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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrwerkstechnik
und betrifft nach ihrer Gattung eine Feststellanordnung eines Kraftfahrzeugs, das
mit wenigstens einer Stelleinrichtung mit einem verschiebbaren Stellglied
zum Verstellen von Lenk- und/oder Sturzwinkeln eines Fahrzeugrads
ausgerüstet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein
mit wenigstens einer solchen Feststellanordnung ausgerüstetes
Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Moderne
Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Hinterachsen ausgerüstet,
bei denen zur Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahrkomfort
Lenk- und/oder Sturzwinkel der Räder durch Stelleinrichtungen
aktiv ein- bzw. verstellt werden können. Bekannt ist beispielsweise,
dass bei schneller Kurvenfahrt durch das Einstellen eines geeigneten
Radsturzes eine bessere Querführung des Fahrzeugs oder beim
Bremsen durch Verstellen der Räder in Vorspur eine bessere
Fahrstabilität erreicht werden kann.
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In
der Patentliteratur sind solche meist als ”Aktuatoren” bezeichneten
Stelleinrichtungen zur kraftgesteuerten (aktiven) Verstellung von
Lenk- und/oder Sturzwinkeln der Hinterräder bereits vielfach
beschrieben worden. Lediglich beispielhaft seien hierzu die beiden
gattungsbildenden deutschen Offenlegungsschriften
DE 4111799 A1 und
DE 4102492 A1 genannt.
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Aktuatoren
werden von elektrischen Steuereinrichtungen in Abhängigkeit
der jeweiligen Fahrsituation gesteuert, welche zu diesem Zweck mit
entsprechenden Sensoren datentechnisch verbunden sind. Als Aktuator
dient beispielsweise ein Druckzylinder mit einer Kolbenstange und
einem Kolben, der den Zylinderhohlraum in zwei mit Druckmittel separat beaufschlagbare
Druckräume unterteilt, um hierdurch die Kolbenstange im
Zylinder hydraulisch bzw. pneumatisch zu verschieben. Die Kolbenstange
dient auf diese Weise als Stellglied zum Verstellen von Lenk- und/oder
Sturzwinkeln des Rads. Bekannt sind auch elektromotorisch betriebene
Aktuatoren, bei denen beispielsweise eine durch einen Elektromotor
in Drehung versetzte Gewindespindel translatorisch verschoben werden
kann.
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Tritt
in einem Kraftfahrzeug ein Ausfall eines Aktuators auf, kann dies
zur Folge haben, dass sich das vom Aktuator gesteuerte Fahrzeugrad
in unkontrollierter Weise verstellt, beispielsweise, wenn bei schneller
Kurvenfahrt hohe Seitenkräfte auf das Rad einwirken. Für
den Fahrer kann hierdurch eine nicht mehr beherrschbare Situation
eintreten, bei der beispielsweise während einer Kurvenfahrt
das Heck des Fahrzeugs ausbricht.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, werden Stelleinrichtungen beispielsweise
mit selbsthemmenden Gewindespindeln versehen, die ihre momentane Position
bei einem Ausfall des Aktuators beibehalten. Für nicht-selbsthemmende
Stellglieder ist es jedoch erforderlich, spezielle Feststelleinrichtungen
bei Ausfall des Aktuators vorzusehen. So ist beispielsweise in der
oben genannten Druckschrift
DE
4111799 A1 eine Rückstelleinrichtung vorgesehen,
durch welche bei Ausfall des Aktuators eine als Stellglied dienende Stellstange
in ihre Mittelstellung zurückgeführt wird. In
den oben genannten Druckschrift
DE 4102492 A1 ist zum Blockieren des Stellglieds
ein schaltbarer Freilauf eingebaut.
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Zu
den im Stand der Technik bekannten Einrichtungen zur Arretierung
des Stellglieds bei Ausfall des Aktuators ist festzustellen, dass
diese in der Regel nur spezifisch für bestimmte Aktuatoren
anwendbar sind, einen relativ hohen technischen Aufwand bedingen
und in der industriellen Serienfertigung somit nur mit einem hohen
finanziellen Aufwand zu realisieren sind.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Feststellanordnung für
ein verschiebbares Stellglied einer Stelleinrichtung zur aktiven
Verstellung von Lenk- und/oder Sturzwinkeln eines Fahrzeugsrads
eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, welche unabhängig
von der Funktionsweise der Stelleinrichtung eine technisch einfach
und preiswert zu realisierende Arretierung des Stellglieds bei Ausfall
der Aktuators ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch
eine Feststellanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Erfindungsgemäß ist
eine Feststellanordnung eines Kraftfahrzeugs, das mit wenigstens
einer Stelleinrichtung mit einem verschiebbaren Stellglied zum Verstellen
von Lenk- und/oder Sturzwinkeln eines Fahrzeugrads ausgerüstet
ist, gezeigt. Das in einer Verschiebungsrichtung hin- und herbewegbare (verschiebbare)
Stellglied kann beispielsweise in Form einer Schubstange ausgebildet
sein.
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Die
Feststellanordnung umfasst das Stellglied der Stelleinrichtung und
eine Feststellvorrichtung zum Feststellen des Stellglieds, die stellgliedfest,
das heißt relativ zum Stellglied unbeweglich angeordnet
ist. Die Feststellvorrichtung kann zu diesem Zweck insbesondere
stellvorrichtungsfest, das heißt relativ zur Stellvorrichtung
unbeweglich angeordnet und beispielsweise mit der Stellvorrichtung
fest verbunden sein. Die Feststellvorrichtung kann zu diesem Zweck
insbesondere auch fahrzeugfest, das heißt relativ zum Fahrzeug
unbeweglich, insbesondere am Fahrzeugunterbau (Chassis), angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Feststellvorrichtung einen zumindest annähernd fluiddicht
(luftdicht) verschlossenen, mit Hydraulikfluid gefüllten
Arbeitsraum, in dem das Stellglied entlang seiner Verschiebungsrichtung
verschiebbar aufgenommen ist. Das Stellglied ist mit einem zum Verdrängen
des Hydraulikfluids geeignet ausgebildeten Verdrängungsabschnitt
versehen. Der Verdrängungsabschnitt ist zu diesem Zweck
so gestaltet, dass er einer Innenfläche des Arbeitsraums
zumindest annähernd fluiddicht anliegt.
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Hier
und im Weiteren wird unter dem Begriff ”Hydraulikfluid” ein
im Wesentlichen nicht-kompressibles (flüssiges) Fluid,
wie beispielsweise Hydrauliköl, verstanden.
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Die
Feststellvorrichtung umfasst weiterhin eine Druckausgleichseinrichtung,
die zum Ausgleichen einer durch Verschieben des Stellglieds bewirkten Änderung
des Fluiddrucks im Arbeitsraum geeignet ausgebildet ist.
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Darüber
hinaus umfasst die Feststellvorrichtung ein Sperrmittel, das durch
einen Bewegungsmechanismus in eine Sperr- und eine Freigabestellung bringbar
ist. Das Sperrmittel wirkt hierbei so mit der Druckausgleichseinrichtung
zusammen, dass es in seiner Sperrstellung einen Druckausgleich im
Arbeitsraum hemmt, so dass das Schubmittel hydraulisch blockiert
ist, und in seiner Freigabestellung einen Druckausgleich im Arbeitsraum
ermöglicht.
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Durch
die erfindungsgemäße Feststellvorrichtung ist
somit erstmals eine von der verwendeten Stelleinrichtung unabhängige,
technisch einfach und preiswert zu realisierende Einrichtung zur
hydraulischen Arretierung des Stellglieds geschaffen, die es ermöglicht,
die Lenkstellung des Fahrzeugrads bei Ausfall der Stelleinrichtung
zu fixieren.
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Bei
einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Feststellanordnung unterteilt der Verdrängungsabschnitt
des Stellglieds den Arbeitsraum zumindest annähernd fluiddicht
in zwei Teilräume. Wird das Stellglied in diesem Fall verschoben,
so verdrängt der Verdrängungsabschnitt das Fluid
in dem in Verschiebungsrichtung vor dem Verdrängungsabschnitt
befindlichen Teilraum, wodurch eine Druckerhöhung in diesem
Teilraum (Hochdruckseite) und eine Druckverminderung in dem in Verschiebungsrichtung
hinter dem Verdrängungsabschnitt befindlichen Teilraum
(Niederdruckseite) verursacht wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Feststellanordnung ist die
Druckausgleichseinrichtung in Form wenigstens einer Umgehungsleitung (Bypassleitung)
ausgebildet. Die Umgehungsleitung mündet auf beiden Seiten
des den Arbeitsraum unterteilenden Verdrängungsabschnitts
des Stellglieds in den Arbeitsraum, so dass die Umgehungsleitung die
beiden Teilräume des Arbeitsraums, in welche der Arbeitsraum
durch den Verdrängungsabschnitt unterteilt wird, fluidleitend
miteinander verbindet. Die Umgehungsleitung ist zumindest annähernd
fluiddicht verschlossen und mit Hydraulikfluid gefüllt.
Somit kann ein Druckausgleich zwischen den beiden Teilräumen
durch Umwälzen von Hydraulikfluid durch die Umgehungsleitung
erfolgen. Wird das Stellglied verschoben, so wird ein vom Verschiebungsweg
abhängendes Fluidvolumen durch den Verdrängungsabschnitt
verdrängt, was zur Folge hat, dass das verdrängte
Fluidvolumen über die Umge hungsleitung von der Hochdruckseite
auf die Niederdruckseite umgewälzt wird.
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Bei
obiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellanordnung
ist es vorteilhaft, wenn das Sperrmittel so ausgebildet ist, dass
es in seiner Sperrstellung die Umgehungsleitung zumindest annähernd
fluiddicht unterteilt, das heißt fluiddicht versperrt,
so dass kein Volumen- bzw. Druckausgleich über die Umgehungsleitung
erfolgen kann, und in seiner Freigabestellung die Umgehungsleitung
freigibt (nicht unterteilt), so dass ein Volumen- bzw. Druckausgleich über
die Umgehungsleitung möglich ist. Befindet sich das Sperrmittel
in seiner Sperrstellung ist das Stellglied somit hydraulisch verspannt,
das heißt, in seiner Lage fixiert.
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Bei
obiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellanordnung
kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn das Stellglied mit einem
Zwischenabschnitt im Arbeitsraum aufgenommen ist. Dies ermöglicht
eine besonders einfache technische Gestaltung der erfindungsgemäßen
Feststellanordnung.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Feststellanordnung ist das Stellglied mit einem Endabschnitt im
Arbeitsraum aufgenommen. Der Endabschnitt formt hierbei eine Begrenzung
des Arbeitsraums. Wird das Stellglied in diesem Fall verschoben,
so verdrängt der Verdrängungsabschnitt das komplette
Fluid im Arbeitsraum, wodurch je nach Verschiebungsrichtung des
Schubmittels eine Druckerhöhung bzw. eine Druckverminderung im
Arbeitsraum bewirkt werden kann.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Feststellanordnung ist die
Ausgleichseinrichtung in Form wenigstens eines den Arbeitsraum begrenzenden
Volumenausgleichselements ausgebildet. Das Volumenausgleichselement
ist frei verschiebbar gelagert, so dass durch eine Verschiebung
des Volumenausgleichselements eine Änderung des Volumens
des zugehörigen Teilraums bewirkt wird, wodurch eine durch
Verschieben des Stellglieds bewirkte Volumenänderung des
Arbeitsraums ausgeglichen werden kann.
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Bei
obiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feststellanordnung
ist es vorteilhaft, wenn das Sperrmittel in seiner Sperrstellung
den Arbeitsraum zwischen dem Stellglied und dem Volumenausgleichselement
zumindest annähernd fluiddicht unterteilt und in seiner
Freigabestellung freigibt (nicht unterteilt).
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In
den beiden Ausführungsformen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Feststellanordnung kann es vorteilhaft sein, wenn das Sperrmittel
mittels eines mit Gleichstrom beaufschlagbaren Elektromagneten gegen
die vorspannende Kraft eines das Sperrmittel in seine Sperrstellung
bewegenden Vorspannmittels in seiner Freigabestellung magnetisch
gehalten werden kann. Bei dem Vorspannmittel kann es sich beispielsweise
um ein das Sperrmittel in seine Sperrstellung drückendes
(vorgespanntes) Federelement handeln. Bei dem Vorspannmittel kann
es sich beispielsweise auch um einen das Sperrmittel in seine Sperrstellung
magnetisch bewegenden (z. B. anziehenden) Permanentmagneten handeln.
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In
den beiden Ausführungsformen und deren Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Feststellanordnung kann
es alternativ vorteilhaft sein, wenn das Sperrmittel mittels eines
mit Gleichstrom beaufschlagbaren Elektromagneten gegen die das Sperrmittel
in seine Sperrstellung bewegende Gewichtskraft in seiner Freigabestellung
magnetisch gehalten werden kann.
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Umfasst
der Bewegungsmechanismus für das Sperrmittel einen Elektromagneten,
durch den das Sperrmittel durch Bestromung in seiner Freigabestellung
magnetisch gehalten werden kann, ist es besonders vorteilhaft, wenn
die Stelleinrichtung und/oder eine elektrische Steuereinrichtung
zur Steuerung der Stelleinrichtung über einen gleichen Stromkreis
wie der Elektromagnet bestromt werden kann. Fällt in diesem
Fall die Stromversorgung zur Steuerung und/oder Betätigung
der Stelleinrichtung aus, so wird das Sperrmittel selbsttätig
durch das Vorspannmittel in seine Sperrstellung bewegt, um hierdurch
eine weitere Verschiebung des Stellglieds hydraulisch zu blockieren.
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Die
Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das mit
wenigstens einer wie oben beschriebenen Feststellanordnung ausgerüstet
ist.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
genommen wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Radaufhängung einer Kraftfahrzeug-Hinterachse
zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Feststellanordnung;
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2 eine
Schnittansicht der Feststellanordnung von 1;
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3 eine
Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Feststellanordnung.
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Es
wird zunächst Bezug auf die 1 und 2 genommen,
worin eine Radaufhängung einer Kraftfahrzeug-Hinterachse
schematisch dargestellt ist.
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In
der in 1 dargestellte Radaufhängung ist ein
zur drehbaren Lagerung eines Fahrzeugrads dienender Radträger 2 durch
drei Lenker (”3-Lenker-Achse”) an einen Fahrschemel 3 angelenkt.
Der Fahrschemel 3 selbst ist über ein erstes und
zweites Fahrschemellager 12, 13, die beispielsweise
als dämpfende Gummilager ausgeführt sind, am Fahrzeugunterbau
(Chassis) befestigt.
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Als
Lenker zur Anlenkung des Radträgers 2 am Fahrschemel 3 dienen
ein erster Querlenker 4, ein zweiter Querlenker 5,
sowie ein als längenverstellbarer Querlenker wirkender
Aktuator 14.
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Hierbei
ist der erste Querlenker 4 über ein erstes radseitiges
Lenkerlager 6 am Radträger 2 und über
ein erstes schemelseitiges Lenkerlager 7 am Fahrschemel 3 angelenkt.
Entsprechend ist der zweite Querlenker 5 über
ein zweites radseitiges Lenkerlager 8 am Radträger 2 und über
ein zweites schemelseitiges Lenkerlager 9 am Fahrschemel 3 angelenkt.
Der Aktuator 14 ist über ein radseitiges Aktuatorlager 10 am
Radträger 2 und mit einem Zylindergehäuse 19 über
ein schemelseitiges Aktuatorlager 11, welches sich in 1 unterhalb
eines Zylindergehäuses 19 des Aktuators 14 befindet
und zu den schemelseitigen Lenkerlagern gleich ausgebildet ist, am
Fahrschemel 3 angelenkt.
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Die
drei Querlenker ermöglichen eine vertikale Ein- bzw. Ausfederungsbewegung
des Radträgers 2 und sind so gestaltet, dass der
Radträger 2 gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung
geringfügig (maximal um einige Grad) Lenkwinkel verschwenkt
werden kann. Zudem ermöglichen sie eine Sturzeinstellung
des Radträgers 2.
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Eine
Einstellung von Sturz- und/oder Lenkwinkeln des Radträgers 2 (bzw.
des daran befestigten Rads) kann durch Verschieben einer Schubstange 15 des
Aktuators 14 in Stangenrichtung bewirkt werden. Die Verschiebungsrichtung
der Schubstange 15 ist in 1 durch
einen Doppelpfeil angedeutet. In 1 ist eine
Auslenkung des Radträgers 2 um einen Lenkwinkel α,
welcher beispielsweise 2° beträgt, dargestellt.
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Der
Aktuator 14 ist hier beispielsweise als ein auf dem Kolbenprinzip
basierender hydraulischer (oder pneumatischer) Aktuator ausgeführt.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, umfasst der Aktuator 14 einen
mit der Schubstange 15 verbundenen Kolben 16 durch
den ein vom Zylindergehäuse 19 umgebener Hohlraum
in einen ersten und zweiten Druckraum 17, 18 unterteilt
wird. Die beiden Druckräume 17, 18 können
separat mit Druckmittel beaufschlagt werden, wodurch der Kolben 16 innerhalb des
Zylindergehäuses 19 und somit die Schubstange 15 hydraulisch
(oder pneumatisch) verschoben werden kann. Eine Steuerung der Beaufschlagung
des Aktuators 14 mit Druckmittel erfolgt durch eine elektrische
Steuereinrichtung, die in 1 nicht
dargestellt ist.
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Die
Schubstange 15 kann durch eine Feststellvorrichtung 20 hydraulisch
blockiert werden, um hierdurch eine Lenkstellung des Radträgers 2 zu
arretieren. Die Feststellvorrichtung 20 ist unbeweglich zur
Schubstange 15 angeordnet und zu diesem Zweck an einer
Stirnseite des Zylindergehäuses 19 befestigt.
Alternativ hierzu könnte die Feststellvorrichtung 20 beispielsweise
auch am Fahrzeugunterbau befestigt sein. Die Feststellvorrichtung 20 formt gemeinsam
mit der Schubstange 15 eine insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete
Feststellanordnung.
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Es
erfolgt nun unter Bezugnahme auf 2 eine Beschreibung
der Feststellanordnung von 1. 2 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Verschiebungsrichtung der Schubstange 15.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist die Feststellvorrichtung 20 aus
mehreren Gehäuseteilen zusammengesetzt. Dies sind ein Gehäusekörper 21,
an dem mittels nicht dargestellter Befestigungsschrauben in einer
ersten Gehäusekörperausnehmung 40 ein
erster Gehäusedeckel 22 und in einer zweiten Gehäusekörperausnehmung 41 mittels
Befestigungsschrauben 24 ein zweiter Gehäusedeckel 23 befestigt
sind.
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Im
Gehäusekörper 21 ist ein als Hohlzylinder geformter
Arbeitsraum 29 ausgespart. Zum Zwecke einer einfacheren
Bezugnahme werden im Weiteren die Lageangaben ”axial” und ”radial” verwendet,
die sich auf die hohlzylindrische Geometrie des Arbeitsraums 29 beziehen.
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Der
Arbeitsraum 29 ist an einer Stirnseite von einer Deckelinnenband 39 des
zweiten Gehäusedeckels 23 begrenzt. Hierbei ist
der zweite Gehäusedeckel 23 mit einer in Form
einer Durchgangsbohrung ausgebildeten ersten axialen Durchbrechung 27 versehen,
die in den Arbeitsraum 29 mündet. An der anderen
Stirnseite des Arbeitsraums 29 ist der Gehäusekörper 21 mit
einer in Form einer Durchgangsbohrung ausgebildeten zweiten axialen
Durchbrechung 28 versehen, die in den Arbeitsraum 29 mündet.
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Die
Schubstange 15 ist durch die beiden axialen Durchbrechungen 27, 28 hindurchgeführt
und so gelagert, dass sie in Verschiebungsrichtung verschoben werden
kann, wie durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Innerhalb des Arbeitsraums 29 ist
die Schubstange 15 mit einem hier als Zwischenabschnitt 30 bezeichneten
zwischen liegenden Stangenabschnitt aufgenommen.
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Der
Gehäusekörper 21 ist zum ersten Gehäusedeckel 22 hin
mit einer ersten radialen Durchbrechung 31 und einer zweiten
radialen Durchbrechung 32 versehen, die beide in Form von
Durchgangsbohrungen ausgebildet sind und in den Arbeitsraum 29 münden.
Zwischen den beiden radialen Durchbrechungen 31, 32 ist
der Gehäusekörper 21 mit einer die beiden
radialen Durchbrechungen 31, 32 verbindenden axialen
Rinne 33 versehen. In Passform hierzu ist der erste Gehäusedeckel 22 auf seiner
den beiden radialen Durchbrechungen 31, 32 zugewandten
Deckelinnenband 42 mit einer muldenförmigen Ausnehmung 34 versehen,
die gemeinsam mit den beiden radialen Durchbrechungen 31, 32 und der
axialen Rinne 33 des Gehäusekörpers 21 eine insgesamt
mit der Bezugszahl 35 bezeichnete Umgehungsleitung 35 formt.
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Der
Arbeitsraum 29 und die Umgehungsleitung 35 sind
mit einem Hydraulikfluid (z. B. Hydrauliköl) vollständig
gefüllt, wobei der Arbeitsraum 29 und die Umgehungsleitung 35 gegenüber
der Umgebung zumindest annähernd fluiddicht abgeschlossen
sind. Zu diesem Zweck ist eine Mehrzahl Dichtungsringe vorgesehen,
die hier beispielsweise in Form von Gummi-O-Ringen ausgebildet sind.
So sind zwischen der die erste Gehäusekörperausnehmung 40 formenden
Gehäusekörperwand 43 und der Deckelinnenwand 42 des
ersten Gehäusedeckels 22 ein erster Dichtungsring 25,
zwischen einer die zweite Gehäusekörperausnehmung 41 formenden
axialen Stirnwand 38 des Gehäusekörpers 21 und
der Deckelinnenwand 39 des zweiten Gehäusedeckels 23 ein
zweiter Dichtungsring 26, zwischen der Schubstange 15 und
einer Innenwand der ersten axialen Durchbrechung 27 ein
dritter Dichtungsring 36 und zwischen der Schubstange 15 und
einer Innenwand der zweiten axialen Durchbrechung 28 ein
vierter Dichtungsring 37 angeordnet. Die Dichtungsringe sind
jeweils in entsprechend geformten Ringnuten aufgenommen, wodurch
insbesondere der dritte Dichtungsring 36 und der vierte
Dichtungsring 37 beim Verschieben der Schubstange 15 in
ihrer Lage gesichert werden.
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Um
den Arbeitsraum 29 und die Umgehungsleitung 35 vollständig
mit Hydraulikfluid befüllen zu können, ist der
erste Gehäusedeckel 22 mit einer in die Umgehungsleitung 35 mündenden
radialen Entlüftungsleitung 44 versehen, die durch
eine Verschlussschraube 45 geöffnet und verschlossen
werden kann.
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Die
Schubstange 15 ist im Bereich ihres Zwischenabschnitts 30 mit
einem zylindrischen Verdrängungskolben 49 versehen,
in den eine umlaufende Nut 46 eingefräst ist,
in die ein fünfter Dichtungsring 48 eingelegt
ist. Durch den Verdrängungskolben 49 wird der
Arbeitsraum 29 in einen ersten Teilraum 53 und
einen zweiten Teilraum 54 unterteilt.
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Der
Verdrängungskolben 49 befindet sich bei halbem
Hub der Schubstange 15 etwa in einer axialen Mitte zwischen
den beiden radialen Durchbrechungen 31, 32. Wie
aus 2 ersichtlich ist, kann die Schubstange 15 von
der axialen Mitte aus jeweils um einen maximalen Verschiebungsweg
s in der einen und in der anderen Verschiebungsrichtung verschoben
werden, wobei der Verdrängungskolben 49 bei einer
Bewegung von der einen Endlage in die andere Endlage einen Verschiebungsweg
von insgesamt 2 s zurücklegt. Die beiden radialen Durchbrechungen 31, 32 sind
hierbei so angeordnet, dass der Verdrängungskolben 49 gerade
nicht in Überdeckung mit den radialen Durchbrechungen 31, 32 gelangt.
Die Umgehungsleitung 35 schafft somit eine Umgehung des
Verdrängungskolbens 49 und verbindet die beiden
Teilräume 53, 54 des Arbeitsraums 29 fluidleitend
miteinander (vorausgesetzt, dass sich eine weiter unten erläuterte
Sperrplatte 55 nicht in Sperrstellung befindet).
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Wird
die Schubstange 15 des Aktuators 14 hin- und herbewegt,
so führt dies dazu, dass Hydraulikfluid über die
Umgehungsleitung 35 von dem einen Teilraum in den anderen
Teilraum umgewälzt wird. So wird bei einer Verschiebung
der Schubstange 15 aus der mittleren Lage in die in 2 mit
+s angegebene Verschiebungsrichtung Hydraulikfluid aus dem zweiten
Teilraum 54 in den ersten Teilraum 53 umgewälzt. Umgekehrt
wird bei einer Verschiebung der Schubstange 15 aus der
mittleren Lage in die in 2 mit –s angegebene
Verschiebungsrichtung Hydraulikfluid aus dem ersten Teilraum 53 in
den zweiten Teilraum 54 umgewälzt.
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Die
Feststellvorrichtung 20 ist mit einer aus einem ferromagnetischen
Material (z. B. Federstahl) gefertigten radialen Sperrplatte 55 ausgerüstet,
die in einer die Umgehungsleitung 35 umlaufenden radialen
Führungsnut 56 verschiebbar aufgenommen ist. Die
Führungsnut 56 wird vom ersten Gehäusedeckel 22 und
einer Magnetabdeckung 59 gemeinsam geformt, wobei in den
ersten Gehäusedeckel 22 ein erster Führungsnutabschnitt 51 der
Führungsnut 56 und in der Magnetabdeckung 59 ein
zweiter Führungsnutabschnitt 52 der Führungsnut 56 eingearbeitet
sind.
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Die
Sperrplatte 55 ist in radialer Richtung zwischen einem
Elektromagneten 57 und einem Permanentmagneten 58 angeordnet,
die gemeinsam als Bewegungsmechanismus zur Bewegung der Sperrplatte
dienen. Wird der Elektromagnet 57 über die beiden
Kontaktstifte 47 mit Gleichstrom geeigneter Stromstärke
bestromt, so wird die Sperrplatte 55 gegen die anziehende
magnetische Kraft des Permanentmagneten 58 in eine Freigabestellung
gezogen, bei der sich die Sperrplatte 55 zumindest nahezu
vollständig innerhalb des vom ersten Gehäusedeckel 22 geformten
ersten Führungsnutabschnitts 51 der Führungsnut 56 befindet
und somit die Umgehungsleitung 35 nicht versperrt. Wird
der Elektromagnet 57 hingegen nicht bestromt, so wird die
Sperrplatte 55 durch den Permanentmagneten 58 in
ihre Sperrstellung gezogen, bei der sie sich teilweise in dem vom ersten
Gehäusedeckel 22 geformten ersten Führungsnutabschnitt 51 befindet
und zu deren Verankerung in den von der Magnetabdeckung 59 geformten zweiten
Führungsnutabschnitt 52 eintaucht, wodurch die
Umgehungsleitung 35 zumindest annähernd fluiddicht
unterteilt (d. h. gesperrt) wird. In 2 ist die Sperrplatte 55 in
ihrer Sperrstellung dargestellt. Wenn sich die Sperrplatte 55 in
ihrer Sperrstellung befindet, kann bei einer Verschiebung der Schubstange 15 kein
Hydraulikfluid mehr durch die Umgehungsleitung 35 umgewälzt
werden, was zur Folge hat, dass die Schubstange 15 im Arbeitsraum 29 hydraulisch
blockiert ist.
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In
der Feststellvorrichtung 20 von 2 kann der
Elektromagnet 58 über einen gleichen Stromkreis
wie eine elektrische Steuereinrichtung zur Steuerung des Aktuators 14 bestromt
werden, was zur Folge hat, dass bei einem Ausfall der Steuereinrichtung
oder des Aktuators 14 die Sperrplatte 55 selbsttätig
in ihre Sperrstellung gezogen wird, um hierdurch die Schubstange 15 hydraulisch
zu verspannen und eine Lenkstellung des Radträgers 2 in der
Position, in der er sich gerade befindet, zu arretieren.
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Anstelle
eines Permanentmagneten 58 wäre es alternativ
auch möglich, dass die Sperrplatte 55 durch eine
in der Führungsnut 56 angeordnete vorgespannte
Feder in ihre Sperrposition gedrängt wird.
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Es
wird nun Bezug auf 3 genommen, worin ein insgesamt
mit der Bezugszahl 101 bezeichnetes zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Feststellanordnung in einer
entsprechenden Schnittdarstellung gezeigt ist. Das zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich lediglich in der Feststellanordnung von dem in
den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel,
so dass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen lediglich
die Unterschiede hierzu erläutert werden und ansonsten
auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen wird.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Schubstange 102 mit
ihrem Endabschnitt 103 in einer Feststellvorrichtung 104 aufgenommen.
Dies kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch erfolgen, dass
die Schubstange 102 durch den Aktuator hindurch greift.
Alternativ hierzu wäre es beispielsweise auch möglich,
dass sich die Schubstange 102 gabelt, wobei ein Gabelteil
im Aktuator und ein Gabelteil in der Feststellvorrichtung 104 aufgenommen
ist.
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Die
Feststellvorrichtung 104 umfasst einen Gehäusekörper 105,
in dem ein in Form einer hohlzylindrischen Durchgangsbohrung geformter
Arbeitsraum 106 ausgespart ist. Wie schon in der Beschreibung
zu 2 werden zum Zwecke einer einfacheren Bezugnahme
im Weiteren die Lageangaben ”axial” und ”radial” verwendet,
die sich auf die Geometrie des Arbeitsraums 106 beziehen.
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Die
Schubstange 102 ist mit ihrem Endabschnitt 103 von
der einen Seite her im Arbeitsraum 106 aufgenommen. Von
der anderen Seite her ist ein Volumenausgleichskolben 107 im
Arbeitsraum 106 aufgenommen. Sowohl die Schubstange 102 als auch
der Volumenausgleichskolben 107 sind so gelagert, dass
sie in axialer Richtung verschoben werden können.
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Wie
in 3 ersichtlich, ist der Endabschnitt 103 der
Schubstange 102 mit einer in den Arbeitsraum 106 mündenden
ersten Kolbenausnehmung 108 versehen. Der Volumenausgleichskolben 107 ist als
Hohlkolben geformt, wobei dessen Hohlraum eine zur ersten Kolbenausnehmung 108 symmetrische
zweite Kolbenausnehmung 109 formt. Auf der dem Arbeitsraum 106 abgewandten
Seite ist der Hohlraum des Ausgleichskolbens 107 mit einem
Verschlussdeckel 115 verschlossen.
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Der
Arbeitsraum 106 und die beiden Kolbenausnehmungen 108, 109 sind
mit Hydraulikfluid (z. B. Hydrauliköl) vollständig
gefüllt, wobei der Arbeitsraum 106 gegenüber
der Umgebung zumindest annähernd fluiddicht abgeschlossen
ist. Zu diesem Zweck sind zwischen dem Endabschnitt 103 der Schubstange 102 und
einer Innenwand 110 des Arbeitsraums 106 ein erster
Dichtungsring 111 und ein zweiter Dichtungsring 112,
sowie zwischen dem Ausgleichskolben 107 und der Innenwand 110 des
Arbeitsraums 106 ein dritter Dichtungsring 113 und
ein vierter Dichtungsring 114 angeordnet. Die Dichtungsringe
sind jeweils in Ringnuten aufgenommen, durch welche gewährleistet
ist, dass die Dichtungsringe bei einer Verschiebung der Schubstange 102 bzw.
des Ausgleichskolbens 107 in ihrer Lage gesichert sind.
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Bei
einer Verschiebung der Schubstange 102 wird der zweite
Dichtungsring 112 mitbewegt. In entsprechender Weise wird
der vierte Dichtungsring 114 mit dem Ausgleichskolben 107 mit
bewegt. Der Endabschnitt 103 der Schubstange 102 und
der Ausgleichskolben 107 formen auf diese Weise zumindest annähernd
fluiddichte stirnseitige Begrenzungen des Arbeitsraums 106.
Für eine vollständige Füllung des Arbeitsraums 106 mit
Hydraulikfluid kann über den Verschlussdeckel 115 entlüftet
werden.
-
Wird
die Schubstange 102 durch den Aktuator verschoben, so wird
eine Druckerhöhung bzw. -verminderung über das
Hydraulikfluid auf den Ausgleichskolben 107 übertragen,
welcher dann in entsprechender Weise mitbewegt wird. Wird die Schubstange 102 aus
einer mittleren Lage in 2 nach rechts verschoben, so
wird der Ausgleichskolben 107 um den in 2 mit
+s angegebenen Verschiebungsweg aus dem Arbeitsraum 106 verdrängt.
Wird die Schubstange 102 aus einer mittleren Lage in 2 nach
links verschoben, so wird der Ausgleichskolben 107 um den
in 2 mit –s angegebenen Verschiebungsweg
in den Arbeitsraum 106 gezogen. Auf diese Weise kann in
einfacher Weise ein Volumen- bzw. Druckausgleich im Arbeitsraum 106 bewirkt
werden.
-
Die
Feststellvorrichtung 104 ist mit einer aus einem ferromagnetischen
Material (z. B. Federstahl) gefertigten radialen Sperrplatte 116 ausgerüstet,
die in einer radialen Führungsnut 117 des Gehäusekörpers 105 verschiebbar
aufgenommen ist. Die in den Arbeitsraum 106 mündende
Führungsnut 117 wird vom Gehäusekörper 105 umlaufend
um den Arbeitsraum 106 geformt. Die Führungsnut 117 kann
zumindest gedanklich in einander gegenüberliegende Nutabschnitte
unterteilt werden, wobei in 3 ein erster
Führungsnutabschnitt 121 auf der einen Seite des Arbeitsraums 106 und
ein zweiter Führungsnutabschnitt 125 auf der anderen
Seite des Arbeitsraums 106 dargestellt sind.
-
Die
Sperrplatte 116 ist in radialer Richtung zwischen einem
Elektromagneten 118 und einem Permanentmagneten 119 angeordnet.
Sowohl der Elektromagnet 118 als auch der Permanentmagnet 119 sind über
Befestigungsschrauben am Gehäusekörper 105 befestigt,
wobei in 3 lediglich die Befestigungsschrauben 124 zur
Befestigung des Permanentmagneten 119 dargestellt sind.
-
Wird
der Elektromagnet 118 über die beiden Kontaktstifte 120 mit
Gleichstrom geeigneter Stromstärke bestromt, so wird die
Sperrplatte 116 gegen die anziehende magnetische Kraft
des Permanentmagneten 119 in eine Freigabestellung gezogen,
bei der sich die Sperrplatte 116 zumindest nahezu vollständig
innerhalb des ersten Führungsnutabschnittes 121 der
Führungsnut 117 befindet. Wird der Elektromagnet 118 nicht
bestromt, so wird die ferromagnetische Sperrplatte 116 durch
den Permanentmagneten 119 in eine Sperrstellung gezogen,
bei der sie sich teilweise noch innerhalb des ersten Führungsnutabschnittes 121 der
Führungsnut 117 befindet und zu deren Verankerung
in den gegenüberliegenden zweiten Führungsnutabschnitt 125 der
Führungsnut 117 eintaucht, wodurch der Arbeitsraum 106 zumindest annähernd
fluiddicht in einen ersten Teilraum 122 und einen zweiten
Teilraum unterteilt (versperrt) wird.
-
In 3 ist
die Sperrplatte 116 in ihrer Sperrstellung dargestellt.
Wenn sich die Sperrplatte 116 in ihrer Sperrstellung befindet,
kann bei einer Verschiebung der Schubstange 102 kein Druck-
bzw. Volumenausgleich mehr durch den Ausgleichskolben 107 erfolgen,
was zur Folge hat, dass die Schubstange 102 im Arbeitsraum 106 hydraulisch
blockiert ist.
-
Die
Sperrplatte 116 ist so innerhalb des Arbeitsraums 106 angeordnet,
dass sie sich bei halbem Hub der Schubstange 102 etwa in
einer axialen Mitte zwischen der Schubstange 102 und dem
Ausgleichskolben 107 befindet. Wie in 3 ersichtlich,
ist der Ausgleichskolben hierbei so angeordnet, dass er bei einer
Verschiebung der Schubstange 102 um den Verschiebungsweg
+s bzw. –s hin- und herbewegt werden kann, ohne dass er
in eine Überdeckung mit der Führungsnut 117 gelangt.
-
In
der Feststellvorrichtung 104 von 3 kann der
Elektromagnet 118 über einen gleichen Stromkreis
wie eine elektrische Steuereinrichtung zur Steuerung des Aktuators
bestromt werden, was zur Folge hat, dass bei einem Ausfall der Steuereinrichtung
bzw. des Aktuators die Sperrplatte 116 selbsttätig
in ihre Sperrstellung gezogen wird, um hierdurch die Schubstange 102 hydraulisch
zu verspannen und eine Lenkstellung des Radträgers zu arretieren.
-
Anstelle
durch die anziehende magnetische Kraft eines Permanentmagneten 119 wäre
es alternativ auch möglich, dass die Sperrplatte 116 durch eine
in der Führungsnut 117 angeordnete vorgespannte
Feder in ihre Sperrstellung gedrängt wird.
-
Durch
die erfindungsgemäße Feststellanordnung kann mit
wenig Bauteilen, einem geringen Fertigungsaufwand und relativ preisgünstig
eine zuverlässige Arretierung der Lenkstellung eines Radträgers
einer Kraftfahrzeug-Hinterachse erreicht werden. Da die Sperrplatte
bei einem Ausfall des Aktuators selbsttätig in ihre Sperrstellung
gebracht werden kann, ist es möglich, dass auf eine aufwändige
Steuerung der Feststellanordnung verzichtet werden kann.
-
- 1
- Feststellanordnung
- 2
- Radträger
- 3
- Fahrschemel
- 4
- erster
Querlenker
- 5
- zweiter
Querlenker
- 6
- erstes
radseitiges Lenkerlager
- 7
- erstes
schemelseitiges Lenkerlager
- 8
- zweites
radseitiges Lenkerlager
- 9
- zweites
schemelseitiges Lenkerlager
- 10
- radseitiges
Aktuatorlager
- 11
- schemelseitiges
Aktuatorlager
- 12
- erstes
Fahrschemellager
- 13
- zweites
Fahrschemellager
- 14
- Aktuator
- 15
- Schubstange
- 16
- Kolben
- 17
- erster
Druckraum
- 18
- zweiter
Druckraum
- 19
- Zylindergehäuse
- 20
- Feststellvorrichtung
- 21
- Gehäusekörper
- 22
- erster
Gehäusedeckel
- 23
- zweiter
Gehäusedeckel
- 24
- Befestigungsschraube
- 25
- erster
Dichtungsring
- 26
- zweiter
Dichtungsring
- 27
- erste
axiale Durchbrechung
- 28
- zweite
axiale Durchbrechung
- 29
- Arbeitsraum
- 30
- Zwischenabschnitt
- 31
- erste
radiale Durchbrechung
- 32
- zweite
radiale Durchbrechung
- 33
- Rinne
- 34
- Ausnehmung
- 35
- Umgehungsleitung
- 36
- dritter
Dichtungsring
- 37
- vierter
Dichtungsring
- 38
- axiale
Stirnwand
- 39
- zweite
Deckelinnenwand
- 40
- erste
Gehäusekörperausnehmung
- 41
- zweite
Gehäusekörperausnehmung
- 42
- erste
Deckelinnenwand
- 43
- Gehäusekörperwand
- 44
- Entlüftungsleitung
- 45
- Verschlussschraube
- 46
- Nut
- 47
- Kontaktstift
- 48
- fünfter
Dichtungsring
- 49
- Verdrängungskolben
- 50
- Innenwand
- 51
- erster
Führungsnutabschnitt
- 52
- zweiter
Führungsnutabschnitt
- 53
- erster
Teilraum
- 54
- zweiter
Teilraum
- 55
- Sperrplatte
- 56
- Führungsnut
- 57
- Elektromagnet
- 58
- Permanentmagnet
- 59
- Magnetabdeckung
- 101
- Feststellanordnung
- 102
- Schubstange
- 103
- Endabschnitt
- 104
- Feststellvorrichtung
- 105
- Gehäusekörper
- 106
- Arbeitsraum
- 107
- Volumenausgleichskolben
- 108
- erste
Kolbenausnehmung
- 109
- zweite
Kolbenausnehmung
- 110
- Innenwand
- 111
- erster
Dichtungsring
- 112
- zweiter
Dichtungsring
- 113
- dritter
Dichtungsring
- 114
- vierter
Dichtungsring
- 115
- Verschlussdeckel
- 116
- Sperrplatte
- 117
- Führungsnut
- 118
- Elektromagnet
- 119
- Permanentmagnet
- 120
- Kontaktstift
- 121
- erster
Führungsnutabschnitt
- 122
- erster
Teilraum
- 123
- zweiter
Teilraum
- 124
- Befestigungsschraube
- 125
- zweiter
Führungsnutabschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4111799
A1 [0003, 0006]
- - DE 4102492 A1 [0003, 0006]