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Die
Erfindung betrifft eine Stabilisatoranordnung eines Kraftfahrzeugs
mit einem geteilten Stabilisator gemäß den Merkmalen
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stabilisatoren
dienen dazu, gezielt Kräfte über das Kraftfahrzeugfahrwerk
in den Kraftfahrzeugaufbau einzuleiten und Wankbewegungen des Kraftfahrzeugs
dadurch zu unterbinden bzw. zu verringern sowie den Fahrkomfort
für die Insassen zu verbessern.
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Um
dies zu erreichen, werden beispielsweise aktive Stabilisatoren verbaut,
wie sie in der
DE 195
33 864 C1 beschrieben werden. Es wird ein hydraulischer
Schwenkmotor eingesetzt, mit welchem die Stabilisatorhälften
relativ zueinander verdreht werden. Dabei wird ein hydraulischer
Druck in ein Torsions- bzw. über die Anbindung in ein Stabilisierungsmoment
umgewandelt. Die Zu- bzw. Abfuhr des Hydraulikmediums erfolgt über
zwei Hydraulikanschlüsse aus der Schwenkmotoranordnung.
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Darüber
hinaus zählt auch das Continous Damping Control (CDC)-System
zu den aktiven Stabilisatoren. Hierbei handelt es sich um ein Komplettsystem
bestehend aus zwei CDC-Dämpfern an der Vorderachse, zwei
CDC-Dämpfern an der Hinterachse sowie Sensoren und einer
entsprechenden Steuerelektronik. Über ein Proportionaldämpferventil
werden die Dämpfungskräfte zwischen einer minimalen und
einer maximalen Dämpfkraftcharakteristik stufenlos verstellt.
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Ein
großer Nachteil der aktiven Stabilisatoren liegt in ihrer
aufwändigen Funktionsweise und den daraus resultierenden
hohen Kosten. Die Energiewandlung in der Aktuatorik, welche zumeist
eine Umwandlung einer hydraulischen Energie in eine Kraft bzw. ein
Drehmoment umfasst, erfordert aufwändige Sensorik und Regelelektronik,
welche zudem einen sehr hohen Energieverbrauch aufweist.
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Darüber
hinaus ist auch die externe Versorgung des Aktuators mit dem Hydraulikmedium
bedingt durch die Hydraulikanschlüsse eine potenzielle Schwachstelle
des Systems, da an diesen Anschlussstellen leicht Leckagen auftreten
können.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine verstellbare
Stabilisatoranordnung aufzuzeigen, welche keine externen hydraulischen
oder elektrischen Anschlüsse benötigt, welche einen
sehr niedrigen Energieverbrauch aufweist, einen geringen Bauraumbedarf
sowie einen einfachen Aufbau, um eine kostengünstige und
einfache Montage zu realisieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Stabilisatoranordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Stabilisatoranordnung umfasst einen geteilten Stabilisator, dessen
erster Stabilisatorabschnitt über einen hydraulischen Aktuator
mit einem zweiten Stabilisatorabschnitt gekoppelt ist. Dabei ist der
erste Stabilisatorabschnitt verdrehfest mit einem Gehäuse
des Aktuators verbunden. Der zweite Stabilisatorabschnitt ist verdrehfest
mit einer in das Gehäuse ragenden Welle des Aktuators verbunden.
Dabei weist der Aktuator wenigstens einen in Längsrichtung
der Welle verlagerbaren Kolben auf, wobei die Kammern von dem wenigstens
einen Kolben durch dessen Verschiebung druckbeaufschlagt werden. Die
Kammern kommunizieren hydraulisch miteinander und sind unter Eingliederung
eines Steuerelements miteinander verbunden.
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Das
Gehäuse des Aktuators ist hierbei vorzugsweise zylinderförmig
ausgestaltet.
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Um
den Kolben in Längsrichtung der Welle zu verlagern, wird
diese beispielsweise zumindest abschnittsweise mit einem Gewinde
versehen. Der Kolben weist eine Durchgangsöffnung für
die Welle auf, welche ebenfalls mit einem Gewinde versehen ist und
erstreckt sich quer zur Längsachse der Welle. Dabei ist
das Gewinde in der Durchgangsöffnung des Kolbens als Gegengewinde
zu dem Gewinde der Welle ausgelegt. Vorzugsweise handelt es sich
bei der Gewindeart um ein Steilgewinde, da so größere Kräfte
aufgenommen werden können. Um eine Rotation des Kolbens
bei Verdrehung der Welle zu verhindern, ist dieser verdrehfest gegenüber
dem Gehäuse abgestützt, während er translatorisch
in Längsrichtung der Welle verlagerbar ist. Es sind somit
Mittel zur Verdrehsicherung vorgesehen. Die Sperrung der rotatorischen
Bewegung kann beispielsweise durch eine in Längsrichtung
entlang der Innenwand des Gehäuses verlaufenden Nut erfolgen,
in welche der Kolben beispielsweise über einen Vorsprung
an seiner Umfangsseite eingreift. Eine weitere Möglichkeit, um
eine rotatorische Bewegung des Kolbens zu sperren, besteht darin,
exzentrisch zur Durchgangsöffnung der Welle im Kolben eine
Durchgangsöffnung für Stabführung vorzusehen.
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Der
Freiraum innerhalb des Gehäuses des Aktuators wird durch
den Kolben in zwei Kammern zur Aufnahme des Hydraulikmediums getrennt.
Die Kammern sind somit zu beiden Seitenflächen des Kolbens
angeordnet und über ein Steuerelement zur Durchflussregelung
fluidleitend miteinander gekoppelt.
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Erfolgt
beispielsweise durch eine Radauslenkung ein Verdrehen eines Stabilisatorabschnitts, wird
die Welle relativ zum Gehäuse verdreht. Bedingt durch die
Gewindepaarung zwischen Welle und Kolben wird der Kolben in Längsrichtung
der Welle verlagert. Durch die Verlagerung des Kolbens wird der Druck
auf das Hydraulikmedium einer Kammer erhöht, während
sich der Druck auf das Medium in der gegenüberliegenden
Kammer verringert. Dabei regelt das Steuerelement den Zu- bzw. Abstrom
des Hydraulikmediums von einer Kammer in die andere und bestimmt
durch den Widerstand, der auf den Kolben wirkt, das Übertragungsverhalten
des Stabilisators. Sofern die Verbindung zwischen den Kammern nicht
durch das Steuerelement gesperrt ist, kann der Kolben das Hydraulikmedium
von einer Kammer in die andere Kammer drücken. In diesem
Fall ist der Widerstand sehr gering. Wenn der Fluidaustausch unterbrochen
wird, kann sich der Kolben nicht gegen den Druck in den Kammern
verlagern. Die Stabilisatorhälften sind starr miteinander
gekoppelt.
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Neben
der Anordnung des Kolbens an der Welle des zweiten Stabilisatorabschnitts
kann an der Welle anstelle des Kolbens auch eine Taumelscheibe angeordnet
sein, welche auf wenigstens einen Kolben wirkt. Dabei ist die Taumelscheibe
im Eintrittsbereich der Welle in das Gehäuse innerhalb
des Gehäuses angeordnet. Der Taumelscheibe gegenüberliegend
sind wenigstens eine, vorzugsweise zwei fluidleitend miteinander
verbundene Kammern für das Hydraulikmedium angeordnet.
Jeder dieser Kammern ist innerhalb des Gehäuses ein in
Längsrichtung der Welle verlagerbarer Kolben zugeordnet.
Dabei sind die Kolben zur Kompression des Hydraulikmediums mit ihren
den Kammern abgewandten Stirnseiten mit einer Seitenfläche
der Taumelscheibe in Kontakt und in Längsrichtung der Welle
in oder aus den Kammern verlagerbar.
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Die
zu den Kammern weisende Seitenfläche der Taumelscheibe
ist in Längsrichtung der Welle derart geneigt, dass ein
Abstand zwischen den Kammern und der geneigten Seitefläche
bei Rotation des zweiten Stabilisatorabschnitts und der Taumelscheibe
variiert.
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Erfolgt
nun durch Auslenkung eines Rades eine Verdrehung von einem der beiden
Stabilisatorabschnitte relativ zum anderen Stabilisatorabschnitt,
verändert sich die Winkellage der geneigten Seitenfläche
und damit der Hubweg der Kolben. Bei Verringerung des Hubweges wird über
die Taumelscheibe ein Druck auf den Kolben ausgeübt, welcher auf
das in der Kammer befindliche Hydraulikmedium übertragen
wird. Im Gegenzug wird der Hubweg zwischen einer weiteren Kammer
und der geneigten Seitenfläche größer,
so dass sich der Druck auf den Kolben dieser Kammer verringert.
Entsprechend der am Steuerelement oder Proportionalventil zwischen
den Kammern eingestellten Durchflussmenge wird ein Kolben in eine
erste Kammer hineinverlagert und verdrängt Hydraulikmedium
aus dieser Kammer in eine weitere Kammer, deren Kolben dann aus
dieser Kammer herausverlagert wird.
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Bei
Sperrung der Verbindung zwischen den Kammern können die
Kolben nicht verlagert werden. Die Taumelscheibe kann nicht verdreht
werden, so dass eine Verdrehung eines Stabilisatorabschnitts direkt
auf den anderen Stabilisatorabschnitt übertragen wird.
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Die
Stirnseiten der Kolben und die Oberfläche der Seitenfläche
der Taumelscheibe sind derart ausgelegt, dass die Stirnseiten an
der Seitenfläche entlanggleiten können. Hierzu
können die Stirnseiten halbkugelförmig ausgestaltet
sein, so dass zwischen der Seitenfläche und den Stirnseiten
der Kolben nur eine Punktberührung besteht.
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Ist
die Verbindung zwischen den Kammern durch das Steuerelement oder
Proportionalventil gesperrt, wird die Drehbewegung direkt von einem
Stabilisatorabschnitt auf den anderen Stabilisatorabschnitt übertragen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Stabilisatoranordnung;
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2 und 3 zwei
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Stabilisatoranordnung und
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4 eine
schematische Darstellung der Taumelscheibe.
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1 zeigt
eine Stabilisatoranordnung 1 mit einem geteilten Stabilisator 2,
bestehend aus zwei Stabilisatorabschnitten 3, 4.
Die Stabilisatorabschnitte 3, 4 sind über
Stabilisatorschenkel 5, 6 mit der Radträgereinheit 7 verbunden.
Zwischen den Stabilisatorabschnitten 3, 4 ist
ein in seiner Verdrehsteifigkeit steuerbarer Aktuator 8 angeordnet.
Dabei ist der erste Stabilisatorabschnitt 3 mit einem Ende
verdrehfest mit einem Gehäuse 9 des Aktuators 8 und
der zweite Stabilisatorabschnitt 4 verdrehfest mit einer Welle
verbunden.
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2 zeigt
eine Ausführung eines Stabilisators 2 im Querschnitt.
Der erste Stabilisatorabschnitt 3 ist verdrehfest mit dem
Gehäuse 9 des Aktuators 8 und der zweite
Stabilisatorabschnitt 4 ist verdrehfest mit einer in das
Gehäuse 9 hineinragenden Welle 10 gekoppelt.
Das Gehäuse 9 des Aktuators 8 ist zylinderförmig
ausgestaltet.
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Die
Welle 10 weist hier ein Gewinde 11 auf. Vorzugsweise
kommt hier ein Steilgewinde zum Einsatz. Innerhalb des Gehäuses 9 ist
in Querrichtung zur Welle 10 ein Kolben 12 angeordnet.
Dieser weist eine Durchgangsöffnung 13 für
die Welle 10 auf. Dabei ist die Durchgangsöffnung 13 im
Kolben 12 ebenfalls mit einem Gewinde versehen. Dieses
ist als Innengewinde das passende Gegengewinde zu dem Gewinde 11 der
Welle 10. Dies bewirkt, dass sich bei Verdrehung der Welle 10 der
Kolben 12 in Längsrichtung L des Gehäuses 9 verlagert.
Um eine Rotation des Kolbens 12 bei Verdrehung der Welle 10 zu
verhindern, ist der Kolben 12 gegenüber einer
rotatorischen Bewegung gesperrt.
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Der
Innenraum des Gehäuses 9 wird durch den Kolben 12 in
zwei Kammern 16, 17 unterteilt, welche sich zu
beiden Seitenflächen 18, 19 des Kolbens 12 erstrecken.
Die Kammern 16, 17 sind mit einem Hydraulikmedium
gefüllt und über ein Steuerelement 20 fluidleitend
miteinander gekoppelt. Die Umfangsseite 21 des Kolbens 12 weist
zur Innenwand 15 des Gehäuses 9 und ist
gegenüber dieser mittels Dichtelementen 22 abgedichtet,
so dass kein Hydraulikmedium aus einer Kammer 16, 17 in
die andere Kammer 16, 17 entweichen kann. Erfolgt
nun eine Auslenkung eines mit dem ersten Stabilisatorabschnitt 3 gekoppelten
Rades wird über einen Stabilisatorschenkel eine Drehbewegung
relativ zum zweiten Stabilisatorabschnitt 4 in den ersten
Stabilisatorabschnitt 3 eingeleitet. Gleichzeitig mit dem
ersten Stabilisatorabschnitt 3 erfolgt eine Verdrehung
der Weile 10. Durch die Kopplung des Kolbens 12 mit
der Welle 10 über die Gewindepaarung wird auch
mit Verdrehung der Welle 10 der Kolben 12 in Längsrichtung
L des Gehäuses 9 bewegt. Je nach Drehrichtung
der Welle 10 bewegt sich der Kolben 12 beispielsweise
in Richtung der in der Bildebene links abgebildeten Kammer 16 und übt
einen Druck auf das darin befindliche Hydraulikmedium aus. Dieses
wird dann aus der Kammer 16 in die andere Kammer 17 hineingedrückt,
wobei die Durchflussmenge des Hydraulikmediums durch den Verbindungskanal 23 über
ein integriertes Steuerelement 20 oder alternativ über
ein Proportionalventil steuer- oder/und regelbar ist.
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform
eines Stabilisators 2' mit in Längsrichtung L
des Gehäuses 24 verlagerbaren Kolben 25, 26.
Im Gehäuse 24 sind zwei Kammern 27, 28 angeordnet.
Diese Kammern 27, 28 sind über ein Proportionalventil 29 oder
Steuerelement fluidleitend miteinander verbunden, wobei jeweils
einer Kammer 27, 28 ein Kolben 25, 26 zugeordnet
ist, welcher auf das in einer Kammer 27, 28 befindliche
Hydraulikmedium wirkt.
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Die
mit dem zweiten Stabilisatorabschnitt 4' verbundene Welle 10' ist
zwischen den Kammern 27, 28 angeordnet. Dabei
sind die Kammern 27, 28 in dem verdrehfest mit
dem Gehäuse 9' gekoppelten ersten Stabilisatorabschnitt 3' angeordnet.
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An
einem den Kammern 27, 28 gegenüberliegenden
Ende 30 der Welle 10' ist innerhalb des Gehäuses 9' eine
Taumelscheibe 31 angeordnet. Diese Taumelscheibe 31 weist
eine in Längsrichtung L des Gehäuses 9' geneigte
Seitenfläche 32 auf, wobei Stirnseiten 33, 34 der
Kolben 25, 26 an dieser Seitenfläche 32 anliegen.
Auf Grund der geneigten Seitenfläche 32 der Taumelscheibe 31 variiert
der Abstand A1, A2 zwischen der Seitenfläche 32 und den
Kammern 27, 28. Um die Reibung zwischen Seitenfläche 32 und
den Stirnseiten 33, 34 im Kontaktbereich zu minimieren,
sind die Stirnseiten 33, 34 der Kolben 25, 26 halbkreisförmig
ausgestaltet.
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In
der dargestellten Position steht die Welle 10' so, dass
der Abstand A1 der in der Bildebene oberen Kammer 27 zur
Seitenfläche 32 der Taumelscheibe 31 größer
ist als der Abstand A2 zwischen der in der Bildebene unten angeordneten
Kammer 28 und der Seitenfläche 32. Dadurch
ist der untere Kolben 26 weiter in die Kammer 28 hineinverlagert
als der obere Kolben 25.
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Eine
durch Auslenkung eines Rades in einem Stabilisatorschenkel 5 hervorgerufene
Rotation bewirkt gleichzeitig eine Verdrehung des zweiten Stabilisatorabschnitts 4' und
somit der Welle 10'. Gleichzeitig wird durch die Welle 10' die
Rotation auf die Taumelscheibe 31 übertragen.
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Die
Neigung der Seitenfläche 32 bewirkt, dass sich
der Abstand A1, A2 zwischen den Kammern 27, 28 und
der Seitenfläche 32 in Abhängigkeit eines
Verdrehwinkels ändert. Dadurch kann eine Verlagerung der
mit der geneigten Seitenfläche 32 der Taumelscheibe 31 in
Kontakt stehenden Kolben 25, 26 in Längsrichtung
L der Welle 10' erfolgen. Bei abnehmendem Abstand A1, A2
wird ein Druck von der Taumelscheibe 31 auf den Kolben 26 ausgeübt, durch
welchen der Kolben 26 in die Kammer 28 hineinverlagert
wird, wobei gleichzeitig Hydraulikmedium aus der Kammer 28 herausströmt
und in die benachbarte Kammer 27 einströmt. Dadurch
baut sich ein hydraulischer Druck in dieser Kammer 27 auf, durch
welchen der Kolben 25 in Richtung der Taumelscheibe 31 gedrückt
wird. Dabei wird die Steifigkeit des Stabilisators 2' über
das zwischen den Kammern 27, 28 angeordnete Proportionalventil 29 eingestellt.
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4 zeigt
eine Ausführungsform einer Taumelscheibe 31',
sowie die dazugehörige Abwicklung der äußeren
Umfangsseite 14 der Taumelscheibe 31'. Die Abwicklung
verdeutlicht den gleichmäßigen Verlauf der Seitenfläche 32'.
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- 1
- Stabilisatoranordnung
- 2,
2'
- Stabilisator
- 3,
3'
- Stabilisatorabschnitt
- 4,
4'
- Stabilisatorabschnitt
- 5
- Stabilisatorschenkel
- 6
- Stabilisatorschenkel
- 7
- Radträgereinheit
- 8,
8'
- Aktuator
- 9,
9'
- Gehäuse
- 10,
10'
- Welle
- 11
- Gewinde
- 12
- Kolben
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Umfangsseite
- 15
- Innenwand
- 16
- Kammer
- 17
- Kammer
- 18
- Seitenfläche
- 19
- Seitenfläche
- 20
- Steuerelement
- 21
- Umfangsseite
- 22
- Dichtelement
- 23
- Verbindungskanal
- 24
- Gehäuse
- 25
- Kolben
- 26
- Kolben
- 27
- Kammer
- 28
- Kammer
- 29
- Proportionalventil
- 30
- Ende
v. 10'
- 31,
31'
- Taumelscheibe
- 32,
32'
- Seitenfläche
- 33
- Stirnseite
- 34
- Stirnseite
- A1
- Abstand
- A2
- Abstand
- L
- Längsrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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