DE102009034849A1

DE102009034849A1 - Wankstabilisator

Info

Publication number: DE102009034849A1
Application number: DE200910034849
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rau; Gerhard Pichler; Hans-Jörg Pöhler; Werner Eisenhauer; Christoph Finder; Gerhard Neuwirth
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-03
Also published as: WO2011012634A1; WO2011012635A1

Abstract

Es wird ein aktiver elektrischer Wankstabilisator mit einem Elektromotor und zwei durch den Elektromotor gegeneinander verdrehbare Stabilisatorhälften beschrieben. Es ist eine hydraulische Fail-Safe-Bremse vorgesehen, durch die bei einem Ausfall des Elektromotors ein Bremsmoment zwischen den Stabilisatorhälften erzeugbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen aktiven elektrischen Wankstabilisator mit einem Elektromotor und zwei durch den Elektromotor gegeneinander verdrehbaren Stabilisatorhälften eines Stabilisatorstabes.
Aktive elektrische Wankstabilisatoren umfassen üblicherweise einen zweigeteilten Stabilisatorstab, der im Wesentlichen parallel zu einer Fahrzeugachse angeordnet ist. Die beiden außen gelegenen Enden der Stabilisatorhälften sind jeweils mit der Radaufhängung verbunden, während die einander zugewandten, innen liegenden Enden der beiden Stabilisatorhälften über den Elektromotor gegeneinander jeweils um ihre Längsachse verdrehbar sind. Durch die beim Verdrehen der Stabilisatorhälften entstehende Torsionskraft kann einem Wanken des Fahrzeugs entgegengewirkt werden.
Eine der Stabilisatorhälften ist üblicherweise mit dem Motorgehäuse des Elektromotors drehfest verbunden, während die andere Stabilisatorhälfte beispielsweise über ein Untersetzungsgetriebe, wie beispielsweise ein Planetengetriebe, mit der Motorwelle verbunden ist. Durch entsprechendes Ansteuern des Elektromotors werden Motorwelle und Motorgehäuse gegeneinander verdreht, was zu der gewünschten Torsion der Stabilisatorhälften führt.
Bei aktiviertem Wankstabilisator besteht somit ein Kräftegleichgewicht zwischen den durch die verdrehten Stabilisatorhälften erzeugten Torsionskräften und der von dem Elektromotor erzeugten Kraft, so dass sich der Elektromotor in einem vorgespannten Zustand befindet. Bei einem Ausfall des Elektromotors, beispielsweise durch einen Stromausfall oder einen Ausfall der Steuerung des Elektromotors, ist das vorhandene Kräftegleichgewicht aufgehoben, so dass sich der Rotor des Elektromotors zusammen mit der Motorwelle aufgrund der Vorspannung der tordierten Stabilisatorhälften mit sehr hoher Geschwindigkeit zurückdreht. Es erfolgt somit eine plötzliche und abrupte Entspannung der Stabilisatorhälften, was zu einer entsprechend abrupten Störung in den Fahreigenschaften des mit dem Wankstabilisator versehenen Fahrzeugs führt. Es ist daher wünschenswert, dass ein solches plötzliches und schnelles Zurückdrehen des Elektromotors vermieden wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen aktiven elektrischen Wankstabilisator der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem beim Ausfall des Elektromotors kein plötzliches und unkontrolliertes Verdrehen der Stabilisatorhälften gegeneinander erfolgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend von einem aktiven elektrischen Wankstabilisator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine hydraulische Fail-Safe-Bremse vorgesehen ist, durch die bei einem Ausfall des Elektromotors ein Bremsmoment zwischen den Stabilisatorhälften erzeugbar ist.
Mit der Erfindung wird eine einfache und sichere sanfte Abbremsung der Drehbewegung der Stabilisatorhälften bei einem Ausfall des Elektromotors erreicht, da die hydraulische Fail-Safe-Bremse von einer Stromzufuhr unabhängig ist. Der Begriff Stabilisatorhälften ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung dabei nicht so zu verstehen, dass der Stabilisatorstab genau hälftig aufgeteilt ist, sondern es kann auch eine unsymmetrische Aufteilung des Stabilisatorstabes vorliegen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fail-Safe-Bremse ein Bremsgehäuse sowie ein innerhalb des Bremsgehäuses in einem Hydraulikfluid bewegbar gelagertes Bremselement, dessen Bewegung durch das Hydraulikfluid abbremsbar ist. Die hydraulische Fail-Safe-Bremse macht sich somit den bei einer Bewegung des Bremselements durch das Hydraulikfluid erzeugten Strömungswiderstand zunutze, um eine gleichmäßige und sanfte Abbremsung der Bewegung der Stabilisatorhälften zu erreichen. Es handelt sich bei dieser Abbremsung somit um eine passive Abbremsung, die keine Energiezufuhr von außen erforderlich macht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in dem Bremselement und/oder zwischen dem Bremselement und dem Bremsgehäuse eine oder mehrere Drosselöffnungen für das Hydraulikfluid ausgebildet. Bei einem Bewegung des Bremselements kann das Hydraulikfluid somit durch die Drosselöffnungen hindurchströmen, wobei durch eine entsprechende Wahl der Größe und Anzahl der Drosselöffnungen ein gewünschter Strömungswiderstand eingestellt werden kann, der wiederum in einem gewünschten, auf die Stabilisatorhälften wirkenden Bremsmoment resultiert.
Bevorzugt ist das Bremselement mit einer der Stabilisatorhälften wirkverbunden. Das Bremselement kann dabei direkt mit einer der Stabilisatorhälften oder beispielsweise über ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, mit der Stabilisatorhälfte verbunden sein, um das erzeugte Bremsmoment auf die Stabilisatorhälfte zu übertragen.
Weiter bevorzugt kann ein Kopplungselement vorgesehen sein, durch das das Bremselement temporär an eine der Stabilisatorhälften bewegungswirksam ankoppelbar ist. Auch in diesem Fall kann die Ankopplung direkt oder über zwischengeschaltete Elemente, beispielsweise ein Getriebe, insbesondere in Form eines Planetengetriebes, erfolgen. Die Ankopplung des Bremselements kann dabei nur im Fehlerfall, d. h. bei Ausfall des Elektromotors erfolgen, während im Normalbetrieb das Bremselement von der Stabilisatorhälfte entkoppelt sein kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Bremsgehäuse mit der anderen Stabilisatorhälfte wirkverbunden oder an diese bewegungswirksam ankoppelbar. Auch für das Bremsgehäuse gelten dabei die bereits zum Bremselement beschriebenen Varianten, so dass die Kopplung direkt oder indirekt über ein zwischengeschaltetes Getriebe sowie dauerhaft oder temporär erfolgen kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Bremselement gegenüber dem Bremsgehäuse verdrehbar, verschwenkbar oder verschiebbar gelagert. Allen Bewegungsarten ist gemeinsam, dass bei der entsprechenden Bewegung aufgrund des auf das Bremselement einwirkenden Hydraulikfluids ein Bremsmoment zwischen den Stabilisatorhälften erzeugt wird.
Vorteilhaft umfasst das Bremsgehäuse zumindest eine Hydraulikkammer, die durch das Bremselement in zumindest zwei Unterkammern variabler Größe geteilt wird. Die Größe der Unterkammern ändert sich dabei entsprechend der Bewegung des Bremselements, wobei beispielsweise über die zuvor genannten Drosselöffnungen Hydraulikfluid von einer Unterkammer in die andere Unterkammer strömen kann, wodurch die gewünschte Bremswirkung erzeugt wird.
Es ist auch möglich, dass nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Unterkammern zum Austausch von Hydraulikfluid über zumindest eine Hydraulikleitung miteinander verbunden sind. Dies kann alternativ oder zusätzlich zu den bereits beschriebenen Drosselöffnungen erfolgen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fail-Safe-Bremse eine insbesondere rotatorische Hydraulikpumpe. Die Hydraulikpumpe kann dabei bevorzugt als Gerotor-, Zahnring- oder Zahnradpumpe ausgebildet sein. Bevorzugt kann dabei das Bremselement als Kolben der Hydraulikpumpe, beispielsweise als Innen- oder als Außenrotor, ausgebildet sein oder drehwirksam mit diesem verbunden sein. Weiter bevorzugt kann die Hydraulikpumpe einen Einlass und einen Auslass umfassen, die zum Austausch von Hydraulikfluid über zumindest eine Hydraulikleitung miteinander verbunden sind.
Vorteilhaft kann die Hydraulikleitung als Drosselleitung ausgebildet sein. Dies ist insbesondere bei einer nur temporären Ankopplung des Bremselements bzw. des Bremsgehäuses sinnvoll, da in diesem Fall das abgekoppelte Bremselement im Normalbetrieb nicht bewegt wird und erst im Fehlerfall durch die Ankopplung des Bremselements bzw. des Bremsgehäuses eine Bewegung des Bremselements gegenüber dem Bremsgehäuse erfolgt, durch die Hydraulikfluid durch die Drosselleitung transportiert wird. Aufgrund der Ausbildung als Drosselleitung kann dabei ein gewünschter Strömungswiderstand eingestellt werden, der zu einer entsprechenden Abbremsung der Bewegung der Stabilisatorhälften führt.
Es ist auch möglich, dass nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Hydraulikleitung als Kurzschlussleitung ausgebildet ist und dass in der Kurzschlussleitung ein Hydraulikventil angeordnet ist. Insbesondere kann das Hydraulikventil dabei als elektrisch ansteuerbares Ventil ausgebildet sein, das im stromlosen Zustand geschlossen ist.
Diese Ausführungsform ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die zuvor beschriebenen Drosselöffnungen in dem Bremselement und/oder zwischen dem Bremselement und dem Bremsgehäuse vorhanden sind und eine dauerhafte Kopplung zwischen dem Bremselement bzw. dem Bremsgehäuse und den Stabilisatorhälften existiert. In diesem Fall wird im Normalbetrieb das durch das Bremselement bewegte Hydraulikfluid über die Kurzschlussleitung im Wesentlichen ohne bzw. mit nur geringem Strömungswiderstand transportiert, während im Fehlerfall, d. h. bei Ausfall des Elektromotors diese Kurzschlussleitung geschlossen bzw. der Durchfluss durch diese Leitung zumindest stark reduziert wird. Im Fehlerfall kann somit nur noch ein Fluidtransport durch die vorgenannten Drosselöffnungen mit deutlich erhöhtem Strömungswiderstand erfolgen, wodurch die gewünschte Abbremsung der Stabilisatorhälften erreicht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Bremselement verschiebbar gegenüber dem Bremsgehäuse gelagert und mit einer der Stabilisatorhälften über eine Rotations/Translations-Umsetzeinheit verbunden. Auf diese Weise kann die Drehbewegung einer der Stabilisatorhälften in eine entsprechende Translationsbewegung des Bremselements umgesetzt werden. Dadurch ist es möglich, das Bremselement als innerhalb der Hydraulikkammer verschiebbaren Kolben auszubilden, der bei einer entsprechenden Verschiebung entweder Hydraulikfluid durch eine entsprechende Hydraulikleitung von einer der Unterkammern in die andere verschiebt oder einen entsprechenden Fluidtransport durch die in dem Bremselement und/oder zwischen dem Bremselement und dem Bremsgehäuse ausgebildeten Drosselöffnungen bewirkt.
Bevorzugt besitzt die Hydraulikkammer einen teilringförmigen Querschnitt, wobei das Bremselement in der Hydraulikkammer verschwenkbar angeordnet ist. Mit dieser Ausbildung kann die Drehbewegung der Stabilisatorhälfte in einfacher Weise direkt auf das Bremselement übertragen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Bremselement in der Hydraulikkammer axial verschiebbar angeordnet, wobei ein mit einer der Stabilisatorhälften drehwirksam verbundenes Gewinde vorgesehen ist, das mit einem an dem Bremselement vorgesehenen Gegengewinde zum axialen Verschieben des Bremselements in Eingriff steht. Mit dieser Ausführungsform kann in einfacher Weise eine Drehbewegung der Stabilisatorhälfte in eine Translationsbewegung des Bremselements umgesetzt werden.
Bevorzugt kann dabei das Bremselement axial verschiebbar auf einer innerhalb der Hydraulikkammer angeordneten Kolbenführungsstange angeordnet sein. Das Bremselement kann dabei drehfest mit der Kolbenführungsstange verbunden sein, wobei das Gegengewinde als Außengewinde des Bremselements und das Gewinde als an einer Wand der Hydraulikkammer vorgesehenes Innengewinde ausgebildet sein kann. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das Bremselement gegenüber der Kolbenführungsstange verdrehbar ist und dass das Gegengewinde als Außengewinde der Kolbenführungsstange und das Gewinde als Innengewinde des Bremselements ausgebildet sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mit der Kolbenführungsstange ein Kopplungselement drehfest verbunden, das zum temporären drehfesten Ankoppeln an eine der Stabilisatorhälften ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wankstabilisators in einen Kraftfahrzeug,
2 einen Längsschnitt durch eine Fail-Safe-Bremse des Wankstabilisators nach 1,
3 eine Seitenansicht der Fail-Safe-Bremse nach 2,
4 eine stirnseitige Ansicht der Fail-Safe-Bremse nach 2,
5 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäß ausgebildete Fail-Safe-Bremse,
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
7 eine Seitenansicht der Ausführung nach 6 und
8 einen Querschnitt durch die Ausführungsform nach 7 entlang der Linie B-B.
1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen aktiven elektrischen Wankstabilisator 1 mit einem Stabilisatorgehäuse 2, in dem ein Elektromotor 3 mit einem gehäusefesten Stator 4 und einem drehbar gelagerten Rotor 5 angeordnet ist.
Weiterhin umfasst der Wankstabilisator 1 einen zweigeteilten Stabilisatorstab, der eine erste Stabilisatorhälfte 6 sowie eine zweite Stabilisatorhälfte 7 umfasst. Während die erste Stabilisatorhälfte 6 drehfest mit dem Stabilisatorgehäuse 2 verbunden ist, ist die zweite Stabilisatorhälfte 7 über ein Planetengetriebe 8 antriebswirksam mit dem Rotor 5 verbunden.
Die freien Enden der Stabilisatorhälften 6, 7 sind jeweils mit Rädern 9 eines Kraftfahrzeugs verbunden, um auf bekannte Weise durch Verdrehen der Stabilisatorhälften 6, 7 gegeneinander über den Elektromotor 3 ein Wanken des Kraftfahrzeugs zu kompensieren. In analoger Weise kann ein weiterer Wankstabilisator auch zwischen den Rädern 9' des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
Innerhalb des Stabilisatorgehäuses 2 ist eine hydraulische Fail-Safe-Bremse 10 angeordnet, durch die bei Ausfall des Elektromotors 3 ein Bremsmoment zwischen den Stabilisatorhälften 6, 7 erzeugbar ist.
Die Fail-Safe-Bremse 10 umfasst dazu ein Bremsgehäuse 11, das drehfest mit dem Rotor 5 verbunden ist und einen zylinderförmigen Aufbau mit kreisförmigem Querschnitt besitzt. An einer Stirnseite des Bremsgehäuses 11 ist ein Kopplungselement 12 angeordnet, das über ein Lager 13 drehbar gegenüber dem Bremsgehäuse 11 gelagert ist. Weiterhin ist innerhalb des Stabilisatorgehäuses 2 ein Kopplungsgegenelement 14 gehäusefest angeordnet, das zum temporären drehfesten Verbinden mit dem Kopplungselement 12 beispielsweise als federbelasteter Arretierhebel ausgebildet ist. Die Ansteuerung des Kopplungsgegenelements 14 kann dabei über eine nicht dargestellte Steuereinheit, beispielsweise über die zentrale Steuereinheit des Kraftfahrzeugs erfolgen.
2 zeigt den Aufbau der Fail-Safe-Bremse 10 im Einzelnen anhand eines Längsschnitts entlang der Linie A-A aus 3. Innerhalb des Bremsgehäuses 11 ist eine Kolbenführungsstange 15 über Lager 16 drehbar gelagert, wobei sich die Kolbenführungsstange 15 durch ein stirnseitiges Abschlusselement 17 des Bremsgehäuses 11 hindurch erstreckt. Auf dem sich durch das Abschlusselement 17 hindurch erstreckenden freien Ende der Kolbenführungsstange 15 ist das Kopplungselement 12 drehfest angeordnet, das als Mitnehmerscheibe 18 ausgebildet ist und über seinen Umfang verteilt nutförmige Ausnehmungen 19 besitzt (siehe 4). Zur drehfesten Verbindung der Mitnehmerscheibe 18 mit der Kolbenführungsstange 15 ist diese als Zweiflach mit zwei gegenüberliegenden Abflachungen 20 ausgebildet, auf die die Mitnehmerscheibe 18 mit einer komplementär ausgebildeten Öffnung 21 aufgesteckt ist.
Im Inneren des Bremsgehäuses 11 ist ein als Axialkolben ausgebildetes Bremselement 22 angeordnet, das drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Kolbenführungsstange 15 angeordnet ist. Dies kann beispielsweise wiederum durch eine Ausbildung des innerhalb des Bremsgehäuses 11 angeordneten Teils der Kolbenführungsstange 15 als Zweiflach erreicht werden.
Das Bremselement 22 besitzt ein Außengewinde 23, das mit einem an der Wand 24 des Bremsgehäuses 11 ausgebildeten Innengewinde 25 in Eingriff ist. Durch ein Verdrehen der Mitnehmerscheibe 18 um die Längsachse 26 der Kolbenführungsstange 15 wird diese zusammen mit dem Bremselement 22 verdreht, wobei aufgrund der zusammenwirkenden Außen- und Innengewinde 23, 25 das Bremselement 22 entlang der Kolbenführungsstange 15 axial verschoben wird.
Das Innere des Bremsgehäuses 11 ist mit einem Hydraulikfluid 27 gefüllt, so dass innerhalb des Bremsgehäuses 11 eine Hydraulikkammer 28 ausgebildet ist, die durch das Bremselement 22 in zwei Unterkammern 29, 30 unterteilt wird. Bei einer axialen Verschiebung des Bremselements 22 auf der Kolbenführungsstange 15 wird jeweils eine der Unterkammern 29, 30 vergrößert, während die andere Unterkammer 30, 29 entsprechend verkleinert wird. Gleichzeitig fließt ein Teil des sich innerhalb der sich verkleinernden Unterkammern 29, 30 befindenden Hydraulikfluids über eine oder mehrere in dem Bremselement 22 ausgebildete Drosselöffnungen 31 in die sich vergrößernde Unterkammer 30, 29. Bei entsprechende Dimensionierung der Drosselöffnungen 31 wirkt eine entsprechende Gegenkraft gegen das sich verschiebende Bremselement 22, die in ein Bremsmoment für die beiden Stabilisatorhälften 6, 7 erzeugt, wie es weiter unter beschrieben wird.
Im Bereich des an dem Abschlusselement 17 angeordneten Lagers 16 ist eine Dichtung 32 angeordnet, durch die verhindert wird, dass das Hydraulikfluid 27 über die Durchführung in dem Abschlusselement 17 nach außen entweichen kann.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Wankstabilisators gemäß den 1 bis 4 näher beschrieben.
Wie bereits beschrieben, wird im Normalbetrieb ein Wanken des Kraftfahrzeugs dadurch kompensiert, dass durch Bestromen des Elektromotors 3 die beiden Stabilisatorhälften 6, 7 gegeneinander verdreht werden, was zu einer Torsion der beiden Stabilisatorhälften 6, 7 führt. Die Torsionskräfte wirken auf die Radaufhängungen und wirken somit einem Wanken des Fahrzeugs entgegen.
Ohne erfindungsgemäße hydraulische Fail-Safe-Bremse 10 würde bei einem Ausfall des Elektromotors 3 aufgrund der Vorspannung der Stabilisatorhälften 6, 7 das aufgebrachte Stabilisatorelement schlagartig zusammenbrechen und sich dadurch der aktiv eingestellte Wankwinkel abrupt ändern. Erfindungsgemäß greift in einem solchen Fehlerfall das Kopplungsgegenelement 14 in eine der nutförmigen Ausnehmungen 19 der Mitnehmerscheibe 18 ein, so dass die Mitnehmerscheibe 18 fest mit dem Stabilisatorgehäuse 2 und damit mit der ersten Stabilisatorhälfte 6 verbunden wird. Das Kopplungsgegenelement 14 kann dabei beispielsweise als federbelasteter Arretierhebel ausgebildet sein, der im Normalbetrieb beispielsweise über einen Elektromagneten in einer entkoppelten Stellung gehalten wird und bei Stromausfall aufgrund der Federbelastung automatisch in eine mit der Mitnehmerscheibe 18 gekoppelte Stellung überführt wird.
In dieser gekoppelten Stellung wird die durch die Torsionskraft der Stabilisatorhälften 6, 7 entstehende Rückdrehbewegung über die Mitnehmerscheibe 18 und die Kolbenführungsstange 15 auf das Bremselement 22 übertragen, wobei die entsprechende Drehbewegung des Bremselements 22 über die Außen- und Innengewinde 23, 25 in eine entsprechende axiale Verschiebung des Bremselements 22 umgesetzt wird. Wie bereits beschrieben, wird bei dieser axialen Verschiebung Hydraulikfluid 27 aus der sich verkleinernden Unterkammer 29, 30 in die andere sich vergrößernde Unterkammer 30, 29 durch die Drosselöffnung 31 hindurch verdrängt, wodurch eine auf das Bremselement 22 wirkende Gegenkraft erzeugt wird. Da das Bremsgehäuse 11 wiederum über das Planetengetriebe 8 antriebswirksam mit der zweiten Stabilisatorhälfte 7 verbunden ist, wird durch diese Gegenkraft letztlich ein zwischen den Stabilisatorhälften 6, 7 wirkendes Bremsmoment erzeugt, so dass die bei ausgefallenem Elektromotor 3 durch die vorgespannten Stabilisatorhälften 6, 7 entstehende Rückdrehbewegung wie gewünscht gedämpft und abgebremst wird.
5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Fail-Safe-Bremse 10 nach 1. Die übrigen Teile des Wankstabilisators 1 können dabei unverändert ausgebildet sein, so dass im Folgenden lediglich die die Fail-Safe-Bremse betreffenden Unterschiede näher beschrieben werden.
Die in 5 dargestellte Fail-Safe-Bremse 33 umfasst ein Bremsgehäuse 34, in dem eine mit Hydraulikfluid 35 gefüllte Hydraulikkammer 36 ausgebildet ist. Innerhalb der Hydraulikkammer 36 ist ein als Verdrängungsschaufel ausgebildetes Bremselement 37 angeordnet, das entsprechend der teilringförmigen Querschnittsform der Hydraulikkammer 36 um eine Mittelachse 38 des Bremsgehäuses 34 verschwenkbar ausgebildet ist. Durch das Bremselement 37 wird die Hydraulikkammer 36 wiederum in zwei Unterkammern 39, 40 aufgeteilt. Die Unterkammern 39, 40 sind über eine als Kurzschlussleitung 41 ausgebildete Hydraulikleitung 42 miteinander verbunden, wobei die Kurzschlussleitung 41 jeweils über entsprechende in Wänden 43 der Unterkammern 39, 40 angeordnete Öffnungen 44 mit den Unterkammern 39, 40 kommuniziert.
In der Kurzschlussleitung 41 ist ein Hydraulikventil 45 angeordnet, das im bestromten Zustand offen und im unbestromten Zustand geschlossen ist.
Der Strömungsquerschnitt der Kurzschlussleitung 41 sowie des offenen Hydraulikventils 45 ist so groß gewählt, dass im Normalzustand, d. h. bei bestromtem Hydraulikventil 45 bei einem Verschwenken des Bremselements 37 das Hydraulikfluid 35 mehr oder weniger ungehindert zwischen den Unterkammern 39, 40 hin und her strömen kann. Daher ist im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 4 bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 kein Kopplungselement 12 zum temporären Ankoppeln des Bremselements an eine Stabilisatorhälfte erforderlich, sondern es können sowohl das Bremselement 37 als auch das Bremsgehäuse 34 je mit einer Stabilisatorhälfte dauerhaft verbunden sein.
Wird hingegen bei einem Stromausfall das Hydraulikventil 45 automatisch geschlossen, so ist ein freies Verdrängen des Hydraulikfluids 35 über die Kurzschlussleitung 41 nicht mehr möglich, sondern das Hydraulikfluid 35 kann nur über optional in dem Bremselement 37 ausgebildete Drosselöffnungen 46 oder über zwischen dem Bremselement 37 und Wänden 47, 48 der Hydraulikkammer 36 ausgebildete, Drosselöffnungen 49 bildende Spalte 50 relativ langsam hindurchgedrängt werden. Auf diese Weise wird wiederum das gewünschte Bremsmoment zwischen den Stabilisatorhälften 6, 7 erzeugt.
Grundsätzlich kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Kurzschlussleitung 41 entfallen, wenn das Bremselement 37 bzw. das Bremsgehäuse 34 nur temporär über ein Kopplungselement mit einer der Stabilisatorhälften 6, 7 verbunden ist, wie es zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Im Normalbetrieb wird aufgrund der Entkopplung das Bremselement 37 dann nicht bewegt, sondern es erfolgt eine Verschwenkung erst nach Einkopplung im Fehlerfall. Dabei wird die gewünschte Abbremsung der Drehbewegung der Stabilisatorhälften 6, 7 in der beschriebenen Weise erreicht.
Andererseits kann auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 eine Kurzschlussleitung vorgesehen sein, durch die die beiden Unterkammern 29, 30 über ein Hydraulikventil miteinander verbunden sind, wie es zum zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. In diesem Fall kann das Kupplungselement 12 entfallen und eine feste Kopplung zwischen dem Bremsgehäuse 11 und der Kolbenführungsstange 15 vorhanden sein.
Die 6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fail-Safe-Bremse 51. Der Anschluss an den Wankstabilisator 1 kann wie bereits zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben vorgesehen sein, so dass der Anschluss nicht im Einzelnen beschrieben wird. Die Fail-Safe-Bremse 51 umfasst gemäß 6 eine rotatorische. Hydraulikpumpe in Form einer Gerotorpumpe 52, deren Ein- und Auslässe 53, 54 über eine Hydraulikleitung 55 miteinander verbunden sind, so dass ein geschlossener Hydraulikkreislauf gebildet wird.
In der Hydraulikleitung 55 ist eine Drossel 56 angeordnet, so dass die Hydraulikleitung 55 eine Drosselleitung 57 bildet.
Die Gerotorpumpe 52 umfasst ein Bremsgehäuse 58 und einen darin um eine Drehachse 59 drehbar gelagerten Innenrotor 60 sowie einen Außenrotor 61, durch die gemäß Pfeilen 62 Hydraulikfluid 63 über Hydraulikkammern 64 vom Einlass 53 zum Auslass 54 gefördert wird. Durch den verringerten Querschnitt der Drossel 56 wird dabei ein Druck aufgebaut, durch den ein auf den Innenrotor 60 und die damit verbundene Drehachse 59 wirkendes Gegenmoment aufgebaut wird. Dieses wird, entsprechend wie zu der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben, im Falle eines Stromausfalls als Bremsmoment für die beiden Stabilisatorhälften 6, 7 eingesetzt.
Im Normalfall ist zumindest der ein Bremselement 65 bildende Innenrotor 60 von den Stabilisatorhälften 6, 7 entkoppelt. Bei einem Stromausfall wird über ein Kopplungselement, beispielsweise in Form einer Kupplung, die Gerotorpumpe 52 zugeschaltet, d. h. beispielsweise die Stabilisatorhälfte 6 an die Drehachse 59 des Innenrotors 60 drehfest angekoppelt. Das Bremsgehäuse 58 kann wahlweise fest mit der anderen Stabilisatorhälfte verbunden sein oder ebenfalls im Fehlerfall temporär zugeschaltet werden. Grundsätzlich kann auch nur die Verbindung zwischen dem Bremsgehäuse 58 und der Stabilisatorhälfte temporär an- und abgeschaltet werden, während der Innenrotor 60 fest mit der anderen Stabilisatorhälfte verbunden sein kann.
Durch die Ankopplung wird die Gerotorpumpe 52 aufgrund der gegeneinander verdrehten, vorgespannten Stabilisatorhälften 6, 7 in Gang gesetzt, so dass das Hydraulikfluid 63 vom Einlass 53 über den Auslass 54 und die Hydraulikleitung 55 zu der Drossel 56 gefördert wird. Durch den verringerten Querschnitt der Drossel 56 wird ein Gegendruck aufgebaut, der ein Gegendrehmoment an dem Innenrotor 60 erzeugt, so dass letztlich ein Bremsmoment für die beiden Stabilisatorhälften 6 und 7 erzeugt wird.
Wie bereits zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, kann dabei die Kopplung zwischen den Stabilisatorhälften und dem Bremsgehäuse 58 bzw. dem Innenrotor 60 über ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, erfolgen. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach 2.
Auch bei der dritten Ausführungsform kann grundsätzlich die Drosselleitung 55 durch eine Kurzschlussleitung ersetzt werden, wie sie zur 5 beschrieben wurde. In diesem Fall kann die nur temporäre Kupplung zwischen der Stabilisatorhälfte 6 und dem Innenrotor 61 entfallen und beide Elemente können dauerhaft drehfest miteinander verbunden sein. Im Normalbetrieb wird, wie zur 5 beschrieben, das Hydraulikfluid 63 dann über die Kurzschlussleitung geführt, die im Fehlerfall über ein entsprechendes Hydraulikventil geschlossen wird, so dass die Bremswirkung der Gerotorpumpe 52 zum Tragen kommt.
Alternativ kann bei der Ausführungsform nach 6 sowohl die Drosselleitung 57 als auch eine entsprechen Kurzschlussleitung entfallen, wenn eine Funktion, wie zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, erreicht werden soll. In diesem Fall ist, wie zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, eine temporäre Kopplung zwischen dem Bremselement 65 und einer der Stabilisatorhälften 6, 7 erforderlich, die nur bei einem Stromausfall aktiviert wird. In dem Bremselement 65 müssen Drosselöffnungen ausgebildet sein oder es müssen zwischen den Zähnen des Innenrotors 60 und des Außenrotors 61 entsprechende Drosselöffnungen bildende Spalte vorgesehen sein, so dass im Fehlerfall das Hydraulikfluid 63 durch die Drosselöffnungen hindurch von einer Hydraulikkammer 64 zur nächsten gedrängt wird, wodurch die gewünschte Bremswirkung erzielt wird.
Grundsätzlich kann auch bei den Ausführungsbeispielen aus den 1 bis 5 eine Drosselleitung 57 verwendet werden, wie sie zum Ausführungsbeispiel nach 6 beschrieben wurde.
Die 7 und 8 zeigen die Gerotorpumpe 52 nach 6 als Fail-Safe-Bremse 51 integriert in einen aktiven elektrischen Wankstabilisator. In ähnlicher Weise können auch die Fail-Safe-Bremsen 10 und 33 in einen entsprechenden Wankstabilisator integriert werden.
Die erfindungsgemäße hydraulische Fail-Safe-Bremse ist nicht auf die Verwendung bei aktiven elektrischen Wankstabilisatoren beschränkt, sondern kann grundsätzlich bei allen elektrisch betriebenen Systemen eingesetzt werden, bei denen der Ausfall der Stromversorgung zu unkontrollierten, abrupten Bewegungen von Elementen des Systems führen kann. Diese unerwünschten abrupten Bewegungen können durch die beschriebenen hydraulischen Fail-Safe-Bremsen gedämpft und abgebremst werden.
Bezugszeichenliste

1: Wankstabilisator
2: Stabilisatorgehäuse
3: Elektromotor
4: Stator
5: Rotor
6: erste Stabilisatorhälfte
7: zweite Stabilisatorhälfte
8: Planetengetriebe
9, 9': Räder
10: Fail-Safe-Bremse
11: Bremsgehäuse
12: Kopplungselement
13: Lager
14: Kopplungsgegenelement
15: Kolbenführungsstange
16: Lager
17: Abschlusselement
18: Mitnehmerscheibe
19: nutförmige Ausnehmungen
20: Abflachungen
21: Öffnung
22: Bremselement
23: Außengewinde
24: Wand
25: Innengewinde
26: Längsachse
27: Hydraulikfluid
28: Hydraulikkammer
29: Unterkammer
30: Unterkammer
31: Drosselöffnung
32: Dichtung
33: Fail-Safe-Bremse
34: Bremsgehäuse
35: Hydraulikfluid
36: Hydraulikkammer
37: Bremselement
38: Mittelachse
39: Unterkammer
40: Unterkammer
41: Kurzschlussleitung
42: Hydraulikleitung
43: Wände
44: Öffnungen
45: Hydraulikventil
46: Drosselöffnung
47: Wand
48: Wand
49: Drosselöffnungen
50: Spalte
51: Fail-Safe-Bremse
52: Gerotorpumpe
53: Einlass
54: Auslass
55: Hydraulikleitung
56: Drossel
57: Drosselleitung
58: Bremsgehäuse
59: Drehachse
60: Innenrotor
61: Außenrotor
62: Pfeile
63: Hydraulikfluid
64: Hydraulikkammern
65: Bremselement

Claims

Aktiver elektrischer Wankstabilisator mit einem Elektromotor (3) und zwei durch den Elektromotor (3) gegeneinander verdrehbaren Stabilisatorhälften (6, 7) eines Stabilisatorstabes, dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Fail-Safe-Bremse (10, 33, 51) vorgesehen ist, durch die bei einem Ausfall des Elektromotors (3) ein Bremsmoment zwischen den Stabilisatorhälften (6, 7) erzeugbar ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fail-Safe-Bremse (10, 33, 51) ein Bremsgehäuse (11, 34, 58) sowie ein innerhalb des Bremsgehäuses (11, 34, 58) in einem Hydraulikfluid (27, 35, 63) bewegbar gelagertes Bremselement (22, 37, 65) umfasst, dessen Bewegung durch das Hydraulikfluid (27, 35, 63) abbremsbar ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bremselement (22, 37, 65) und/oder zwischen dem Bremselement (22, 37, 65) und dem Bremsgehäuse (11, 34, 58) eine oder mehrere Drosselöffnungen (31, 46, 49) für das Hydraulikfluid (27, 35, 63) ausgebildet sind.
Wankstabilisator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) mit einer der Stabilisatorhälften (6, 7) wirkverbunden ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungselement (12) vorgesehen ist, durch das das Bremselement (22, 37, 65) temporär an eine der Stabilisatorhälften (6, 7) bewegungswirksam ankoppelbar ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsgehäuse (11, 34, 58) mit der anderen Stabilisatorhälfte (7, 6) wirkverbunden oder an diese bewegungswirksam ankoppelbar ist.
Wankstabilisator nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) gegenüber dem Bremsgehäuse (11, 34, 58) verdrehbar, verschwenkbar oder verschiebbar gelagert ist.
Wankstabilisator nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fail-Safe-Bremse (10, 33, 51) eine insbesondere rotatorische Hydraulikpumpe (52) umfasst.
Wankstabilisator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe als Gerotor-, Zahnring- oder Zahnradpumpe (52) ausgebildet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (65) als Kolben der Hydraulikpumpe (52) ausgebildet ist oder drehwirksam mit diesem verbunden ist.
Wankstabilisator nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (52) einen Einlass (53) und einen Auslass (54) umfasst, die zum Austausch von Hydraulikfluid (63) über zumindest eine Hydraulikleitung (55) miteinander verbunden sind.
Wankstabilisator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (55) als Drosselleitung (57) ausgebildet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (42, 55) als Kurzschlussleitung (41) ausgebildet ist und dass in der Kurzschlussleitung (41) ein Hydraulikventil (45) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil (45) als elektrisch ansteuerbares Ventil ausgebildet ist, das im stromlosen Zustand geschlossen ist.
Wankstabilisator nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) verschiebbar gegenüber dem Bremsgehäuse (11, 34, 58) gelagert ist und mit einer der Stabilisatorhälften (6, 7) über eine Rotations/Translations-Umsetzeinheit verbunden ist.
Wankstabilisator nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsgehäuse (11, 34, 58) zumindest eine Hydraulikkammer (28, 36, 64) umfasst, die durch das Bremselement (22, 37, 65) in zumindest zwei Unterkammern (29, 30; 39, 40) variabler Größe geteilt wird.
Wankstabilisator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkammern (29, 30; 39, 40) zum Austausch von Hydraulikfluid (27, 35, 63) über zumindest eine Hydraulikleitung (42, 55) miteinander verbunden sind.
Wankstabilisator nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkammer (28, 36, 64) einen teilringförmigen Querschnitt besitzt und das Bremselement (22, 37, 65) in der Hydraulikkammer (28, 36, 64) verschwenkbar angeordnet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) in der Hydraulikkammer (28, 36, 64) axial verschiebbar angeordnet ist und dass ein mit einer der Stabilisatorhälften (6, 7) drehwirksam verbundenes Gewinde (25) vorgesehen ist, das mit einem an dem Bremselement (22, 37, 65) vorgesehenen Gegengewinde (23) zum axialen Verschieben des Bremselements (22, 37, 65) in Eingriff steht.
Wankstabilisator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) axial verschiebbar auf einer innerhalb der Hydraulikkammer (28, 36, 64) angeordneten Kolbenführungsstange (15) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) drehfest mit der Kolbenführungsstange (15) verbunden ist und dass das Gegengewinde als Außengewinde (23) des Bremselements (22, 37, 65) und das Gewinde als an einer Wand (24) der Hydraulikkammer (28, 36, 64) vorgesehenes Innengewinde (25) ausgebildet sind.
Wankstabilisator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremselement (22, 37, 65) gegenüber der Kolbenführungsstange (15) verdrehbar ist und dass das Gegengewinde als Außengewinde der Kolbenführungsstange (15) und das Gewinde als Innengewinde des Bremselements (22, 37, 65) ausgebildet sind.
Wankstabilisator nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kolbenführungsstange (15) ein Kopplungselement (12) drehfest verbunden ist, das zum temporären drehfesten Ankoppeln an eine der Stabilisatorhälften (16, 17) ausgebildet ist.