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Hintergrund der Erfindung
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Stabilisatoren sind im Kraftfahrzeugbau verwendete Torsionsfederstäbe, die der Stabilisierung gegen Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus um die Fahrzeuglängsachse bei Kurvenfahrt dienen. Solche Stabilisatoren liegen im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse und erstrecken sich gewöhnlich über die gesamte Breite des Fahrzeugs. Sie sind jeweils im Bereich der Vorderachse und im Bereich der Hinterachse montiert.
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Stabilisatoren stellen vereinfacht U-förmig gebogene Stäbe dar. Das Mittelteil des Stabilisators, der auch Stabilisatorrücken genannt wird, liegt in Fahrzeugquerrichtung und ist drehbar an der Karosserie angeordnet. Abgewinkelte Enden, die als Hebel wirken und auch Stabilisatorschenkel genannt werden, liegen mehr oder weniger in Fahrzeuglängsrichtung. Diese Stabilisatorschenkel sind beispielsweise über Gummielemente an den Radaufhängungen wie beispielsweise Querlenkern angebracht. Das Mittelteil des Stabilisators ist über zwei nahe seinen Enden angeordnete sogenannte Schulterlager drehbar im Fahrzeugaufbau gehalten.
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Bei einer reinen Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus wird der Stabilisatorrücken nicht tordiert, sondern der Stabilisator dreht sich insgesamt in den Schulterlagern und bleibt daher ohne Wirkung. Eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus, wie sie beispielsweise durch Kurvenfahrten erzeugt wird, führt zu einer Einfederbewegung des einen Rades bei gleichzeitiger Ausfederbewegung des gegenüberliegenden Rades einer Fahrzeugachse. Hierbei wird der Stabilisator insbesondere im Bereich des Stabilisatorrückens tordiert und liefert damit ein Rückstellmoment um die Wankachse, welche die Wankbewegung reduziert.
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Eine Auslegung von Fahrwerksparametern eines Fahrzeugs, insbesondere die Steifigkeit der Gesamtfederung, die sich in der Regel aus einer Aufbaufeder und dem Stabilisator zusammensetzt, stellt einen Kompromiss zwischen dem Fahrkomfort und den fahrdynamischen Belangen dar. So ist eine weichere Gesamtfederung mehr dem Komfort der Insassen zuträglich, während eine härtere Gesamtfederung die Fahrdynamik verbessert. So kann eine Anpassung der Gesamtfederung an die auf den Fahrzeugaufbau wirkenden Kräfte und/oder an die jeweilige dynamische Fahrsituation den Auslegungskompromiss zwischen der Fahrdynamik und dem Komfort verbessern. Um eine derartige Anpassung zu realisieren, sind Fahrwerksysteme mit aktiven Elementen verfügbar.
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Aus der
WO 2006/099848 ist ein Aktuator für einen geteilten Stabilisator eines Kraftfahrzeugs bekannt, der aus einer schaltbaren Kupplungseinheit mit einem äußeren Drehteil und einem inneren Drehteil besteht. Das äußere Drehteil ist drehfest mit einem Stabilisatorteil und das innere Drehteil drehfest mit einem anderen Stabilisatorteil verbunden. Ein hydraulisch betätigbarer Verriegelungskolben verriegelt das äußere Drehteil und das innere Drehteil in einer Stellung und öffnet in einer anderen Stellung für einen vorbestimmten radialen Verdrehweg.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann daher ein Bedürfnis bestehen, eine Stabilisatoranordnung bereitzustellen, bei der die Gesamtfedersteifigkeit mit einfachen Mitteln veränderbar ist, um eine Änderung der Fahrwerkseigenschaften zu realisieren.
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Das Bedürfnis kann befriedigt werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug einen Torsionsstab mit einem ersten und einem zweiten Stabteil auf. Das erste und das zweite Stabteil weisen je ein erstes Ende auf, wobei jedes erste Ende mit einer Radaufhängung verbindbar ist, wobei die Radaufhängung eine Radachse mit einem Rad aufweist. Das erste Stabteil weist ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweite Ende und das zweite Stabteil ein dem ersten Ende gegenüberliegendes drittes Ende auf. Das zweite und das dritte Ende sind einander benachbart, wobei das zweite und das dritte Ende im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Das zweite und das dritte Ende sind relativ zueinander um die Achse verdrehbar. Eine Kupplungseinheit weist wenigstens einen ersten Fortsatz und wenigstens einen zweiten Fortsatz auf, wobei der wenigstens eine erste Fortsatz an dem zweiten Ende drehfest verbunden ist. Der wenigstens eine zweite Fortsatz ist an dem dritten Ende drehfest oder zu dem zweiten Ende ortsfest verbunden. Der wenigstens eine erste Fortsatz und der wenigstens eine zweite Fortsatz greifen derart ineinander, dass zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Fortsatz in Verdrehrichtung Freiräume ausgebildet sind. Die Kupplungseinheit weist ferner wenigstens eine Blockiervorrichtung auf, wobei die wenigstens eine Blockiervorrichtung von einer ersten Position in eine zweite Position verlagerbar ist. Die wenigstens eine Blockiervorrichtung ist in der ersten Position in einen der Freiräume derart eingebracht, dass das zweite und das dritte Ende wenigstens in einer Verdrehrichtung drehfest miteinander verriegelt sind. In der zweiten Position ist durch die wenigstens eine Blockiervorrichtung ein bestimmter relativer Verdrehweg des zweiten und des dritten Endes zueinander ermöglicht.
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Ein konventioneller durchgehender Stabilisator eines Fahrzeuges kann hierbei beispielsweise mittig aufgetrennt sein. Diese beiden Stabilisatorhälften können mit jeweils einem Ende mit der Kupplungseinheit verbunden sein. Mithilfe der Kupplungseinheit können die beiden Stabilisatorhälften miteinander drehfest verbunden werden, oder die beiden Stabilisatorhälften können derart voneinander getrennt sein, dass sie sich relativ zueinander drehen können. Auch kann das erste und/oder das zweite Stabteile des Torsionsstabes mittels der Kupplungseinheit ortsfest beispielsweise an die Karosserie drehfest verbunden werden. Unter einer ortsfesten Befestigung ist hier auch zu verstehen, dass der erste und/oder der zweite Stabteil mit einem Stab oder Rohr verbunden werden, wobei der Stab oder das Rohr torsionsfest sind, also der Stab oder das Rohr zumindest keine wesentliche Torsion zulässt. Das Öffnen und Schließen der Kupplung kann unabhängig davon erfolgen, ob die beiden Stabilisatorhälften zueinander tordiert sind, die Stabteile also unter Last stehen. Dass das zweite und das dritte Ende im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, bedeutet, dass sowohl ein relativer Versatz der beiden Stabilisatorteile zueinander und/oder ein Winkelfehler der beiden Stabteile zueinander zulässig ist, ohne dass die Funktionalität der Kupplungseinheit vermindert ist.
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Ferner kann die Kupplungseinheit verwendet werden, um zu einem ungeteilten durchgehenden und weichen Stabilisator parallel eine weitere Federsteifigkeit zuzuschalten, um die Gesamtfedersteifigkeit zu erhöhen. Beispielsweise kann für eine Kurvenfahrt eine andere Federhärte des Stabilisators oder des Torsionsstabes und damit eine andere Gesamtfedersteifigkeit gewählt werden als für eine Geradeausfahrt. Somit können unterschiedliche Torsionsstabsteifigkeiten durch diese Kupplungselemente erzeugt werden. Weiterhin kann durch eine Erhöhung oder eine Erniedrigung einer Anzahl von Kupplungseinheiten die Anzahl der Steifigkeitsstufen der Gesamtfedersteifigkeit beeinflusst werden. So kann ein Stabteil oder auch der Torsionsstab vorzugsweise entlang seines sich quer zu der Fahrzeuglängsrichtung erstreckendes Mittelteil wenigstens zwei Kupplungseinheiten aufweisen. Bei einem Blockieren der Verdrehung ist lediglich eine der wenigstens zwei Kupplungseinheiten im Eingriff mit dem Stabteil. Durch die die Verdrehung blockierende Kupplungseinheit wird ein tordierbarer Teil des Stabteils bestimmt, der sich zwischen dem ersten Ende und der blockierenden Kupplungseinheit erstreckt. Abhängig von der Länge des tordierbaren Teiles ist die Gesamtfedersteifigkeit beeinflussbar. Ein kürzerer tordierbarer Teil vergrößert die Gesamtfedersteifigkeit gegenüber einem längeren tordierbaren Teil.
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In einem alternativen Fahrwerkskonzept kann der konventionell, also ungeteilt ausgeführte Stabilisator durch die beispielsweise mittig angeordnete Kupplungseinheit auch mit der Fahrzeugkarosserie verbunden werden. Hierdurch kann ebenfalls die Gesamtfedersteifigkeit beeinflusst werden.
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Durch das gezielte Einbringen der wenigstens einen Blockiervorrichtung in wenigstens einen der Freiräume kann die Kupplungseinheit derart geschaltet sein, dass die Kopplung der beiden Stabteile nur in eine Verdrehrichtung erfolgt und in der anderen Verdrehrichtung die Stabteile relativ zueinander verdrehbar sind.
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Die Anzahl der ersten Fortsätze und die Anzahl der zweiten Fortsätze können gleich oder auch ungleich sein. Die Kupplungseinheit kann klauenkupplungsähnlich ausgeführt sein, wobei die Fortsätze als Klauen ausgebildet sind. Die Blockiervorrichtung kann beispielsweise auch elastisch sein, um Schwingungen zwischen den beiden Stabteilen zu unterdrücken, die als unangenehme Lärmentwicklung wahrgenommen werden können. Die Elastizität der Blockiervorrichtung kann linear oder progressiv oder degressiv gestaltet sein. Auch kann die Blockiervorrichtung beispielsweise lediglich mit elastischem Material wie beispielsweise Gummi überzogen sein. Zur Vermeidung einer Geräusch- und/oder Vibrationsentwicklung kann das wenigstens eine Keilelement auch verformbar ausgestaltet sein und einen definierten progressiven Steifigkeitsverlauf aufweisen.
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Die erste Position markiert die Position, in der die beiden Stabteile des Torsionsstabes oder ein Stabteil mit einem ortsfest befestigten Fortsatz formschlüssig mittels des wenigstens einen Keilelements verbunden sind. Die zweite Position markiert die Position, in der die beiden Stabteile gegeneinander verdrehbar sind oder das eine Stabteil gegenüber dem ortsfest befestigten Fortsatz maximal verdrehbar ist. Mittels der Gewindespindel kann natürlich das Keilelement in jede beliebige Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position verlagert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die wenigstens eine Blockiervorrichtung wenigstens ein erstes Keilelement auf, wobei das wenigstens eine erste Keilelement zwei einander gegenüberliegende Keilflächen aufweist. Der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Fortsatz weisen zu den Keilflächen korrespondierende Fortsatzflächen auf, wobei in der ersten Position die Keilflächen mit den korrespondierenden Fortsatzflächen derart zusammenwirken, dass die Keilflächen an die korrespondierenden Fortsatzflächen formschlüssig verbunden sind.
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Somit wird in der ersten Position eine formschlüssige Verbindung zwischen der wenigstens einen Blockiervorrichtung und dem wenigstens einen ersten und einem zweiten Fortsatz hergestellt. Durch ein Verlagern des wenigstens einen ersten Keilelements in die zweite Position wird eine relative Verdrehmöglichkeit der beiden Stabteile zueinander oder des einen Stabteiles gegenüber der Karosserie bei entsprechender Tordierung des Stabilisators oder Torsionsstabes ermöglicht. Die Kupplungseinheit ist somit schaltbar zwischen einer ersten Position, in der die beiden Stabteile zumindest in einer Verdrehrichtung blockiert sind, und einer zweiten Position, in der die beiden Stabteile zueinander verdrehbar sind. Durch ein Einbringen einer zweiten Blockiervorrichtung in einen zu dem ersten Freiraum benachbarten zweiten Freiraum kann die Kupplungseinheit derart schaltbar gestaltet sein, dass die beiden Stabteile, wenn beide Blockiervorrichtungen in die erste Position verlagert sind, zueinander weder in die eine Verdrehrichtung noch in die andere Verdrehrichtung relativ zueinander drehbar sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kupplungseinheit der Stabilisatoranordnung rotationssymmetrisch zu der Achse ausgebildet.
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Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Ausgestaltung der Kupplungseinheit. In dieser Ausgestaltung erstrecken sich die Freiräume entlang eines kreiszylinderförmigen Mantels um die Achse zwischen dem wenigstens einen ersten Fortsatz und dem wenigstens einen zweiten Fortsatz.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der wenigstens eine erste Fortsatz als ein erster Hohlzylindersektor und der wenigstens eine zweite Fortsatz als ein zweiter Hohlzylindersektor ausgebildet. Der erste Hohlzylindersektor und der zweite Hohlzylindersektor können durch einen gemeinsamen inneren geraden Kreiszylinder und einen gemeinsamen äußeren geraden Kreiszylinder begrenzt sein, wobei der gemeinsame innere und der gemeinsame äußere gerade Kreiszylinder konzentrisch um die Achse angeordnet sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die wenigstens eine Blockiervorrichtung der Stabilisatorvorrichtung ein erstes Keilelement und ein dem ersten Keilelement gegenüberliegendes zweites Keilelement auf, wobei das erste und das zweite Keilelement auf einer gemeinsamen Gewindespindel angeordnet sind und durch eine Drehung der Gewindespindel relativ zueinander bewegbar sind. In der ersten Position sind die Keilflächen des ersten und des zweiten Keilelements an die korrespondierenden Fortsatzflächen formschlüssig verbunden.
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In der Regel ist die Gewindespindel derart in der Kupplungseinheit angeordnet, dass ihre Längserstreckungsrichtung parallel zu der Achse verläuft. Durch die paarweise Anordnung der Keilelemente werden erste Kräfte, die durch die Tordierung einer der Stabhälften entstehen und auf das erste Keilelement durch den wenigstens einen ersten und den wenigstens einen zweiten Fortsatz aufgebracht werden, durch zweite Kräfte aufgehoben, die auf das zweite Keilelement wirken. Somit ist ein erster Winkel, den die Keilflächen des ersten Keilelements mit der Gewindespindel einschließt gleich einem zweiten Winkel, den die Keilflächen des zweiten Keilelements mit der Gewindespindel einschließt, wobei die Drehrichtung des ersten Winkels entgegengesetzt dem zweiten Winkel ist.
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Somit werden also Lagerbelastungen, die bei einer Verwendung nur eines Keilelements eventuell auftreten könnten, durch diese Anordnung mittels zweier Keilelemente wirkungsvoll vermieden. Durch eine Drehung der Gewindespindel in einer ersten Richtung werden also das erste und das zweite Keilelement so lange aufeinander zu bewegt, bis sie ihre erste Position einnehmen, in der die Keilflächen der Keilelemente mit den Fortsatzflächen des wenigstens einen ersten und des wenigstens einen zweiten Fortsatzes eine formschlüssige Verbindung einnehmen. Durch ein Drehen der Gewindespindel in eine der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung werden die beiden Keilelemente voneinander bis in die zweite Position entfernt und ermöglichen, dass sich der erste Stabteil des Torsionsstabes gegenüber dem zweiten Stabteil oder gegenüber einem ortsfesten Fortsatz innerhalb eines vorbestimmten Verdrehwegs verdrehen kann.
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Damit die Keilelemente zueinander hin oder voneinander weg durch eine Drehung der Gewindespindel realisierbar ist, kann beispielsweise das erste Keilelement mittels eines Rechtsgewindes und das zweite Keilelement mittels eines Linksgewindes oder umgekehrt betrieben werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Gewindespindel der Stabilisatoranordnung an einem über das zweite Keilelement hinausragenden Bereich einen Mitnehmer auf, wobei der Mitnehmer an der Gewindespindel drehfest verbunden ist. Der Mitnehmer ist an eine Antriebseinheit mittelbar oder unmittelbar drehbar verbindbar.
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Als Antriebseinheit kann ein Elektroantrieb in Form beispielsweise eines Elektromotors oder Elektromagnets gewählt sein. Die Antriebseinheit kann aber auch pneumatisch oder hydraulisch betätigte Dreheinrichtungen wie beispielsweise Drehzylinder umfassen. Insbesondere, wenn lediglich ein oder zwei Blockiervorrichtungen in der Kupplungseinheit verwendet werden, kann es sinnvoll sein, die Gewindespindel mittels des Mitnehmers direkt an die Antriebseinheit zu koppeln. Aus Geräuschgründen oder auch Montage- bzw. Fertigungsgründen kann es sinnvoll sein, die Antriebseinheit beispielsweise mittels eines Zahnriemens mit dem Mitnehmer zu verbinden, um ein Geräusch reduzierendes Element zwischen der Gewindespindel und der Antriebseinheit zu schalten.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Mitnehmer als ein Zahnrad ausgebildet, wenn der Mitnehmer mittels der Antriebseinheit mittelbar drehbar verbindbar ist. Das Zahnrad ist mittels eines Zahnkranzes drehbar, wobei der Zahnkranz seinerseits mittels der Antriebseinheit drehbar ist.
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Der Zahnkranz kann hierbei außen- und/oder innenverzahnt sein. Beispielsweise ist es möglich, mehrere Mitnehmer in Form von Stirnzahnrädern mit einem außenverzahnten Zahnkranz in Eingriff zu bringen und in seine Innenverzahnung die Antriebseinheit einzukuppeln. Natürlich kann die Antriebseinheit an ihrer Abtriebsachse ebenfalls ein Stirnzahnrad aufweisen, das an der Außenverzahnung in Eingriff gebracht ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung grenzt an den wenigstens einen ersten Fortsatz und/oder den wenigstens einen zweiten Fortsatz ein erster Freiraum und in Verdrehrichtung ein dem ersten Freiraum benachbarter zweiter Freiraum an, wobei in dem ersten Freiraum eine erste Blockiervorrichtung mit einem ersten Mitnehmer und in dem zweiten Freiraum eine zweite Blockiervorrichtung mit einem zweiten Mitnehmer angeordnet sind.
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Der erste Mitnehmer erstreckt sich in Richtung des zweiten Endes und der zweite Mitnehmer in Richtung des dritten Endes.
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Durch diese Anordnung ist es möglich, die wenigstens eine erste Blockiervorrichtung und die wenigstens eine zweite Blockiervorrichtung voneinander getrennt zu steuern. Somit kann eine Blockierung der Verdrehung der beiden Stabteile gegeneinander oder gegenüber dem mit der Karosserie ortsfest verbundenen Fortsatz entweder in der ersten Verdrehrichtung oder in der der ersten Verdrehrichtung entgegengesetzten zweiten Verdrehrichtung oder in der ersten und in der zweiten Verdrehrichtung erfolgen. Natürlich kann die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Blockiervorrichtung derart angeordnet sein, dass sich der erste und der zweite Mitnehmer je in Richtung des zweiten Endes oder des dritten Endes erstrecken. Durch eine derartige Anordnung kann die Verdrehbarkeit der beiden Stabteile gegeneinander oder gegenüber dem mit der Karosserie ortsfest verbundenen Fortsatz nur in die erste und die zweite Verdrehrichtung gemeinsam blockiert oder gelöst werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Gewindestange der Blockiervorrichtung der Kupplungseinheit ein Bewegungsgewinde auf, wobei das Bewegungsgewinde selbsthemmend ausgebildet ist.
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Somit können die Kräfte, die durch eine Tordierung eines der Stabteile über den wenigstens einen ersten und/oder wenigstens einen zweiten Fortsatz auf die Keilelemente aufgebracht werden, nicht dazu führen, dass die Keilelemente aus der ersten Position verlagert werden. Somit können die Keilflächen der einzelnen Keilelemente auch unterschiedlich ausgebildet sein. Auch ist es nicht notwendig, die Antriebseinheit permanent anzusteuern, damit die Keilelemente die erste Position nicht verlassen können. Somit kann eine elektrische Antriebseinheit, wenn die Keilelemente in die erste Position verlagert sind, stromlos geschaltet werden. Ein Verfahren der Keilelemente ist somit nur durch die Antriebseinheit möglich.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Kupplungseinheit eine Drehfeder mit einem ersten Drehfederende und einem dem ersten Drehfederende gegenüberliegenden zweiten Drehfederende auf, wobei das erste Drehfederende an der Gewindespindel drehfest verbunden ist. Das zweite Drehfederende ist gegenüber der Gewindespindel ortsfest befestigt.
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Vorzugsweise wird die Drehfeder derart zwischen einem festen Ort wie beispielsweise einem die Kupplungseinheit umgebenden Gehäuse und der Gewindespindel derart angeordnet, dass die Drehfeder, wenn das Keilelement in die erste Position verlagert ist, gespannt ist und dann, wenn das Keilelement in die zweite Position verlagert ist, entspannt ist oder auch umgekehrt. Durch eine derartige Anordnung kann das wenigstens eine Keilelement in die erste Position oder die zweite Position durch eine Entspannung der vorgespannten Drehfeder verlagert werden, wenn die Antriebseinheit nicht angesteuert ist, insbesondere wenn die Antriebseinheit elektrisch betrieben ist und stromlos geschaltet wird. Um das wenigstens eine Keilelement zu verlagern, muss die Antriebseinheit die Rückstellkraft der Drehfeder und gegebenenfalls auch die Selbsthemmung der Gewindespindel überwinden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bei einer Betriebsstörung die wenigstens eine Blockiervorrichtung durch die Drehfeder in die erste Position verlagerbar.
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Hierdurch werden entweder die beiden Stabteile oder ein Stabteil mit dem ortsfest an der Karosserie befestigten Fortsatz in beide Verdrehrichtungen miteinander formschlüssig verbunden, wobei hierdurch die maximale Gesamtfedersteifigkeit erreicht wird. Damit leidet möglicherweise der Komfort der Fahrzeuginsassen, jedoch wird durch die maximale Unterdrückung des Wankvermögens des Fahrzeugs die maximale Fahrwerkstabilität erreicht.
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Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einer Stabilisatoreinrichtung beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindungen zu führen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt eine Kupplungseinheit einer Stabilisatoranordnung mit einer Blockiervorrichtung in einer zweiten Position in einer 3D-Ansicht;
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2 zeigt die Kupplungseinheit aus 1 in einer ersten Position in einer 3D-Ansicht;
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3 zeigt ein zweites eines ersten Stabteils eines Torsionsstabes und ein drittes Ende eines zweiten Stabteils mit jeweils zwei Fortsätzen in einer 3D-Ansicht;
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4 zeigt eine Blockiervorrichtung in einer ersten Position in einer Seitenansicht;
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5 zeigt die Blockiervorrichtung aus 4 in der zweiten Stellung in einer Seitenansicht; und
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6 zeigt eine beispielhafte Anordnung von zwei Kupplungseinheiten pro Stabteil in Verbindung mit einem torsionsfesten Gehäuse im Längsschnitt.
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Detaillierte Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
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1 zeigt eine Kupplungseinheit 16 aus einer Stabilisatoranordnung 2 in einer 3D-Ansicht. Die Stabilisatoranordnung 2 besitzt einen Torsionsstab 4, der im Bereich seines sich quer zur Fahrzeuglängsachse erstreckenden Mittelteils, auch Stabilisatorrücken genannt, in einen ersten Stabteil 6 und einen zweiten Stabteil 8 aufgetrennt ist. Das erste Stabteil 6 besitzt ein zweites Ende 10 und das zweite Stabteil 8 ein drittes Ende 12, wobei das zweite Ende 10 und das dritte Ende 12 einander benachbart sind und auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet sind. Das erste Stabteil 6 kann relativ zu dem zweiten Stabteil 8 um die gemeinsame Achse A verdreht werden. Dies ist durch einen Doppelpfeil 14 angedeutet. Die Kupplungseinheit 16 besitzt in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei erste Fortsätze 18, die mittels eines gemeinsamen Joches 22 drehfest verbunden sind, wobei das Joch 22 mittig mit dem zweiten Ende 10 drehfest verbunden ist. Die beiden ersten Fortsätze 18 sind zueinander symmetrisch um die gemeinsame Achse A ausgebildet. Mit dem zweiten Stabteil 8 ist an dem dritten Ende 12 ein weiteres Joch 22 drehfest verbunden, wobei mit dem Joch 22 zwei zweite Fortsätze 20 drehfest verbunden sind. Auch hier sind die zweiten Fortsätze 20 symmetrisch zu der gemeinsamen Achse A formgleich ausgebildet. Die Ausgestaltung der ersten Fortsätze 18 und der zweiten Fortsätze 20 ist gleich. Sowohl die ersten Fortsätze 18 als auch die zweiten Fortsätze 20 liegen einander gegenüber. Die Ausgestaltung der ersten Fortsätze 18 und der zweiten Fortsätze 20 ist gleich. Die beiden ersten Fortsätze 18 und die beiden zweiten Fortsätze 20 greifen derart ineinander, dass zwischen dem ersten Fortsatz 18 und dem zweiten Fortsatz 20 in eine erste Verdrehrichtung ein erster Freiraum 24 ausgebildet ist und zwischen dem ersten Fortsatz 18 und dem zweiten Fortsatz 20 in einer der ersten Verdrehrichtung entgegengesetzten zweiten Verdrehrichtung ein zweiter Freiraum 26 ausgebildet ist. Somit ergeben sich in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei einander gegenüberliegende erste Freiräume 24 und zwei einander gegenüberliegende zweite Freiräume 26. In dem ersten Freiraum 24 ist eine erste Blockiervorrichtung 28 und in dem zweiten Freiraum 26 eine zweite Blockiervorrichtung 30 eingebracht. Die Blockiervorrichtung 28, 30 besteht aus einem ersten Keilelement 32 und einem zweiten Keilelement 34, wobei das erste 32 und das zweite Keilelement 34 auf einer gemeinsamen Gewindespindel 36 angeordnet sind. An der Gewindespindel 36 ist an einem über das zweite Keilelement 34 hinausragenden Bereich ein Mitnehmer 38 mit der Gewindespindel 36 drehfest verbunden. Der Mitnehmer 38 besitzt die Form eines hier nicht dargestellten stirnverzahnten Zahnrades. Die Gewindespindel 36 erstreckt sich parallel zu der gemeinsamen Achse A. Die erste Blockiervorrichtung 28 unterscheidet sich von der zweiten Blockiervorrichtung 30 lediglich dadurch, dass bei der ersten Blockiervorrichtung 28 der Mitnehmer 38 in Richtung des ersten Stabteiles 6 und der Mitnehmer 38 der zweiten Blockiervorrichtung 30 in Richtung des zweiten Stabteiles 8 weisen. Ansonsten sind die erste Blockiervorrichtung 28 und die zweite Blockiervorrichtung 30 gleich gestaltet. In der hier gewählten Darstellung sind sowohl die erste Blockiervorrichtung 28 als auch die zweite Blockiervorrichtung 30 in eine zweite Position derart verlagert, dass das erste Stabteil 6 relativ um die gemeinsame Achse A sowohl in die erste Verdrehrichtung als auch in die zweite Verdrehrichtung gegenüber dem zweiten Stabteil 8 innerhalb eines vorbestimmten Verdrehwegs verdrehbar ist.
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Das erste Keilelement 32 und das zweite Keilelement 34 weisen je zwei einander gegenüberliegende und zu dem ersten Fortsatz 18 bzw. zweiten Fortsatz 20 benachbarte Keilflächen 44 auf. Das erste Keilelement 32 und das zweite Keilelement 34 sind spiegelbildlich auf der Gewindespindel 36 angeordnet. Der erste Fortsatz 18 und der zweite Fortsatz 20 besitzen je zu den Keilelementen 32, 34 benachbarte Fortsatzflächen 46, die mit den Keilflächen 44 korrespondieren. Je nach Drehrichtung der Gewindespindel sind das erste 32 und das zweite Keilelement 34 aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar. Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel stehen die beiden als Zahnräder ausgebildete Mitnehmer 38 der in den ersten Freiräumen 24 angeordneten ersten Blockiervorrichtungen 28 in Eingriff mit einer Außenverzahnung eines Zahnkranzes 40. Der Zahnkranz 40 weist weiterhin eine Innenverzahnung auf, mit der eine Antriebseinheit 42 in Form eines Elektromotors in Eingriff steht. Natürlich kann der Zahnkranz 40 auch nur eine Außenverzahnung oder nur eine Innenverzahnung aufweisen, wobei dann die Antriebseinheit 42 und die Mitnehmer 38 entsprechend nur mit der Außenverzahnung oder nur mit der Innenverzahnung in Eingriff stehen. Die Antriebseinheit 42 kann den Zahnkranz 40 in eine erste Richtung oder eine der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung drehen. Die hier beschriebene Funktionalität der in die ersten Freiräume 24 angeordneten ersten Blockiervorrichtungen 28 in Verbindung mit den Mitnehmern 38, dem Zahnkranz 40 und der Antriebseinheit 42 ist ebenfalls gültig für die in den zweiten Freiräumen 26 eingebrachten zweiten Blockiervorrichtungen 30.
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Durch ein Verdrehen des Zahnkranzes 40 mittels der Antriebseinheit 42 verdrehen die Mitnehmer 38 die Gewindespindel 36 der ersten Blockiervorrichtungen 28 derart, dass jeweils das erste 32 und das zweite Keilelement 34 von der zweiten Position in eine erste Position verlagert werden. In der ersten Position sind die Keilflächen 44 und die Fortsatzflächen 46 formschlüssig miteinander verbunden. Dies ist deutlich in 2 sichtbar, wobei hier lediglich die der beiden in den ersten Freiraum 24 angeordneten ersten Blockiervorrichtungen 28 dargestellt ist, die für den Betrachter besser sichtbar ist.
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In der ersten Position der ersten Blockiervorrichtung 28 sind alle Keilflächen 44 mit den zu den Keilflächen 44 benachbarten Fortsatzflächen 46 des ersten 18 und zweiten Fortsatzes 20 formschlüssig verbunden. Somit ist es möglich, durch entsprechendes Verlagern der ersten Blockiervorrichtung und/oder zweiten Blockiervorrichtung von der zweiten Position in die erste Position die Verdrehung des ersten Stabteils 6 gegenüber dem zweiten Stabteil 8 des Torsionsstabes 4 der Stabilisatoranordnung 2 entweder in der ersten Verdrehrichtung oder in der zweiten Verdrehrichtung oder in beide Verdrehrichtungen zu blockieren. Die Kupplungseinheit 16 mit den Fortsätzen 18, 20 und den Blockiervorrichtungen 28, 30 ist bezüglich der gemeinsamen Achse A rotationssymmetrisch ausgeführt.
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Die Kupplungseinheit 16 ist in allen Figuren ohne ein die Fortsätze 18, 20 und die Blockiervorrichtungen 28, 30 umgebendes Gehäuse dargestellt. Ebenso wurde aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung sämtlicher Lager verzichtet.
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2 zeigt die Kupplungseinheit 16 aus 1 mit einer sich in der ersten Position verlagerten ersten Blockiervorrichtung 28 in einer 3D-Ansicht. Die Funktionalität wurde bereits beschrieben.
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3 zeigt das erste Stabteil 6 mit den beiden ersten Fortsätzen 18 und das zweite Stabteil 8 mit den beiden zweiten Fortsätzen 20, so wie sie aus 1 bereits bekannt sind. In der hier gewählten Darstellung fehlen die Blockiervorrichtungen. Das erste Stabteil 6 und das zweite Stabteil 8 sind beide in Ruhestellung derart, dass das erste Stabteil 6 gegenüber dem zweiten Stabteil 8 nicht tordiert ist oder umgekehrt. Deutlich sichtbar ist, dass die Ausformungen der ersten Fortsätze 18 gleich sind den zweiten Fortsätzen 20. Auch greifen die ersten Fortsätze 18 derart in die zweiten Fortsätze 20, dass die ersten Freiräume 24 gleich sind den zweiten Freiräumen 26.
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4 zeigt eine Blockiervorrichtung 28, 30 in der ersten Position, wohingegen 5 besagte Blockiervorrichtung 28, 30 in der zweiten Position zeigt. Deutlich sichtbar ist, dass ein Anteil der Gewindespindel 36, der sich zwischen Stirnflächen 48 des ersten Keilelements 32 und des zweiten Keilelements 34 befindet, in 4 geringer ist als in 5. Wie bereits ausgeführt, wird durch eine Drehung der Gewindespindel 36 über den Mitnehmer 38 das erste Keilelement 32 und das zweite Keilelement 34 entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegt. Dies wir dadurch realisiert, dass die Gewindespindel 36 in dem Verstellbereich des ersten Keilelements 32 ein Rechtsgewinde und in dem Verstellbereich des zweiten Keilelements 34 ein Linksgewinde besitzt. Auch verdrehen sich die beiden Keilelemente 32, 34 weder relativ zueinander noch gegenüber den hier nicht dargestellten Fortsätzen. Natürlich kann eine geringe Drehbewegung der Keilelemente 32, 34 zulässig sein, um die formschlüssige Verbindung der Keilflächen mit den Fortsatzflächen sicherzustellen. Die Gewindespindel 36 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Bewegungsgewinde ausgestattet. Der Mitnehmer 38 kann auch direkt an eine hier nicht sichtbare Antriebseinheit 42 gekoppelt sein, wobei die Antriebseinheit 42 nicht unbedingt als ein Elektromotor ausgestaltet sein muss, sondern sie kann auch als ein Elektromagnet oder ein pneumatisch oder hydraulisch betätigter Drehzylinder ausgeformt sein.
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Hier nicht dargestellt ist, dass die Blockiervorrichtung 28, 30 mit einer Drehfeder derart verbunden sein kann, dass bei einer Verlagerung der Keilelemente 32, 34 von der ersten Position in die zweite Position die Drehfeder vorgespannt oder entspannt wird. Insbesondere bei einem Ausfall der Antriebseinheit 42 während einer Betriebsstörung kann die Drehfeder derart gestaltet sein, dass die beiden Keilelemente 32, 34 aufeinander zu bewegt werden, bis sie die in 4 dargestellte erste Position einnehmen. Hierdurch ist sichergestellt, dass das erste Stabteil und das zweite Stabteil drehfest miteinander verbunden sind, so dass die Gesamtsteifigkeit des Fahrwerks seinen maximalen Wert erreicht.
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6 zeigt eine beispielhafte Anordnung von zwei Kupplungseinheiten 16 pro Stabteil 6, 8 in Verbindung mit einem torsionsfesten Gehäuse 50 im Längsschnitt. Hierbei sind die beiden Stabteile 6, 8 mit ihrem zweiten 10 bzw. dritten Ende 12 in das Gehäuse 50 eingebracht, wobei das zweite Ende 10 des ersten Stabteils 6 und das dritte Ende 12 des zweiten Stabteils 12 einander benachbart gegenüberliegen. Die beiden Stabteile 6, 8 sind an der Karosserie mittels Schulterlager 52 drehbar gelagert. An einem dem zweiten 10 bzw. dritten Ende 12 entgegengesetzt angeordneten vierten Ende 54 schließen sich die abgewinkelten Enden des Stabilisators an, die als Hebel dienen. Eine durch die beiden Enden 54 begrenzte Länge L markiert die Gesamtlänge des Torsionsstabs 4. Das Gehäuse 50 selbst ist torsionsfest gestaltet und in der hier gewählten Darstellung als Rohr ausgebildet, wobei das Gehäuse 50 in der hier gewählten Darstellung gegenüber der Karosserie um die Achse A drehbar ist. In dem Gehäuse 50 sind vier Kupplungseinheiten 16 angeordnet. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Kupplungseinheiten 16 zusätzlich mit den Buchstaben A bis D gekennzeichnet. Weiterhin besitzt das Gehäuse 50 ein erstes Gehäuseende 56 sowie ein dem ersten Gehäuseende 56 gegenüberliegendes zweites Gehäuseende 58. An dem zweiten Ende 10 ist die Kupplungseinheit 16B und an dem dritten Ende 12 die Kupplungseinheit 16C angeordnet. Weiterhin ist an dem ersten Gehäuseende 56 die mit dem ersten Stabteil 6 drehfest verbindbare Kupplungseinheit 16A und an dem zweiten Gehäuseende 58 die mit dem zweiten Stabteil 8 drehfest verbindbare Kupplungseinheit 16D angeordnet. Alle vier Kupplungseinheiten 16A bis 16D können jede für sich einen der Stabteile 6, 8 mit dem Kupplungsgehäuse 50 drehfest verbinden. Deutlich sichtbar ist, dass ein erster Abstand B zwischen den beiden Kupplungseinheiten 16A und 16B größer ist als ein zweiter Abstand C zwischen den beiden Kupplungseinheiten 16C und 16D. Ein zwischen dem ersten Abstand B und dem zweiten Abstand C verbleibender dritter Abstand D zwischen den beiden Kupplungseinheiten 16B und 16C ist klein gegenüber den beiden Abständen B, C ausgeführt und wird daher bei den kommenden Betrachtungen vernachlässigt.
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Ein Widerstand des Torsionsstabes 4 gegen Torsion oder Verdrehung um die Achse A lässt sich durch eine entsprechende Kopplung der einzelnen Kupplungseinheiten 16A bis 16D mit dem torsionsstabilen Gehäuse 50 und den entsprechenden Stabteilen 6, 8 stufenweise erzeugen. Insgesamt lassen sich mit einer derartigen Anordnung fünf Federsteifigkeitsstufen erzeugen. Am weichsten ist der Torsionsstab 4 in einer ersten Federsteifigkeitsstufe, wenn keine oder nur eine der Kupplungseinheiten 16A bis 16D das Gehäuse 50 mit den Stabteilen 6, 8 drehfest verbindet. In dieser Anordnung wirkt das Gehäuse 50 nicht, vielmehr können sich die Stabteile 6, 8 gegeneinander verdrehen. In einer gegenüber der ersten Federsteifigkeitsstufe härteren zweiten Federsteifigkeitsstufe verbinden die beiden Kupplungseinheiten 16B und 16C die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Unter Vernachlässigung des dritten Abstands D verhält sich der Torsionsstab 4 wie ein durchgehender Torsionsstab, der über seine Gesamtlänge L tordiert werden kann. In einer gegenüber der zweiten Federsteifigkeitsstufe härteren dritten Federsteifigkeitsstufe verbinden die Kupplungseinheiten 16B und 16D die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50.
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Hierbei ist der Torsionsstab 4 um eine erste virtuelle Länge L‘ tordierbar, wobei die erste virtuelle Länge L‘ aus der um den zweiten Abstand C verringerte Gesamtlänge L besteht. In einer gegenüber der dritten Federsteifigkeitsstufe härteren vierten Federsteifigkeitsstufe verbinden die Kupplungseinheiten 16A und 16C die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Hierbei ist der Torsionsstab 4 um eine zweite virtuelle Länge L‘‘ tordierbar, wobei die zweite virtuelle Länge L‘‘ aus der um den ersten Abstand B verringerte Gesamtlänge L besteht. In einer gegenüber der vierten Federsteifigkeitsstufe härteren fünften Federsteifigkeitsstufe verbinden die Kupplungseinheiten 16A und 16D die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Hierbei ist der Torsionsstab 4 um eine dritte virtuelle Länge L‘‘‘ tordierbar, wobei die dritte virtuelle Länge L‘‘‘ aus der um den ersten Abstand B und um den zweiten Abstand C verringerte Gesamtlänge L besteht. Somit lässt sich durch eine entsprechende Anordnung von Kupplungseinheiten 16A bis 16D innerhalb eines torsionsfesten Gehäuses 50 sowie dessen Länge die Gesamtfedersteifigkeit des Torsionsstabes 4 stufenweise steuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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