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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des unabhängigen
Patentanspruchs 1.
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Die
im Betrieb von Kraftfahrzeugen auftretenden Torsionen ihrer Karosserie
sind bei Cabrios besonders groß,
weil deren Karosserie kein festes Dach aufweist, das beispielsweise
die Karosserie von Limousinen gegenüber Torsionen aussteift. Die vorliegende
Erfindung ist grundsätzlich
aber auch bei anderen Kraftfahrzeugen als Cabrios einsetzbar, um diese
gegenüber
den im Betrieb der Kraftfahrzeuge auftretenden Torsionen ihrer Karosserie
zu stabilisieren.
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STAND DER TECHNIK
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Aus
der
EP 0 955 228 A2 ist
es bekannt, Torsionen der Karosserie eines Cabrios durch längenvariabel
ausgebildete Streben entgegenzuwirken, die aktiv auf eine lineare
Längenänderung
zwischen Bereichen ansteuerbar sind, in denen die Streben an der
Karosserie des Cabrios angreifen. Die Streben können auf der Basis von Piezoelementen
aufgebaut sein.
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Die
DE 101 02 910 A1 beschreibt
ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs
1, bei dem die aktiven Torsionsstabilisatoren ausschließlich Linearaktuatoren
aufweisen, die hier insbesondere als biegeweiche, ausschließlich Zugkräfte aufbringende
hydraulische Aktuatoren ausgebildet sind. Diese hydraulischen Aktuatoren
sollen es aufgrund ihrer im Vergleich zu linearen Piezoaktuatoren
sehr großen möglichen
Stellwege nicht nur erlauben, Torsionen der Karosserie eines Cabrios im
dynamischen Bereich zu unterdrücken,
sondern auch im statischen Bereich, wenn beispielsweise die Räder eines
Cabrios nicht auf einer Ebene stehen. Dabei beanspruchen die hydraulischen
Aktuatoren jedoch zusätzlichen
Bauraum neben den eigentlich tragenden Teilen der Karosserie.
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Aus
der
DE 10 2004
006 247 A1 ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Cabrio,
bekannt, bei dem an einem Boden des Kraftfahrzeugs Vorrichtungen zum
Schwingungsausgleich angeordnet sind, die auf eine äußere Anregung
durch das Überfahren
einer unebenen Fahrbahn reagieren. Dabei soll die Steifigkeit der
Karosserie des Kraftfahrzeugs dadurch erhöht werden, dass oberhalb eines
Bodens der Karosserie auf beiden Seiten der Karosserie mindestens eine
Krafteinleitungsstelle vorgesehen ist, in die in Fahrzeuglängsrichtung
zum Ausgleich einer während
des Fahrbetriebs entstehenden Biege- oder Torsionsverformung eine
Gegenkraft und/oder ein Gegenmoment mittels einer Regeleinrichtung
einleitbar ist. Die Gegenkraft bzw. das Gegenmoment wirkt dabei über einen
Hebelarm auf den Boden des Kraftfahrzeugs ein.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen,
bei dem von den aktiven Torsionsaktuatoren möglichst wenig zusätzlicher
Bauraum beansprucht wird, die Torsionsaktuatoren aber dennoch in
der Lage sind, auch größeren Torsionen
der Karosserie entgegenzuwirken, wie sie im Betrieb eines Cabrios auftreten.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen
des unabhängigen Patentanspruchs
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
des neuen Kraftfahrzeugs sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis
13 definiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
dem neuen Kraftfahrzeug weist der mindestens eine Torsionsstabilisator
einen Torsionsaktuator auf, der die beiden Bereiche der Karosserie,
an denen der Torsionsstabilisator angreift, in Folge einer Ansteuerung
des Torsionsstabilisators aktiv gegeneinander tordiert. Die bisherigen
Ansätze,
Torsionsstabilisatoren auszubilden, gehen sämtlich von der Verwendung von
Linearaktuatoren aus, die entfernt von den auftretenden Torsionsachsen
eingesetzt werden. Hierdurch wirken die Linearaktuatoren über einen
großen
Hebel auf die Karosserie ein, so dass mit den Linearaktuatoren sehr
große
Momente um die eigentlichen Torsionsachsen aufgebracht werden können, die
Linearaktuatoren stoßen
aber bezüglich ihres
Stellwegs sehr schnell an ihre Leistungsgrenze, weil der große wirksame
Hebel große
Stellwege der Linearaktuatoren erfordert. Viele Funktionsmaterialien,
die für
die Ausbildung von Aktuatoren grundsätzlich geeignet sind, sind
jedoch bezüglich
der mit ihnen erreichbaren Stellwege begrenzt, während die erreichbaren Kräfte sehr
groß sind,
häufig
viel größer, als
sie an dem Einsatzort von Linearaktuatoren in bekannten Kraftfahrzeugen
mit aktiven Torsions stabilisatoren tatsächlich genutzt werden können. Die
vorliegende Erfindung geht einen gänzlich neuen Weg. Bei ihr baut
der mindestens eine Torsionsstabilisator auf einem Torsionsaktuator
auf, der unmittelbar die beiden Bereiche der Karosserie, an denen
der Torsionsstabilisator angreift, aktiv gegeneinander tordiert. Der
Torsionsaktuator liegt damit direkt auf oder zumindest dicht an
einer Torsionsachse; und er kommt entsprechend mit vergleichsweise
kleinen Stellwegen aus. Da gleichzeitig die relevanten Torsionsachsen
einer Karosserie durch vorhandene Längs- und Querträger der
Karosserie definiert werden, kann der erfindungsgemäße Torsionsaktuator
für die
Unterdrückung
der Torsionen der Karosserie längs
dieser Träger
und auch in diesen Trägern
angeordnet werden und beansprucht damit allenfalls wenig zusätzlichen Bauraum.
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Vorzugsweise
ist der Torsionsstabilisator des neuen Kraftfahrzeugs so ansteuerbar,
dass sein Torsionsaktuator die beiden Bereiche der Karosserie wechselweise
in einander entgegen gesetzten Richtungen gegeneinander tordiert.
Er ist so in der Lage, den typischerweise im Betrieb des Kraftfahrzeugs wechselweise
mit entgegen gesetzten Richtungen auftretenden Torsionen effektiv
zu begegnen.
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Wenn
nur ein einziger Torsionsaktuator bei dem neuen Kraftfahrzeug vorgesehen
ist, greift dieser vorzugsweise an spiegelsymmetrisch zu einer vertikalen
Längsmittelebene
der Karosserie angeordneten Bereichen der Karosserie an. Es können auch mehrerer
derart an der Karosserie angreifende Torsionsaktuatoren vorgesehen
sein. Es ist auch möglich, dass
ein derart an der Karosserie angreifender Torsionsaktuator neben
anders an der Karosserie angreifenden Torsionsaktuatoren vorgesehen
ist.
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Diese
anders an der Karosserie angreifenden Torsionsaktuatoren können zum
Beispiel zu mehreren Torsionsstabilisatoren gehören, die bezüglich einer
vertikalen Längsmittelebene
der Karosserie spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Das
neue Kraftfahrzeug kann auch ausschließlich derart spiegelsymmetrisch
angeordnete Torsionsstabilisatoren aufweisen.
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Ein
konkret bevorzugter Ort der Anbringung eines Torsionsaktuators bei
dem neuen Kraftfahrzeug liegt in einem seitlichen Längsträger unter
einer Tür
der Karosserie. Ein weiterer bevorzugter Ort der Anordnung des Torsionsaktuators
liegt in einem Querträger
der Karosserie unterhalb einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs.
Es ist auch möglich,
dass der Torsionsaktuator den Fuß einer A-Säule und einen Bereich in der
Mitte dieses Querträgers der Karosserie
gegeneinander tordiert. In diesem Fall beansprucht der Torsionsaktuator
aber zusätzlichen Bauraum,
soweit er dort nicht in oder parallel zu einer bei der Karosserie
sowieso vorhandenen Strebe verläuft.
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Der
Torsionsaktuator kann bei dem neuen Kraftfahrzeug auch im Heckmittelstück der Karosserie
angeordnet sein.
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Alternativ
kann der Torsionsaktuator den Fuß einer C-Säule und einen Bereich in der
Mitte des Eckmittelstücks
gegeneinander tordieren. Hier gilt jedoch wieder, dass der Torsionsaktuator
zusätzlichen
Bauraum beansprucht, soweit er nicht in oder dicht parallel zu einer
sowieso vorhandenen Strebe der Karosserie verläuft.
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Der
Torsionsaktuator kann bei dem neuen Kraftfahrzeug auch tragende
Funktion in der Karosserie aufweisen. Zu diesem Zweck ist er dann
hochsteif auszubilden.
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Es
kann aber auch günstig
sein, eine Eigenfrequenz des Torsionsaktuators auf eine Torsionseigenfrequenz
der Karosserie abzustimmen, was einen relativ weichen Torsionsaktuator
bedeutet, weil auf diese Weise mit dem Torsionsaktuator besonders große Stellwege
bei der relevanten Torsionseigenfrequenz der Karosserie erreicht
werden können.
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Der
Torsionsaktuator des neuen Kraftfahrzeugs kann auf grundsätzlich bekannten
Funktionsmaterialien aufbauen oder auch durch Beaufschlagung mit
einem Fluid ansteuerbar sein. Entsprechend kann es sich z. B. um
einen piezoelektrischen, einen magnetostriktiven, einen hydraulischen
oder einen pneumatischen Aktuator handeln. Da der Torsionsaktuator
jedoch zur Aufbringung großer
Kräfte geeignet
sein muss, sind pneumatische Aktuatoren häufig weniger gut geeignet.
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Wenn
der bei dem Torsionsaktuator ausgenutzte Effekt des Funktionsmaterials
grundsätzlich ein
linearer Effekt ist, weist der neue Torsionsaktuator ein helikales
Umlenkelement auf. Dieses kann aus dem Funktionsmaterial selbst
ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, zur Ausbildung des neuen
Torsionsaktuators einen Linearaktuator mit einem zusätzlichen
helikalen Umlenkelement zu kombinieren, dass die lineare Bewegung
des Linearaktuators in eine Torsionsbewegung zwischen seinen Enden
umsetzt. Das helikale Umlenkelement kann man sich dabei wie eine
Schraubenfeder vorstellen, deren Enden sich mit jeder Änderung
des Abstands der Enden gegeneinander tordieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
die Karosserie eines Kraftfahrzeugs zur Erläuterung der möglichen
Bereiche der Anbringung des erfindungsgemäßen Torsionsaktuators.
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2 zeigt
die Karosserie eines Kraftfahrzeugs stilisiert zu einem rechteckigen
Rahmen.
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3 zeigt
eine globale Torsion des Rahmens gemäß 3 und die
daraus resultierenden lokalen Torsionen dessen Längs- und Querträger; und
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4 zeigt
eine weniger als in den 2 und 3 stilisierte
Karosserie eines Cabrios, wobei die Umrisse der unverformten Karosserie
mit den Umrissen der um ihre Längsmittelachse
tordierten Karosserie überlagert
dargestellt sind und bei der tordierten Karosserie Torsionsaktuatoren
angedeutet sind, mit denen ihrer Torsion aktiv entgegengewirkt werden
könnte.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt
eine Karosserie 19 eines hier nicht vollständig dargestellten
Kraftfahrzeugs. Bezüglich
der Bedeutung der einzelnen Bezugszeichen, mit denen Teile der Karosserie 19 versehen
sind, wird auf die nachfolgende Bezugszeichenliste verwiesen. Während 1 die
Karosserie 19 einer Limousine zeigt, ist die vorliegende
Erfindung insbesondere zur Anwendung bei Cabrios vorgesehen, bei
denen die seitlichen Dachrahmen 3 und der hintere Dachrahmen 4 ebenso
fehlt wie die freistehenden B-Säulen 9 und
der obere Teil der C-Säulen 5.
Darüber
hinaus ist der vordere Dachrahmen 2 bei einem Cabrio Teil
des Rahmens der Windschutzscheibe. Für die Verwindungssteifigkeit
der Karosserie 19 eines Cabrios insbesondere in Bezug auf
Torsionen um seine horizontale Längsachse
kommt es daher besonders auf die seitlichen Längsträger 13, die unterhalb
der hier nicht abgebildeten Türen
verlaufen, die A-Säulen 11 und die
C-Säulen 5 sowie
alle dazwischen verlaufende Querträger an. Entsprechend ist in
der nachfolgenden 4 die Karosserie 19 eines
Cabrios nur anhand dieser Längsträger, Säulen und
Querträger
dargestellt.
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In
den 2 und 3 ist die Karosserie 19 sogar
noch weiter stilisiert und zwar auf einen rechteckigen Rahmen aus
Längsträgern 20 und
Querträgern 21.
Wenn diese Karosserie um ihre horizontale Längsachse tordiert wird, wie
dies in 3 bei der Karosserie 19' dargestellt
ist, resultieren aus der mit Drehpfeilen 21 angezeigten
globalen Torsion des vorderen Endes gegenüber dem hinteren Endes der Karosserie 19' lokale Torsionen
der miteinander verbundenen Längsträger 20 und
Querträger 21,
die durch Drehpfeile 23 angedeutet sind. Durch in den Längsträgern 20 und
den Querträgern 21 angeordnete
Torsionsaktuatoren, die deren Enden entgegen der Richtung der Drehpfeile 23 gegeneinander
auf Torsion beanspruchen, kann in umgekehrter Richtung nicht nur
der Torsion des einzelnen Trägers
sondern auch der globalen Torsion der Karosserie 19 entgegengewirkt
werden.
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4 zeigt,
wie bereits angesprochen wurde, die stilisierte Karosserie eines
Cabrios, wobei neben den seitlichen Längsträgern 13, die A-Säulen 11 und
die C-Säulen 5 sowie
die Querträger 1, 10 und 12 sowie
das Heckmittelstück 6 angedeutet
sind. In diesen Bauteilen der Karosserie können sich jeweils Torsionsaktuatoren 24 befinden,
um den hier wieder mit Drehpfeilen 23 angedeuteten lokalen
Torsionen mit einer entgegen gerichteten Torsion so weit entgegenzuwirken,
dass sowohl die lokalen Torsionen als auch die globale Torsion der
gesamten Karosserie 19 ausgelöscht wird. Dies kann sowohl
bezüglich
statischer Torsionen als auch in Bezug auf dynamische Torsionen,
d. h. Torsionsschwingungen der Karosserie 19 erfolgen.
Wie bereits die Skizze gemäß 4 erkennen
lässt,
beanspruchen die Torsionsaktuatoren 24 keinen relevanten
zusätzlichen
Bauraum, weil sie entweder in den jeweiligen Bauteilen der Karosserie 19 angeordnet
sind, deren Torsion sie entgegenwirken, oder in genringem Abstand
parallel dazu.
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- 1
- Querträger unter
Windschutzscheibe
- 2
- Dachrahmen,
vorn
- 3
- Dachrahmen,
seitlich
- 4
- Dachrahmen,
hinten
- 5
- C-Säule
- 6
- Heckmittelstück
- 7
- Heckboden
- 8
- Längsträger, hinten
- 9
- B-Säule
- 10
- Querträger unter
Fontsitz
- 11
- A-Säule
- 12
- Querträger unter
Fahrersitz
- 13
- Längsträger, seitlich
- 14
- Radeinbau
- 15
- Motorquerträger
- 16
- Längsträger, vorn
- 17
- Querträger, vorn
- 18
- Kühlerquerträger
- 19
- Karosserie
- 20
- Längsträger
- 21
- Querträger
- 22
- Drehpfeil
- 23
- Drehpfeil
- 24
- Torsionsaktuator