DE10134715A1 - Vorrichtung zur Wankabstützung von Fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zur Wankabstützung von Fahrzeugen

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Minimieren der Wankbewegung von Starrachsen und Einzelradaufhängungen mit einem am Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagerten, annähernd quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten verwindungssteifen Träger. An diesem Träger sind an beiden Enden zwei in der Fahrzeugneutrallage annähernd horizontale, parallele und biegesteife Kragarme angeordnet, wobei an jedem freien Ende der Kragarme mindestens eine zumindest annähernd vertikal ausgerichtete Feder- und Dämpfereinheit angelenkt ist. Diese Feder- und Dämpfereinheiten sind mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllte Zylinder-Kolbeneinheiten, wobei die Kolben in den Zylinder-Kolbeneinheiten zwischen mindestens zwei Federelementen vorgespannt spielfrei zentriert sind. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Minimierung der Wankbewegung von Fahrzeugen geschaffen, die weitgehend unabhängig von der Fahrzeughubdämpfung und der Fahrzeugfederung ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Minimieren der Wankbewegung von Starrachsen und Einzelradaufhängungen mit einem am Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagerten, annähernd quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten verwindungssteifen Träger. An diesem Träger sind an beiden Enden zwei in der Fahrzeugneutrallage annähernd horizontale, parallele und biegesteife Kragarme angeordnet, wobei an jedem freien Ende der Kragarme mindestens eine zumindest annähernd vertikal ausgerichtete Feder- und Dämpfereinheit angelenkt ist. Diese Feder- und Dämpfereinheit steht mit dem freien Ende mit der Starrachse oder einem radführenden Teil einer Einzelradaufhängung einer Fahrzeugachse in Wirkverbindung.
  • Aus der DE 198 40 619 C1 ist eine passive Wankdämpfung mit mindestens einem Dämpfer pro Fahrzeugachse bekannt. Diese Vorrichtung besteht u. a. aus einem am Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagerten Drehstabilisator. Dieser Drehstabilisator weist zwei in annähernd horizontaler Lage angeordnete Hebelarme auf, die an ihren freien Enden über eine Koppelstange mit radführenden Teilen verbunden sind. Parallel zu diesem Drehstabilisator ist eine steife Koppelstange mit Kragarmen angeordnet. Die freien Enden dieser Kragarme sind über mindestens einen Dämpfer an den selben radführenden Teilen wie die Koppelstangen des Drehstabilisators verbunden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Vorrichtung zur Minimierung der Wankbewegung bei Fahrzeugen zu schaffen, die weitgehend unabhängig von der Fahrzeughubdämpfung und -Federung ist.
  • Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu sind die Feder- und Dämpfereinheiten mit hydraulischer Flüssigkeit befüllte Zylinder-Kolbeneinheiten. Der Kolben der einzelnen Zylinder-Kolbeneinheit ist im jeweiligen Zylinder zwischen mindestens zwei Federelementen verspannt spielfrei zentriert.
  • In den Feder- und Dämpfereinheiten sind wechselseitig jeweils hydraulische Dämpfer angeordnet, die über einen in den Zylinder-Kolbeneinheiten etwa mittig liegenden Kolben in je zwei Zylinderräume unterteilt sind. Zur Dämpfung der zwischen den Zylinderräumen durch Überströmkanäle fließenden Flüssigkeit sind im Kolben wechselseitig wirkende Ventile vorgesehen. Zur einfacheren Montage und Minimierung des benötigten Bauraumes sind die Funktionen von Wankfederung und Wankdämpfung in ihrer Wirkung als parallel angeordnete Bauteile kombiniert.
  • Die zur Wankfederung üblicherweise gebräuchlichen Stabilisatoren in Form von Drehfedern werden in diesem Fall durch vorgespannte Druckfedern in den Zylindergehäusen der Feder- und Dämpfereinheiten erreicht. Beide Federn einer Zylinder-Kolbeneinheit zentrieren einen annähernd in mittiger Lage befindlichen Kolben im Zylindergehäuse, der über eine Kolbenstange mit einem Arm eines aus dem Träger und deren Kragarmen bestehenden Koppelbügels verbunden ist. Das Zylindergehäuse ist z. B. direkt mit radführenden Teilen der Starrachse oder der Einzelradaufhängung verbunden. Die kombinierten Feder- und Dämpfereinheiten, wie auch Anordnungen mehrerer derartiger Feder- und Dämpfereinheiten hintereinander bzw. nebeneinander, oder in Kombinationen von neben- und hintereinander liegenden Anordnungen ermöglichen eine Vielzahl von verschiedenen Abstimmungsmöglichkeiten der fahrzeugspezifischen Eigenschaften.
  • Die Druckfedern sind in ihren Eigenschaften u. a. durch die Variationen der Drahtgeometrien, Materialeigenschaften, Anzahl der Federwindungen oder mehrerer zusammenwirkenden Federn als Federpakete einsetzbar. Die Verwendung von pneumatischen Federn lassen sogar stufenlose Anpassungen über entsprechende Druckversorgungen zu. Auch gummielastische Federn als Druckfedern sind denkbar.
  • Eine Abstimmungsmöglichkeit bezüglich der Dämpfung liegt in der Gestaltung der Überströmkanäle und der Ventile in den Kolben, Kolbenstangen oder Zylindern der Zylinder-Kolbeneinheiten. Die Querschnitte der Überströmkanäle können unterschiedlich oder durch stufenlos verstellbare Blenden ausgebildet sein. Auch hier sind Kombinationen von neben- und hintereinander liegenden Überströmkanälen denkbar. Bei elektrisch angesteuerten und geschalteten Ventilen lassen sich die Strömungswege unterschiedlich zueinander kombinieren.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
  • Fig. 1 Koppelbügel mit radseitigen Feder- und Dämpferelementen
  • Fig. 2 Schnittdarstellung eines Feder- und Dämpferelements
  • Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Verminderung des Kurvenwankens an Vorder- und/oder Hinterachsen oder Drehgestellen von Fahrzeugen, bestehend aus einem Koppelbügel (20) mit an seinen Enden angeordneten Feder- und Dämpfereinheiten (40), die als Verbindungsglieder zwischen radführenden Teilen (11) und dem Koppelbügel (20) dienen.
  • Der Koppelbügel (20) ist aus einem torsionssteifen, sich annähernd quer zur Fahrzeuglängsachse (5) erstreckenden Träger (23) mit an dessen Enden angebrachten Kragarmen (21, 22) aufgebaut. Diese Kragarme (21, 22) sind biege- und torsionssteife Bauteile, die zumindest in Konstruktionslage in annähernd horizontaler Lage z. B. parallel entlang der Fahrzeuglängsachse (5) liegend mit dem Träger (23) fest verbunden sind. Den freien Enden der Kragarme (21, 22) entgegengesetzt befinden sich an dem Träger (23) zwei Lagerarme (30), die an ihren freien Enden als Gelenkaugen (34) ausgebildet sind. Diesen Gelenkaugen (34) sind mit dem Fahrzeugaufbau (6) fest verbundene Gelenkzapfen (33) zugeordnet. Beide Paarungen von Gelenkaugen (34) und Gelenkzapfen (33) befinden sich auf einer gemeinsamen Schwenkachse (32).
  • Die freien Enden der Kragarme (21, 22) sind je über eine Feder- und Dämpfereinheit (40) mit radführenden Teilen (11) verbunden, wobei die Anbindungen dieser Feder- und Dämpfereinheiten (40) z. B. als Kugelgelenke (12, 24) ausgeführt sind. Die radführenden Teile (11) stützen und führen das Rad (10) beim Ein- und Ausfedern sowie unter möglichen Krafteinwirkungen ab und werden aus hier nicht abgebildeten Bauteilen wie Radträgern, Lenkern, Streben, Federn, und Dämpfern gebildet.
  • Eine Anbindung der Feder- und Dämpfereinheiten (40) kann an einem der aufgezählten radführenden Teile (11) erfolgen, wobei die einzelne Feder- und Dämpfereinheit (40) in annähernd senkrechter Position zwischen den radführenden Teilen (11) und dem Koppelbügel (20) angeordnet ist.
  • Beim gleichseitigen Ein- oder Ausfedern der Räder (10) wird die entsprechende Bewegung der Räder (10) über die Feder- und Dämpfereinheiten (40) auf die Kragarme (21, 22) des Koppelbügels (20) übertragen. Dieser schwenkt dabei entsprechend der Ein- und Ausfederbewegung um die Schwenkachse (32).
  • Bedingt durch die Kinematik der radführenden Teile (11) und dem Schwenkbereich des Koppelbügels (20) können räumliche Verlagerungen der Anlenkstellen (12, 24) auftreten.
  • Entsprechend der Ortswahl dieser Anlenkstellen (12, 24) ist es möglich diese Verlagerungen sehr gering zu halten.
  • Bei wechselseitigem Ein- und Ausfedern werden die entstehenden Kräfte und Bewegungen über den Koppelbügel (20), von einem Rad (10) auf das andere Rad (9) übertragen. Wenn beispielsweise wie in Fig. 1 dargestellt, das hintere - links liegende - Rad (10) einfedert, wird die auf dieser Seite liegende Feder- und Dämpfereinheit (40), bzw. nach Fig. 2 die untere Schraubenfeder (60), auf Druck beansprucht. Die Druckkraft wird entsprechend über die Kolbenstange (50) und den Kragarm (21) sowie den Träger (23) auf die Feder- und Dämpfereinheit (40) des Kragarms (22) übertragen. In dieser Feder- und Dämpfereinheit (40) wird nun die obere Schraubenfeder (60) auf Druck beansprucht. Letzterte versucht das sich auf dieser Seite befindende Rad (9) einzufedern.
  • Der Träger (23) und die Kragarme (21, 22) sind formsteife Bauteile. Der Koppelbügel (20) ist diesbezüglich nicht mit einem Drehstabilisator vergleichbar. Alle Elastizitäten sind in die Feder- und Dämpfereinheiten (40) verlagert, vgl. Fig. 2.
  • Eine federnde Übertragung der wechselseitigen Ein- und Ausfederung wird aus Komfort- und Sicherheitsgründen angestrebt, da bei ungefederten und ungedämpften Übertragungen von Wankbewegungen z. B. durch Stöße oder Überschwingverhalten eine Fahrinstabilität auftreten kann. Für die Fahrzeuginsassen ist ein entsprechend weiches Einsetzen derartiger Wankübertragungen aus Komfortsicht wünschenswert.
  • Für einseitige Beladungszustände gelten die gleichen Bedingungen wie bei wechselseitiger Ein- und Ausfederung, da in diesem Fall ein einseitiges Einfedern vorliegt.
  • Mit Hilfe eines nicht dargestellten Verstellantriebes in Form eines Schwenkmotors oder eines Verstellzylinders kann der Koppelbügel (20) ggf. aus seiner annähernd horizontalen Position geschwenkt werden. Dieses Verstellen lässt beispielsweise ein Anpassen an eine Niveauregulierung zu. Auf diese Weise lassen sich für bestimmte Fahrzustände entsprechend angepasste Ansprechverhalten der Wankabstützung realisieren.
  • Eine weitere Variante stellt ein in der Ebene der Fahrzeuglängsachse (5) geteilter Koppelbügel (20) dar. Die geteilten Hälften dieses Koppelbügels sind ebenfalls steife Bauteile, die voneinander unabhängig durch aktive Stellglieder in bereits beschriebener Weise verschwenkt werden können.
  • Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Feder- und Dämpfereinheit (40). Eine derartige Feder- und Dämpfereinheit (40) ist in Fig. 1 zwischen den radführenden Teilen (11) und dem Koppelbügel (20) eingebaut. Die Feder- und Dämpfereinheit (40) umfasst ein Zylindergehäuse (41), das an einem Ende über einen Halter (46) und z. B. ein Gelenkauge (47) mit einem Gelenkzapfen eines radführenden Teils (11) verbunden ist.
  • Nach Fig. 1 sitzt eine Gelenkkugel in einer Gelenkpfanne, vgl. Kugelgelenk (12). Im Zylindergehäuse (41) sind ein Kolben (53) und eine Kolbenstange (50) geführt. Die Kolbenstange (50) hat an ihrem freien Ende ein Gewinde (51) zur Verbindung mit einem Kugelgelenk (24) eines Kragarms (21, 22). Der Kolben (53) wird durch zwei Druckfedern (60) in einer etwa mittigen Lage des Zylindergehäuses (41) unter Vorspannung gehalten. Die Druckfedern (60) stützen sich axial je an einer Kolbenstirnseite und an je einer inneren Zylinderstirnseite ab.
  • Die mittige Lage des Kolbens (53) unterteilt den gesamten Zylinderinnenraum in zwei annähernd gleich große Zylinderräume (42, 43). Diese Zylinderräume (42, 43) sind über im Kolben (53) befindliche Überströmkanäle (54) und Ventile (55) miteinander verbunden. Bei einer Ein- oder Ausfederung des Kolbens (53) kann über diese Ventile (55) Flüssigkeit von einem Zylinderraum (42, 43) in den anderen Zylinderraum (42, 43) fließen.
  • Bewegt sich der Kolben (53) beim Ein- und Ausfedern in den der Bewegung entsprechenden Zylinderraum (42, 43) hinein, wird die in diesem Zylinderraum (42, 43) befindliche Feder (60) zusammengedrückt. Bei dieser Bewegung strömt Flüssigkeit durch den Überströmkanal (54) und das Ventil (55) aus diesem Zylinderraum (42, 43) in den benachbarten Zylinderraum (42, 43). Die Verengung des Überströmkanals (54) und der Strömungswiderstand des Ventils (55) dämpfen diese Bewegung.
  • Die Ventile (55) sind den Überströmkanälen (54) so zugeordnet, dass je nach Bewegungsrichtung ein Ventil (55) öffnet und ein Ventil (55) sperrt. Selbstverständlich ist es möglich, dass mehrere gleiche wirkungsgerichtete Ventile (55) in gleicher oder unterschiedlicher Anzahl im Kolben (53) angeordnet sein können.
  • Ferner sind im Kolben (53) mehrere hintereinander angeordnete Überströmkanäle (54) mit unterschiedlichen Querschnitten und Längen sowie verschiedenen Ventilen (55) in Kombination einsetzbar.
  • Es lassen sich somit unterschiedliche Dämpfungswerte vorgeben, wobei die Ventile (55) mechanisch oder elektrisch ansteuerbar sein können. Bei der Verwendung einer rheologischen Flüssigkeit können die Ventile (55) entfallen, da die Beeinflussung des Strömungswiderstandes über die veränderliche Viskosität der dämpfenden Flüssigkeit erzielt wird. Eine entsprechende elektrische Beeinflussung ist sowohl über das Zylindergehäuse (41) oder den Kolben (53) oder über beide Bauteile (41,53) möglich. Die Stromzuführung des Kolbens (53) erfolgt in diesem Fall über die Kolbenstange (50).
  • Um eine variable Federrate zu erreichen ist der Einsatz unterschiedlicher Federn (60) z. B. bezogen auf Material, Drahtgeometrie, Windungsanzahl und Anzahl der Federn (60) vorgesehen. Es können somit für die Ein- und Ausfederung unterschiedliche Federraten und Dämpfungen vorgegeben werden, was eine individuelle Abstimmung der Kombination von Wankfederung und Wankdämpfung ermöglicht. Durch die Wahl unterschiedlicher Federwege sowie unterschiedlicher Volumen der Zylinderräume (42, 43) ist eine zusätzliche spezielle Anpassung möglich.
  • Bei einer maximalen Verschiebung des Kolbens (53) in Ein- oder Ausfederrichtung treffen die Kolbenstirnseiten auf Ein- und Ausfederanschläge (44, 45). Diese Ein- und Ausfederanschläge (44, 45) können sowohl als Feder oder als Elastomerkörper ausgebildet sein. Sie dienen dazu, die erreichbaren Endpositionen des Kolbens (53) zu dämpfen. Ist in einer Wirkrichtung ein solcher Ein- und Ausfederanschlag (44, 45) erreicht, ist eine quasi starre Verbindung von radführendem Teil (11) und Koppelbügel (20) gegeben. Es werden dann Bewegungen und Beschleunigungen direkt übertragen.
  • Um einen Volumenausgleich für die einfahrende Kolbenstange (50) zu schaffen, wird beispielsweise ein Hydrospeicher (70) verwendet. Es ist auch ein nachgiebig gestalteter Zylinderboden oder ein Überdruckventil mit nachgeschaltetem Druckbehälter oder Tank denkbar. Eine weitere Alternative um gleiche Volumina der Zylinderräume (42, 43) zu erreichen ist die Verwendung einer durchgehenden Kolbenstange.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Minimieren der Wankbewegung von Starrachsen und Einzelradaufhängungen mit einem am Fahrzeugaufbau schwenkbar gelagerten, annähernd quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten verwindungssteifen Träger, an dessen beiden Enden zwei in der Fahrzeugneutrallage annähernd horizontale, parallele und biegesteife Kragarme angeordnet sind, wobei an jedem freien Ende der Kragarme mindestens eine zumindest annähernd vertikal ausgerichtete Feder-Dämpfereinheit angelenkt ist, die mit einem freien Ende der Starrachse oder einem radführenden Teil einer Einzelradaufhängung einer Fahrzeugachse in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelne Feder- und Dämpfereinheit (40) eine mit einer hydraulischen Flüssigkeit befüllte Zylinder-Kolbeneinheit (40) ist und
dass der Kolben (53) der einzelnen Zylinder-Kolbeneinheit (40) im jeweiligen Zylinder (41) zwischen mindestens zwei Federelementen (60) vorgespannt spielfrei zentriert ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (23) und die Kragarme (21, 22) einen einteiligen Koppelbügel (20) bilden.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben (53) pro Kolbenbewegungsrichtung mindestens ein selbsttätig öffnendes Drosselventil (55) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dämpfende Flüssigkeit eine rheologische Flüssigkeit ist, und dass die Ventile (55) mechanisch und/oder durch die Wirkung von elektrischen oder magnetischen Feldern regelbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelbügel (20) um die Schwenkachsen (32) der Lager (31) aktiv verschwenkbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelbügel (20) in der Ebene der Fahrzeuglängsachse (5) geteilt ist und das diese Koppelbügelteile voneinander unabhängig um die Schwenkachsen (32) der Lager (31) aktiv verschwenkbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen (32) des Koppelbügels (20) zentrisch oder exzentrisch zum Verbindungsteil (23) positioniert sind.
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