DE102017105730A1 - Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Drehstabhälften (1a, 1b) und einen dazwischen angeordneten Aktuator (2) zur Übertragung eines Torsionsmomentes, wobei der Aktuator (2) ein Gehäuse (3) aufweist, in dem ein Motor (4) und ein an den Motor (4) angeschlossenes Planetengetriebe (5) angeordnet sind, wobei das Planetengetriebe (5) einen Planetenträger (6) mit mehreren drehbar daran gelagerten Planetenrädern (7) umfasst, wobei axial zwischen dem Planetenträger (6) und dem jeweiligen Planetenrad (7) mindestens ein Federelement (8) zur Einleitung einer axialen Kraft in das jeweilige Planetenrad (7) wirksam angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Motor und ein an den Motor angeschlossenes Planetengetriebe mit einem Planetenträger sowie mehreren drehbar daran gelagerten Planetenrädern.
  • Üblicherweise weist jede Radachse eines Kraftfahrzeugs einen Wankstabilisator auf, der nach dem Torsionsstabprinzip arbeitet. Wankstabilisatoren stabilisieren den Fahrzeugaufbau bei Kurvendurchfahrten und reduzieren dessen Wanken. Beispielsweise können Wankstabilisatoren für mehrspurige Kraftfahrzeuge als aktive Stabilisatoren ausgeführt und mit einem geteilten Drehstab versehen sein, zwischen dessen einander zugewandten Enden ein Aktuator zur Übertragung eines Torsionsmomentes angeordnet ist. Der Aktuator weist ein mit dem einen Drehstabteil verbundenes Gehäuse auf, in dem ein Motor und ein an den Motor angeschlossenes Planetengetriebe angeordnet sind, dessen Getriebeausgang mit dem anderen Drehstabteil verbunden ist, wobei Planetenräder des Planetengetriebes mit einem drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Hohlrad kämmen. Bei derartigen aktiven Wankstabilisatoren sind im Betrieb störende Klappergeräusche beobachtet worden, die über Körperschall bis in die Fahrgastzelle übertragen wurden.
  • Wenn sich Planetenräder eines Planetengetriebes im Leerlauf befinden oder von einer Drehrichtung in eine andere Drehrichtung wechseln, kann es zu störenden Geräuschen aufgrund aufeinander stoßender Zahnflanken der Planetenräder kommen. Ferner können Planetenräder auch axial an daran benachbarte Bauteile, insbesondere am Planetenträger aufschlagen und dadurch störende Geräusche generieren.
  • Die DE 10 2015 206 063 A1 offenbart ein Zahnrad für ein Zahnradgetriebe, das in zwei axial einander benachbarte Stirnräder geteilt ist, und das eine kreisringsegmentförmige Torsionsfeder aufweist, zwischen deren umfangsseitig einander gegenüberliegenden Federenden ein Schlitz ausgebildet ist, in den zwei jeweils einem der beiden Stirnräder zugeordnete Nocken eingreifen, von denen der eine Nocken einem der beiden Federenden und der andere Nocken dem anderen Federende zugeordnet ist. Die beiden Nocken sind in axialer Richtung im Wesentlichen überdeckungsfrei angeordnet. Das Zahnrad ist zur akustischen Optimierung eines Zahneingriffs vorgesehen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger sowie mehreren drehbar daran gelagerten Planetenrädern akustisch zu optimieren. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Wankstabilisator gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Ein erfindungsgemäßer Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug umfasst zwei Drehstabhälften und einen dazwischen angeordneten Aktuator zur Übertragung eines Torsionsmomentes, wobei der Aktuator ein Gehäuse aufweist, in dem ein Motor und ein an den Motor angeschlossenes Planetengetriebe angeordnet sind, wobei das Planetengetriebe einen Planetenträger mit mehreren drehbar daran gelagerten Planetenrädern umfasst, wobei axial zwischen dem Planetenträger und dem jeweiligen Planetenrad mindestens ein Federelement zur Einleitung einer axialen Kraft in das jeweilige Planetenrad wirksam angeordnet ist.
  • Mit anderen Worten ist das mindestens eine Federelement mit dem Planetenträger und dem Planetenrad wirkverbunden. Das mindestens eine Federelement ist dazu vorgesehen, das Planetenrad axial vorzuspannen, um insbesondere ein axiales Spiel der Planetenräder in den Planetenträgertaschen des Planetenträgers zu verhindern. Dadurch werden ein unkontrolliertes axiales Anschlagen der Planetenräder am Planetenträger und die damit verbundene Erzeugung von störenden Geräuschen verhindert. Insbesondere beträgt die axiale Kraft, die mittels des mindestens einen Federelements in das jeweilige Planetenrad eingeleitet wird 10N bis 250N. Mithin weist das mindestens eine Federelement einen flachen Kennlinienverlauf auf. Insbesondere ist die Vorspannung des mindestens einen Federelements derart gewählt, dass diese über die Lebensdauer des Federelements konstant bleibt. Der axiale Bauraum, den das mindestens eine Federelement einnimmt beträgt vorzugsweise 0,5 mm bis 1,5 mm. Insbesondere können mehrere Federelemente zur axialen Belastung des jeweiligen Planetenrads vorgesehen werden. Beispielsweise kann beidseitig axial zwischen dem Planetenträger und dem jeweiligen Planetenrad mindestens ein Federelement angeordnet sein. Ferner ist es auch denkbar zwei Federelemente axial in Reihe hintereinander oder parallel zueinander anzuordnen. Insbesondere kommt das mindestens eine Federelement zumindest mittelbar an dem Planetenträger und dem jeweiligen Planetenrad zur Anlage.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Federelement als Tellerfeder ausgebildet. Alternativ ist das mindestens eine Federelement als Wellfeder ausgebildet. Bevorzugt sind die Tellerfeder und die Wellenfeder aus einem Metall, insbesondere aus einem Federstahl ausgebildet.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Federelement als Toleranzring ausgebildet. Insbesondere ist der Toleranzring aus einem elastischen Polymerwerkstoff, vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet. Der Toleranzring wird bei der Montage des jeweiligen Planetenrades am Planetenträger elastisch verformt, wobei dadurch eine axiale Gegenkraft auf das jeweilige Planetenrad generiert wird.
  • Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Federelement einteilig oder mehrteilig ausgebildet. Bevorzugt kann das jeweilige Federelement geschlitzt ausgeführt sein. Vorzugsweise wird das jeweilige Federelement spanend oder spanlos, beispielsweise durch Gießen hergestellt.
  • Insbesondere weist das jeweilige Planetenrad eine axiale Ausnehmung zur zumindest teilweisen Aufnahme des mindestens einen Federelements auf. Die axiale Ausnehmung ist vorzugsweise umlaufend am jeweiligen Planetenrad ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist am Planetenträger für jedes Planetenrad eine axiale Anlauffläche vorgesehen, wobei die jeweilige axiale Anlauffläche als axiale Erhebung ausgebildet ist. Insbesondere weist die jeweilige axiale Anlauffläche am Planetenträger eine zumindest teilweise ovale oder runde Kontur auf. Dabei erstreckt sich die jeweilige axiale Anlauffläche in axialer Richtung um wenige Millimeter, wobei die radiale Erstreckung bis zu mehrere Zentimeter betragen kann. Die jeweilige axiale Anlauffläche verhindert ein Eintauchen des jeweiligen Planetenrades auf den Grund des Planetenträgers.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das jeweilige Planetenrad zwei axial benachbarte Planetenradhälften und eine auf die beiden Planetenradhälften wirkende Torsionsfeder auf, wobei die Torsionsfeder zur Verspannung der beiden Planetenradhälften vorgesehen ist. Die beiden Planetenradhälften weisen bevorzugt dasselbe Zahnprofil und dieselbe Zähnezahl auf. Die beiden Planetenradhälften werden durch die Torsionsfeder in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt. Mithin findet eine radiale Verspannung der Torsionsfeder statt. Wenn die beiden Zahnradhälften gegeneinander verdreht werden, wirkt die Torsionsfeder der Verdrehung elastisch entgegen. In einem unbelasteten Zustand des Planetenrads weisen die beiden Planetenradhälften aufgrund der Torsionsfeder, die mit den Planetenradhälften zusammenwirkt, eine maximale Relativdrehung zueinander auf, wobei die Vorspannung der Torsionsfeder minimal beziehungsweise Null ist. In einem belasteten Zustand des Planetenrads weisen die beiden Planetenradhälften aufgrund eines Zahneingriffs, beispielsweise eines weiteren Zahnrads, Hohlrads oder Sonnenrads, eine minimale beziehungsweise keine Relativdrehung zueinander auf, wobei die Vorspannung der Torsionsfeder maximal ist. Mit anderen Worten werden bei einer Kraftübertragung durch Zahneingriff beide Planetenradhälften derart relativ zueinander verdreht, dass die Relativdrehung zwischen den beiden Planetenradhälften Null werden kann. Störende Geräusche aufgrund aufeinander stoßender Zahnflanken werden minimiert beziehungsweise eliminiert. Mithin erfolgt eine akustische Optimierung des Zahneingriffs.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
    • 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wankstabilisators,
    • 2 eine schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Planetenträgers mit mehreren daran angeordneten Planetenrädern,
    • 3 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines am Planetenträger angeordneten Planetenrades gemäß 2,
    • 4 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines am Planetenträger angeordneten Planetenrades gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    • 5 eine schematische Perspektivdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Planetenträgers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    • 6 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus des Planetenträgers gemäß 5, und
    • 7 eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines am Planetenträger gemäß 5 angeordneten Planetenrades.
  • 1 zeigt einen aktiven Wankstabilisator für ein mehrspuriges - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug. Der aktive Wankstabilisator weist einen in zwei Drehstabhälften 1a, 1b geteilten Drehstab sowie einen zwischen den beiden Drehstabhälften 1a, 1b wirksam angeordneten Aktuator 2 auf. Ferner ist der aktive Wankstabilisator quer zur Fahrzeuglängsache angeordnet und an seine freien Enden an - hier nicht dargestellte - Räder beziehungsweise Radträger angeschlossen. Der Aktuator 2 weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 3 auf, in dem ein elektrischer Motor 4 sowie ein am Motor 4 angeschlossenes Planetengetriebe 5 eingebaut sind. Das Planetengetriebe 5 umfasst mehrere - in den nachfolgenden Figuren dargestellte - Planetenräder 7, die drehbar an einem - in den nachfolgenden Figuren dargestellten - Planetenträger 6 angeordnet sind. Das Gehäuse 3 ist drehfest mit der Drehstabhälfte 1b verbunden. Eine - hier nicht dargestellte - Abtriebswelle des Planetengetriebes 5 ist drehfest mit der Drehstabhälfte 1a verbunden. Bei Betätigung des Aktuators 2 werden die beiden Drehstabhälften 1a, 1b zueinander verdreht und dadurch wird ein Torsionsmoment aufgebaut.
  • In 2 ist der Planetenträger 6 mit den drehbar daran gelagerten Planetenrädern 7 des Wankstabilisators aus 1 dargestellt. Der Planetenträger 6 weist zur Dämpfung von Fahrbahnunebenheiten an einem zylindrischen Abschnitt ein sternförmiges Elastomerdämpfungsmittel 15 auf. Das jeweilige Planetenrad 7 ist über einen jeweiligen Bolzen 11 drehbar am Planetenträger 6 gelagert, wobei radial zwischen dem jeweiligen Planetenrad 7 und dem jeweiligen Bolzen 11 ein Lagerelement 12 angeordnet ist. Ferner ist axial zwischen dem Planetenträger 6 und dem jeweiligen Planetenrad 7 ein jeweiliges Federelement 8 zur Einleitung einer axialen Kraft in das jeweilige Planetenrad 7 angeordnet.
  • 3 zeigt ein am Planetenträger 6 gelagertes Planetenrad 7 in einem Detailschnitt. Das Federelement 8 kommt an dem Planetenträger 6 und dem jeweiligen Planetenrad 7 zur Anlage. Dazu weist das Planetenrad 7 eine umlaufend ausgebildete, axiale Ausnehmung 9 zur Aufnahme des Federelements 8 auf. Vorliegend ist das Federelement 8 als metallische Tellerfeder ausgebildet. Alternative Ausführungsformen sind den Ansprüchen zu entnehmen. Ferner ist das Lagerelement 12 als Nadellager ausgebildet, wobei die in einem Kä13 geführten Wälzkörper 14 radial zwischen dem Bolzen 11 und dem Planetenrad 7 abwälzen.
  • In 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Planetenrads 7 des erfindungsgemäßen Wankstabilisators dargestellt. Dieses Planetenrad 7 weist zwei axial benachbarte Planetenradhälften 7a, 7b und eine auf die beiden Planetenradhälften 7a, 7b wirkende Torsionsfeder 10 auf. Die Torsionsfeder 10 ist zur Verspannung der beiden Planetenradhälften 7a, 7b in Umfangsrichtung vorgesehen. In einem belasteten Zustand des Planetenrads 7 werden die beiden Planetenradhälften 7a, 7b aufgrund eines Zahneingriffs mit einem - hier nicht dargestellten - Zahnrad über die Torsionsfeder 10 in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt. Ferner wird eine axiale Vorspannung auf das Planetenrad 7 über das axial zwischen dem Planetenträger 6 und dem Planetenrad 7 angeordnete Federelement 8 erzeugt. Vorliegend ist das Federelement 8 als Toleranzring ausgebildet und aus einem elastischen Polymer hergestellt. Die beide Planetenradhälften 7a, 7b sind auf einem gemeinsamen Bolzen 11 angeordnet, wobei jede Planetenradhälfte 7a, 7b über ein jeweiliges als Gleitlagerbuchse ausgebildetes Lagerelement 12 drehbar am Bolzen 11 gelagert ist. Der Bolzen 11 ist am Planetenträger 6 eines - hier nicht dargestellten - Planetengetriebes aufgenommen. Zur Wirkungsweise des Planetenrads 7 wird insbesondere auf die Absätze [0059], [0060] und [0061] der in der Beschreibungseinleitung zitierten Druckschrift DE 10 2015 206 063 A1 zum Stand der Technik verwiesen.
  • Gemäß den 5 und 6 ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel an einem Planetenträger 6 für jedes Planetenrad 7 eine axiale Anlauffläche 16 vorgesehen, wobei die jeweilige axiale Anlauffläche 16 als axiale Erhebung ausgebildet ist. Mithin sind die axialen Auflageflächen 16 über den Umfang verteilt am Planetenträger 6 angeordnet. Die jeweilige axiale Anlauffläche 16 weist eine ovale Kontur auf und erstreckt sich um wenige Millimeter in axialer Richtung.
  • Aus 7 wird ersichtlich, dass die jeweilige axiale Anlauffläche 16 am Planetenträger 6 ein Eintauchen des jeweiligen Planetenrades 7 auf den Grund des Planetenträgers 6 verhindert. Ein Verkippen des jeweiligen Planetenrades 7 wird somit sicher verhindert. Ferner wird das jeweilige Planetenrad 7 von einem Federelement 8 mit einer axialen Kraft beaufschlagt und dadurch axial vorgespannt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1a, 1b
    Drehstabhälfte
    2
    Aktuator
    3
    Gehäuse
    4
    Motor
    5
    Planetengetriebe
    6
    Planetenträger
    7
    Planetenrad
    7a, 7b
    Planetenradhälfte
    8
    Federelement
    9
    Ausnehmung
    10
    Torsionsfeder
    11
    Bolzen
    12
    Lagerelement
    13
    Käfig
    14
    Wälzkörper
    15
    Elastomerdämpfungsmittel
    16
    axiale Anlauffläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015206063 A1 [0004, 0018]

Claims (10)

  1. Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Drehstabhälften (1a, 1b) und einen dazwischen angeordneten Aktuator (2) zur Übertragung eines Torsionsmomentes, wobei der Aktuator (2) ein Gehäuse (3) aufweist, in dem ein Motor (4) und ein an den Motor (4) angeschlossenes Planetengetriebe (5) angeordnet sind, wobei das Planetengetriebe (5) einen Planetenträger (6) mit mehreren drehbar daran gelagerten Planetenrädern (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem Planetenträger (6) und dem jeweiligen Planetenrad (7) mindestens ein Federelement (8) zur Einleitung einer axialen Kraft in das jeweilige Planetenrad (7) wirksam angeordnet ist.
  2. Wankstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (8) als Tellerfeder ausgebildet ist.
  3. Wankstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (8) als Wellfeder ausgebildet ist.
  4. Wankstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (8) als Toleranzring ausgebildet ist.
  5. Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (8) aus einem Metall oder aus einem Polymer ausgebildet ist.
  6. Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (8) einteilig oder mehrteilig ausgebildet ist.
  7. Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Planetenrad (7) eine axiale Ausnehmung (9) zur zumindest teilweisen Aufnahme des mindestens einen Federelements (8) aufweist.
  8. Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Planetenrad (7) zwei axial benachbarte Planetenradhälften (7a, 7b) und eine auf die beiden Planetenradhälften (7a, 7b) wirkende Torsionsfeder (10) aufweist, wobei die Torsionsfeder (10) zur Verspannung der beiden Planetenradhälften (7a, 7b) vorgesehen ist.
  9. Wankstabilisator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Planetenträger (6) für jedes Planetenrad (7) eine axiale Anlauffläche (16) vorgesehen ist, wobei die jeweilige axiale Anlauffläche (16) als axiale Erhebung ausgebildet ist.
  10. Wankstabilisator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige axiale Anlauffläche (16) am Planetenträger (6) eine zumindest teilweise ovale oder runde Kontur aufweist.
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