DE102012024296B4

DE102012024296B4 - Stellvorrichtung für einen Stabilisator für Radaufhängungen

Info

Publication number: DE102012024296B4
Application number: DE102012024296.4A
Authority: DE
Inventors: Albert Schlecht
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: DE102012024296A1

Abstract

Stellvorrichtung für einen Stabilisator für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, die in den zumindest zweiteiligen Querstab (12) des Stabilisators (10) integriert ist und zwischen den beiden Stabilisatorabtrieben (12a, 12b) angeordnet ist und durch gegensinnige Verstellung eine Wankstabilisierung des Kraftfahrzeugs ermöglicht, wobei die Stellvorrichtung koaxial zu den Querstäben (12) an den Stabilisatorabtrieben (12a, 12b) einen Elektromotor (22) und ein Stellgetriebe (24) aufweist, die in voneinander räumlich getrennten Gehäusen (22a, 24a) angeordnet und mittels eines, im Vergleich zum Gehäuse (24a) des Stellgetriebes (24) und zum Gehäuse (22a) des Elektromotors (22) im Durchmesser kleineren Rohres (26) miteinander verbunden sind, wobei innerhalb des Rohres (26) eine den Rotor (30) des Elektromotors (22) mit dem Stellgetriebe (24) verbindende Welle (42) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (42) und das Rohr (26) gegenüber den Drehachsen (54) des Elektromotors (22) und des Stellgetriebes (24) durch Zwischenschaltung von beidseitigen Übersetzungstrieben (46) versetzt angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für einen Stabilisator für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aufgrund der Elektrifizierung zukünftiger PKW geht der Trend hin zum trockenen Chassis, welcher neben den hydraulischen Wankstabilisierungssystemen die Entwicklung elektromechanischer Varianten fördert.
Elektromechanische Stabilisatoren werden derzeit noch selten in Serienfahrzeugen angeboten. Einige Zulieferer bieten Lösungen an, bei denen ein Elektromotor koaxial am Torsionsstab des Stabilisators angebracht ist. Am Elektromotor ist aufgrund der hohen notwendigen Stellmomente ein hochuntersetzendes Getriebe angebracht, welches eine hohe Drehzahl des Motors mit geringem Drehmoment in einen relativ kleinen Rotationswinkel mit hohen Momenten wandelt. Für die Untersetzung werden meist mehrstufige Planetengetriebe oder Harmonic-Drive-Getriebe verwendet, welche oft einen relativ großen Durchmesser benötigen. Mit einem geteilten Steller kann dieser Konflikt teilweise entschärft werden.
Ein solcher geteilter Steller zur Wankstabilisierung der Karosserien von Kraftfahrzeugen ist aus der EP 1 634 732 A1 bekannt, bei der in räumlich voneinander getrennten, in den Stabilisator integrierten Gehäusen ein Elektromotor und ein hoch übersetzendes Stellgetriebe angeordnet sind, die durch ein dazwischen liegendes, im Durchmesser kleineres Rohr miteinander verbunden sind. Innerhalb des Rohres ist eine den Rotor des Elektromotors mit dem Stellgetriebe verbindende Welle eingesetzt. Zweck dieser Konstruktion ist es unter anderem, den aus Elektromotor und Stellgetriebe gebildeten Aktor zur Wankstabilisierung an gegebene Einbauverhältnisse im Kraftfahrzeug günstig anzupassen.
Derartige elektromechanische Stabilisatoren benötigen aufgrund des Elektromotors und des Getriebes einen großen Bauraum. Dieser Bauraumbedarf steht in heutigen PKW im Konflikt zu aktiven Lenksystemen und anderen Bauteilen wie beispielsweise der Ölwanne verschiedener Motorvarianten. Auch beim geteilten Steller wird durch die koaxiale Anordnung des Stabilisators, die Position relativ zum Lenkgetriebe in einem ziemlich engen Bereich festgelegt.
Darüber hinaus zeigt die JP 2005 - 193 707 A allgemein einen Achsversatz zwischen den Drehstäben und der Drehachse des Elektromotors. Zur Bildung des Achsversatzes ist den Drehstäben und dem Elektromotor ein Stellgetriebe zwischengeschaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stellvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die in noch vermehrtem Maße auch bei gedrängten Bauraumverhältnissen in Kraftfahrzeugen konstruktive Freiheitsgrade ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 angeführt. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die die triebliche Verbindung herstellende Welle und das die Gehäuse verbindende Rohr gegenüber den Drehachsen des Elektromotors und des Stellgetriebes durch Zwischenschaltung von beidseitigen Übersetzungstrieben versetzt angeordnet sind. Damit gelingt es, in Anpassung an bauliche Zwänge den mittleren Bereich des Aktors beliebig zu verschieben und damit vermehrt einen Freigang zum Beispiel für eine oberhalb des Stabilisators verbaute Brennkraftmaschine oder für ein anderes Aggregat des Kraftfahrzeugs zu schaffen. Die Übersetzungstriebe können dabei vorteilhaft so ausgelegt sein, dass sie das Gesamtübersetzungsverhältnis von Elektromotor zu Stellgetriebe-Abtrieb positiv erhöhen, wodurch insgesamt gesehen der getriebetechnische Aufwand nur unwesentlich zunimmt.
Erfindungsgemäß ist daher der geteilte elektromechanische Stabilisator durch zwei Getriebestufen erweitert (Zahnräder, Riementrieb, ...), so dass die Hohlwelle und das Stabirohr achsparallel zur Stabilagerung liegen können. Dadurch erreicht man analog zum konventionellen Stabilisator eine Art „Kröpfung“ und kann durch das Stabirouting Bauteilen ausweichen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Motor-Getriebe-Achse mit großem Bauteildurchmesser weiter entfernt von den Aggregaten positioniert werden kann als die Stabihohlwellenachse, die einen geringeren Durchmesser hat. Dadurch kann auch dem Motor einer achsparallelen Lenkung ausgewichen werden.
Insbesondere können die Drehachse der Welle bzw. die Mittelachse des Rohres in Einbaulage im Kraftfahrzeug nach unten versetzt sein, um vermehrt einen Freigang nach oben, zum Beispiel im Bereich einer Ölwanne der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, bereitzustellen.
Ferner können in Richtung des Versatzes der Drehachse der Welle bzw. der Mittelachse des Rohres das Gehäuse des Elektromotors und das Gehäuse des Stellgetriebes mit dem kleineren Rohr im Wesentlichen eine durchgehende, gegebenenfalls nach unten abschließende, strömungsdynamisch und fertigungstechnisch günstige Gehäuseebene bilden.
In einer baulich und konstruktiv einfachen Auslegung können die Übersetzungstriebe durch robuste Stirnradtriebe mit zumindest jeweils einem antreibenden und einem abtreibenden Zahnrad gebildet sein, wobei die Übersetzungstriebe besonders zweckmäßig unmittelbar im Bauraum bzw. Gehäuse des Elektromotors und innerhalb des Stellgetriebes angeordnet sein können.
Schließlich kann die den Rotor des Elektromotors mit dem Stellgetriebe verbindende Welle beidseitig in dem Rohr drehbar gelagert sein, wobei die Wälzlager bevorzugt jeweils innerhalb der korrespondierenden Zahnräder der Übersetzungstriebe positioniert sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 in skizzenhafter Darstellung eine Draufsicht auf eine Stellvorrichtung für einen Stabilisator für eine Radaufhängung von Kraftfahrzeugen, mit zwei Gehäusen und einem verbindenden Rohr; und
2 die Stellvorrichtung des Stabilisators nach 1 als Blockschaltbild, mit einem Elektromotor, einem Planetengetriebe und einer diese trieblich verbindenden Welle.

Die 1 zeigt einen in der Draufsicht U-förmigen Stabilisator 10, der sich funktionell aus einem Querstab 12 und zwei etwa in Fahrzeuglängsrichtung abragenden Stabilisatorarmen 14, 16 zusammensetzt. Der Querstab 12 ist beidseitig in Nähe der Stabilisatorarme 14, 16 am Unterboden der Karosserie des Kraftfahrzeugs oder an einem Hilfsrahmen (nicht dargestellt) über Lagerstellen 18 drehbar gelagert. Die Stabilisatorarme 14, 16 sind in bekannter Weise an nicht dargestellten Radaufhängungselementen des Kraftfahrzeugs angelenkt.
In den Stabilisator 10 bzw. dessen Querstab 12 ist ein Aktor bzw. eine Stellvorrichtung 20 (2) integriert, die sich aus einem Elektromotor 22, einem Stellgetriebe 24 und einem diese verbindenden Rohr 26 zusammensetzt.
Dabei weist der Elektromotor 22 ein erstes Gehäuse 22a auf, in dem eine Statorwicklung (nicht dargestellt) und ein über Wälzlager 28 drehbar gelagerter Rotor 30 angeordnet ist. An das Gehäuse 22a ist der eine Stabilisatorabtrieb 12a des Querstabs 12 fest angeschlossen (zum Beispiel an einen Flansch des Gehäuses 22a angeschweißt).
Das Stellgetriebe 24 weist ein zweites, räumlich entferntes Gehäuse 24a auf und setzt sich aus einem Planetengetriebe mit einem Sonnenrad 32, einem gehäusefesten Hohlrad 34 und einem mehrere Planetenräder 36 tragenden Steg 38 zusammen. Der Steg 38 ist über zumindest ein Wälzlager 40 in dem Gehäuse 24a drehbar gelagert und mit dem zweiten Stabilisatorabtrieb 12b des Querstabs 12 trieblich fest verbunden.
Die beiden Gehäuse 22a, 24a (vergleiche 1) sind räumlich voneinander entfernt und aus der senkrechten Fahrzeugmittellängsebene 44 jeweils nach außen versetzt angeordnet und mittels des als Torsionsfeder ausgeführten, im Durchmesser wesentlich kleiner ausgeführten Rohres 26 fest miteinander verbunden.
Die Länge des Rohres 26 beträgt bevorzugt ca. 2/3 der Gesamtlänge des Querstabs 12, die sich aus dem mittleren Rohr 26 und den Stabilisatorabtrieben 12a, 12b zusammensetzt. Die Lagerstellen 18 für den Querstab 12 liegen wie ersichtlich ist jeweils zwischen den Gehäusen 22a, 24a und den Stabilisatorarmen 14, 16.
Die triebliche Verbindung (2) zwischen dem Rotor 30 des Elektromotors 22 und dem Stellgetriebe 24 erfolgt mittels einer innerhalb des Rohres 26 verlaufenden Welle 42, die über einen ersten Übersetzungstrieb 46 von dem Rotor 30 angetrieben ist und die an ihrem anderen Ende über einen zweiten Übersetzungstrieb 46 das Sonnenrad 32 des Stellgetriebes 24 antreibt.
Die beiden Übersetzungstriebe 46 sind als Stirnradtriebe mit jeweils zwei Zahnrädern 48, 50 ausgeführt, wobei das antreibende bzw. abtreibende Zahnrad 48 auf der Antriebswelle 30a des Rotors 30 bzw. auf der das Sonnenrad 32 tragenden, koaxial ausgerichteten Welle 52 befestigt ist. Deren Drehachse 54 ist einheitlich mit der Drehachse der Stabilisatorabtriebe 12a, 12b.
Die korrespondierenden Zahnräder 50 der Übersetzungstriebe 46 sind auf der nach unten (mit Bezug zur Einbaulage im Kraftfahrzeug) versetzten Welle 42 mit einer Drehachse 56 versetzt angeordnet. Die Drehachse 56 fällt dabei mit der Mittelachse des ebenfalls nach unten versetzten Rohres 26 zusammen.
Die Welle 42 ist ferner beidseitig innerhalb der stirnseitig angeordneten Zahnräder 50 über Wälzlager 58 im Rohr 26 gelagert, während die Übersetzungstriebe 46 wie aus 2 ersichtlich ist innerhalb des Gehäuses 22a des Elektromotors 22 bzw. innerhalb des Gehäuses 24a des Stellgetriebes 24 positioniert sind.
Durch den Versatz des Rohres 26 und der Welle 42 entsprechend dem Versatz zwischen den Drehachsen 54, 56 ist oberhalb des Rohres 26 zusätzlicher Freiraum für die Anordnung von Aggregaten des Kraftfahrzeugs geschaffen.
Der Versatz kann ferner wie in 2 vereinfacht dargestellt ist so ausgeführt sein, dass nach unten eine im Wesentlichen einheitliche Gehäuseebene der Stellvorrichtung 10 bzw. von Elektromotor 22, verbindendes Rohr 26 und Stellgetriebe 24 gegeben ist.
Im regulären Fahrbetrieb wirkt der Stabilisator 10 bzw. der Querstab 12 mit den äußeren Abtriebsabschnitten 12a, 12b und dem mittleren, als Torsionsfeder ausgeführtem Rohr 26 in üblicher Weise, wobei bei Federbewegungen der Radaufhängung über die Stabilisatorarme 14, 16 der Querstab 12 mit den Abschnitten 12a, 12b und dem Rohr 26 mit definierter Federrate tordiert wird. Dies gilt nur bei einer Motordrehzahl von 0, jedoch bei aktivem Motormoment.
Im Falle einer Wankstabilisierung wird der Elektromotor 22 über ein entsprechendes, elektronisches Fahrstabilitätsprogramm angesteuert und übt in der einen oder anderen Drehrichtung ein überlagertes Stellmoment über den Rotor 30, die Welle 42 und das Stellgetriebe 24 auf die Stabilisatorabtriebe 12a, 12b aus, welches die Wankstabilisierung ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in für den Fachmann geläufiger Weise modifiziert sein. Zum Beispiel kann anstelle des beschriebenen Planetengetriebes auch ein anderes, hoch übersetzendes Stellgetriebe 24 vorgesehen sein. Ferner können die Übersetzungstriebe 46 gegebenenfalls auch als Kegeltriebe, Kettentriebe oder dergl. ausgeführt sein. Neben den beschriebenen Lagerstellen können gegebenenfalls weitere, im Blockschaltbild gemäß 2 nicht dargestellte Lagerungen erforderlich bzw. zweckmäßig sein.

Claims

Stellvorrichtung für einen Stabilisator für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, die in den zumindest zweiteiligen Querstab (12) des Stabilisators (10) integriert ist und zwischen den beiden Stabilisatorabtrieben (12a, 12b) angeordnet ist und durch gegensinnige Verstellung eine Wankstabilisierung des Kraftfahrzeugs ermöglicht, wobei die Stellvorrichtung koaxial zu den Querstäben (12) an den Stabilisatorabtrieben (12a, 12b) einen Elektromotor (22) und ein Stellgetriebe (24) aufweist, die in voneinander räumlich getrennten Gehäusen (22a, 24a) angeordnet und mittels eines, im Vergleich zum Gehäuse (24a) des Stellgetriebes (24) und zum Gehäuse (22a) des Elektromotors (22) im Durchmesser kleineren Rohres (26) miteinander verbunden sind, wobei innerhalb des Rohres (26) eine den Rotor (30) des Elektromotors (22) mit dem Stellgetriebe (24) verbindende Welle (42) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (42) und das Rohr (26) gegenüber den Drehachsen (54) des Elektromotors (22) und des Stellgetriebes (24) durch Zwischenschaltung von beidseitigen Übersetzungstrieben (46) versetzt angeordnet sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (56) der Welle (42) und die Mittelachse (56) des Rohres (26) in Einbaulage im Kraftfahrzeug nach unten oder nach oben versetzt sind.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung des Versatzes der Drehachse (56) der Welle (42) und der Mittelachse des Rohres (26) das Gehäuse (22a) des Elektromotors (22) und das Gehäuse (24a) des Stellgetriebes (24) mit dem kleineren Rohr (26) eine durchgehende Gehäuseebene bilden indem die beiden Gehäuse (22a, 24a) und das Rohr (26) an der Gehäuseebene stufenfrei ineinander übergehen.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungstriebe (46) durch Stirnradtriebe mit zumindest jeweils einem antreibenden und einem abtreibende Zahnrad (48, 50) gebildet sind.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungstriebe (46) im Bauraum innerhalb des Gehäuses (22a) des Elektromotors (22) und innerhalb des Gehäuses (24a) des Stellgetriebes (24) angeordnet sind.
Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rotor (30) des Elektromotors (22) mit dem Stellgetriebe (24) verbindende Welle (42) beidseitig in dem Rohr (26) drehbar gelagert ist, wobei die Wälzlager (58) auf der Welle (42) zwischen den korrespondierenden Zahnrädern (50) der Übersetzungstriebe (46) positioniert sind.