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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs, mit einem zumindest bereichsweise als Torsionsstab ausgebildeten Stabilisator, der auf seinen beiden Seiten über Stabilisatorarme mit Radführungen einer Radachse des Fahrzeugs verbunden ist
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Stand der Technik
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Vorrichtungen der angesprochenen Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die
DE 198 46 275 A1 ein System und ein Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen. Bei dem System zur Wankstabilisierung sind Stellmittel vorgesehen, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb, der zwischen Hälften des vorderen und/oder hinteren Fahrwerkstabilisators angeordnet ist, aufweisen, die eine Vorspannung der Stabilisatorhälften zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegung bewirken und die im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors aufbringen. Dabei soll der Schwenkantrieb ein elektromechanischer Schwenkantrieb sein und Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften aufweisen. Der Stabilisator ist also in Stabilisatorhälfter aufgeteilt, die normalerweise gegeneinander verschwenkt werden können. Um dieses Verschwenken zu verhindern sind jedoch die Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung vorgesehen.
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Generell wird zur Erzielung eines hohen Fahrkomforts von Fahrzeugen eine weiche Aufbaufederung angestrebt. Bei Fahrwerken, welche über eine Vorrichtung beziehungsweise über ein System zur Wankstabilisierung gemäß dem Stand der Technik verfügen, wird diese weiche Federung in Verbindung mit aufwändigen Systemen zur Niveauregelung realisiert, um die bei Beladung ansonsten auftretenden großen statischen Einfederwege zu kompensieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber weist die Vorrichtung zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, dass sie einfacher und kostengünstiger zu realisieren ist und insbesondere die bei der Beladung auftretenden Einfederwege ohne aufwändige Niveauregelung kompensieren kann. Dazu weist die Vorrichtung mindestens eine Feststelleinrichtung auf, mit welcher zumindest ein Bereich des Stabilisators in Bezug auf eine Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretierbar ist, wobei die Feststelleinrichtung als Klemmkupplung ausgebildet ist, ein Klemmelement der Klemmkupplung axial verlagerbar auf dem Stabilisator angeordnet und ein mit dem Klemmelement zur Herstellung einer Klemmverbindung zwischen Klemmelement und Stabilisator in Wirkverbindung bringbares Gegenelement in Bezug auf die Karosserie drehfest befestigt ist. Der Stabilisator ist dabei, wie bereits vorstehend ausgeführt, zumindest bereichsweise als Torsionsstab ausgebildet. Das bedeutet, dass bei einer Auslenkung einer Radführung der Radachse, also bei einer Auslenkung auf einer Seite des Fahrzeugs beziehungsweise bei Ein- oder Ausfederung eines Rades, der Stabilisator torsionsbeaufschlagt wird. Die Radführungen sind auf der Radachse vorgesehen. Die Radachse des Fahrzeugs muss dabei keine durchgängige Radachse sein. Vielmehr können die beiden Seiten des Stabilisators über die Stabilisatorarme mit Achsabschnitten der Radachse beziehungsweise den Radführungen verbunden sein, womit beispielsweise eine Einzelradaufhängung vorliegt. Der Begriff „Radachse” bedeutet also lediglich, dass die Räder des Fahrzeugs, welche der Radachse zugeordnet sind, in etwa derselben Längsposition an dem Fahrzeug vorliegen. Der Stabilisator kann beispielsweise einer Vorderachse oder einer Hinterachse des Fahrzeugs oder beiden zugeordnet sein. Die Stabilisatorarme liegen zu dem Stabilisator angewinkelt vor, so dass eine Auslenkung einer der Stabilisatorarme die Torsionsbeaufschlagung des Stabilisators zur Folge hat.
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Der Stabilisator kann mindestens ein Stabilisatorlager aufweisen, welches vorzugsweise im Bereich der Stabilisatorarme angeordnet ist und den Stabilisator drehbeweglich hält. Über das Stabilisatorlager ist der Stabilisator drehbeweglich an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Die Stabilisatorarme sind jeweils einem Bereich der Radachse und damit mindestens einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet. Jedes Rad verfügt vorteilhafterweise darüber hinaus über eine Federung in Form einer Tragfeder und üblicherweise ebenso über einen Dämpfer, die einander parallel geschaltet sind. Über die Tragfeder beziehungsweise den Dämpfer sind die Räder mit der Karosserie verbunden.
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Erfindungsgemäß weist der Stabilisator die Feststelleinrichtung auf. Mit dieser ist der Stabilisator zumindest bereichsweise mit einer Kraft beziehungsweise einem Bremsmoment beaufschlagbar, so dass der Stabilisator zumindest teilweise arretiert ist. Darunter ist zu verstehen, dass der Stabilisator in Bezug auf die Karosserie nicht vollständig festgesetzt sein muss, sondern sich – bei Aufbringung einer entsprechenden Kraft über die Stabilisatorarme – weiterhin drehen kann. Auch ein vollständiges Arretieren kann jedoch vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Anbindung der Räder beziehungsweise der Radachse an die Karosserie erreicht werden. Ist die Feststelleinrichtung derart eingestellt, dass sich der Stabilisator völlig frei in Bezug auf die Karosserie bewegen, das heißt verdrehen kann, so bewirken allein die Tragfedern eine Federung der Räder beziehungsweise des Fahrzeugs. Wird der Stabilisator dagegen mittels der Feststelleinrichtung zumindest teilweise arretiert, so wird der Stabilisator in dem Maße der Arretierung zu den Tragfedern parallel geschaltet. Auf diese Weise wird die Koppelung zwischen Rädern beziehungsweise Radachse und der Karosserie entsprechend erhöht, so dass auf einfache Weise die Aufbaufederung härter eingestellt werden kann. Demzufolge wird der Stabilisator des Fahrzeugs für die Anpassung der Aufbaufederung genutzt, indem er zumindest teilweise in Bezug auf die Karosserie arretiert wird.
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Die Tragfedern können also welch ausgelegt sein und damit eine niedrige Vertikalfederrate aufweisen. Mittels der Feststelleinrichtung und des Stabilisators kann die niedrige Vertikalfederrate auf einen größeren Wert umgeschaltet werden. Gleichzeitig bleibt jedoch die Grundfunktion des Stabilisators, nämlich die Beeinflussung des Wankverhaltens des Fahrzeugs und der Steuertendenz, erhalten. Die Feststelleinrichtung muss in einem kleinen Bauraum ein hohes Bremsmoment bei möglichst geringer Leistungsaufnahme erzeugen. Zu diesem Zweck ist die Feststelleinrichtung vorteilhafterweise als Klemmkupplung ausgebildet. Die Klemmkupplung ist schaltbar und wird mit einem Klemmelement und einem mit diesem in Wirkverbindung bringbaren Gegenelement realisiert. Dabei ist das Klemmelement an dem Stabilisator derart gelagert, dass es axial verlagerbar ist. Das Gegenelement ist dagegen in Bezug auf die Karosserie drehfest befestigt. Das Klemmelement und das Gegenelement sind miteinander in Wirkverbindung bringbar. Dies geschieht vorteilhafterweise über eine axiale Verlagerung des Klemmelements in Richtung des Gegenelements.
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Auf diese Weise kann ein Gegenmoment erzeugt werden, welches einer Drehbewegung des Stabilisators beziehungsweise des Torsionsstabs entgegenwirkt. Es ist also vorgesehen, dass durch das Zusammenwirken von Klemmelement und Gegenelement die auf den Stabilisator wirkende Klemmkupplung zum Aufbringen einer Klemmkraft auf diesen ausgebildet ist. Steht das Klemmelement mit dem Gegenelement in Wirkverbindung, so entsteht eine Klemmkraft, welche ein Bremsmoment auf den Stabilisator bewirkt. Das Bremsmoment ist dabei der Drehbewegung des Stabilisators, verursacht durch eine Vertikalbewegung eines Bereichs der Radachse, entgegen gerichtet. Das Schalten der Klemmkupplung beziehungsweise ein Einstellen der Klemmkraft erfolgt durch das axiale Verlagern des Klemmelements und des Gegenelements relativ zueinander. Vorteilhafterweise ist dazu das axiale Verlagern des Klemmelements vorgesehen. Es kann jedoch auch das Gegenelement auf das Klemmelement oder beide Elemente aufeinander zu bewegt werden. Das Gegenelement ist vorzugsweise in einem mit der Karosserie fest verbundenen Gehäuse befestigt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stabilisator eine permanente Wirkverbindung zwischen den Radführungen der Radachse herstellt. Der Stabilisator liegt somit als durchgehender Torsionsstab vor. Es ist also gerade nicht vorgesehen, den Stabilisator in mehrere Stabilisatorhälften aufzuteilen, welche mittels einer Kupplung miteinander verbindbar sind und jeweils den Achsabschnitten der Radachse zugeordnet sind. Vielmehr ist es vorgesehen, die zusätzliche Federwirkung des Stabilisators, der als Torsionsstab ausgebildet ist, zu nutzen, um die Vertikalfederrate der Tragfedern des Fahrzeugs zu erhöhen. Der Stabilisator wird somit einer Federung des Fahrzeugs parallel geschaltet, wenn er in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretiert wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Klemmelement zum Arretieren des Stabilisators mittels eines Aktuators in Richtung des Gegenelements verlagerbar ist. Dabei erfolgt eine Verlagerung des Klemmelements in axialer Richtung des Stabilisators. Durch entsprechendes Aufeinanderzubewegen des Klemmelements und des Gegenelements kann eine bestimmte, durch das Zusammenwirken dieser Elemente bewirkte Klemmkraft eingestellt werden. Die Klemmkraft wirkt dabei üblicherweise zwischen Klemmelement und Stabilisator, während zwischen Klemmelement und Gegenelement eine Reibkraft auftritt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Reibfläche des Klemmelements und/oder eine Reibgegenfläche des Gegenelements zumindest bereichsweise einen Reibbelag aufweist. Der Reibbelag ist dazu vorgesehen, die durch das Zusammenwirken von Klemmelement und Gegenelement erzeugte Klemmkraft auf den Stabilisator weiter zu erhöhen. Der Reibbelag ist beispielsweise durch eine starke Oberflächenrauhigkeit gekennzeichnet. Der Reibbelag kann lediglich auf der Reibfläche oder der Reibgegenfläche vorliegen. Mit Vorteil ist er jedoch auf beiden Flächen vorgesehen, so dass der Reibbelag der Reibfläche mit dem Reibbelag der Reibgegenfläche in Wirkverbindung treten kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stabilisator ein Außengewinde aufweist, welches mit einem Innengewinde des Klemmelements zusammenwirkt, wobei Außengewinde und Innengewinde zur Führung von Wälzkörpern dienen oder ineinander eingreifen. Das Außengewinde und das Innengewinde müssen keine Gewinde im eigentlichen Wortsinne sein. Beide können jeweils lediglich aus einer spiralförmigen, beispielsweise nutförmigen Ausnehmung bestehen. In diesen Ausnehmungen können Wälzkörper angeordnet sein, so dass bei einer Drehbewegung des Stabilisators das Klemmelement in axialer Richtung verlagert wird. Das Außengewinde muss nicht an dem Stabilisator selbst ausgebildet sein, sondern kann vielmehr auf einer dem Stabilisator zugeordneten Gewindehülse vorliegen. Diese ist fest mit dem Stabilisator verbunden. Das Außengewinde kann jedoch selbstverständlich auch an dem Torsionsstab selbst ausgebildet sein. in einer einfachen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Außengewinde und das Innengewinde ineinander eingreifen, um die axiale Verlagerung des Klemmelements bei einer Drehung des Stabilisators zu realisieren. Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass zwischen Stabilisator und Klemmelement Wälzkörper vorliegen, welche sowohl in das Innengewinde als auch das Außengewinde eingreifen und so ein Reibmoment zwischen Stabilisator und Klemmelement verringern. Anstatt den Wälzkörpern kann auch ein Gewindering in dem Außengewinde und dem Innengewinde angeordnet sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Feststelleinrichtungen vorgesehen sind, wobei das Klemmelement jeder Feststelleinrichtung für das, insbesondere selbstverstärkende, Arretieren des Stabilisators in einer Vorzugsdrehrichtung vorgesehen ist. Die Betätigung der Feststelleinrichtungen ist mit einem jeweils zugeordneten Aktuator oder einem gemeinsamen Aktuator möglich. In letzterer Ausführungsform werden also die Klemmelemente von zumindest zwei der Feststelleinrichtungen gleichzeitig, vorzugsweise um dieselbe Strecke, verlagert. Die Drehung des Stabilisators kann in zwei Drehrichtungen erfolgen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Feststelleinrichtungen verwendet werden, wobei eine der Feststelleinrichtungen die erste Drehrichtung als Vorzugsdrehrichtung und die zweite der Feststelleinrichtungen die zweite Drehrichtung als Vorzugsdrehrichtung aufweist. Erfolgt die Drehung des Stabilisators in die Vorzugsdrehrichtung einer der Feststelleinrichtungen, so tritt an dieser Feststelleinrichtung vorzugsweise das selbstverstärkende Arretieren des Stabilisators auf. Das bedeutet, dass je weiter sich der Stabilisator dreht, die Klemmkraft, die das Arretieren des Stabilisators bewirkt, umso größer wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Reibfläche und/oder die Reibgegenfläche zumindest bereichsweise im Querschnitt kegelförmig ausgebildet sind. Die Reibfläche und die Reibgegenfläche können prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Dabei müssen sie jedoch aufeinander abgestimmt vorliegen. Die Reibfläche beziehungsweise die Reibgegenfläche können beispielsweise konisch beziehungsweise kegelförmig oder zumindest kegelabschnittsförmig ausgebildet sein. Unter kegelförmig ist dabei zu verstehen, dass die Reibfläche beziehungsweise die Reibgegenfläche einen kreisrunden Querschnitt aufweist, wobei sich der Radius beziehungsweise Durchmesser in axialer Richtung verändert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aktuator zur Verlagerung des Klemmelements einen Elektromagnet oder einen Elektromotor aufweist. Der Elektromagnet besteht aus mindestens einer an oder in dem Gehäuse der Feststelleinrichtung angeordneten Spule. Mittels dieser kann eine Kraft auf das Klemmelement ausgewirkt werden, welches dessen axiale Verlagerung bewirkt. Weist das Klemmelement das Innengewinde auf, welches mit dem Außengewinde des Stabilisators zusammenwirkt, so kann mittels des Elektromagneten entweder eine Kraft in axialer Richtung erzeugt werden, welche bedingt durch die Gewinde eine Drehbewegung des Klemmelements zur Folge hat oder alternativ eine Kraft in Umfangsrichtung. Letztere bewirkt, ebenso bedingt durch die Gewinde, die Verlagerung des Klemmelements in axialer Richtung. Bei einer solchen Ausführungsform liegen mehrere Elektromagnete über den Umfang des Klemmelements verteilt vor und werden derart im Sinne eines Elektromotors angesteuert, dass die Drehbewegung des Klemmelements bewirkt wird. Alternativ kann die Verlagerung des Klemmelements auch mittels eines Elektromotors bewirkt werden. Mittels des Elektromotors, welcher vorzugsweise ein Zwischengetriebe aufweist, wird dazu eine Kraft in axialer Richtung auf das Klemmelement aufgebracht, so dass dieses in Richtung einer Klemmstellung gedrängt wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aktuator ein Federelement aufweist, welches eine das Klemmelement in seine Ausgangsstellung drängende Rückstellkraft bewirkt Die Ausgangsstellung des Klemmelements kann dabei prinzipiell beliebig vorgesehen sein. Bei Betätigung des Aktuators wird das Klemmelement aus der Ausgangsstellung heraus verlagert. Das Federelement soll nun die Rückstellkraft erzeugen, um das Klemmelement in die Ausgangsstellung zurückzubewegen beziehungsweise auf diese zuzudrängen. Das Federelement kann derart ausgelegt sein, dass es in der Ausgangsstellung des Klemmelements auf dieses keine Rückstellkraft aufbringt, sondern erst dann, wenn es aus der Ausgangsstellung heraus verlagert wird. Alternativ kann die Feststelleinrichtung selbstverstärkend und nicht selbsthemmend ausgelegt sein. In diesem Fall wird die Rückstellkraft bereits in der Ausgangsstellung benötigt, um die Selbstverstärkung zu bewirken beziehungsweise einzuleiten. Ohne Rückstellkraft würde die Selbstverstärkung nicht auftreten. Auch kann eine selbstverstärkende und selbsthemmende Auslegung der Feststelleinrichtung vorliegen. In diesem Fall bewirkt die Rückstellkraft lediglich die Einstellung einer Anfangsbedingung, sie dient also dazu, das Klemmelement und das Gegenelement in Anlage zu bringen.
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Die Ausgangsstellung ist dabei vorzugsweise eine Klemmstellung, in welcher der Stabilisator zumindest teilweise arretiert ist. In der Ausgangsstellung ist der Stabilisator also in Bezug auf die Karosserie zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, festgesetzt. Durch die Betätigung der Feststelleinrichtung kann somit der Stabilisator zumindest teilweise freigegeben werden, so dass die durch ihn erzeugte Federwirkung auf die Radachse des Fahrzeugs beziehungsweise die Räder des Fahrzeugs abnimmt. Alternativ kann die Ausgangsstellung selbstverständlich auch eine Freigabestellung sein, also eine Stellung der Feststelleinrichtung, in welcher keine oder nur eine geringe Klemmkraft auf den Stabilisator ausgeübt wird, so dass er sich im Wesentlichen frei drehen kann.
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Eine Weiterbildung sieht ein Steuergerät vor, welches den Aktuator entsprechend einem Zustand, insbesondere Fahrzustand, des Fahrzeugs und/oder einer Vorgabe eines Fahrers steuernd und/oder regelnd einstellt. Der Zustand des Fahrzeugs kann ein Beladungszustand oder ein dynamischer Fahrzustand sein. Bei Letzterem liegen beispielsweise Nick- oder Hubanregungen oder eine Bremsung auf einer unebenen Fahrbahn vor. Ebenso kann der Fahrer eine gewünschte Vertikalfederrate vorgeben. Das Steuergerät erfasst den Zustand, den Fahrzustand und/oder die Vorgabe und stellt den Aktuator beziehungsweise die Aktuatoren entsprechend ein. Dabei kann lediglich ein steuerndes Einstellen oder alternativ auch ein regelndes Einstellen vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Radachse eines Fahrzeugs, welche mit einer Vorrichtung zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs versehen ist, und
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2 eine Feststelleinrichtung, welche der Vorrichtung zur Wankstabilisierung zugeordnet ist.
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Die 1 zeigt eine Radachse 1 eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Die Radachse 1 weist zwei Räder 2 und 3 auf. Die Radachse 1 ist nicht notwendigerweise durchgehend ausgebildet, vielmehr kann durchaus eine Einzelradaufhängung der Räder 2 und 3 vorliegen. Zu diesem Zweck sind die Räder 2 und 3 beispielsweise an Achsabschnitten 4 und 5 vorgesehen. Die Räder 2 und 3 sind jeweils über eine nicht dargestellte Federung, umfassend mindestens eine Tragfeder, und einen ebenfalls nicht dargestellten Dämpfer mit einer Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Zu diesem Zweck greift die Federung beziehungsweise der Dämpfer beispielsweise an dem jeweiligen Achsabschnitt 4 beziehungsweise 5 an.
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Jedem der Räder 2 und 3 ist zudem ein Stabilisatorarm 6 beziehungsweise 7 zugeordnet. Die Stabilisatorarme 6 und 7 sind mit einem als Torsionsstab 8 ausgebildeten Stabilisator 9 verbunden oder werden alternativ von diesem ausgebildet. Die Stabilisatorarme 6 und 7 sind in Bezug auf den Stabilisator 9 abgewinkelt und drehbeweglich dem jeweiligen Rad 2 oder 3 zugeordnet. Die Stabilisatorarme 6 und 7 sind an Seiten beziehungsweise Enden des Stabilisators 9 an diesem befestigt. Jede Bewegung eines der Räder 2 oder 3 bewirkt demnach eine Torsionsbeaufschlagung des Stabilisators 9, wobei der jeweilige Stabilisatorarm 6 oder 7 als Hebelarm dient. Der Stabilisator 9 ist mittels zweier Stabilisatorlager 10 und 11 drehbeweglich an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Alternativ kann auch ein Verbund aus Stabilisator 9 und Stabilisatorarmen 6 und 7 als Stabilisator bezeichnet werden, wobei der Stabilisator 9 in diesem Fall ein Stabilisatorrücken ist. Der Stabilisator 9 und die Stabilisatorarme 6 und 7 können einstückig ausgebildet sein.
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Über den Stabilisator 9 ist eine Wirkverbindung zwischen den Rädern 2 und 3 der Radachse 1 hergestellt. Über diese Wirkverbindung wird das Wankverhalten des Fahrzeugs beziehungsweise dessen Steuertendenz beeinflusst. Der Stabilisator 9 bildet zusammen mit seinen Stabilisatorarmen 6 und 7 demnach eine Vorrichtung 12 zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs. Der Vorrichtung 12 sind ebenfalls zwei Feststelleinrichtungen 13 und 14 zugeordnet, mittels welchen ein Bereich des Stabilisators 9 in Bezug auf die Karosserie des Fahrzeugs zumindest teilweise arretierbar ist. Zu diesem Zweck sind die Feststelleinrichtungen 13 und 14 mit der Karosserie verbunden.
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Die Feststelleinrichtungen 13 und 14 sind als Klemmkupplungen 15 und 16 aus gebildet. Jede der Klemmkupplungen 15 und 16 weist jeweils ein Klemmelement 17 beziehungsweise 18 sowie ein Gegenelement 19 beziehungsweise 20 auf. Die Gegenelemente 19 und 20 sind in der hier dargestellten Ausführungsform als ein gemeinsames Gegenelement ausgebildet. Die Klemmelemente 17 und 18 sind in Bezug zu dem Stabilisator axial verlagerbar. Dagegen sind die Gegenelemente 19 und 20 in einem gemeinsamen Gehäuse 21 der Feststelleinrichtungen 13 und 14 befestigt. Weil das Gehäuse 21 an der Karosserie des Fahrzeugs festgelegt ist, liegen damit die Gegenelemente 19 und 20 gegenüber der Karosserie ebenfalls ortsfest vor. Mittels der Feststelleinrichtungen 13 und 14 sind zumindest Bereiche des Stabilisators 9 zumindest teilweise in Bezug auf die Karosserie arretierbar. Die Vorrichtung 12 liegt dabei zentriert auf dem Stabilisator 9 vor beziehungsweise derart, dass die Klemmelemente 17 und 18 in etwa gleich weit von einem Mittelpunkt des Stabilisators 9 entfernt angeordnet sind.
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Die 2 zeigt die beiden Feststelleinrichtungen 13 und 14 der Vorrichtung 12 in einer Detailansicht. Es wird deutlich, dass der Stabilisator 9 beziehungsweise der Torsionsstab 8 durchgehend ausgebildet ist, und so eine permanente Wirkverbindung zwischen den Achsabschnitten 4 und 5 herstellt Die Klemmelemente 17 und 18 sind im Wesentlichen ringförmig beziehungsweise kreisringförmig und weisen auf ihren einander zu gewandten Enden jeweils eine Reibfläche 22 beziehungsweise 23 auf. Die Reibflächen 22 und 23 können in Verbindung mit Reibgegenflächen 24 beziehungsweise 25 der Gegenelemente 19 und 20 treten. Dabei sind die Reibflächen 22 und 23 zumindest bereichsweise mit einem Reibbelag 26 versehen, welcher eine Reibwirkung zwischen den Reibflächen 22 und 23 und den Reibgegenflächen 24 und 25 erhöht.
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Jedem Klemmelement 17 und 18 ist ein Aktuator 27 beziehungsweise 28 zugeordnet, mittels welchem das jeweilige Klemmelement 17 oder 18 in axialer Richtung verlagerbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weisen die Aktuatoren 27 und 28 jeweils mindestens einen Elektromagneten 29 auf. Alternativ können auch mehrere Elektromagnete 29 über den Umfang der Feststelleinrichtungen 13 und 14 vorgesehen sein. Die Aktuatoren 27 und 28 sind dabei jeweils in einer Aktuatorkammer 30 beziehungsweise 31 des Gehäuses 21 angeordnet. Die Klemmelemente 17 und 18 weisen jeweils ein Lager 32 beziehungsweise 33 auf und sind zusammen mit diesem relativ zu dem Stabilisator 9 verdrehbar gelagert Die Lager 32 und 33 umgreifen also den Stabilisator 9, stehen jedoch nicht mit diesem in Kontakt. Die Lager 32 und 33 können beispielsweise als Wälzlager ausgebildet sein.
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Im Bereich der Klemmelemente 17 und 18 sind auf dem Stabilisator 9 der jeweiligen Feststelleinrichtung 13 oder 14 zugeordnete Gewindehülsen 34 und 35 vorgesehen und an dem Stabilisator 9 befestigt. Die Gewindehülsen 34 und 35 können auch, wie hier dargestellt, als eine gemeinsame Gewindehülse ausgebildet sein. Die Gewindehülsen 34 und 35 weisen jeweils ein Außengewinde 36 beziehungsweise 37 auf. Alternativ können die Außengewinde 36 und 37 auch auf dem Stabilisator 9 ausgebildet sein. Auf jeden Fall sind aber die Außengewinde 36 und 37 dem Stabilisator 9 zugeordnet und ortsfest an diesem vorgesehen. In dem hier dargestellten Beispiel weisen die Außengewinde 36 und 37 dieselbe Steigung in dieselbe Richtung auf.
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An den Klemmelementen 17 und 18 sind mit jeweils einem der Außengewinde 36 und 37 zusammenwirkende Innengewinde 38 und 39 ausgebildet. Dabei müssen die Außengewinde 36 und 37 sowie die Innengewinde 38 und 39 keine Gewinde im eigentlichen Wortsinne sein. Beide können beispielsweise aus einer spiralförmigen und insbesondere nutförmigen Ausnehmung bestehen. In der hier dargestellten Ausführungsform sind in den Ausnehmungen, welche die Außengewinde 36 und 37 sowie die Innengewinde 38 und 39 darstellen, Wälzkörper 40 vorgesehen, die ein leichtgängiges Verdrehen der Klemmelemente 17 und 18 gegenüber dem Stabilisator 9 im Sinne eines Wälzlagers ermöglichen. Bedingt durch die Steigung der Außengewinde 36 und 37 sowie der Innengewinde 38 und 39 verursacht eine translatorische Bewegung des Klemmelements 17 und 18 stets auch eine rotatorische Bewegung. Ebenso verursacht eine Drehung des Stabilisators 9 oder der Klemmelemente 17 und 18 eine translatorische Bewegung der Klemmelemente 17 und 18. Bei einer Verlagerung der Klemmelemente 17 und 18 mittels der Aktuatoren 27 und 28 liegt also stets auch eine Rotation vor.
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Den Aktuatoren 27 und 28 ist jeweils ein Federelement 41 beziehungsweise 42 zugeordnet, welches in der hier dargestellten Ausführungsform als Schraubenfeder ausgebildet ist. Alternativ können Tellerfedern oder dergleichen verwendet werden. Die Federelemente 41 und 42 sorgen dafür, dass die Klemmelemente 17 und 18 in Richtung einer Ausgangsstellung, welche hier einer Klemmstellung entspricht, gedrängt werden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Klemmelemente 17 und 18 aufeinander zu gedrängt, wobei die Klemmelemente 17 und 18 weiter in die Gegenelemente 19 und 20 eingreifen beziehungsweise auf diese zutreten und somit stärker mit diesen in Wirkverbindung treten.
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Dabei tritt zwischen dem Klemmelement 17 beziehungsweise 18 und dem jeweiligen Gegenelement 19 beziehungsweise 20 eine Reibkraft auf, welche einer weiteren Rotation beziehungsweise einem weiteren Hineinbewegen des Klemmelements 17 in das Gegenelement 19 beziehungsweise des Klemmelements 18 in das Gegenelement 20 erschwert oder verhindert. Je weiter das Klemmelement 17 beziehungsweise 18 in das jeweilige Gegenelement 19 beziehungsweise 20 eindringt, umso stärker wird die Reibkraft zwischen den beiden Elementen, so dass bei Erreichen der Klemmstellung keine weitere Bewegung des Klemmelements 17 beziehungsweise 18 in das Gegenelement 19 beziehungsweise 20 hinein möglich ist. Da gleichzeitig das Innengewinde 38 mit dem Außengewinde 36 und das Innengewinde 39 mit dem Außengewinde 37 in Wirkverbindung stehen, wird dadurch auch eine weitere Drehung des Stabilisators 9 verhindert, weil zwischen den Klemmelementen 17 und 18 und dem Stabilisator 9 eine Klemmkraft bewirkt ist.
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Die möglichen Drehrichtungen des Stabilisators sind durch Pfeile 43 und 44 angedeutet. Dreht sich der Stabilisator 9 in Richtung des Pfeils 43, so bewirkt die Drehung eine Verlagerung des Klemmelements 17 in Richtung des Gegenelements 19 und des Klemmelements 18 aus dem Gegenelement 20 heraus. Befindet sich das Klemmelement 17 jedoch in der Klemmstellung beziehungsweise wird die Klemmstellung während der Drehung des Stabilisators 9 erreicht, so kann das Klemmelement 17 diese Bewegung in Richtung des Gegenelements 19 bedingt durch die Reibkraft zwischen Klemmelement 17 und Gegenelement 19 nicht durchführen. Damit wird jedoch auch die Drehung des Stabilisators 9 in Richtung des Pfeils 43 verhindert. Dasselbe gilt in umgekehrter Weise für eine Drehung des Stabilisators 9 in Richtung des Pfeils 44. Hier verhindert das Klemmelement 18, sofern es sich in seiner Klemmstellung befindet oder diese während der Drehung des Stabilisators 9 erreicht, eine weitere Drehung des Stabilisators 9.
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Somit ist jeder der Feststelleinrichtungen 13 und 14 eine Vorzugsdrehrichtung zugeordnet, welche dadurch charakterisiert ist, dass bei einer Drehung des Stabilisators 9 in diese Vorzugsdrehrichtung das jeweilige Klemmelement 17 oder 18 in Richtung des dazugehörigen Gegenelements 19 oder 20 gedrängt wird. Auf diese Weise ist ein selbstverstärkendes Arretieren des Stabilisators 9 in der jeweiligen Vorzugsdrehrichtung realisiert.
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Vorzugsweise ist die Klemmstellung als Ausgangsstellung vorgesehen, also die Stellung, welche die Klemmelemente 17 und 18 einnehmen, wenn sie nicht mittels der Aktuatoren 27 und 28 ausgelenkt sind. Dabei sorgen die Federelemente 41 und 42 dafür, dass die Klemmelemente 17 und 18 in ihre Ausgangsstellung zurückkehren, indem sie eine Rückstellkraft bewirken, welche die Klemmelemente 17 und 18 in Richtung ihrer Ausgangsstellung beziehungsweise der Klemmstellung drängt. Dabei greifen die Federelemente 41 und 42 an den Lagern 32 und 33 an, welche eine Verdrehung der Klemmelemente 17 und 18 bezüglich der Federelemente 41 und 42 ermöglichen.
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Der Stabilisator 9 selbst ist wie bei aus dem Stand der Technik bekannten, passiven Fahrwerken ausgeführt. Im Bereich eines Stabilisatorrückens des Stabilisators 9 sind mittig, das heißt etwa in Fahrzeugmitte, die Feststelleinrichtungen 13 und 14 angeordnet. Diese sind dabei in dem gemeinsamen Gehäuse 21 angeordnet, welches an der Karosserie beziehungsweise einem Hilfsrahmen des Fahrzeugs befestigt ist Auf diese Weise sind die Gegenelemente 19 und 20 ebenfalls gegenüber der Karosserie festgesetzt. Die Gegenelemente 19 und 20 können dabei in dem Gehäuse 21 angeordnet sein oder das Gehäuse 21 mit ausbilden. Letzteres ist in den 1 und 2 dargestellt.
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Liegt das Klemmelement 17 beziehungsweise 18 in Wirkverbindung mit dem Gegenelement 19 beziehungsweise 20 vor, so verformen sich die im Kraftfluss liegenden Bauteile, insbesondere das jeweilige Klemmelement 17 oder 18, der Reibbelag 26 sowie das jeweilige Gegenelement 19 oder 20. Somit wird in diesen Elementen Energie gespeichert. Diese bestimmt zusammen mit einer Dynamikanforderung und der erzielbaren Selbstverstärkung die benötigte Leistung des Aktuators 27 beziehungsweise 28. Eine geringe Energiespeicherung wird durch eine sehr steife Gestaltung des Klemmelements 17 beziehungsweise 18 und des Klemmgegenelements 19 beziehungsweise 20 sowie des Reibbelags 26 erreicht. Bei Ersterem liegt dazu eine in Umfangsrichtung geschlossene Form sowie eine große Wandstärke vor, für Letzteren eine geringe Dicke sowie eine große Querschnittsfläche.
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Das Einstellen der Aktuatoren 27 und 28 kann aufgrund eines Beladungszustands, eines Fahrzustands und/oder einer Vorgabe eines Fahrers des Fahrzeugs erfolgen. Gibt der Fahrer beispielsweise eine niedrige Vertikalfederrate vor, ist das Fahrzeug unbeladen oder tritt lediglich eine geringe Nick- oder Hubanregung auf, so werden die Aktuatoren 27 derart angesteuert, dass der Stabilisator 9 freigegeben ist. Zu diesem Zweck werden die Aktuatoren 27 und 28 bestromt, so dass die entstehenden Magnetkräfte den durch die Federelemente 41 und 42 erzeugten Rückstellkräften entgegenwirken. Auf diese Weise können die Klemmelemente 17 und 18 aus ihrer Klemmstellung heraus in Richtung einer Freigabestellung verlagert werden. Somit nehmen die zwischen Klemmelement 17 und Gegenelement 19 sowie Klemmelement 18 und Gegenelement 20 wirkenden Reibkräfte ab, so dass die Klemmwirkung des Klemmelements 17 beziehungsweise 18 auf den Stabilisator 9 nachlässt.
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Wie bereits vorstehend erläutert tritt zwischen den Klemmelementen 17 und 18 sowie dem Stabilisator 9 bedingt durch die Außengewinde 36 und 37 sowie die Innengewinde 38 und 39 eine Klemmwirkung auf, sobald zwischen Klemmelement 17 und Gegenelement 19 beziehungsweise Klemmelement 18 und Gegenelement 20 eine Reibkraft vorliegt. Stehen Klemmelement 17 und Gegenelement 19 beziehungsweise Klemmelement 18 und Gegenelement 20 nicht mehr in Wirkverbindung, so ist auch die Klemmwirkung auf den Stabilisator 9 nicht mehr vorhanden. Die Gesamtfederhärte des Fahrzeugs wird in diesem Zustand demnach lediglich durch die den Rädern 2 und 3 zugeordnete Federung bestimmt. Die zum Freigeben des Stabilisators 9 erforderliche Stellkraft, welche auf die Klemmelemente 17 und 18 wirken muss, wird durch die Rückstellkraft der Federelemente 41 und 42 bestimmt und ist üblicherweise gering.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einer Verlagerung der Klemmelemente 17 und 18 aus der Klemmstellung heraus keine Selbsthemmung auftritt. Das bedeutet, dass der Steigungswinkel der Außengewinde 36 und 37 sowie der Innengewinde 38 und 39 so gewählt ist, dass bei dem größten auftretenden Reibwert zwischen Klemmelement 17 und Gegenelement 19 beziehungsweise Klemmelement 18 und Gegenelement 20 die Selbsthemmungsgrenze gerade noch nicht überschritten wird. Dazu muss der Steigungswinkel α die Bedingung tanα ≥ μmax erfüllen, wobei μmax der maximal auftretende Reibwert ist. Mit einer solchen Auslegung wird sichergestellt, dass die Klemmkupplung 15 beziehungsweise 16 zuverlässig öffnet, sobald die mittels der Aktuatoren 27 und 28 erzeugte Kraft größer als die Rückstellkraft der Federelemente 41 und 42 ist. Zum Öffnen der Klemmkupplungen 15 und 16 werden die Aktuatoren 27 und 28 betätigt. Die mittels der Elektromagnete 29 auf die Klemmelemente 17 und 18 aufgebrachte Magnetkraft wirkt der Rückstellkraft entgegen.
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Sobald die Magnetkraft die Rückstellkraft übersteigt, werden die Klemmelemente 17 und 18 beschleunigt und führen eine kombinierte Rotations- und Translationsbewegung aus der Klemmstellung heraus aus. Die Bewegung erfolgt, bis die Klemmelemente 17 und 18 in ihrer Freigabestellung vorliegen. Diese wird beispielsweise durch einen in dem Gehäuse 21 ausgebildeten Anschlag begrenzt. Um die Klemmelemente 17 und 18 in ihrer jeweiligen Freigabestellung zu halten, müssen die Aktuatoren 27 und 28 dauerhaft eine Kraft erzeugen, welche der Rückstellkraft der Federelemente 41 und 42 entgegenwirkt. Die Aktuatoren 27 und 28 sind daher derart auszulegen, dass dies stationär ohne Überschreitung einer zulässigen Grenztemperatur von Wicklungen der Elektromagnete 29 erfolgen kann.
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Ein zumindest teilweises Arretieren des Stabilisators 9 ist bei Beladung des Fahrzeugs, bei dynamischen Fahrmanövern mit Nick- oder Hubanregung (beispielsweise Bremsungen auf unebener Fahrbahn) und bei Vorgabe einer harten Fahrwerkeinstellung durch den Fahrer vorgesehen. Zum Arretieren des Stabilisators 9 werden die Klemmelemente 17 und 18 in Richtung ihrer Klemmstellung, das heißt in Richtung der Gegenelemente 19 und 20, verlagert. Dies geschieht, indem die Aktuatoren 27 und 28 derart eingestellt werden, dass sie keine der Rückstellkraft entgegen gerichtete Kraft oder eine in die gleiche Richtung wie die Rückstellkraft wirkende Kraft erzeugen. Bedingt durch diese Kraft beziehungsweise die Rückstellkraft der Federelemente 41 und 42 werden die Klemmelemente 17 und 18 beschleunigt und führen eine kombinierte Rotations- und Translationsbewegung in Richtung ihrer Klemmstellung aus. Die Bewegung endet, sobald das Klemmelement 17 mit dem Gegenelement 19 beziehungsweise das Klemmelement 18 mit dem Gegenelement 20 in Wirkverbindung tritt und die Reibkraft zwischen diesen Elementen groß genug ist. Bedingt durch die Konusform der Klemmelemente 17 und 18 sowie der Gegenelemente 19 und 20 wird eine sehr hohe Reibkraft erzielt.
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Tritt nun eine Ein- oder Ausfederung des Rads 2 oder des Rads 3 auf, so werden Vertikalkräfte über die Stabilisatorarme 6 und 7 in den Stabilisator 9 eingeleitet, wodurch sich eine Drehung des Stabilisators 9 ergibt. Erfolgt diese Drehung in Richtung des Pfeils 43, so wird das Klemmelement 17 weiter auf das Gegenelement 19 zu verlagert. Dasselbe gilt für das Klemmelement 18 und das Gegenelement 20, wenn die Drehung in Richtung des Pfeils 44 auftritt. Auf diese Weise wird die Reibkraft vergrößert, womit die Klemmwirkung des Klemmelements 17 beziehungsweise 18 auf den Stabilisator 9 erhöht wird. Werden beide Klemmkupplungen 15 und 16 geschlossen, so zeigt sich bei jeder Drehrichtung des Stabilisators 9 eine selbstverstärkende Wirkung, da stets eine der Feststelleinrichtungen 13 und 14 in ihrer Vorzugsdrehrichtung beaufschlagt wird. So liefert stets eine der Klemmkupplungen 15 und 16 einen hohen Beitrag zur Klemmwirkung auf den Stabilisator 9. Die jeweils andere Klemmkupplung 15 und 16 wird dagegen in Richtung ihrer Freigabestellung verlagert und trägt somit nur in geringerem Maße zur Beaufschlagung des Stabilisators 9 mit der Klemmwirkung bei.
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Üblicherweise werden beide Feststelleinrichtungen 13 und 14 gleichzeitig und in gleichem Ausmaß angesteuert. Im Betrieb kann es jedoch vorkommen, dass die Drehstellung des Stabilisators 9 nach erfolgter Arretierung korrigiert werden muss. Dieser Fall tritt beispielsweise auf, wenn das Fahrzeug auf einer Schrägfläche stehend beladen wird, während sich die Feststelleinrichtungen 13 und 14 in ihrer Freigabestellung befinden. In diesem Fall wird die Feststelleinrichtung 13 und 14 zu Beginn des Beladungsvorgangs geschlossen. Die Drehstellung des Stabilisators 9 ist dabei durch die Steigung des ansteigenden Untergrunds beeinflusst.
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Befährt das Fahrzeug anschließend einen nicht ansteigenden oder einen fallenden Untergrund, so ist die Fahrzeuglängsachse zur Untergrundoberfläche geneigt. Um eine Korrektur der Drehstellung des Stabilisators 9 auszuführen, wird in Abhängigkeit von der gewünschten Drehstellung eine der beiden Feststelleinrichtungen 13 und 14 in Freigabestellung gebracht, während die zweite in der Klemmstellung verbleibt. Damit wird eine Drehung des Stabilisators 9 in der nicht gewünschten Drehrichtung durch die selbstverstärkende Wirkung der noch geschlossenen Feststelleinrichtungen 13 oder 14 verhindert. Bei günstiger Beaufschlagung des Stabilisators 9 erfolgt eine Verstellung beziehungsweise Drehung in der nicht selbstverstärkenden Drehrichtung, also entgegen der Vorzugsdrehrichtung der geschlossenen Feststelleinrichtung 13 oder 14. Die Reibkraft kann dabei durch eine Regelung oder Steuerung des Aktuators 27 oder 28 gezielt beeinflusst werden. Somit wird durch die selbstverstärkende Auslegung der Feststelleinrichtungen 13 und 14, die Einstellung der gewünschten Drehstellung des Stabilisators 9 und damit des Fahrzeugniveaus unterstützt.
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Bei einem Ausfall des Energiebordnetzes werden die Aktuatoren 27 und 28 nicht mehr mit Strom versorgt und damit nicht mehr betätigt. Die Klemmelemente 17 und 18 werden daraufhin von der Rückstellkraft der Federelemente 41 und 42 in ihre Klemmstellung verbracht und dort gehalten.
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Alternativ oder zusätzlich zu der vorstehend erläuterten Ausführungsform ist auch eine selbsthemmende Auslegung der Feststelleinrichtungen 13 und 14 möglich. In diesem Fall können die Federelemente 41 und 42 derart ausgelegt werden, dass die von diesen erzeugten Rückstellkräfte klein sind. Die Auslegung der Aktuatoren 27 und 28 wird dann durch die Kraft bestimmt, welche zum Lösen der Wirkverbindung zwischen Klemmelement 17 und Gegenelement 19 beziehungsweise Klemmelement 18 und Gegenelement 20 notwendig sind.
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Mit der hier vorgestellten Vorrichtung 12 zur Wankstabilisierung des Fahrzeugs kann auf einfache kostengünstige Weise ein hoher Fahrkomfort des Fahrzeugs erreicht werden, indem die Federung des Fahrzeugs zunächst weich ausgelegt und über die teilweise Arretierung des Stabilisators 9 an der Karosserie des Fahrzeugs steuernd und/oder regelnd härter eingestellt wird. Die dazu notwendigen Feststelleinrichtungen 13 und 14 sind mit einem geringen Bauraum und einer geringen Leistungsaufnahme realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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