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Die
Erfindung betrifft einen Drehsteller für einen Stabilisator eines
Kraftwagens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Art.
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Die
WO 2005/056316 A1 beschreibt
einen Stabilisator für
einen Kraftwagen, bei welchem eine Kupplung eines Drehstellers für den Stabilisator
zwei Abschnitte des Stabilisators verbindet. Die Kupplung umfasst
eine Rampen-Axialpumpe. In einem Gehäuse der Rampen-Axialpumpe sind
ein axial beweglicher, drehfester Kolben und ein axial fester, drehbeweglicher
Rotor angeordnet. Durch Bewegen des Kolbens in axiale Richtung kann
ein magneto-rheologisches Fluid mit Druck beaufschlagt werden. Der Drehsteller
weist des Weiteren ein Ausgleichsbehältnis für das magneto-rheologische
Fluid auf, in welchem eine Drossel mit einer Magnetspule angeordnet
ist. Durch Beaufschlagen der Magnetspule mit elektrischem Strom
kann die Viskosität
des magneto-rheologischen Fluids verändert werden.
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Bei
hoher Viskosität
des magneto-rheologischen Fluids weist der Stabilisator eine hohe
Steifigkeit auf und Stabilisierungsmomente eines der zwei Abschnitte
des Stabilisators sind sehr direkt auf den zweiten Abschnitt übertragbar.
Dadurch kann der Kraftwagen bei einer Kurvenfahrt mittels des Stabilisators
horizontiert werden. Bei einer Geradeausfahrt des Kraftwagens können die
zwei Abschnitte des Stabilisators hingegen weitgehend entkoppelt
werden, indem die Viskosität
des magneto-rheologischen Fluids durch Verringern einer magnetischen Flussdichte
in der Magnetspule verringert wird.
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Als
nachteilig bei einem derartigen Drehsteller ist der Umstand anzusehen,
dass bei einem Stromausfall der Stabilisator seine Stabilisierungswirkung
weitgehend einbüßt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehsteller der eingangs
genannten Art zu schaffen, welcher ein besonders einfaches Zu- bzw. Wegschalten
des Stabilisators ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Drehsteller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Drehsteller
für einen
Stabilisator eines Kraftwagens, mit einer Rampen-Axialpumpe, bei
welcher in einem Gehäuse
ein axial beweglicher, drehfester Kolben und ein axial fester, drehbeweglicher
Rotor angeordnet sind, wobei durch Bewegen des Kolbens in axiale
Richtung ein hydraulisches Fluid mit Druck zu beaufschlagen ist,
und mit einem Ausgleichsbehältnis
für das
hydraulische Fluid, ist wenigstens ein Verriegelungselement vorgesehen,
mittels welchem in einer Offenstellung das hydraulische Fluid dem
Ausgleichsbehältnis zuführbar ist.
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In
der Offenstellung des Verriegelungselementes kann das mit Druck
beaufschlagte hydraulische Fluid aus dem Gehäuse der Rampen-Axialpumpe dem
Ausgleichsbehältnis
zuströmen.
Dadurch ist ein Bewegen des Kolbens in axiale Richtung ermöglicht und
ein Verdrehen eines mit dem Rotor verbundenen ersten Abschnittes
des Stabilisators ist von einem Verdrehen eines mit dem Kolben gekoppelten zweiten
Abschnittes des Stabilisators weitgehend entkoppelt. Befindet sich
das Verriegelungselement also in der Offenstellung, so weist der
Stabilisator eine geringe Steifigkeit auf. Dies ist beispielsweise bei
einer Geradeausfahrt des Kraftwagens aus Komfortgründen wünschenswert.
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In
einer Schließstellung
des Verriegelungselementes ist ein Ausströmen des hydraulischen Fluids
aus dem Gehäuse
der Rampen-Axialpumpe zu dem Ausgleichsbehältnis unterbunden, so dass
das Verdrehen des mit dem Rotor verbundenen ersten Abschnittes des
Stabilisators besonders gut auf den mit dem Kolben gekoppelten zweiten
Abschnitt des Stabilisators übertragbar
ist. Befindet sich das Verriegelungselement also in der Schließstellung,
so weist der Stabilisator eine besonders hohe Steifigkeit auf.
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Dies
ist beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftwagens wünschenswert
oder in einer kritischen Situation, in welcher ein besonders starkes Wanken
des Kraftwagens zu befürchten
ist. Hierbei kann in vorteilhafter Weise auf ein kosten- und infolge des
Gewichtes kraftstoffaufwendiges aktives System zum Horizontieren
des Kraftwagens, wie Active Body Control (ABC), Antriebsschlupfregelung
(ASR) oder dergleichen verzichtet werden.
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Des
Weiteren ist so ein Drehsteller geschaffen, welcher ein besonders
einfaches Zu- bzw. Wegschalten des Stabilisators ermöglicht,
wobei durch die Einfachheit der Ausführung gegenüber dem Drehsteller der
WO 2005/056316 A1 Kostenvorteile gegeben
sind. Auch kann auf den Einsatz eines dem Stand der Technik der
WO 2005/056316 A1 gemäßen, magneto-rheologischen
Fluids verzichtet werden.
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Darüber hinaus
beansprucht der erfindungsgemäße Drehsteller
weniger Bauraum als bekannte Stabilisierungssysteme, bei welchen
eine hydraulisch verriegelbare und entriegelbare Stabilisator-Koppelstange
vorgesehen ist, insbesondere bei Verwenden des Stabilisators an
Mehrlenkerachsen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem
Ausgleichsbehältnis
und einem Hohlraum im Gehäuse
der Rampen-Axialpumpe ein Rückschlagventil
angeordnet, das vom hydraulischen Fluid vom Ausgleichsbehältnis in
Richtung Hohlraum durchströmbar
ist. Dadurch ist ein Zurückströmen des
hydraulischen Fluids vom Ausgleichsbehältnis in das Gehäuse der
Rampen-Axialpumpe ermöglicht.
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Des
Weiteren hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Ausgleichsbehältnis in
das Gehäuse der
Rampen-Axialpumpe integriert angeordnet ist. Dadurch kann auf Verbindungsleitungen
zwischen der Rampen-Axialpumpe und dem Ausgleichsbehältnis verzichtet
werden, während
ansonsten bei einer Beschädigung
der Verbindungsleitungen ein Verlust des hydraulischen Fluids zu
befürchten
ist, welcher zu einem Ausfall der Stabilisierungswirkung des Stabilisators
führen
kann.
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Schließlich hat
es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Steilheit der Rampen
der Rampen-Axialpumpe in radialer Richtung abnehmend ausgebildet ist.
Durch Ausbilden der Rampen der Rampen-Axialpumpe mit in radialer
Richtung abnehmender Steigung kann dem Umstand Rechnung getragen
werden, dass bei einem Überführen des
Verriegelungselementes in die Schließstellung in einem Wankzustand
des Kraftwagens einer der zwei Abschnitte des Stabilisators bereits
verdreht ist.
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Durch
das Verdrehen des Abschnittes des Stabilisators kann ein mit diesem
Abschnitt verbundenes Federungssystem nur noch begrenzt weit einfedern.
Dadurch ist ein mittels dieses Abschnittes maximal erreichbares
Stabilisierungsmoment geringer als dies bei einem Überführen des
Verriegelungselementes in die Schließstellung in einem Zustand des
Kraftwagens der Fall wäre,
bei welchem sich der des Stabilisator in einer Mittelstellung befindet.
In der Mittelstellung des Stabilisators sind beide Abschnitte des
Stabilisators nicht verdreht. Bei einem geringeren maximal erreichbaren
Stabilisierungsmoment kann die Steigung der Rampen flacher sein.
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Ein
Ausbilden der Steilheit der Rampen, welche in radialer Richtung
abnehmend ist, hat zudem den Vorteil, dass bei einer vorgegebenen
maximalen Höhe
der Rampe deren Steigung nahe einem durch zwei Rampen begrenzten
zentralen Aufnahmebereich für
einen Wälzkörper besonders
hoch sein kann. Durch die nahe dem zentralen Aufnahmebereich besonders
steil ausgebildeten Rampen kann bei vorgegebnen Außenmaßen der
Rampen ein besonders hohes maximales Stabilisierungsmoment von dem
ersten Abschnitt des Stabilisators auf den zweiten Abschnitt des
Stabilisators übertragen
werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Stabilisators für einen Kraftwagen mit einer
einem Drehsteller zugeordneten Rampen-Axialpumpe; und
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2 eine
schematisierte, teilweise geschnittene Ansicht durch die Rampen-Axialpumpe gemäß 1 und
ein Ausgleichsbehältnis
des Drehstellers für
den Stabilisator.
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1 zeigt
einen Stabilisator 10 für
einen vorliegend nicht dargestellten Kraftwagen, wobei der Stabilisator 10 einen
ersten Abschnitt 12 und einen zweiten Abschnitt 14 umfasst,
welche eine gemeinsame Torsionsachse A aufweisen. Der erste Abschnitt 12 und
der zweite Abschnitt 14 sind im Bereich einer Rampen-Axialpumpe 16 miteinander
koppelbar. Die Rampen-Axialpumpe 16 ist Bestandteil eines
in 2 näher
erläuterten
Drehstellers 18 für den
Stabilisator 10.
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An
einem der Rampen-Axialpumpe 16 jeweils gegenüber liegenden
Ende des ersten Abschnittes 12 und des zweiten Abschnittes 14 ist jeweils
ein Dreharm 20 angeordnet, welcher im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Torsionsachse A ausgerichtet ist.
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1 zeigt
den Stabilisator 10 in einer Mittelstellung, in welcher
die Dreharme 20 des ersten Abschnittes 12 und
des zweiten Abschnittes 14 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Enden der Dreharme 20 des Stabilisators 10 sind
in dessen Betrieb mit jeweils einem vorliegend nicht gezeigten Federungssystem
eines Rades des Kraftwagens verbunden. Bei einem Einfedern des Rades
wird der mit dem Federungssystem des Rades verbundene Dreharm 20 ausgelenkt
und der zugehörige
Abschnitt 12, 14 verdreht.
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Sind
der erste Abschnitt 12 und der zweite Abschnitt 14 im
Bereich der Rampen-Axialpumpe 16 fest miteinander gekoppelt,
so weist der Stabilisator 10 eine besonders hohe Steifigkeit
auf und das Verdrehen etwa des ersten Abschnittes 12 ist
besonders gut auf den zweiten Abschnitt 14 übertragbar.
Die hohe Steifigkeit des Stabilisators 10 ist insbesondere bei
einer Kurvenfahrt des Kraftwagens erwünscht, bei welcher mittels
des Stabilisators 10 ein weitgehendes Horizontieren des
Kraftwagens erreichbar ist. Demgegenüber ist es wünschenswert,
den Stabilisator 10 bei einer Geradeausfahrt auf einer
ebenen Fahrbahn freizuschalten, und ein Verdrehen etwa des ersten
Abschnittes 12 zu ermöglichen,
ohne dass das Verdrehen auf den zweiten Abschnitt 14 übertragen
wird.
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In 1 ist
jeweils nahe dem Dreharm 20 des Stabilisators 10 eine
Hülse 22 angeordnet,
mittels welcher der Stabilisator 10 an einem nicht federnden
Bauteil einer Karosserie des Kraftwagens festlegbar ist. Der erste
Abschnitt 12 und der zweite Abschnitt 14 sind
jeweils in der Hülse 22 drehbeweglich
angeordnet. Außerdem
zeigt 1 zwei an der Rampen-Axialpumpe 16 angeordnete
Niederdruck – Leitungen 24,
mittels welchen die Rampen-Axialpumpe 16 mit einem hydraulischen
Fluid beaufschlagbar ist.
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2 zeigt
die Rampen-Axialpumpe 16 des Drehstellers 18 in
einer teilweise geschnittenen Ansicht. Dem Drehsteller 18 ist
darüber hinaus
ein Ausgleichsbehältnis 26 zugeordnet,
in welchem hydraulisches Fluid enthalten ist.
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Die
Rampen-Axialpumpe 16 weist ein Gehäuse 28 auf, in welchem
ein axial beweglicher, drehfester Kolben 30 und ein axial
fester, drehbeweglicher Rotor 32 angeordnet sind. Der Rotor 32 und
der erste Abschnitt 12 des Stabilisators 10 sind
einstückig
ausgebildet, wobei der Rotor 32 und der erste Abschnitt 12 eine
Flanschwelle bilden. Ein bezüglich der
Torsionsachse A axialer Schaft 34 des Kolbens 30 ist
in dem Gehäuse 28 der
Rampen-Axialpumpe 16 in einer Keilwellen-Schiebeführung 36 geführt. Durch
Bewegen des Kolbens 30 in der Torsionsachse A auf den zweiten
Abschnitt 14 des Stabilisators 10 hin ist das
hydraulische Fluid in einem Hohlraum 38 des Gehäuses 28 mit
Druck beaufschlagbar.
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Eine
Stirnfläche 40 des
Kolbens 30 und eine Stirnfläche 42 des Rotors 32 stehen
in dem Gehäuse 28 der
Rampen-Axialpumpe 16 in einem Schleifkontakt, während der
Hohlraum 38 mit dem hydraulischen Fluid auf einer der Stirnfläche 40 des
Kolbens 30 abgewandten Seite des Kolbens 30 angeordnet ist,
und den Schaft 34 des Kolbens 30 außenumfangsseitig
umgibt. In den Stirnflächen 40, 42 des Kolbens 30 und
des Rotors 32 sind von der Torsionsachse A und voneinander
beabstandete Laufbahnen 44 für Wälzkörper 46 ausgebildet.
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Die
Laufbahnen 44 weisen im Profil jeweils einen zentralen,
weitgehend ebenen Aufnahmebereich für den Wälzkörper 46 auf, an welchen
sich beidseitig Rampen anschließen.
Wird der Rotor 32 infolge einer Kraftbeaufschlagung des
dem ersten Abschnitt 12 zugeordneten Dreharms 20 verdreht,
so drückt
der Wälzkörper 46 auf
die in der Stirnfläche 40 des
Kolbens 30 angeordnete Rampe der Laufbahn 44 des
Kolbens 30. Durch Bewegen des Kolbens 30 in axiale
Richtung wird so das Fluid in dem Hohlraum 38 mit Druck
beaufschlagt.
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In
einer der den Hohlraum 38 mit dem Ausgleichsbehältnis 26 verbindenden
Leitungen 24 ist ein Verriegelungselement 48 angeordnet.
Das Verriegelungselement 48 ist vorliegend als elektrisches Sperrventil
ausgebildet, welches in einem nicht mit elektrischem Strom beaufschlagten
Zustand verschlossen ist. Dadurch weist das Verriegelungselement 48 einen
besonders geringen Energiebedarf auf.
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In
alternativen Ausführungsformen
sind beispielsweise rein mechanische Verriegelungsmechanismen vorstellbar.
In einer Schließstellung
des Verriegelungselementes 48 ist folglich das durch den Kolben 30 mit
Druck beaufschlagte hydraulische Fluid nicht dem Ausgleichsbehältnis 26 zuführbar.
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Dadurch
ist ein Koppeln des ersten Abschnittes 12 mit dem zweiten
Abschnitt 14 gegeben, in welcher eine Verdrehung etwa des
ersten Abschnittes 12 besonders gut auf den zweiten Abschnitt 14 übertragbar
ist. Der Stabilisator 10 weist hierbei eine besonders hohe
Steifigkeit auf.
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Wird
das Verriegelungselement 48 mit elektrischem Strom beaufschlagt,
so wird das elektrische Sperrventil in eine Offenstellung überführt und
das hydraulische Fluid kann dem Ausgleichsbehältnis 26 über die
Leitung 24 zuströmen.
In der zweiten, den Hohlraum 38 in dem Gehäuse 28 der
Rampen-Axialpumpe 16 mit dem Ausgleichsbehältnis 26 verbindenden
Leitung 24 ist ein Rückschlagventil 50 angeordnet,
welches von dem Fluid lediglich in eine von dem Ausgleichsbehältnis 26 zu
dem Hohlraum 38 weisende Richtung durchströmbar ist.
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In
vorteilhafter Weise erfolgt ein Verriegeln bzw. Zuschalten des Stabilisators 10 durch
das Überführen des
Verriegelungselementes 48 in die Schließstellung wenn sich der Stabilisator 10 in
der in 1 gezeigten Mittelstellung befindet, in welcher den
Federungssysteme der Räder
des Kraftwagens jeweils maximale Federwege zur Verfügung stehen.
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Dem
Ausgleichsbehältnis 26 ist
vorliegend eine Druckkammer 52 mit einem veränderbaren
Volumen zugeordnet, welche beispielsweise ein komprimierbares Gas
enthalten kann. Dadurch ist das Ausgleichsbehältnis 26 in der Lage,
das in der Offenstellung des Verriegelungselementes 48 beim
Bewegen des Kolbens 30 dem Ausgleichsbehältnis 26 zuströmende hydraulische
Fluid aufzunehmen.
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In
der Offenstellung des Verriegelungselementes 48 sind der
erste Abschnitt 12 und der zweite Abschnitt 14 des
Stabilisators 10 weitgehend entkoppelt, und der Stabilisator 10 weist
eine besonders geringe Steifigkeit auf.
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In
einer vorliegend nicht gezeigten Ausführungsform des Drehstellers 18 können die
Rampen-Axialpumpe 16 und das Ausgleichsbehältnis 26 in
ein gemeinsames Gehäuse 28 integriert
sein. Hierdurch ist ein Verlust des hydraulischen Fluids infolge einer
Beschädigung
der Niederdruck – Leitungen 24 vermieden.