Stand der Technik) reduziert werden. Das wird vor allem deshalb möglich, weil der Vernier-Motor, vorliegend mit Hohlrotor, weniger Bauraum beansprucht und in seinem Inneren das Getriebe aufnehmen kann. Es ist offensichtlich, dass bei einem herkömmlichen E-Motor gemäß Figur 2 ein Getriebe nicht in den E- Motor integriert werden kann.
Neben der in Figur 3 gezeigten Getriebeanordnung sind weitere Getriebe denkbar, die innerhalb des E-Motors bzw. des Verniermotors angeordnet sein können.
Bezugszeichen
100 Fahrzeug
105, 205 Wankstabilisator
110, 210 erstes Stabilisatorelement
115, 215 zweites Stabilisatorelement
120 erstes Radaufhängungselement
120a erste Pendelstütze
125 zweites Radaufhängungselement
125a zweite Pendelstütze
130 Aufbaulager
135, 235 Aktuator
137, 237 Gehäuse
140, 240 Steuerung, Elektronik
150, 250 Elektromotor
152, 252 Rotor
155, 255 Stator
160, 260 Getriebe
161a,b,c Planetenstufen
162a,b,c Sonnenrad
164a,b,c Planetenträger
166,266 Hohlrad
170, 270 Abtrieb

Claims

Patentansprüche
1. Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Aktuator (135, 235) mit einem Gehäuse (137, 237) mit einem an diesem gekoppelten ersten Stabilisatorelement (110, 210) und einem in dem Gehäuse (137, 237) befindlichen Elektromotor (150, 250), wobei das Getriebe (160, 260) antriebsseitig mit dem Elektromotor (150, 250) gekoppelt ist und das Getriebe (160, 260) abtriebsseitig mit einem zweiten Stabilisatorelement (115, 215) gekoppelt ist, so dass die Stabilisatorelemente gegeneinander elektromechanisch verdrehbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (250) als ein Vernier-Motor ausgebildet ist.
2. Wankstabilisator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (250) mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des Getriebes (260) angeordnet ist, vorzugsweise Elektromotor (250) und Getriebe (260) eine gemeinsame Längsachse aufweisen.
3. Wankstabilisator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (260) im Wesentlichen innerhalb des Rotors (252) angeordnet ist.
4. Wankstabilisator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (260) als ein Wellgetriebe ausgebildet ist und der Rotor (252) des Elektromotors (250) mit der elliptischen Scheibe des Wellgetriebes gekoppelt ist.
5. Wankstabilisator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (260) als Umlaufrädergetriebe, vorzugsweise Planetengetriebe ausgebildet ist.
6. Wankstabilisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (250) einen gegenüber dem Gehäuse (237) drehfest angeordneten Stator (255) aufweist, wobei ein innerhalb des Stators (255) angetriebener und drehbar gelagerter Rotor (252) mit einem ersten Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt ist.
7. Wankstabilisator nach einem der Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest einstufig ausgebildete Planetengetriebe zumindest ein Mittel, vorzugsweise eine Feder, zur Geräuschminimierung aufweist.
8. Wankstabilisator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe je Planetenstufe wenigstens ein zumindest zweiteiliges Planetenrad aufweist, wobei die beiden, bevorzugt baugleichen Teilplanetenräder mittels einer Feder gegeneinander vorgespannt sind.
9. Verwendung eines Wankstabilisators (205) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Fahrwerk an zumindest einer Achse eines Kraftfahrzeuges.
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