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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Niveauregulierung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Aus dem Stand der Technik sind überwiegend Niveauregulierungen von Kraftfahrzeugen bekannt, die über Luftfedern realisiert werden. Solche Luftfedern werden heute sowohl in PKWs als auch in Transportern, Bussen und LKWs eingesetzt. Durch die Eigenschaft der Luftfeder kann das Niveau des Fahrzeuges unabhängig von der Federrate der Radfedern geändert werden.
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Nachteilig an solchen über den Einsatz von Luftfedern realisierten Niveauregulierungen von Kraftfahrzeugen ist, dass solche Luftfedersysteme sehr viel Bauraum benötigen, insbesondere durch den Einbau notwendiger Versorgungsgeräte wie Kompressor, Ventilblock, Steuereinheit, Sensorik, Software, Stoßdämpfer und Verkabelung. Sie erhöhen außerdem den Kraftstoffverbrauch durch den Betrieb insbesondere des Kompressors und sind aufgrund der hohen Teilevielfalt sehr teuer. Aus diesen Gründen sind solche Systeme daher bisher nur der Oberklasse von Kraftfahrzeugen vorbehalten.
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Eine andere Realisierung einer Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen ist aus der
DE 10 2004 030 466 A1 bekannt, in der eine Niveauregulierung durch aktive Verdrehung eines Stabilisators erreicht wird, der eine Kröpfung aufweist, an der eine Stelleinrichtung angreift, die den Stabilisator zur Gewährleistung einer Niveauänderung des Kraftfahrzeugs verdreht. Die Niveauänderung des Kraftfahrzeugs wird hier dadurch erreicht, dass die beiden an einer Radaufhängung befestigten Schenkel des U-förmig ausgebildeten Stabilisators durch die Verdrehung des Stabilisators die Federelemente des Fahrwerks beziehungsweise der Radaufhängung zusammendrückt oder auseinander zieht. Dementsprechend wird das Niveau des Kraftfahrzeugs angehoben oder abgesenkt.
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Nachteilig bei diesem System ist, dass auch diese Art der Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs mit einem bedeutenden zusätzlichen Energieaufwand durch den Betrieb der den Stabilisator verstellenden Stelleinrichtung verbunden ist.
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Aus der
DE 198 21 209 C2 , der
DE 10 2006 009 524 A1 und der
DE 10 2006 012 110 A1 sind durchgehende Stabilisatoren bekannt, die über Aktuatoren am Fahrzeugaufbau gelagert sind. Diese Aktuatoren können blockiert werden, um die wirksame Länge des Stabilisators zu beeinflussen. Eine Niveauregulierung unter Verwendung dieser blockierbaren Stabilisatoren ist hier allerdings nicht beschrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile beseitigt und insbesondere eine Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs mit erheblich geringerem Energieaufwand zu bewerkstelligen vermag.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird zur Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs ein Freilauf eingesetzt, der an einem Fahrzeugaufbau gelagert ist und den Stabilisator umfasst, so dass eine Drehung des Stabilisators in Freilaufrichtung ermöglicht und eine Drehung des Stabilisators entgegen der Freilaufrichtung des Freilaufs blockiert ist. Der Freilauf weist dabei außerdem Mittel zur Aufhebbarkeit der Blockierung des Freilaufs auf. Dadurch ist ermöglicht, dass der Stabilisator während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs aufgrund der Auslenkung des Stabilisators durch Fahrbahnunebenheiten kontinuierlich verdreht wird und auf diese Weise eine Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs unter Ausnutzung der ansonsten in Wärmeenergie umgewandelten Hubenergie erreichbar ist, die von den Fahrzeugfedern beziehungsweise den Radfedern des Fahrzeugs beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten aufgenommen wird. Somit wird die benötigte Energie zur Niveauregulierung quasi kostenlos bereit gestellt und es muss von dem Fahrzeugmotor oder einer Fahrzeugbatterie keine Energie zur direkten Anhebung oder Absenkung des Fahrzeugs bereit gestellt werden. Die Koppelung eines Freilaufs mit einem Stabilisator ist zwar aus der gattungsfremden
DE 101 57 085 A1 bekannt, allerdings wird dort ein geteilter Stabilisator über eine schaltbaren Freilauf gekoppelt, der nicht am Fahrzeugaufbau gelagert ist und somit eine Niveauregulierung bei diesem Aufbau nicht möglich ist.
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Der Freilauf umfasst in einer bevorzugten Ausbildung einen Innenring, der einen Umfang des Stabilisators drehfest umfasst, einen reib- oder formschlüssig von einer an dem Fahrzeugaufbau befestigten Kupplung umfassten Außenring sowie mehrere Klemmrollen und axial zur Drehachse des Freilaufs verschiebbare Anschlagelemente, welche besonders bevorzugt auf einem axial zur Drehachse des Freilaufs verschiebbaren Anschlagring angeordnet sind, der durch ein Stellelement einstellbar ist. Dadurch ist ermöglicht, dass der Freilauf durch eine Verschiebung der Anschlagelemente so einstellbar ist, dass ein vorher definiertes Fahrzeugniveau einstellbar ist und dass zur Aufhebung der Blockierung des Freilaufs die Anschlagelemente entgegen der Freilaufrichtung des Freilaufs verschoben werden, so dass der von dem Freilauf umfasste Stabilisator sich bei Bedarf in eine Ausgangsstellung zurückdrehen kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine perspektivische schematische Ansicht eines Stabilisators mit aufgesetztem Freilauf,
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2 eine perspektivische schematische Ansicht des Freilaufs.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in der Figur gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Vorrichtung und deren Bestandteile. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt in verschiedenen Arbeitsstellungen oder durch spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen. Diese weist einen Stabilisator 2 auf, der im wesentlichen U-förmig geformt ist und aus zwei Schenkeln 13 und einem die Schenkel 13 verbindenden Mittelteil 12 gebildet ist. Die Enden der Schenkel 13 sind dabei an nicht dargestellten Radaufhängungen der Räder einer Fahrzeugachse angeordnet, welche Stoßdämpfer zur Abfederung von Fahrbahnunebenheiten aufweisen. Bevorzugt sind die beiden Schenkel 13 dabei etwa parallel zueinander ausgerichtet, während das die beiden Schenkel 13 verbindende Mittelteil 12 etwa senkrecht zu den beiden Schenkeln 13 und quer zur Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Das Mittelteil 12 des Stabilisators 2 ist gemäß 1 in einem Drehlager 1 drehbar geführt, wobei das Drehlager 1 an einem Fahrzeugaufbau durch Befestigungsmittel 11 wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen befestigt ist. Eine andere Art der Befestigung des Drehlagers 1 ist ebenso denkbar.
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Der Freilauf 1 besteht im wesentlichen aus einem Innenring 4, der einen Umfang des Mittelteils 12 des Stabilisators 2 drehfest umfasst, einen Außenring 10, der von einer Kupplung 3 reib- oder formschlüssig umfasst ist, wobei die Kupplung 3 an dem Fahrzeugaufbau mit Befestigungsmitteln 11 befestigt ist. Auf dem Innenring 4 ist ein Stern 5 mit einem stufenförmig ausgebildeten Zylindermantel angeordnet, auf dem zylinderförmige Klemmrollen 6 angeordnet sind. An dem Außenring 10 ist axial verschiebbar ein Anschlagring 8 angeordnet, aus dem in die Lücken zwischen den einzelnen Klemmrollen 6 Anschlagelemente 7 hervorstehen. Diese Anschlagelemente 7 sind im Querschnitt, das heißt in einer senkrecht auf der Längsachse des Mittelteils 12 des Stabilisators 2 stehenden Ebene keilförmig ausgebildet, wobei die Keile sich radial nach innen zur Drehachse, sprich der Längsachse des Mittelteils 12 des Stabilisators 2, hin verjüngen. An dem Anschlagring 8 ist radial nach außen stehend ein Stellelement 9 angeordnet, mit dem eine axiale Verstellung der Anschlagelemente 7 um die Längsachse des Mittelteils 12 des Stabilisators 2 ermöglicht ist. Dieses Stellelement 9 ist bevorzugt an eine nicht dargestellte Stelleinrichtung gekoppelt, die geeignet ist, das Stellelement 9 zur Erreichung einer vorbestimmten maximalen Niveauänderung des Kraftfahrzeugs zu positionieren. Dies kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass die Stelleinrichtung so ausgelegt ist, dass sie eine Winkelverstellung des Stellelements 9 und damit der Anschlagelemente 7 bis zu einem maximalen Verstellwinkel α zulässt und bei Erreichen dieses maximalen Verstellwinkels α in dieser Position verharrt.
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Eine Niveauregulierung eines Kraftfahrzeugs erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass zunächst das Stellelement 9 so eingestellt wird, dass der Freilauf 1 während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeugs eine Verdrehung des Stabilisators 2 bis zu einem maximalen Verdrehwinkel a zulässt. Dazu ist das Stellelement besonders bevorzugt mit der Stelleinrichtung gekoppelt, welche das Stellelement 9 bei Erreichen des maximalen Verdrehwinkels α arretiert. Anschließend erfolgt während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs eine Verdrehung des Stabilisators 2 in einer Freilaufrichtung des Freilaufs 1 dadurch, dass ein an einem der Radträger angeordnetes Ende eines Schenkels 13 des Stabilisators 2 zusammen mit dem Radträger aufgrund einer überfahrenen Fahrbahnunebenheit senkrecht zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und senkrecht zur Längsachse des Mittelteils 12 des Stabilisators 2 ausgelenkt wird. Das Zurückkehren des Radträgers in seine Ausgangsstellung nach Überfahren der Fahrbahnunebenheit ginge ohne die Anordnung eines Freilaufs auf den Stabilisator 2 mit einer Verdrehung des Stabilisators 2 zurück in seine Ausgangsstellung einher. Diese Zurückdrehung des Stabilisators 2 in seine Ausgangsstellung wird nun durch den den Stabilisator 2 umfassenden Freilauf 1 blockiert, so dass der Radträger durch den ausgelenkten Schenkel 13 des Stabilisators 2 in seiner ausgelenkten Position gehalten wird, damit die an dem Radträger angeordnete Fahrzeugfeder nicht zurückfedern kann und somit eine Änderung des Kraftfahrzeugniveaus erfolgt. Die beiden vorgenannten Verfahrensschritte können nun so lange wiederholt werden, bis der eingestellte maximale Verdrehwinkel α des Stabilisators erreicht ist. Durch diesen maximalen Verdrehwinkel α des Stabilisators wird im Falle einer Absenkung des Fahrzeugs erreicht, dass der Luftwiderstand des Fahrzeugs während der Fahrbewegung verringert wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert wird. Dieser Niveauregulierungsvorgang findet bevorzugt bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit ab etwa 70 km/h statt und dauert etwa 5 bis 7 Sekunden.
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Zur Rückkehr des Kraftfahrzeugs auf sein ursprüngliches Niveau wird das Stellelement 9 entgegen der Freilaufrichtung des Freilaufs 1 verdreht, so dass die Anschlagelemente 7 die Blockierung des Stabilisators 2 lösen, so dass der Stabilisator 2 durch die Federkraft der Fahrzeugfedern in seine Ursprungsposition zurückgedrückt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Verstellung des Stellelements 9 durch ein Steuerelement gesteuert, derart, dass eine Aktivierung des Freilaufs 1 zur Absenkung des Kraftfahrzeugs ab Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfolgt und dass das Lösen des Stabilisators 2 aus der Arretierung des Freilaufs 1 durch Unterschreiten einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ausgelöst wird.
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Der Stabilisator 2 ist bevorzugt als Torsionsfederstab ausgebildet. Dadurch ist ermöglicht, dass bei einer durch eine größere Fahrbahnunebenheit ausgelösten vertikalen Auslenkung eines Schenkels 13 des Stabilisators 2, die eine Verdrehung des Mittelteils 12 des Stabilisators 2 um einen Winkel β bewirken würde, der größer ist als der voreingestellte maximale Verstellwinkel α, der Freilauf 1 zunächst eine Verdrehung des Stabilisators 2 um den Winkel α mitläuft und der verbleibende Drehwinkel β – α von der Torsionsfeder des als Torsionsfederstab ausgebildeten Stabilisators 2 aufgenommen wird. Nach dem Überfahren dieser Fahrbahnunebenheit dreht zunächst die Torsionsfeder den Stabilisator 2 zurück in die um den Winkel α verdrehte Position. Ein weiteres Zurückdrehen des Stabilisators 2 wird durch den Freilauf verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Freilauf
- 2
- Stabilisator
- 3
- Kupplung
- 4
- Innenring
- 5
- Stern
- 6
- Klemmrolle
- 7
- Anschlagelement
- 8
- Anschlagring
- 9
- Hebel
- 10
- Außenring
- 11
- Verbindungselement
- 12
- Mittelteil
- 13
- Schenkel
