WO2018130353A1 - Elektromechanisch verstellbarer wankstabilisator sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2018130353A1
WO2018130353A1 PCT/EP2017/082137 EP2017082137W WO2018130353A1 WO 2018130353 A1 WO2018130353 A1 WO 2018130353A1 EP 2017082137 W EP2017082137 W EP 2017082137W WO 2018130353 A1 WO2018130353 A1 WO 2018130353A1
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WO
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housing
actuator
heat sink
adjustable roll
roll stabilizer
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/082137
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Pfeiffer
Benjamin GRODDE
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G21/00—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces
    • B60G21/02—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected
    • B60G21/04—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically
    • B60G21/05—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically between wheels on the same axle but on different sides of the vehicle, i.e. the left and right wheel suspensions being interconnected
    • B60G21/055—Stabiliser bars
    • B60G21/0551—Mounting means therefor
    • B60G21/0553—Mounting means therefor adjustable
    • B60G21/0555—Mounting means therefor adjustable including an actuator inducing vehicle roll
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2600/00—Indexing codes relating to particular elements, systems or processes used on suspension systems or suspension control systems
    • B60G2600/72—Cooling or warming means

Definitions

  • the invention relates to an electromechanically adjustable roll stabilizer for a chassis of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the suspension is connected by means of stabilizers with each other and with the vehicle body to reduce or avoid, especially when cornering, the roll movements of the vehicle body due to lateral acceleration.
  • one-sided compression of the wheel relative to the vehicle body during cornering of the motor vehicle leads usually parallel to the vehicle axle designed as a torsion bar passive stabilizer bent at its ends in the direction of the wheels and connected to the suspension, in bearings of the vehicle body from a rotational movement and is twisted by the occurring torsional moment in itself. This occurs on the roll movements counteracting restoring moment.
  • the actuator consists of an electronically controlled swivel motor, hereinafter referred to as an actuator, which is designed as an associated with a transmission gear because of its favorable energy balance.
  • swivel motors are known which are hydraulically driven.
  • the adjustment achieved at the sections of the stabilizer is continuously adapted to the particular driving situation, so that a lateral inclination of the vehicle body, ie in particular its roll, is prevented.
  • the active adjustment also the advantages explained above be achieved.
  • a decoupling of the wheels of an axle can be virtually caused by appropriate reaction rapid rotation of the actuator, so that the excitation is not noticeable and a rolling motion can be avoided.
  • a generically designed electromechanical roll stabilizer is known from DE 10 2014 203 207 A1.
  • the outer housing enclosing the electric motor radially is extended beyond the bearing plate provided for supporting the rotor in the axial direction, wherein this section of the wall of the Aktuatorge- housing apparently just formed and bolted to the designed as a plate heat sink.
  • the power electronics At the side facing away from the wall of the actuator housing surface of the heat sink is the power electronics with a populated with appropriate electronic components circuit board.
  • the invention provides an improved design and arrangement of the heat sink, so that the waste heat of the power electronics can be sufficiently dissipated to the actuator housing.
  • An electromechanically adjustable roll stabilizer for a running gear of a motor vehicle is provided with an actuator arranged between two sections of the roll stabilizer, which has an electric motor and preferably a gear connected on the input side to its rotor shaft for generating a torque acting between the sections.
  • the subsections which are each connected to one of the two wheel suspensions, for example the front axle of the motor vehicle are designed as stabilizer halves. But it is also possible to share the roll stabilizer asymmetrically.
  • the Actuator housing of the actuator accommodates the electric motor, the transmission and provided with a heat sink power electronics.
  • the corresponding rotor shaft of the electric motor is preferably mounted in end shields, which are connected to the actuator housing, wherein the front side of the electric motor, facing away from the transmission arranged heat sink is thermally connected to the actuator housing.
  • the actuator housing of a first at least the electric motor receiving part housing and a second, the electric motor in the axial direction adjacent part housing consist, which are connected to each other, preferably by a material connection such as welding.
  • one end of the actuator housing, preferably the second part housing receives the power electronics.
  • the heat sink should be arranged approximately, preferably exactly orthogonal to the longitudinal axis of the actuator.
  • the heat sink is parallel to the adjacent bearing plate and preferably has a circular, largely planar shape in the manner of a plate, wherein the edge of the heat sink is concentric with the cylindrical inner contour of the actuator housing.
  • the cooling body transitions into a cylindrical region.
  • the heat sink has a pot shape.
  • the height of the pot results in the contact surface with the inner lateral surface of the actuator housing.
  • the inner lateral surface of the cylindrical part of the pot can be in surface contact with the outer lateral surface of the power electronics. This results in a further heat dissipation surface.
  • the substantially plate-shaped heat sink is arranged within the end of the actuator housing or second sub-housing transversely to a longitudinal axis of the actuator and should rest on the inner circumferential surface substantially on the entire edge to achieve optimum thermal connection to the actuator housing.
  • the second sub-housing receives the power electronics, it can be inserted during assembly first in the second sub-housing, whereupon at least this area of the second sub-housing is closed by the heat sink. As a result, it can subsequently be checked whether the heat sink rests against the entire surface of the inner casing surface of the second part housing.
  • the second sub-housing at least in the region in which the heat sink is received, on a circular inner circumferential surface, wherein consequently also the heat sink has a circular outer contour.
  • a radially extending wall of the first part housing may be provided instead of the bearing plate.
  • the heat sink which is preferably made of an aluminum alloy, can be fixed in the second part housing via a press fit.
  • the heat sink may also be made of a thermally conductive plastic in which thermally conductive crystals are embedded.
  • the invention relates to an electromechanical roll stabilizer with the above-described storage of the rotor shaft of the electric motor in end shields, one of which is immediately adjacent to the heat sink.
  • At least one electronic control unit for the control of the actuator and at least one sensor for detecting the torque or the angle of rotation should be arranged within the one end of the actuator housing and the second housing part.
  • all the electronic components are integrated into the actuator, and it must be done in addition to a control line only a power supply from the electrical system of the motor vehicle, said combined line can be designed as a mating cable harness.
  • electrical power modules of the power electronics should be arranged directly adjacent to the heat sink.
  • a circuit board is provided directly adjacent to the heat sink.
  • the power electronics is designed as an inverter, which converts a DC voltage into an AC voltage.
  • the power modules are arranged in recesses of the heat sink.
  • the heat sink has the power modules geometrically adapted recesses.
  • the power modules can be inserted into the recesses via a so-called gap filier, preferably via a thermal compound serving as a potting compound or a heat-conducting pad.
  • Thermal paste or - fondd can compensate for unevenness or it is thereby produced the largest possible surface contact. It is also possible to provide the heat sink in certain marginal areas with the thermal paste or réelleleitpad before the heat sink is pressed into the second part of the housing, wherein the thermal paste or the banksleitpad fills any slots and cavities.
  • the paste or pads may also be made of thermoplastic materials.
  • the heat sink is cup-shaped and its axially projecting edge of the circuit board and at least partially surrounds the at least one electronic control unit on the circumference. Because of this pot shape of the heat sink, as previously mentioned, creates a larger area, with this this is applied to achieve the heat transfer to the inner circumferential surface of the second housing part. Of course, it is also possible, of course, to arrange the electronic control unit outside the axial extent of this edge, so that it encloses only the circuit board.
  • the second part housing cup-shaped is formed.
  • the bottom formed in this case is provided with a hub into which one end of the corresponding section of the stabilizer can be inserted.
  • the second sub-housing, which transmits the torsional moments on the corresponding portion of the stabilizer, should also preferably be made of steel.
  • the electronic control unit In the pot-shaped second partial housing should be used in the region of its bottom, the electronic control unit. In this power electronics is inserted and finally the second part of the housing is closed by the heat sink.
  • the second sub-housing which consequently forms a complete module of the actuator, is joined together with the first sub-housing accommodating at least the electric motor and subsequently welded thereto.
  • the entire, the electronics and the heat sink receiving unit can therefore vorkomplettieren in the production, the electronic components covering the heat sink is visible on its front side and thus subsequently also in the peripheral edge region to the outside.
  • the invention thus also relates to a method for the production of a roll stabilizer with the previously indicated steps.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a front view of a provided with an adjustable roll stabilizer chassis of a passenger vehicle
  • FIG. 2 shows a partial view through an actuator of the roll stabilizer in longitudinal section, wherein a second sub-housing is shown separately from a first sub-housing
  • Fig. 3 is a longitudinal section through the actuator, in which the two sub-housings are joined together and welded together.
  • Fig. 1 denotes a vehicle body of a chassis 2 having a passenger vehicle.
  • the chassis 2 has wheel suspensions 3 and 4, the links 5 and 6 are supported by struts 7 and 8 on the vehicle body 1.
  • an adjustable roll stabilizer 9 engages in each case on the wheel suspensions 3 and 4 with its ends. This consists of two sections 10 and 11 with an arranged between the sections 10 and 11 actuator 13th
  • this actuator 13 can be generated between the sections 10 and 11 different torsional moments, whereby, depending on the driving conditions States of the passenger vehicle, the forces and moments occurring between the vehicle body 1 and the chassis 2 can be varied.
  • Each of the sections 10 and 11 is rotatably guided via a body bearing 14 and 15 on the vehicle body 1.
  • Fig. 2 shows a partial view of the actuator 13 in longitudinal section, wherein the actuator 13 is in a state prior to its assembly.
  • an actuator housing 16 which is shown in total in FIG. 3, consists of a first sub-housing 17 and a second sub-housing 18.
  • the first sub-housing 17 has a hollow cylindrical outer wall 19 and receives in its interior an electric motor 20 which has a bearing plates 21 and 22 via rolling bearings 23 and 24 mounted rotor shaft 25.
  • the bearing plate 22 and the rolling bearing 24 are shown in FIG. 3.
  • the second sub-housing 18 is cup-shaped and thus has a hollow cylindrical wall portion 26 and a frontal bottom 27, wherein from the bottom 27, a hub 28, with which the portion 10 of the roll stabilizer 9 is connected, goes out.
  • a rotation angle sensor 29, an electronic control unit 30, a power electronics 31 and a heat sink 32 are arranged inside the second sub-housing 18.
  • the power electronics 31 consists of a circuit board serving as a circuit board 33 and disposed thereon power modules, of which in the sectional view of FIG. 2 power modules 34 and 35 are visible.
  • the heat sink 32 is cup-shaped and thus has a plate-like and circular base body 36 with an axially extending from this, so hollow cylindrical edge 37.
  • 38 recesses 39 and 40 are provided in the base body 36 in its the circuit board 33 facing end face.
  • the recess 39 encloses the power module 34, while the power module 35 is located within the recess 40.
  • dashed arrows 44 and 45 is illustrated as an example of the heat flow between the power module 35 directly through the heat sink 32 and the circuit board 33 and the heat sink 32.
  • the heat absorbed by the heat sink 32 is transferred to the second sub-housing 18 and thus to the actuator housing 16.
  • a gap filler 46 is provided between the latter and the cooling body 32, which can also be used in certain areas between the heat sink and the second sub-housing 18 and between the recesses 39, 40 and the power modules 34, 35, for the heat transfer to improve.
  • the two sub-housings 17 and 18 are provided on the mutually facing edges 47 and 48 with profiles 49 and 50, which engage in a positive fit during assembly of the two sub-housings 17 and 18.
  • the second sub-housing 18 is precompleted by the inclusion of the electronic components rotation angle sensor 29, electronic control unit 30 and power electronics 31 as a module unit. Before joining the two sub-housings 17 and 18, the required contact between the heat sink 32 and the inner circumferential surface 41 can be checked.
  • the two sub-housings 17 and 18 are joined together and welded together, with a cylindrical section 49 of the end shield 21 serving to join the two units.
  • the electric motor 20 is arranged, whose rotor shaft 25 is coupled on the output side with an input shaft 50 of a schematically illustrated multi-stage planetary gear 51.
  • This planetary gear 51 is received by a third housing part 52, which is welded to the first part housing 17.
  • the sub-housings 18, 17 and 52 together form the actuator housing 16.
  • From a driven-side planet carrier 53 goes out a hub 54, which receives the portion 11 of the roll stabilizer 9, while, as already explained for Fig. 2, the hub 28 with the section 10 rotatably connected is.
  • REFERENCE CHARACTERS REFERENCE CHARACTERS

Abstract

Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator (9) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einem zwischen zwei Teilabschnitten (10, 11) angeordneten Aktuator (13), der zur Erzeugung eines zwischen den Teilabschnitten (10, 11) wirkenden Drehmoments einen Elektromotor (20) und mit dessen Rotorwelle (25) verbundenes Getriebe (51) aufweist, wobei ein Aktuatorgehäuse (16) des Aktuators (13) den Elektromotor (20), das Getriebe (51) und eine mit einem Kühlkörper (32) versehene Leistungselektronik (31) aufnimmt, wobei der Kühlkörper (32) thermisch an das Aktuatorgehäuse (16) angebunden ist, so dass der Kühlkörper (32) annähernd, vorzugsweise genau, orthogonal zur Längsachse des Aktuators angeordnet ist, und zur Schaffung der thermischen Anbindung über seine durch einen äußeren Rand gebildete Außenmantelfläche (42) an einer Innenmantelfläche (41) des Aktuatorgehäuses (16, 18) fixiert ist.

Description

Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator
sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen elektromechanisch verstellbaren Wankstabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Fahrwerken von Kraftfahrzeugen sind die Radaufhängungen mittels Stabilisatoren untereinander und mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, um insbesondere bei Kurvenfahrten die aufgrund von Querbeschleunigungen auftretenden Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Beim einseitigen Einfedern des Rades gegenüber dem Fahrzeugaufbau bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs führt ein zumeist parallel zur Fahrzeugachse als Drehstabfeder ausgebildeter passiver Stabilisator, der an seinen Enden in Richtung der Räder gebogen und mit den Radaufhängungen verbunden ist, in Lagern des Fahrzeugaufbaus eine rotatorische Bewegung aus und wird durch das auftretende Torsionsmoment in sich verdreht. Damit tritt ein den Wankbewegungen entgegenwirkendes Rückstellmoment auf. Durch gezielte Wankabstützungen an den Achsen des Kraftfahrzeugs kann dessen Eigenlenkverhalten verbessert werden.
Durch einen Aktuator, der zwischen zwei Teilabschnitten des geteilten Stabilisators angeordnet wird und diese zueinander verdrehen kann, können zusätzlich gezielte Stabilisierungsmomente erzeugt werden. Unter anderem kann eine weitere Verringerung der Auf bau wankbewegungen, eine Optimierung des Eigenlenk- und Lastwechselverhaltens des Fahrwerks, eine Verbesserung des Geradeauslaufs, geringere Auswirkungen auf das Fahrverhalten bei Lastwechseln während der Kurvenfahrt usw. bewirkt werden. Der Aktuator besteht dabei aus einem elektronisch geregelten Schwenkmotor, nachfolgend als Aktuator bezeichnet, der wegen seiner günstigen Energiebilanz als mit einem Übersetzungsgetriebe verbundener Elektromotor ausgeführt ist. Darüber hinaus sind aber auch Schwenkmotoren bekannt, die hydraulisch angetrieben werden. Die an den Teilabschnitten des Stabilisators erzielte Verstellung wird kontinuierlich an die jeweilige Fahrsituation angepasst, so dass eine Seitenneigung des Fahrzeugaufbaus, also insbesondere dessen Wanken, verhindert wird. Außerdem können durch die aktive Verstellung auch die zuvor erläuterten Vorteile erzielt werden. Bei einer einseitigen Anregung, z.B. durch ein Schlagloch bei Geradeausfahrt, kann durch entsprechende reaktionsschnelle Verdrehung des Aktuators quasi eine Entkopplung der Räder einer Achse bewirkt werden, so dass sich die Anregung nicht bemerkbar macht und eine Wankbewegung vermieden werden kann.
Ein gattungsgemäß ausgebildeter elektromechanischer Wankstabilisator ist aus der DE 10 2014 203 207 A1 bekannt. Das den Elektromotor radial umschließende Außengehäuse ist über den zur Lagerung des Rotors vorgesehenen Lagerschild hinaus in axialer Richtung verlängert, wobei dieser Abschnitt der Wandung des Aktuatorge- häuses offenbar eben ausgebildet und mit dem als Platte ausgeführten Kühlkörper verschraubt ist. An der von der Wandung des Aktuatorgehäuses abgewandten Fläche des Kühlkörpers befindet sich die Leistungselektronik mit einer mit entsprechenden elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte.
Mit Blick auf den begrenzten Bauraum innerhalb des Gehäuses des Aktuators sieht die Erfindung eine verbesserte Ausbildung und Anordnung des Kühlkörpers vor, so dass die Abwärme der Leistungselektronik an das Aktuatorgehäuse ausreichend abgeführt werden kann.
Es wird hierzu eine Lösung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Ein elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ist mit einem zwischen zwei Teilabschnitten des Wankstabilisators angeordneten Aktuator versehen, der zur Erzeugung eines zwischen den Teilabschnitten wirkenden Drehmoments einen Elektromotor und bevorzugt ein eingangsseitig mit dessen Rotorwelle verbundenes Getriebe aufweist. Vorzugsweise sind die Teilabschnitte, die jeweils mit einer der beiden Radaufhängungen, beispielsweise der Vorderachse des Kraftfahrzeugs verbunden sind, als Stabilisatorhälften ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Wankstabilisator asymmetrisch zu teilen. Das Aktuatorgehäuse des Aktuators nimmt den Elektromotor, das Getriebe und eine mit einem Kühlkörper versehene Leistungselektronik auf. Die entsprechende Rotorwelle des Elektromotors ist bevorzugt in Lagerschilden, die mit dem Aktuatorgehäuse verbunden sind, gelagert, wobei der stirnseitig des Elektromotors, vom Getriebe abgewandt angeordnete Kühlkörper thermisch an das Aktuatorgehäuse angebunden ist. Darunter ist ein möglichst großflächiger Kontakt zwischen wärmeerzeugenden Bauteilen der Leistungselektronik und dem wärmeleitenden Kühlkörper sowie dem Aktuatorgehäuse zu verstehen, so dass die Abwärme der elektrischen Bauteile über den Kühlkörper an das Aktuatorgehäuse möglichst gut abgeleitet werden kann. Es kann somit kein Schaden an den elektrischen Bauteilen entstehen, wenn hohe Ströme zum Betreiben des Aktuators fließen müssen und sich die elektrischen Bauteile stark erwärmen.
Bevorzugt kann das Aktuatorgehäuse aus einem ersten zumindest den Elektromotor aufnehmenden Teilgehäuse und aus einem zweiten, dem Elektromotor in axialer Richtung benachbarten Teilgehäuse bestehen, die miteinander verbunden sind, vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung wie z.B. Schweißen. Dabei nimmt ein Ende des Aktuatorgehäuses, vorzugsweise das zweite Teilgehäuse, die Leistungselektronik auf. Der Kühlkörper soll nach Montage bzw. Bestücken des Aktuatorgehäuses mit den darin vorgesehenen Bauteilen, also bevorzugt nach dem Zusammenfügen des ersten und des zweiten Teilgehäuses, annähernd, vorzugsweise genau orthogonal zur Längsachse des Aktuators angeordnet sein. Mit anderen Worten verläuft der Kühlkörper parallel zu dem benachbarten Lagerschild und weist bevorzugt eine kreisförmige, weitgehend flächige Form nach Art einer Platte auf, wobei der Rand des Kühlkörpers konzentrisch zu der zylindrischen Innenkontur des Aktuatorgehäuses verläuft. Zur Bildung einer gemeinsamen Kontaktfläche über seinen äußeren Rand an einer Innenmantelfläche des Aktuatorgehäuses geht der Kühlkörper in einen zylindrischen Bereich über. Mit anderen Worten weist der Kühlkörper eine Topfform auf. Durch die Höhe des Topfes ergibt sich die Kontaktfläche mit der Innenmantelfläche des Aktuatorgehäuses. Die Innenmantelfläche des zylindrischen Teils des Topfes kann mit der Außenmantelfläche der Leistungselektronik in Flächenkontakt stehen. Somit ergibt sich eine weitere Wärmeableitfläche. Somit ist der im Wesentlichen plattenförmig ausgebildete Kühlkörper innerhalb des Endes des Aktuatorgehäuses bzw. zweiten Teilgehäuses quer zu einer Längsachse des Aktuators angeordnet und soll zur Erzielung einer optimalen thermischen Anbin- dung an das Aktuatorgehäuse im Wesentlichen am gesamten Rand an dessen Innenmantelfläche anliegen. Da das zweite Teilgehäuse die Leistungselektronik aufnimmt, kann diese bei der Montage zunächst in das zweite Teilgehäuse eingefügt werden, woraufhin zumindest dieser Bereich des zweiten Teilgehäuses durch den Kühlkörper verschlossen wird. Dadurch kann anschließend kontrolliert werden, ob der Kühlkörper am gesamten Rand an der Innenmantelfläche des zweiten Teilgehäuses anliegt. Vorzugsweise weist das zweite Teilgehäuse zumindest in dem Bereich, in welchem der Kühlkörper aufgenommen wird, eine kreisförmig verlaufende Innenmantelfläche auf, wobei demzufolge auch der Kühlkörper eine kreisförmige Außenkontur aufweist. An Stelle des Lagerschilds kann natürlich auch eine radial verlaufende Wandung des ersten Teilgehäuses vorgesehen sein. Der Kühlkörper, der vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, kann über eine Presspassung in dem zweiten Teilgehäuse fixiert sein. Der Kühlkörper kann alternativ dazu aber auch aus einem wärmeleitenden Kunststoff hergestellt sein, in den wärmeleitende Kristalle eingelagert sind.
Bevorzugt betrifft die Erfindung einen elektromechanischen Wankstabilisator mit der vorstehend erläuterten Lagerung der Rotorwelle des Elektromotors in Lagerschilden, von denen einer dem Kühlkörper unmittelbar benachbart ist.
In weiterer Ausgestaltung sollen neben der Leistungselektronik zumindest ein elektronisches Steuergerät für die Steuerung des Aktuators und zumindest ein Sensor zur Erfassung des Drehmoments oder des Drehwinkels innerhalb des einen Endes des Aktuatorgehäuses bzw. des zweiten Teilgehäuses angeordnet sein. Somit sind sämtliche elektronische Komponenten in den Aktuator integriert, und es muss neben einer Steuerleitung lediglich eine Stromversorgung aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs erfolgen, wobei diese Leitung kombiniert als ein zusammengehöriger Kabelstrang ausgeführt sein kann. Des Weiteren sollen elektrische Leistungsbausteine der Leistungselektronik unmittelbar benachbart an dem Kühlkörper angeordnet sein. Bevorzugt ist auch eine Leiterplatte unmittelbar an den Kühlkörper angrenzend vorgesehen. Die Leistungselektronik ist als Wechselrichter ausgebildet, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umrichtet. Dies führt zu einer erheblichen Erwärmung der Leistungsbausteine der Leistungselektronik, wobei die Wärme aus dem im montierten Zustand geschlossenen Ende des Aktuatorgehäuses bzw. zweiten Teilgehäuses nur unzureichend abgeführt werden kann. Es ist daher von wesentlicher Bedeutung, dass die die Wärme abgebenden Leistungsbausteine dem Kühlkörper unmittelbar benachbart angeordnet sind, damit dieser die Wärme aufnehmen und an die äußere Wandung des zweiten Teilgehäuses weiterleiten kann. Unmittelbar benachbart bedeutet, dass ein flächiger Kontakt zwischen den Bauteilen vorliegt, um eine bestmögliche Wärmeleitung zu ermöglichen.
Bevorzugt sind die Leistungsbausteine in Ausnehmungen des Kühlkörpers angeordnet. Der Kühlkörper weist den Leistungsbausteinen geometrisch angepasste Ausnehmungen auf. Dabei können die Leistungsbausteine über einen sogenannten Gapfilier, vorzugsweise über eine als Vergussmasse dienende Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad in die Ausnehmungen eingesetzt sein. Wärmeleitpaste oder -päd kann dabei Unebenheiten ausgleichen bzw. es wird dadurch ein größtmöglicher Flächenkontakt hergestellt. Ferner besteht die Möglichkeit, den Kühlkörper in bestimmten Randbereichen mit der Wärmeleitpaste oder Wärmeleitpad zu versehen, bevor der Kühlkörper in das zweite Teilgehäuse eingepresst wird, wobei die Wärmeleitpaste oder das Wärmeleitpad eventuelle Schlitze und Hohlräume ausfüllt. Es eignen sich z.B. Silikongummiwerkstoffe, Kunststofffolien oder Keramikwerkstoffe mit guten wärmeleitenden Eigenschaften, die elektrisch nicht leitend sind. Alternativ können die Paste oder die Pads auch aus thermoplastischen Werkstoffen bestehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung des Kühlkörpers ist vorgesehen, dass dieser topfförmig ausgebildet ist und dessen axial vorstehender Rand die Leiterplatte sowie zumindest teilweise das zumindest eine elektronische Steuergerät an dessen Umfang umgibt. Aufgrund dieser Topfform des Kühlkörpers wird, wie zuvor bereits angesprochen, eine größere Fläche geschaffen, mit der dieser zur Erzielung des Wärmeübergangs an der Innenmantelfläche des zweiten Teilgehäuses anliegt. Es besteht alternativ dazu natürlich auch die Möglichkeit, das elektronische Steuergerät außerhalb der axialen Erstreckung dieses Randes anzuordnen, so dass dieser nur die Leiterplatte umschließt.
Weiterhin ist bevorzugt, das zweite Teilgehäuse topfförmig auszubilden. Der dabei gebildete Boden ist mit einer Nabe versehen, in die ein Ende des entsprechenden Teilabschnitts des Stabilisators einsetzbar ist. Das zweite Teilgehäuse, das die Torsionsmomente auf den entsprechenden Teilabschnitt des Stabilisators überträgt, soll außerdem vorzugsweise aus Stahl hergestellt sein.
In das topfförmig ausgebildete zweite Teilgehäuse soll im Bereich seines Bodens das elektronische Steuergerät einsetzbar sein. In dieses wird die Leistungselektronik eingefügt und schließlich ist das zweite Teilgehäuse durch den Kühlkörper verschließbar. Das zweite Teilgehäuse, das folglich ein komplettes Modul des Aktuators bildet, wird gemeinsam mit dem zumindest den Elektromotor aufnehmenden ersten Teilgehäuse gefügt und anschließend mit diesem verschweißt. Die gesamte, die Elektronik und den Kühlkörper aufnehmende Baueinheit lässt sich demnach in der Fertigung vorkomplettieren, wobei der die elektronischen Komponenten abdeckende Kühlkörper an seiner Stirnseite und somit anschließend auch in dessen umfangsseitigem Randbereich nach außen sichtbar ist.
Es kann somit kontrolliert werden, ob der Kühlkörper über seinen radialen Umfang an der Innenmantelfläche des zweiten Teilgehäuses anliegt, so dass eine ausreichende thermische Anbindung erzielt wird. Erst im Anschluss an diese Sichtkontrolle wird das zweite Teilgehäuse mit dem ersten Teilgehäuse verbunden. Insofern werden zwei wesentliche Vorteile erzielt, nämlich zum einen der Vorteil, dass alle elektronischen Bauteile des Aktuators in dem zweiten Teilgehäuse vorkomplettiert werden können, und den Vorteil, dass die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem zweiten Teilgehäuse vor einem Zusammenbau des Aktuators kontrolliert werden kann. Schließlich ist vorgesehen, dass ein erster Teilabschnitt des Drehstabes drehfest mit einer Nabe des zweiten Teilgehäuses und ein Ende eines zweiten Teilabschnittes des Drehstabes mit einem Planetenträger des als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebes verbunden werden und dass das erste und das zweite Teilgehäuse an gemeinsamen Schnittstellen gefügt und miteinander verschweißt werden.
Die Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur Herstellung eines Wankstabilisators mit den zuvor angegebenen Schritten.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 als schematische Darstellung eine Frontansicht auf ein mit einem verstellbaren Wankstabilisator versehenes Fahrwerk eines Personenkraftfahrzeugs,
Fig. 2 eine Teilansicht durch einen Aktuator des Wankstabilisators im Längsschnitt, wobei ein zweites Teilgehäuse separat zu einem ersten Teilgehäuse dargestellt ist, und
Fig. 3 einen Längsdurchschnitt durch den Aktuator, bei welchem die beiden Teilgehäuse zusammengefügt und miteinander verschweißt sind.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Fahrzeugaufbau eines ein Fahrwerk 2 aufweisenden Personenkraftfahrzeugs bezeichnet. Das Fahrwerk 2 weist Radaufhängungen 3 und 4 auf, deren Lenker 5 und 6 über Federbeine 7 und 8 am Fahrzeugaufbau 1 abgestützt sind. Wie weiterhin aus der Darstellung hervorgeht, greift jeweils an den Radaufhängungen 3 und 4 mit seinen Enden ein verstellbarer Wankstabilisator 9 an. Dieser besteht aus zwei Teilabschnitten 10 und 11 mit einem zwischen den Teilabschnitten 10 und 11 angeordneten Aktuator 13.
Mittels dieses Aktuators 13 lassen sich zwischen den Teilabschnitten 10 und 11 unterschiedliche Torsionsmomente erzeugen, wodurch in Abhängigkeit von den Fahr- zuständen des Personenkraftfahrzeugs die zwischen dem Fahrzeugaufbau 1 und dem Fahrwerk 2 auftretenden Kräfte und Momente variiert werden können. Jeder der Teilabschnitte 10 und 11 ist dabei drehbar über ein Aufbaulager 14 und 15 am Fahrzeugaufbau 1 geführt.
Die Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des Aktuators 13 im Längsschnitt, wobei sich der Aktuator 13 in einem Zustand vor seinem Zusammenbau befindet. Daraus geht hervor, dass ein Aktuatorgehäuse 16, das insgesamt der Fig. 3 zu entnehmen ist, aus einem ersten Teilgehäuse 17 und einem zweiten Teilgehäuse 18 besteht. Dabei weist das erste Teilgehäuse 17 eine hohlzylindrisch ausgebildete Außenwand 19 auf und nimmt in seinem Inneren einen Elektromotor 20 auf, der eine in Lagerschilden 21 und 22 über Wälzlager 23 und 24 gelagerte Rotorwelle 25 aufweist. Das Lagerschild 22 und das Wälzlager 24 sind der Fig. 3 zu entnehmen.
Das zweite Teilgehäuse 18 ist topfförmig ausgebildet und weist somit einen hohlzylindrischen Wandabschnitt 26 und einen stirnseitigen Boden 27 auf, wobei von dem Boden 27 eine Nabe 28, mit der der Teilabschnitt 10 des Wankstabilisators 9 verbindbar ist, ausgeht. Im Inneren des zweiten Teilgehäuses 18 sind ein Drehwinkelsensor 29, ein elektronisches Steuergerät 30, eine Leistungselektronik 31 und ein Kühlkörper 32 angeordnet. Dabei sind diese Bauelemente 29 - 32, ausgehend von dem Boden 27, in der Reihenfolge gemäß zeichnerischer Darstellung in dem zweiten Teilgehäuse 18 angeordnet.
Die Leistungselektronik 31 besteht aus einer als Schaltungsträger dienenden Leiterplatte 33 und auf dieser angeordneten Leistungsbausteinen, von denen in der Schnittdarstellung der Fig. 2 Leistungsbausteine 34 und 35 sichtbar sind. Der Kühlkörper 32 ist topfförmig gestaltet und weist somit einen plattenartigen sowie kreisförmigen Grundkörper 36 mit einem sich von diesem aus axial erstreckenden, also hohlzylindrischen Rand 37 auf. Weiterhin sind in dem Grundkörper 36 in seiner der Leiterplatte 33 zugewandten Stirnfläche 38 Ausnehmungen 39 und 40 vorgesehen. Die Ausnehmung 39 umschließt dabei den Leistungsbaustein 34, während sich der Leistungsbaustein 35 innerhalb der Ausnehmung 40 befindet. Eine Innenmantelfläche 41 des hohlzylindrischen Wandabschnitts 26 des zweiten Teilgehäuses 18 und eine Außenmantelfläche 42 des Kühlkörpers 32, insbesondere des Randes 37, bilden dabei eine Kontaktfläche 43 zur thermischen Verbindung dieser Bauteile. Durch gestrichelt dargestellte Pfeile 44 und 45 wird als Beispiel der Wärmefluss zwischen dem Leistungsbaustein 35 direkt über den Kühlkörper 32 sowie über die Leiterplatte 33 und den Kühlkörper 32 verdeutlicht. Die von dem Kühlkörper 32 aufgenommene Wärme wird auf das zweite Teilgehäuse 18 und somit auf das Aktuatorgehäuse 16 übertragen. Im Randbereich der Leiterplatte 33 ist zwischen dieser und dem Kühlkörper 32 ein Gapfilier 46 vorgesehen, der auch in bestimmten Bereichen zwischen dem Kühlkörper und dem zweiten Teilgehäuse 18 sowie zwischen den Ausnehmungen 39, 40 und den Leistungsbausteinen 34, 35 eingesetzt werden kann, um den Wärmeübergang zu verbessern.
Zum Fügen der beiden Teilgehäuse 17 und 18 sind diese an den einander zugewandten Rändern 47 und 48 mit Profilen 49 und 50 versehen, die beim Zusammenfügen der beiden Teilgehäuse 17 und 18 formschlüssig ineinander eingreifen. Das zweite Teilgehäuse 18 ist durch die Aufnahme der elektronischen Komponenten Drehwinkelsensor 29, elektronisches Steuergerät 30 und Leistungselektronik 31 als Moduleinheit vorkomplettiert. Vor dem Zusammenfügen der beiden Teilgehäuse 17 und 18 kann der erforderliche Kontakt zwischen dem Kühlkörper 32 und der Innenmantelfläche 41 überprüft werden.
Gemäß der Fig. 3 sind die beiden Teilgehäuse 17 und 18 zusammengefügt und miteinander verschweißt, wobei zum Fügen der beiden Einheiten ein zylindrischer Abschnitt 49 des Lagerschilds 21 dient. Im ersten Teilgehäuse 17 ist, wie bereits zur Fig. 2 erläutert, der Elektromotor 20 angeordnet, dessen Rotorwelle 25 abtriebsseitig mit einer Eingangswelle 50 eines schematisch dargestellten mehrstufigen Planetengetriebes 51 gekuppelt ist. Dieses Planetengetriebe 51 ist dabei von einem dritten Teilgehäuse 52 aufgenommen, welches mit dem ersten Teilgehäuse 17 verschweißt ist. Die Teilgehäuse 18, 17 und 52 bilden gemeinsam das Aktuatorgehäuse 16. Von einem abtriebsseitigen Planetenträger 53 geht eine Nabe 54 aus, die den Teilabschnitt 11 des Wankstabilisators 9 aufnimmt, während wie bereits zur Fig. 2 erläutert, die Nabe 28 mit dem Teilabschnitt 10 drehfest verbunden ist. Bezuqszeichen
Fahrzeugaufbau
Fahrwerk
Radaufhängung
Radaufhängung
Lenker
Lenker
Federbein
Federbein
verstellbarer Wankstabilisator
Teilabschnitt
Teilabschnitt
Aktuator
Aufbaulager
Aufbaulager
Aktuatorgehäuse
erstes Teilgehäuse von 16
zweites Teilgehäuse von 16
hohlzylindrische Außenwand von 17
Elektromotor
Lagerschild
Lagerschild
Wälzlager
Wälzlager
Rotorwelle
hohlzylindrischer Wandabschnitt von 18
Boden von 18
Nabe von 18
Drehwinkelsensor
elektronisches Steuergerät
Leistungselektronik
Kühlkörper Leiterplatte
Leistungsbaustein
Leistungsbaustein kreisförmiger Grundkörper Rand
Stirnfläche
Ausnehmung
Ausnehmung
Innenmantelfläche
Außenmantelfläche Kontaktfläche
Pfeil für Wärmefluss Pfeil für Wärmefluss Gapfilier
Rand
Rand
zylindrischer Abschnitt Eingangswelle
Planetengetriebe drittes Teilgehäuse Planetenträger
Nabe

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator (9) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einem zwischen zwei Teilabschnitten (10, 11) angeordneten Aktuator (13), der zur Erzeugung eines zwischen den Teilabschnitten (10, 11) wirkenden Drehmoments einen Elektromotor (20) und mit dessen Rotorwelle (25) verbundenes Getriebe (51 ) aufweist, wobei ein Aktuatorgehäuse (16) des Aktuators (13) den Elektromotor (20), das Getriebe (51) und eine mit einem Kühlkörper (32) versehene Leistungselektronik (31) aufnimmt, wobei der Kühlkörper (32) thermisch an das Aktuatorgehäuse (16) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkörper (32) annähernd, vorzugsweise genau orthogonal zur Längsachse des Aktuators angeordnet ist, und zur Schaffung der thermischen Anbindung über seine durch einen äußeren Rand gebildete Außenmantelfläche (42) an einer Innenmantelfläche (41 ) des Aktuatorgehäuses (16, 18) fixiert ist.
2. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Leistungselektronik (31) zumindest ein elektronisches Steuergerät (30) für die Steuerung des Aktuators (13) und zumindest ein Sensor (29) zur Erfassung eines Drehmoments und/oder Drehwinkels innerhalb des Aktuatorgehäuses (16, 18) angeordnet sind.
3. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Leistungsbaustein (34, 35) der Leistungselektronik (31 ) unmittelbar benachbart dem aus einem wärmeleitfähigen Material bestehenden Kühlkörper (32) angeordnet sind.
4. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbausteine (34, 35) in Ausnehmungen (39 und 40) des Kühlkörpers (32) angeordnet sind.
5. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsbausteine (34, 35) über einen Gapfilier (46), vorzugsweise mittels eines Wärmeleitpads oder einer Wärmeleitpaste mit dem Kühlkörper in Kontakt stehen.
6. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (32) in das Ende des Aktuatorgehäuses, vorzugsweise in das zweite Teilgehäuse (18), eingepresst ist.
7. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach einem der Patentansprüche 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (32) topfförmig ausgebildet ist, wobei ein axial vorstehender Rand (37) die Leiterplatte (33) und zumindest teilweise das elektronische Steuergerät (30) an dessen Umfang umgibt.
8. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (32) aus einem wärmeleitenden Werkstoff, bevorzugt Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht.
9. Elektromechanisch verstellbarer Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (32) aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff besteht.
10. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanisch verstellbaren Wankstabilisators nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vormontageschritt das elektronische Steuergerät (30) mit dem mit den Leistungsbausteinen (34, 35) bestückten Leiterplatte (33) und dem Kühlkörper (32) zu einer Baugruppe vereint wird, wobei diese Baugruppen in ein topfförmig ausgebildetes zweites Teilgehäuse (18) im Bereich seines Bodens (27) eingesetzt wird.
11. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanisch verstellbaren Wankstabilisators nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilgehäuse (18) mit dem zumindest den Elektromotor (20) aufnehmenden ersten Teilgehäuse (17) nach dem Fügen verschweißt wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanisch verstellbaren Wankstabilisators nach den Ansprüchen 10 oder 11 , wobei ein als Drehstab ausgebildeter erster Teilabschnitt (10) drehfest mit einer Nabe (28) des zweiten Teilgehäuses (18) und ein Ende eines zweiten Teilabschnittes (11 ) mit einem Planetenträger (53) des als Planetengetriebe (51) ausgebildeten Getriebes verbunden sind und dass das erste und das zweite Teilgehäuse (17, 18) an gemeinsamen Schnittstellen (47, 48) gefügt und miteinander verschweißt sind.
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