DE10002455A1

DE10002455A1 - Stabilisatoranordnung für das Fahrwerk eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE10002455A1
Application number: DE10002455A
Authority: DE
Inventors: Roland Schmidt; Thorsten Wey; Albert Van Der Knaap
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-26
Also published as: DE50004328D1; WO2001053121A1; EP1161356A1; EP1161356B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stabilisatoranordnung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit einem zwischen zwei Stabilisatorhälften eingebundenen und diese bedarfsweise gegeneinander um einen Verdrehwinkel verdrehenden Aktuator, der aus einem Verstelantrieb sowie einem diesen nachgeschalteten Getriebe besteht. Erfindungsgemäß ist das Getriebe in Form eines Kurvenbahn-Getriebes ausgebildet, mit zwei den Stabilisatorhälften zugeordneten Kurvenbahn-Trägern, in deren sich voneinander unterscheidenden Kurvenbahnen ein mittels des Verstellantriebs längs dieser Kurvenbahnen verschiebbares Koppelelement geführt ist. Bevorzugt sind die Kurvenbahn-Träger im wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet, während das Koppelelement längs der Längsachse der koaxial zueinander angeordneten sog. Hohlzylinder verschiebbar ist. Bevorzugt ist das Koppelelement im wesentlichen zentral innerhalb der Hohlzylinder angeordnet und weist zumindest zwei in die beiden Kurvenbahnen eingreifende Stützrollen auf. Angegeben sind ferner verschiedene räumliche Anordnungen der beiden Hohlzylinder zueinander.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisatoranordnung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit einem zwischen zwei Stabilisatorhälften eingebundenen und diese bedarfsweise gegeneinander um einen Verdrehwinkel verdrehen den Aktuator, der aus einem Verstellantrieb sowie einem diesem nachge schalteten Getriebe besteht. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 44 43 809 A1 verwiesen.

Mit einem Kraftfahrzeug-Fahrwerk, dessen Stabilisator in eine erste der Auf hängung des linken Rades einer Fahrzeug-Achse zugeordneten Stabilisa torhälfte und in eine zweite der Aufhängung des rechten Rades dieser Fahr zeug-Achse zugeordneten Stabilisatorhälfte unterteilt ist, und bei dem diese Stabilisatorhälften um deren gemeinsame Längsachse gegeneinander ver drehbar sind, kann gegenüber Fahrwerken mit einstückigem Stabilisator eine deutlich gesteigerte Wankstabilität erzielt werden. Dabei ist zwischen den beiden Stabilisatorhälften ein geeigneter Schwenkmotor oder allgemein Ak tuator vorgesehen, der aufgrund einer geeigneten Ansteuerung diese Stabi lisatorhälften bedarfsgerecht gegeneinander verdreht. Dieser Schwenkmotor oder Aktuator ist in der eingangs genannten Schrift in Form eines hydrauli schen Drehantriebes ausgebildet.

Anstelle eines hydraulischen Drehantriebes kann auch ein elektromecha nischer Aktuator vorgesehen werden, der einen Elektromotor und ein mechanisches Getriebe sowie eine Feststellbremse umfaßt. Dann erhält man einen sog. elektromechanischen Stabilisator, bestehend aus den bei den Stabilisatorhälften, die durch einen elektromechanischen Aktuator mite inander verbunden sind. Wie bereits geschildert dient auch dieser elektro mechanische Aktuator dazu, gezielt eine Verdrehung der beiden Stabilisator- Hälften zueinander zu erreichen, damit ein gewünschtes Stabilisatormoment erzeugt wird, welches dann das Wanken des Fahrzeug-Aufbaus verhindert.

Zumindest internen Stand der Technik, wie er vereinfacht in der beigefügten Fig. 1 dargestellt ist, bildet ein mit der Bezugsziffer 1 versehener elektro mechanischer Aktuator, der - wie bereits erwähnt - einen Verstellantrieb 2 in Form eines Elektromotors und ein mechanisches Getriebe 3 sowie eine Feststellbremse 4 umfaßt. Die gewählte Getriebeübersetzung des bevorzugt als dreistufiges Planetengetriebe ausgeführten Getriebes 3 ist konstant. Die Dynamik des Gesamtsystems ist dabei maßgeblich durch die Getriebeüber setzung, die Massenträgheit des Systems und die Torsionssteifigkeit der beiden mit den Bezugsziffern 5, 5' versehenen Stabilisatorhälften gekenn zeichnet. Die besagte Feststellbremse 4 wird dabei benötigt, um den Elek tromotor 2 vor einer Überlastung infolge hoher Stabilisatormomente zu schützen.

Elektromotore zeichnen sich üblicherweise durch hohe Drehzahlen und ge ringe Nennmomente aus und sind per se für den vorliegenden An wendungsfall in einem elektromechanischen Stabilisator nicht besonders gut geeignet. Der elektromechanische Aktuator hierin sollte nämlich hohe Drehmomente bei geringen Drehwinkeln erzeugen. Für das benötigte Getriebe ergibt sich aus diesem Widerspruch zwangsläufig eine hohes Über setzungsverhältnis, welches jedoch Nachteile mit sich bringt. So resultiert hieraus nicht nur eine große Baugröße (aufgrund der erforderlichen Planetenstufen), sondern auch ein relativ niedriger Wirkungsgrad (aufgrund der unvermeidbaren Reibungsverluste). In Abhängigkeit vom jeweiligen An wendungsfall sind derart hohe Drehmomente am Stabilisator zu realisieren, daß die hierfür erforderlichen hohen Übersetzungsverhältnisse überhaupt nicht realisierbar sind, weil der zur Verfügung stehende Bauraum sowie der Wirkungsgrad eine physikalische Obergrenze definieren.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in Form eines Kurvenbahn-Getriebes ausgebildet ist, mit zwei den Stabilisator hälften zugeordneten Kurvenbahn-Trägern, in deren sich voneinander unter scheidenden Kurvenbahnen ein mittels des Verstellantriebs längs dieser Kurvenbahnen verschiebbares Koppelelement geführt ist.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Dabei sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Verstellantrieb keineswegs in Form eines Elektromotors ausgebildet sein muß, jedoch sein kann. Die besonderen Vorteile des vorgeschlagenen Getriebes kommen je doch auch bei anderen Verstellantrieben zum Tragen, so bspw. in Verbin dung mit einer das sog. Koppelelement längs der Kurvenbahnen verschie benden, bevorzugt hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß mit dem erforderlichen Getriebe maxi male Verdrehwinkel in der Größenordnung von 45° erzeugt bzw. umgesetzt werden müssen, wird ein sog. Kurvenbahn-Getriebe vorgeschlagen. Dabei ist ein sog. Koppelelement gleichzeitig in zwei unterschiedlichen Kurvenbah nen geführt, die ihrerseits in zwei voneinander getrennten Kurvenbahn- Trägern vorgesehen sind. Am ersten Kurvenbahn-Träger ist die eine Stabilsatorhälfte und am zweiten Kurvenbahn-Träger die andere Stabilisatorhälfte befestigt. Wird nun das Koppelelement mittels des Verstellantriebes längs der beiden sich voneinander unterscheidenden Kurvenbahnen verschoben, so werden zwangsläufig die beiden Kurvenbahnträger relativ zueinander bewegt, so daß hieraus eine Verdrehbewegung der daran befestigten Stabi lisatorhälften gegeneinander erzielbar ist. Dabei können mit einem derarti gen Kurvenbahngetriebe relativ hohe Kräfte bzw. Drehmomente übertragen werden, ohne daß hierfür großer Bauraum benötigt wird.

Besonders einfach kann die gewünschte Verdrehbewegung der Stabilisator hälften durch eine Relativbewegung der sog. Kurvenbahn-Träger gegenein ander dann erzielt werden, wenn die Kurvenbahn-Träger im wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet und koaxial zueinander sowie im Anbin dungsbereich der Stabilisatorhälften auch koaxial zu diesen angeordnet sind. Eine funktional einfache sowie kompakte und daher so wenig Bauraum als möglich benötigende Anordnung ergibt sich dabei, wenn das längs der Längsachse der koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern verschieb bare Koppelelement im wesentlichen zentral innerhalb der Hohlzylinder an geordnet ist.

Die Reibungsverluste eines derartigen Kurvenbahn-Getriebes können gering gehalten werden, wenn das Koppelelement über Stützrollen in die beiden Kurvenbahnen eingreift. Dabei kann das Koppelelement mittels einer moto risch, insbesondere elektromotorisch angetriebenen Gewindespindel oder mittels einer Zylinder-Kolben-Einheit längsverschoben werden, wobei dann die Stützrollen in den Kurvenbahnen abwälzen und somit die Hohlzylinder bzw. sog. Kurvenbahn-Träger gegeneinander verdrehen. Besonders kom pakt bauende Anordnungen bezüglich dieser Hohlzylinder sind in den Un teransprüchen 5 und 6 angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier bevorzugter Ausführungsbei spiele weiter erläutert, wobei die beigefügten Fig. 2, 4 jeweils einen er findungsgemäßen hier ebenfalls elektromechanischen Aktuator 1 zum Ver drehen zweier Stabilisatorhälften gegeneinander in räumlicher Darstellung zeigen und wobei in Fig. 3a eine weitere Ausführungsform in gleicher Wei se gezeigt ist, die in Fig. 3b nochmals aufgebrochen dargestellt ist. Aus Fig. 2 geht dabei das allen Ausführungsbeispielen gemeinsame Funkti onsprinzip am besten hervor.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen umfaßt der Aktuator 1 einen als Elek tromotor ausgebildeten Verstellantrieb 2 sowie ein mechanisches Getriebe 3 in Form eines sog. Kurvenbahn-Getriebes, für welches im weiteren ebenso die Bezugsziffer 3 verwendet wird. Das Kurvenbahn-Getriebe 3 besteht u. a. aus zwei sog. Kurvenbahn-Trägern 30, 30', in denen jeweils eine Kurven bahn 31, 31' vorgesehen ist. Die Kurvenbahn-Träger 30, 30' sind in Form von koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern ausgebildet, für welche im folgenden ebenfalls die Bezugsziffern 30, 30' verwendet werden. In die Mantelflächen dieser Hohlzylinder 30, 30' sind dabei die im wesentlichen in Richtung der gemeinsamen (nicht dargestellten) Zylinderlängsachse, dabei jedoch auch zumindest bereichsweise und zumindest geringfügig gegenüber dieser geneigt verlaufenden Kurvenbahnen 31, 31' eingebracht, wobei es funktionswesentlich ist, daß sich die beiden Kurvenbahnen 31, 31' in ihrem Verlauf voneinander unterscheiden.

Am ersten Kurvenbahn-Träger 30 ist die eine Stabilsatorhälfte (bspw. 5; vgl. Fig. 1) und am zweiten Kurvenbahn-Träger 30' die andere Stabilisatorhälfte (bspw. 5'; vgl. Fig. 1) befestigt, was jedoch nicht figürlich dargestellt ist. Le diglich in Fig. 4 ist ein Bruchteil der Stabilisatorhälfte 5 gezeigt, woraus her vorgeht, daß auch die Stabilisatorhälften 5, 5' im Bereich dieser Befestigung koaxial zu den Hohlzylindern 30, 30' angeordnet sind.

In den beiden Kurvenbahnen 31, 31' gleichzeitig geführt ist ein sog. Koppel element 32, wie besonders gut aus den Fig. 2 und 3b hervorgeht. Die ses im wesentlichen zentral innerhalb der Hohlzylinder 30, 30' angeordnete und längs deren gemeinsamer Zylinder-Längsachse in bzw. gegen Pfeil richtung 6 verschiebbare Koppelelement 32 trägt zumindest zwei sog. Stütz rollen 33, 33', die jeweils um eine nicht dargestellte, senkrecht zur genann ten, jedoch ebenfalls nicht dargestellten Zylinder-Längsachse verdrehbar sind. Dabei greift die Stützrolle 33 in die Kurvenbahn 31 und die Stützrolle 33' in die Kurvenbahn 31' ein. Im übrigen ist das Koppelelement 32 mit zu mindest einem abseits der Stützrollen 33, 33' liegenden sog. führenden Flä chenabschnitt 32a an der Innenseite der Mantelfläche zumindest eines der beiden, bevorzugt jedoch beider Hohlzylinder 30, 30' derart geführt, daß die bereits erwähnte Verschiebebewegung des Koppelelementes 32 in bzw. ge gen Pfeilrichtung 6 möglich ist.

Wird nun das Koppelelement 32 mittels des Verstellantriebes 2 wie be schrieben in oder gegen Pfeilrichtung 6, d. h. im wesentlichen längs der bei den sich voneinander unterscheidenden Kurvenbahnen 31, 31' verschoben, so werden zwangsläufig die beiden Hohlzylinder/Kurvenbahnträger 30, 30' relativ zueinander verdreht, so wie dies durch den Doppelpfeil 7 dargestellt ist. Demzufolge ist aus einer Längsverschiebung (6) des Koppelelementes 32 eine gegenseitige Verdrehbewegung (7) der an den Hohlzylindern 30, 30' befestigten Stabilisatorhälften 5, 5' (vgl. Fig. 1) erzielbar.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist das Koppelelement 32 mittels einer vom insbesondere elektromotorischen Verstellantrieb 2 in Rotation versetz baren Gewindespindel 34 in Abhängigkeit von deren Drehrichtung in bzw. gegen Pfeilrichtung 6 verschiebbar, wie besonders gut aus Fig. 3b hervor geht. Bei entsprechend selbsthemmender Auslegung dieses Getriebes 3 wird dann im übrigen die in Verbindung mit Fig. 1 erwähnte Feststellbremse (Bezugsziffer 4) nicht benötigt. Anstelle dieses Verstellantriebes 2 mit der Gewindespindel 34 kann aber auch eine hydraulische Zylinder-Kolben- Einheit vorgesehen sein, um das Koppelelement 32 wie gewünscht ver schieben zu können.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die beiden Hohlzylinder 30, 30' koaxial in Reihe hintereinander angeordnet. Hierbei erkennt man besonders deutlich, daß sich die beiden Kulissenbahnen 31, 31' in ihrem Verlauf von einander unterscheiden. Ersichtlich wird ferner, daß über dem Umfang der Hohlzylinder 30, 30' verteilt mehrere, dabei selbstverständlich für jeden Hohlzylinder 30, 30' gleich verlaufende Kulissenbahnen 31, 31' vorgesehen sein können. Hiermit läßt sich das maximal übertragbare bzw. aufbringbare Drehmoment erheblich steigern, ferner werden hierdurch assymetrische Krafteinwirkungen so gering als möglich gehalten.

Gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 2 ist eine erhebliche Bauraum- Reduzierung möglich, wenn - wie die Fig. 3a, 3b zeigen - die beiden im wesentlichen einen gleichen Durchmesser besitzenden Hohlzylinder 30, 30' mit ihren Mantelflächen ineinander verschachtelt sind. Allerdings kann mit einer derartigen Ausbildung nur einer verringter maximaler Verdrehwinkel in der Größenordnung von 35° (zwischen den beiden Stabilisatorhälften 5, 5') erzielt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die beiden unterschiedliche Durchmesser besitzenden Hohlzylinder 30, 30' konzentrisch zueinander an geordnet, d. h. der eine Hohlzylinder 30 liegt quasi innerhalb des anderen Hohlzylinders 30'. Diese Bauweise erlaubt wieder größere Drehwinkel, erfor dert jedoch wegen des zwangsläufig vergrößerten Durchmessers einen grö ßeren Bauraum.

Für alle Ausführungsbeispiele gilt, daß dadurch, daß die Kräfte in diesem Kurvenbahn-Getriebe 3 an dessen äußerstem Umfang übertragen werden, sehr große Verstellmomente realisierbar sind. Als besonderer Vorteil kann durch die im Prinzip vollkommen freie Möglichkeit der Gestaltung der Kur venbahnen 31, 31' praktisch jede beliebige und insbesondere über dem Ver drehwinkel auch variable Getriebeübersetzung hergestellt werden. Bei kon stanter Getriebeübersetzung ist ferner die Verwendung mehrerer Stützrollen 33 bzw. 33' in einer einzigen Kulissenbahn 31 bzw. 31' möglich, so daß nochmals größere Drehmomente übertragen werden können. Insbesondere für diesen Fall ist auch die Verwendung einer Kugelumlaufspindel mit großer Steigung anstelle der Stützrollen 33, 33' möglich, wie überhaupt eine Viel zahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man einen Aktuator für eine Sta bilisatoranordnung mit gegeneinander verdrehbaren Stabilisatorhälften, der sich durch einen kompakten Aufbau bei hohen Stellmomenten sowie durch eine einfache, kostengünstige Bauweise auszeichnet.

Bezugszeichenliste

1

Aktuator

2

Verstellantrieb

3

Getriebe/Kurvenbahn-Getriebe

30

,

30

' Kurvenbahn-Träger/Hohlzylinder

31

,

31

' Kurvenbahn

32

Koppelelement

32

a führender Flächenabschnitt

33

,

33

' Stützrolle

34

Gewindespindel

4

Feststellbremse

5

,

5

' Stabilisatorhälfte

6

Pfeilrichtung: Längsverschiebung von

32

7

Doppelpfeil: Verdrehbewegung von

30

,

30

'

Claims

1. Stabilisatoranordnung für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit ei nem zwischen zwei Stabilisatorhälften (5, 5') eingebundenen und die se bedarfsweise gegeneinander um einen Verdrehwinkel verdrehen den Aktuator (1), der aus einem Verstellantrieb (2) sowie einem die sem nachgeschalteten Getriebe (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (3) in Form eines Kurven bahn-Getriebes ausgebildet ist, mit zwei den Stabilisatorhälften (5, 5') zugeordneten Kurvenbahn-Trägern (30, 30'), in deren sich voneinan der unterscheidenden Kurvenbahnen (31, 31') ein mittels des Ver stellantriebs (2) längs dieser Kurvenbahnen verschiebbares Koppele lement (32) geführt ist.

2. Stabilisatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn-Träger (30, 30') im we sentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet sind und das Koppelele ment (32) längs der Längsachse der koaxial zueinander angeordneten sog. Hohlzylinder (30, 30') verschiebbar ist.

3. Stabilisatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (32) im wesentli chen zentral innerhalb der Hohlzylinder (30, 30') angeordnet ist und zumindest zwei in die beiden Kurvenbahnen (31, 31') eingreifende Stützrollen (33, 33') aufweist.

4. Stabilisatoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (32) mittels einer motorisch angetriebenen Gewindespindel (34) oder mittels einer Zy linder-Kolben-Einheit längsverschiebbar ist.

5. Stabilisatoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden im wesentlichen einen glei chen Durchmesser besitzenden Hohlzylinder (30, 30') mit ihren Man telflächen ineinander verschachtelt sind.

6. Stabilisatoranordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß beiden unterschiedliche Durchmesser besitzende Hohlzylinder (30, 30') konzentrisch zueinander angeordnet sind.