Die Erfindung betrifft einen Wankstabilisator sowie dessen Verwendung in einem Kraftfahrzeug.

Aktive Wankstabilisatoren mit einem hydraulischen oder elektromotorischen Aktuator sind bekannt. Dabei wird ein passiver Wankstabilisator aufgetrennt und ein Aktuator bestehend aus Motor und Getriebe zwischen die Stabilisatorelemente geschaltet. Dieser Aktuator kann die beiden Stabilisatorelemente gegeneinander verdrehen, um das Wanken eines Kraftfahrzeugs aufgrund von Anregungen der Fahrbahn oder bei Ausweichen oder Kurvenfahrten zu minimieren. Dabei sind hohe Stellkräfte erforderlich, so dass aufgrund des begrenzten Bauraums an der jeweiligen Fahrzeugachse Motor und Getriebe axial nebeneinander angeordnet sind.

Durch die EP 1 820 675 A1 wurde ein Aktuator für einen aktiven Wankstabilisator bekannt, wobei der Aktuator einen Elektromotor mit einem nachgeschalteten dreistufigen Planetengetriebe aufweist, welches ausgangsseitig über seinen letzten Planetenträger den Abtrieb ausbildet. Der Elektromotor und das Planetengetriebe sind nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse des Aktuators aufgenommen, wobei eine Seite des Gehäuses mit einem ersten Stabilisatorelement drehfest verbunden ist. Das zweite Stabilisatorelement ist mit dem abtreibenden Planetenträger des Planetengetriebes drehfest verbunden. Bei Aktivierung des Elektromotors werden die beiden Stabilisatorelemente gegeneinander verdreht, um einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus kontrolliert entgegen zu wirken.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik, verfolgt die Erfindung das Ziel einer Verbesserung einer aktiven Wankstabilisierung hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums sowie der Optimierung des Antriebs.

Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Aktuator mit einem Gehäuse mit einem an diesem verdrehfest gekoppelten ersten Stabilisatorelement und einem in dem Gehäuse befindlichen und dort festgelegten Elektromotor. Das Getriebe ist antriebsseitig mit dem Elektromotor gekoppelt und abtriebsseitig mit einem zweiten Stabilisatorelement gekoppelt, so dass die Stabilisatorelemente gegeneinander elektromechanisch verdrehbar sind. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Elektromotor, der als Vernier-Motor ausgebildet ist und als Antrieb mit dem Getriebe gekoppelt ist. Eine Steuerung nimmt die aktuelle Fahrsituation auf und gibt Signale an eine Elektronik des Aktuators, so dass der Motor das Getriebe in eine der möglichen Drehrichtungen dreht und dabei in Abhängigkeit von der Fahrsituation eine gegenläufige Verdrehung der Stabilisatorelemente bewirkt. Die Neigung des Fahrzeugs in eine kurvenäußere Richtung kann damit verändert bzw. minimiert werden. Ebenfalls kann das Wanken des Fahrzeugs bedingt durch eine Fahrbahnunebenheit ausgesteuert werden, so dass die Anregung im Idealfall zu keiner Wankbewegung des Fahrzeugs führt. Die Insassen nehmen weniger Neigung in Kurven als angenehmer war und bei Anregungen aufgrund von Fahrbahnunebenheiten ergibt sich ein Fahrgefühl wie auf einer ebenen Fahrbahn, da ein Wanken verhindert bzw. minimiert wird.

Der Elektromotor (E-Motor) ist vorzugsweise als bürstenloser Vernier-Elektromotor ausgebildet. Diese Art von E-Motoren bildet einen in hohem Maße effizienten

Elektromotor aus, der im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren eine verbesserte Volumeneffizienz aufweist. Ein Vernier-Motor kann bei geringerem Volumen ein höheres Drehmoment erzeugen als ein herkömmlicher E-Motor mit entsprechend größerem Volumen. Mit anderen Worten kann ein E-Motor verkleinert werden und gleichzeitig eine zumindest gleiche oder sogar höhere Leistung aufbringen. Anders gesagt kann die Größe im Vergleich zu den herkömmlich in Wankstabilisatoren eingesetzten E-Motor verringert werden, so dass entweder der Bauraum für weitere innerhalb des Aktuators benötigte Bauteile zur Verfügung steht. Oder es kann der Aktuator insgesamt verkleinert werden. Es kann somit für das Fahrwerk an der jeweiligen Achse ein insgesamt sehr kompakt bauender Wankstabilisator dargestellt werden, so dass der benötigte Bauraum z.B. für die Lenkung, insbesondere Hinterachslenkung, oder einen, vorzugsweise elektrischen Achsantrieb genutzt werden kann. Der Vernier-Motor ist nicht nur kleiner als ein vergleichbarer Elektromotor. Er ist auch leichter und leistungseffizienter als ein vergleichbarer herkömmlicher E-Motor und weist ausreichend Drehmoment auf, um mittels des Getriebes eine Verdrehung der Stabilisatorelemente zueinander zu bewirken. Durch die Bauart kann maßgeblich die Größe und damit das Gewicht der Magnete reduziert werden. Dadurch müssen weniger seltene Erden zur Herstellung der Magnete verwendet werden, was den Vernier-Motor deutlich kostengünstiger macht als ein vergleichbarer herkömmlicher E- Motor mit gleicher Leistung.

In einer ersten Ausführungsform ist der Vernier-Motor mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des Getriebes angeordnet. Dabei ist das Getriebe bevorzugt achsparallel zur Längsachse des Aktuatorgehäuse angeordnet, so dass auch die Längsachsen der Enden der Stabilisatorelemente achsparallel hierzu angeordnet sind. Bevorzugt liegen die Längsachsen aufeinander und es ergibt sich eine gemeinsame Längsachse. Im Gegensatz zur vorgenannten achsparallelen Anordnung kann durch diese koaxiale Bauweise eine kompaktere Bauform des Aktuators und des Wankstabilisators bereitgestellt werden. Es ergibt sich durch den Vernier-Motor insgesamt eine vorteilhafte Bauraumreduzierung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe im Wesentlichen, insbesondere vollständig, innerhalb des E-Motors integriert. Mit anderen Worten ist das Getriebe hinsichtlich der axialen Erstreckung im Wesentlichen innerhalb des Rotors und/oder Stators angeordnet. Es ergibt sich damit eine kompakte Antriebseinheit, da E-Motor und Getriebe nicht axial nebeneinander in dem Gehäuse des Aktuators untergebracht werden müssen. Dadurch kann die axiale Erstreckung des Aktuators deutlich reduziert werden. Bevorzugt reduziert sich die axiale Erstreckung (Breite des Aktuators) auf die Hälfte, höchst vorzugsweise auf ein Drittel eines vergleichbaren Aktuators.

Das Getriebe ist in einer bevorzugten Bauform als ein Wellgetriebe ausgebildet, wobei der Rotor des Verniermotors mit der elliptischen Scheibe des Wellgetriebes gekoppelt ist. Wellgetriebe weisen eine geringe Bauteilzahl auf und können hohe Drehmomente übertragen. Dieses auch als Spannungswellengetriebe oder Gleitkeilgetriebe bezeichnete Getriebe, auch nach der englischen Bezeichnung strain wave gear (SWG) genannt, ist ein Getriebe mit einem elastischen Übertragungselement, das sich durch hohe Übersetzung und Steifigkeit auszeichnet. Es besteht im Wesentlichen aus drei Elementen. Es wird eine elliptische Stahlscheibe mit aufgeschrumpftem Wälzlager und dünnem verformbarem Laufring (auch Wave Generator genannt) benötigt, wobei die elliptische Scheibe den Antrieb des Getriebes bewirkt. Des Weiteren wird eine verformbare zylindrische Stahlbüchse mit Außenverzahnung, dem sogenannten Flexspline benötigt, wobei die Stahlbüchse den Abtrieb ausbildet.

Schließlich wird ein starrer zylindrischer Außenring mit Innenverzahnung, dem Cir- cular Spline benötigt. Am unteren und oberen Rand des Außenrings greifen dessen Zähne und die des Flexspline ineinander. Die Außen Verzahnung der Stahlbüchse hat weniger Zähne als die Innenverzahnung des Außenrings. Bevorzugt beträgt diese Differenz zwei Zähne. Flexspline und Circular Spline vollführen bei jeder Umdrehung eine Relativbewegung um zwei Zähne, so dass bei hoher Übersetzung eine Drehbewegung erzeugt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe als Umlaufrädergetriebe, vorzugsweise Planetengetriebe mit zumindest einer Stufe oder auch als Wolfromgetriebe ausgebildet. Auch Umlaufrädergetriebe können hohe Drehmomente übertragen und weisen z.B. in Form eines Planetengetriebes eine vorteilhafte Laufruhe auf. Der Vernier-Motor treibt das Sonnenrad an (bei einem mehrstufigen Planetengetriebe das erste Sonnenrad) und das Drehmoment wird über den (bei mehreren Planetenstufen letzten) Planetenträger auf das zweite Stabilisatorelement übertragen. Dieses ist gegenüber dem Gehäuse und somit gegenüber dem ersten Stabilisatorelement verdrehbar. Die Planetenträger weisen zumindest drei Planetenräder auf, die mit einem in dem Gehäuse angeordneten Hohlrad kämmen. Bevorzugt ist die Hohlradverzahnung in das Gehäuse eingebracht, so dass Hohlrad und Gehäuse einstückig ausgebildet sind.

Bevorzugt weist der Vernier-Motor einen gegenüber dem Gehäuse des Aktuators drehfest angeordneten Stator auf, wobei ein innerhalb des Stators drehbar gelagerter Rotor mit dem Getriebe gekoppelt ist. Bei dieser Art E-Motoren sind außen am Stator Magnete angeordnet, die jedoch gegenüber herkömmlichen E-Motoren in ihrer Größe deutlich geringer ausfallen. Somit ist der benötigte Bauraum des Vernier-E-Motors insgesamt reduziert. Aus diesem Grund kann in einer bevorzugten Ausführung der Außendurchmesser des Aktuators ohne Leistungseinbuße vergleichsweise kleiner ausfallen und damit der Bauraum des Wankstabilisators reduziert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist in dem zumindest einstufig ausgebildete Planetengetriebe zumindest ein Mittel, vorzugsweise eine Feder, zur Geräuschmi- nimierung vorgesehen. Das Mittel kann eine Vorspannung eines oder mehrerer der Zahnräder oder Planetenträger bewirken, so dass es, insbesondere bei Drehrichtungswechsel, zu keinem Flankenschlagen innerhalb des Getriebes kommen kann. Dieses ist insofern wichtig, als dass Betriebsgeräusche des Aktuators über die Stabilisatorelemente direkt in das Fahrwerk übertragen werden können und für die Insassen hörbar darstellen. Zu weiteren akustischen Entkopplung des Aktuators können ein oder mehrere Entkopplungselemente außerhalb des Getriebes, z.B. zwischen Getriebe und dem zweiten Stabilisatorelement vorgesehen sein. Diese Entkopplungselemente können sowohl innerhalb des Gehäuses des Aktuators oder auch außerhalb in die Stabilisatorelemente selbst integriert sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Planetengetriebe je Planetenstufe wenigstens ein zumindest zweiteiliges Planetenrad auf, wobei die beiden, bevorzugt baugleichen Teilplanetenräder mittels einer Feder gegeneinander vorgespannt sind. Insbesondere wirkt die Feder im Sinne einer Torsionsfeder, so dass ein Flankenschlagen wirkungsvoll vermieden wird, da sich die Teilplanetenräder gegenüber der Verzahnung des Hohlrades abstützen. Es kann zusätzlich auch eine Vorspannung in axialer Richtung vorgesehen sein, so dass ein Wandern und Anschlagen der Planetenräder in axialer Richtung vermieden werden kann.

Die vorgenannten Federn können aus Federstahl oder aus einem Elastomer oder weiteren geeigneten elastischen Werkstoffen bestehen und in Form eines Ringes oder in Form von Scheiben ausgebildet sein. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung des erfindungsgemäßen Wankstabilisators in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Der aktive Wankstabilisator kann an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse angeordnet sein. Aufgrund des geringeren Energiebedarfs des erfindungsgemäßen Ver- nier-Elektromotors wird weniger Energie aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges für die Wankstabilisierung entnommen als bei Einsatz eines Aktuators mit herkömmlichem E-Motor. Neben dem geringeren Energieeinsatz bei der Verdrehung ergeben sich zudem geringere Betriebsgeräusche für den Aktuator durch die Entkopplung bzw. Vorspannung. Zudem ist die Gewichtsreduzierung im Sinne der Wirtschaftlichkeit bei Fahrzeugen mit aktiver Wankstabilisierung.

Der vorgenannte Antrieb mittels Vernier-Motor eignet sich auch für andere Anwendungen, beispielsweise bei Fensterhebern in Fahrzeugtüren oder ähnlichen Stellantrieben. Auch hier wird ein kompakter, energieeffizienter sowie drehmomentstarker Antrieb benötigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eine Fahrzeugachse mit aktivem Wankstabilisator,

Fig. 2 eine Detailansicht einer Ausführung eines Wankstabilisators,

Fig. 3 eine Detailansicht einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Wankstabilisators.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Wankstabilisator 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Wankstabilisator 105 ist als zweigeteilter Drehstab mit einem ersten Stabilisatorelement 110 und einem zweiten Stabilisatorelement 115 realisiert. Hierbei ist ein Ende des ersten Stabilisatorelements 110 mit einem ersten Radaufhängungselement 120 des Fahrzeugs 100 und ein Ende des zweiten Stabilisatorelements 115 mit einem zweiten Radaufhängungselement 125 des Fahrzeugs 100 verbunden. Es sind die Enden der Stabilisatorelemente 110, 115 mit gelenkig gelagerten Pendelstützen 120a, 125a verbunden, die mit dem Fahrwerk verbunden sind. Bei den Radaufhängungselementen 120, 125 handelt es sich beispielsweise um gegenüberliegende und jeweils einem Rad zugeordneten Querlenker des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 110, 115 sind jeweils mittels eines karosseriefesten Aufbaulagers 130 um eine gemeinsame Drehachse D-D drehbar an einem Fahrgestell des Fahrzeugs 100 befestigt. Die Drehachse D-D entspricht hierbei beispielhaft einer Querachse des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 110, 115 können mittels eines Aktuators 135 gegeneinander verdreht werden, wenn eine Steuerung 140 beispielsweise eine Fahrbahnunebenheit sensiert und diese Anregung durch eine gezielte Verdrehbewe- gung ausgesteuert wird, so dass die Karosserie keine Wankbewegung durch die Anregung erfährt, wie dieses aufgrund des Kopiereffektes bei einem passiven Wankstabilisator der Fall wäre.

Figur 2 zeigt den Aufbau eines Aktuators 135 eines herkömmlichen aktiven Wankstabilisators 105 gemäß dem Stand der Technik. Der Wankstabilisator 105 weist einen Aktuator 135 mit einem Gehäuse 137 aus. In dem Gehäuse 137 ist ein E-Motor 150 mit gehäusefestem Stator 155 sowie in dem Gehäuse 137 drehbar gelagertem Rotor 152 angeordnet. Des Weiteren ist in Richtung des E-Motorseitigen Endes eine Steuerung bzw. Elektronik 140 zum Betrieb des Aktuators 135 in dem Gehäuse 150 untergebracht. Axial neben dem E-Motor ist ein Getriebe 160 in Form eines Planetengetriebes angeordnet. Der E-Motor 150 ist mit dem ersten Sonnenrad 162a der ersten Planetenstufe 161a wirkverbunden. Das Planetengetriebe weist insgesamt drei Planetenstufen 161a, 161b, 161c mit drei Planetenträgern 164a, 164b, 164c auf. Die Planetenräder der jeweiligen Planetenträger 164a, 164b, 164c kämmen mit einem Hohlrad 166, welches an der Innenseite des Gehäuses angeordnet ist. Ein erster Stabilisatorelement 110 ist mit dem E-motor-seitigen Ende des Aktuators 135 stoffschlüssig verbunden. Der zweite Stabilisatorelement 115 ist mit dem letzten Planetenträger 164c wirkverbunden. Das Drehmoment des E-Motors 150 wird über das Getriebe 160 auf das Stabilisatorelement 115 übertragen, so dass es zu einer Verdrehung des Stabilisatorelements 115 gegenüber dem Gehäuse 137 bzw. letztlich gegenüber dem Stabilisatorelement 110 kommt. Das Gehäuse weist eine axiale Er- streckung L1 auf, die sich durch die Anordnung von E-Motor 150 neben dem Getriebe 160 ergibt. Es ist deutlich ersichtlich, dass der E-Motor 150 und das Getriebe 160 jeweils etwa die Hälfte der Breite des Aktuators als Bauraum des Aktuators in Anspruch nehmen.

Figur 3 zeigt eine Ausführung gemäß der Erfindung, bei dem eine deutlich kompaktere Bauform des Aktuators ersichtlich ist. Das Planetengetriebe 260 ist analog zu dem Getriebe aus Figur 2 ausgeführt und ist hier innerhalb des E-Motors 250 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 237 ist analog zur Anordnung gemäß Figur 2 die Steuerung bzw. Elektronik 240 des Aktuators 235 untergebracht. Mit anderen Worten erstreckt sich das Getriebe axial im Wesentlichen nicht über den Vernier-Motor hinaus. Das Hohlrad 266 ist innerhalb des Rotors 252 angeordnet und über ein Haltebauteil 267 an dem Gehäuse 235 abgestützt. Durch die koaxiale Anordnung von E-Motor 250 und Getriebe 260 kann erheblich Bauraum eingespart werden. Die Breite des Aktuators 235 kann mit l_2 auf etwa nur 2/3 bis die Hälfte der Breite Li des Aktuators 135 aus Figur 2 (gemäß Stand der Technik) reduziert werden. Das wird vor allem deshalb möglich, weil der Vernier-Motor, vorliegend mit Hohlrotor, weniger Bauraum beansprucht und in seinem Inneren das Getriebe aufnehmen kann. Es ist offensichtlich, dass bei einem herkömmlichen E-Motor gemäß Figur 2 ein Getriebe nicht in den E- Motor integriert werden kann.

Neben der in Figur 3 gezeigten Getriebeanordnung sind weitere Getriebe denkbar, die innerhalb des E-Motors bzw. des Verniermotors angeordnet sein können.

Bezugszeichen

100 Fahrzeug

105, 205 Wankstabilisator

110, 210 erstes Stabilisatorelement

115, 215 zweites Stabilisatorelement

120 erstes Radaufhängungselement

120a erste Pendelstütze

125 zweites Radaufhängungselement

125a zweite Pendelstütze

130 Aufbaulager

135, 235 Aktuator

137, 237 Gehäuse

140, 240 Steuerung, Elektronik

150, 250 Elektromotor

152, 252 Rotor

155, 255 Stator

160, 260 Getriebe

161a,b,c Planetenstufen

162a,b,c Sonnenrad

164a,b,c Planetenträger

166,266 Hohlrad

170, 270 Abtrieb