Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hohlwelle für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug, ein Wankstabilisierungssystem und ein Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle.

Ein Kraftfahrzeug kann zur aktiven Wankstabilisierung einen aktiven, geregelten Wankstabilisator an einer Achse aufweisen. Ein solcher Wankstabilisator ist in der DE 10 2018 218 598 A1 beschrieben.

Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Hohlwelle für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug, ein verbessertes Wankstabilisierungssystem und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird eine Hohlwelle für ein Wankstabilisierungssystem für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Hohlwelle ein erstes Trägerelement und ein zweites Trägerelement aufweist. Das erste Trägerelement und das zweite Trägerelement sind zylindrisch und aus einem laserschweißbaren Material ausgeformt. Die Hohlwelle weist weiterhin ein zylindrisches Mittelelement auf, das zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement angeordnet ist und unter Verwendung eines Reibschweißverfahrens mit dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement verbunden ist. Das Mittelelement ist durch ein zwischen den Trägerelementen wirkendes Drehmoment verformbar, und weist zumindest ein magnetostriktives Material zum Erfassen einer Verformung des Mittelelements unter Verwendung einer Sensoreinrichtung auf.

Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen oder als ein Nutzfahrzeug realisiert sein. Die Hohlwelle kann als Teil eines Wankstabilisators des Fahrzeugs zwischen zwei Stabilisatorabschnitten angeordnet sein. Über die Hohlwelle kann im Betrieb des Wankstabilisators ein Drehmoment zwischen den Stabilisator- abschnitten übertragen werden. Das Drehmoment kann zu einer Verformung der Hohlwelle führen. Die Verformung kann unter Verwendung der Sensoreinrichtung erfasst werden, die optional an dem Mittelelement der Hohlwelle oder benachbart zu dem Mittelelement angeordnet sein kann. Die Sensoreinheit kann ausgebildet sein, um eine auf dem Prinzip der inversen Magnetstriktion basierende Messung durchzuführen. Dazu ist es vorteilhaft, dass das Mittelelement ein für eine solche Messung geeignetes Material aufweist. Ein solches Material ist typischerweise nicht zum Laserschweißen geeignet. Die Trägerelemente wiederum können aus einem Material ausgeformt sein, dass eine optimale Anbindung der Hohlwelle an benachbarte Elemente ermöglicht und beispielsweise für Laserschweißen geeignet ist. Durch das Reibschweißen kann eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Material des Mittelelements und dem Material der Trägerelemente erreicht werden. Vorteilhafterweise können die Trägerelemente und das Mittelelement einen gleichen Durchmesser aufweisen, sodass ihre Mantelflächen eine bündige Fläche bilden können.

Weiterhin kann gemäß einer Ausführungsform die Hohlwelle die Sensoreinrichtung zum Erfassen der Verformung des Mittelteils aufweisen, wobei die Sensoreinrichtung an einer Innenwand der Hohlwelle angeordnet sein kann. Vorteilhafterweise kann die Sensoreinrichtung an der Innenwand des Mittelelements angeordnet sein, sodass die Sensoreinrichtung durch das Mittelelement und zusätzlich oder alternativ durch die Hohlwelle vor äußeren Einflüssen geschützt wird.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Mittelelement aus einem anderen Material ausgeformt sein als das erste Trägerelement und das zweite Trägerelement. Das erste und das zweite Trägerelement können aus demselben Material ausgeformt sein, das vorteilhafterweise schweißbar sein kann. Durch die unterschiedlichen Materialien der Trägerelemente und des Mittelelements können vorteilhafterweise für das entsprechende Element gewünschte Eigenschaften realisiert werden.

Ein entsprechendes Wankstabilisatorsystem weist neben der genannten Hohlwelle ein Anschlusselement und ein Steuergerät auf. Das Anschlusselement ist an dem ersten Trägerelement angeordnet weist eine mechanische Schnittstelle zu einer Radaufhängungseinheit des Fahrzeugs auf. Das Steuergerät weist einen Befesti- gungsabschnitt auf, der ausgebildet ist, um das Steuergerät an dem zweiten Trägerelement zu befestigen, und weist ferner einen Elektronikabschnitt auf, der im montierten Zustand in die Hohlwelle eingeführt ist.

Das Wankstabilisatorsystem kann vorteilhafterweise in einem Fahrzeug realisiert sein, um beispielsweise Wankbewegungen des Fahrzeugs auszugleichen und zusätzlich oder alternativ zu messen. Vorteilhafterweise kann mittels des Elektronikabschnitts ein Aktuator zum Bereitstellen eines Drehmoments zum Ausgleichen der Wankbewegungen angesteuert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Anschlusselement eine Durchgangsöffnung aufweisen. Der Elektronikabschnitt des Steuergeräts kann zumindest ein Steckerelement aufweisen, wobei das Steckerelement in die Durchgangsöffnung eingreifen kann. Vorteilhafterweise kann der Elektronikabschnitt somit durch das Anschlusselement hindurch elektrisch kontaktiert werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle in einer zuvor genannten Variante vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens, einen Schritt des Anordnens und einen Schritt des Verbindens. Im Schritt des Bereitstellen wird das erste Trägerelement, das zweite Trägerelement und das Mittelelement bereitgestellt. Im Schritt des Anordnens wird das Mittelelement zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement angeordnet. Im Schritt des Verbindens wird das erste Trägerelement und das zweite Trägerelement mit dem Mittelelement unter Verwendung eines Reibschweißverfahrens verbunden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Wankstabilisatorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wankstabilisatorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wankstabilisatorsystems; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Hohlwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Wankstabilisatorsystem 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Fahrzeug 100 handelt es sich beispielhaft um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen. Die rein schematische Darstellung zeigt einen Schnitt durch das Fahrzeug 100 längs einer Hochachse und einer Querachse des Fahrzeugs 100. Gezeigt sind ein Fahrwerk 110, beispielsweise im Bereich einer Vorderachse, und das Wankstabilisatorsystem 120.

Das Wankstabilisatorsystem 120 ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als zweigeteilter Drehstab mit einer Hohlwelle 121 , wie sie in einer der nachfolgenden Figuren näher erläutert wird und die lediglich optional eine Antriebseinheit 122 und eine Getriebeeinheit 124 aufweist, einem Stabilisatorelement 126 und einem weiteren Stabilisatorelement 128 realisiert. Hierbei ist ein Ende des Stabilisatorelements 126 mit einem zur Aufhängung eines ersten Rades 111 des Fahrzeugs 100 vorgesehenen, ersten Radaufhängungselement 113 des Fahrwerks 110 verbunden und ist ein Ende des weiteren Stabilisatorelements 128 mit einem zur Aufhängung eines zweiten Rades 112 des Fahrzeugs 100 vorgesehenen, zweiten Radaufhängungselement 114 des Fahrzeugs 100 verbunden bzw. gekoppelt. Die Radaufhängungselemente 113, 114 sind beispielsweise insgesamt jeweils als Teil einer Radaufhängungseinheit bezeichenbar. Beispielsweise sind die Enden der Stabilisatorelemente 126, 128 hierbei als, vorzugsweise etwa in Fahrtrichtung gebogene oder gekröpfte, Arme ausgeführt, die mittels gelenkig gelagerter Pendelstützen 115, 116 jeweils mit den Radaufhängungselementen 113, 114 verbunden sind. Bei den Radaufhängungselementen 113, 114 handelt es sich beispielsweise um gegenüberliegende Querlenker des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 126, 128 sind je mittels eines Aufbaulagers 117 um eine gemeinsame Drehachse D-D drehbar an einem Fahrgestell bzw. der Karosserie des Fahrzeugs 100 befestigt. Die Drehachse D-D erstreckt sich hierbei beispielhaft entlang der Querachse des Fahrzeugs 100.

Je ein einer Fahrzeugmitte des Fahrzeugs 100 zugewandtes Ende der Stabilisatorelemente 126, 128 ist mit zumindest einer als Aktuator dienenden Antriebseinheit 122, insbesondere einer Drehstromantriebseinrichtung oder einem anderen Elektromotor, mechanisch gekoppelt. Die Antriebseinheit 122 ist ausgebildet, um unter Verwendung der Getriebeeinheit 124 die Stabilisatorelemente 126, 128 gegensinnig um die Drehachse D-D zu verdrehen. Durch das gegensinnige Verdrehen der Stabilisatorelemente 126, 128 werden die Radaufhängungselemente 113, 114 bewegt und es kann durch ein so erzeugtes Stabilisierungsmoment einem Wanken der Karosserie beispielsweise bei Kurvenfahrt entgegengewirkt werden.

Ein Wankstabilisatorsystem für eine Hinterachse des Fahrzeugs 100 kann entsprechend zu dem hier beispielhaft für die Vorderachse gezeigten Wankstabilisatorsystem 120 ausgeführt sein.

Um ein über die Hohlwelle 121 übertragenes Drehmoment optimal erfassen zu können, ist die Hohlwelle 121 segmentiert ausgeführt, wie es beispielsweise anhand von Fig. 2 näher beschrieben ist.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wankstabilisatorsystems 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Wankstabilisatorsystem 120 entspricht oder ähnelt zumindest dem in Fig. 1 beschriebenen Wankstabilisatorsystem 120. Das Wankstabilisatorsystem 120 weist dabei die Hohlwelle 121 , ein Anschlusselement 200 und ein Steuergerät 204 auf. Das Anschlusselement 200 weist eine mechanische Schnittstelle 202 zu zumindest einem Radaufhängungselementen einer Radaufhängungseinheit auf, wie es beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Das Steuergerät 204 weist einen Befestigungsabschnitt 206 und einen Elektronikab- schnitt 208 auf. Der Befestigungsabschnitt 206 ist ausgebildet, um das Steuergerät 204 an der Hohlwelle 121 , genauer gesagt an dem zweiten Trägerelement 212, zu befestigen. Der Elektroabschnitt 208 ist in die Hohlwelle 212 einführbar und umfasst zumindest eine elektrische Schaltung zum Steuern einer Funktionalität des Wankstabilisatorsystems 120.

Die Hohlwelle 121 ist segmentiert ausgeführt. Dazu weist die Hohlwelle 121 ein erstes Trägerelement 210 und ein zweites Trägerelement 212 sowie ein Mittelelement 214 auf, die jeweils zylindrisch ausgeformt sind. Das erste Trägerelement 210 und das zweite Trägerelement 212 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem laserschweißbaren Material ausgeformt. Das Mittelelement 214 ist zwischen dem ersten Trägerelement 210 und dem zweiten Trägerelement 212 angeordnet und unter Verwendung eines Reibschweißverfahrens mit dem ersten Trägerelement 210 und dem zweiten Trägerelement 212 verbunden. Das Mittelelement 214 ist durch ein zwischen den Trägerelementen 210, 212 wirkendes Drehmoment verformbar und weist zumindest ein magnetostriktives Material auf, das eine Erfassung der Verformung über eine auf Magnetstriktion basierenden Messung ermöglicht. Dazu kann eine Sensoreinrichtung verwendet werden, die an der Hohlwelle 121 oder dem Steuergerät 204 befestigt ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Hohlwelle 121 zylinderartig ausgeformt. Die Trägerelemente 210, 212 und das Mittelelement 214 sind dabei als drei Einzelteile ausgeformt, die zusammengefügt wurden und gemeinsam einen Tubus bilden. Dabei ist das Mittelelement 214 aus einem anderen Material ausgeformt als das erste Trägerelement 210 und das zweite Trägerelement 212. Diese Einzelteile sind beispielsweise mittels eines Schweißverfahrens, wie beispielsweise Reibschweißen miteinander verbindbar und in Fig. 2 im bereits verbundenen Zustand gezeigt.

Das mit dem ersten Trägerelement 210 verbundene Anschlusselement 200 weist lediglich optional eine Durchgangsöffnung 216 auf. Dem entsprechend weist der Elektronikabschnitt 208 gemäß einem Ausführungsbeispiel optional zumindest ein Steckerelement 218 auf, das im montierten Zustand des Wankstabilisatorsystems 120 in die Durchgangsöffnung 216 eingreift. Über das Steckerelement 218 lässt sich das Steuergerät 204 beispielsweise mit Energie versorgen und es können Daten übertragen werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Elektronikabschnitt 208 eine Sensoreinrichtung, die im montierten Zustand des Wankstabilisatorsystems 120 gegenüberliegend zu dem Mittelelement 214 angeordnet ist und ausgebildet ist, um unter Verwendung einer auf dem Prinzip der Magnetstriktion basierenden Messung eine Verformung des Mittelelement 214 zu erfassen. Basierend auf der erfassten Verformung kann unter Verwendung einer geeigneten Bestimmungsvorschrift auf ein die Verformung hervorrufendes Drehmoment geschlossen werden, das über die Hohlwelle 121 übertragen wird.

Zusätzlich oder alternativ kann eine entsprechende Sensoreinrichtung direkt an der Hohlwelle 121 , beispielsweise an einer Innenwand der Hohlwelle 121 befestigt sein.

In anderen Worten ausgedrückt wird durch den hier beschriebenen Ansatz ein Einsatz einer dreigeteilten Hohlwelle 121 zur Verbesserung eines magnetischen Messprinzips vorgestellt, die beispielsweise mittels Reibschweißen gefertigt wird.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wankstabilisatorsystems 120. Das hier dargestellte Wankstabilisatorsystem 120 ähnelt zumindest dem in Fig. 1 oder 2 beschriebenen Wankstabilisatorsystem 120 und ist dem entsprechend als ein Alternativbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Wankstabilisatorsystems 120 ausgeformt. Die Hohlwelle 121 ist weiterhin dreiteilig segmentiert ausgeführt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich abweichend zu Fig. 2 eine Sensoreinrichtung 300 zum Erfassen der Verformung der Hohlwelle 121 an einer Innenwand 302 der Hohlwelle 121 angeordnet. Vorteilhafterweise ist die Sensoreinrichtung 300 dabei an dem Mittelelement der Hohlwelle 121 befestigt.

Die Sensoreinrichtung 300 weist beispielsweise eine Mehrzahl von Planarspulen zum Erzeugen und Auswerten eines mit dem Material des Mittelelements wechselwirkenden Magnetfelds auf. Die Sensoreinrichtung 300 kann an einer geeigneten Position innerhalb der Hohlwelle 121 angeordnet sein, beispielsweise auch weiter von dem Rand der Hohlwelle 121 entfernt im Inneren der Hohlwelle 121.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Hohlwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch das Verfahren 400 ist beispielsweise eine Hohlwelle realisierbar, wie sie in einer der Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde.

Das Verfahren 400 umfasst dazu einen Schritt 402 des Bereitstellens, einen

Schritt 404 des Anordnens und einen Schritt 406 des Verbindens. Im Schritt 402 des Bereitstellens werden das erste Trägerelement, das zweite Trägerelement und das Mittelelement bereitgestellt, wobei das Trägerelement und das zweite Trägerelement zylindrisch und aus einem laserschweißbaren Material ausgeformt sind und das Mittelelement zylindrisch und zumindest teilweise aus einem magnetostriktiven Material ausgeformt ist. Im Schritt 404 des Anordnens wird das Mittelelement zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement angeordnet. Im Schritt 406 des Verbindens werden das erste Trägerelement und das zweite Trägerelement mit dem Mittelelement unter Verwendung eines Reibschweißverfahrens verbunden.

Bezuqszeichen

100 Fahrzeug

110 Fahrwerk

111 erstes Rad

112 zweites Rad

113 erstes Radaufhängungselement

114 zweites Radaufhängungselement

115 Pendelstütze

116 Pendelstütze

117 Aufbaulager

120 Wankstabilisatorsystem

121 Hohlwelle

122 Antriebseinheit

124 Getriebeeinheit

126 Stabilisatorelement

128 weiteres Stabilisatorelement

D-D Drehachse

200 Anschlusselement

202 mechanische Schnittstelle

204 Steuergerät

206 Befestigungsabschnitt

208 Elektronikabschnitt

210 erstes Trägerelement

212 zweites Trägerelement

214 Mittelelement

216 Durchgangsöffnung

218 Steckerelement

300 Sensoreinrichtung

302 Innenwand Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle Schritt des Bereitstellens der Trägerelemente und des Mittelelements Schritt des Anordnens des Mittelelements Schritt des Verbindens der Trägerelemente mit dem Mittelelement