DE102011121423B4

DE102011121423B4 - Semiaktive Pendelstütze

Info

Publication number: DE102011121423B4
Application number: DE102011121423.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Nagl; Tilo Koch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-12-17
Filing date: 2011-12-17
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2031-12-18
Also published as: DE102011121423A1

Abstract

Semiaktive Pendelstütze (1) zur wahlweisen Kopplung oder Entkopplung eines Stabilisators (2) und eines radführenden Bauteils (3), mit zumindest einem Rohrelement (4), in dem zumindest abschnittsweise eine Schubstange (5) geführt ist, wobei das Rohrelement (4) einen piezoelektrischen Aktuator (6) mit einem Piezoelement (7) und einem Klemmkörper (8) aufweist, der im entkoppelten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Rohrelement (4) und der Schubstange (5) ermöglicht und im gekoppelten Zustand verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (7) im gekoppelten Zustand mittels des Klemmkörpers (8) radial reibschlüssig auf die Schubstange (5) einwirkt und dass zwischen Klemmkörper (8) und Piezoelement (7) ein Hydraulikfluid (9) eingeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine semiaktive Pendelstütze zur wahlweisen Kopplung oder Entkopplung eines Stabilisators und eines radführenden Bauteils, mit zumindest einem Rohrelement, in dem zumindest abschnittsweise eine Schubstange geführt ist, wobei das Rohrelement einen piezoelektrischen Aktuator mit einem Piezoelement und einem Klemmkörper aufweist, der im entkoppelten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Rohrelement und der Schubstange ermöglicht und im gekoppelten Zustand verhindert.
Derartige semiaktive Pendelstützen oder Koppelstangen werden im Fahrzeugbau zur wahlweisen Kopplung eines radführenden Bauteils mit einem als Torsionsstab ausgeführten Stabilisator verwendet. Der Stabilisator verringert das Wanken des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt durch das (im Rahmen der Federsteifigkeit) gleichzeitige Anheben und Absenken der mit dem Stabilisator gekoppelten Räder einer Achse. Der Stabilisator führt jedoch zu Komforteinbußen bei Geradeausfahrt, wenn, beispielsweise aufgrund eines Schlaglochs, nur ein Rad der Achse abgesenkt oder angehoben wird. Dieser Zielkonflikt wird dadurch zu umgehen versucht, indem die Pendelstütze wahlweise eine Kopplung zwischen den radführenden Bauteilen und dem Stabilisator herstellt oder nicht.
Die DE 10 2009 046 950 A1 beschreibt dazu eine semiaktive Pendelstütze zum Aktivieren oder Deaktivieren eines Stabilisators eines Fahrzeuges mit zumindest einem Außenrohr, in dem zumindest abschnittsweise ein Stangenelement geführt ist, wobei im aktivierten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Außenrohr und dem Stangenelement blockiert ist. Im nicht aktivierten Zustand ist eine Relativbewegung zwischen dem Außenrohr und dem Stangenelement zugelassen, wobei zum Blockieren und Freigeben der Relativbewegung zumindest eine Blockiereinrichtung vorgesehen ist, die in die Pendelstütze integriert ist. Als Blockiereinrichtung ist zumindest ein piezoelektrischer Aktuator zum kraftschlüssigen Blockieren oder Freigeben vorgesehen. Dabei wirkt der piezoelektrische Aktuator bei seiner Ausdehnung direkt klemmend auf das Stangenelement ein. Die Relativbewegung des Stangenelements führt jedoch zu einer hohen Scherbeanspruchung des piezoelektrischen Aktuators, was aufgrund seiner keramischen Eigenschaften zu dessen Beschädigung führen kann.
Eine ähnliche Anordnung mit denselben Nachteilen wird auch in der EP 1 157 865 A2 gezeigt.
Die gattungsbildende DE 11 2005 003 567 T5 offenbart eine semiaktive Pendelstütze zur wahlweisen Kopplung oder Entkopplung eines Stabilisators und eines radführenden Bauteils, mit zumindest einem Rohrelement, in dem zumindest abschnittsweise eine Schubstange geführt ist, wobei das Rohrelement einen piezoelektrischen Aktuator mit einem Piezoelement und einem Klemmkörper aufweist, der im entkoppelten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Rohrelement und der Schubstange ermöglicht und im gekoppelten Zustand verhindert. Die Schubstange weist mehrere umlaufende Nuten auf, in die der Klemmkörper mit einer korrespondierenden Verzahnung im gekoppelten Zustand formschlüssig eingreifen kann. Dies hat zum Nachteil, dass der Fertigungsaufwand für die Schubstange und den Klemmkörper aufgrund der komplexeren Geometrie erhöht ist. Zudem kann die Schubstange nur in einer relativ kleinen Anzahl definierter Positionen fixiert werden, insbesondere muss sichergestellt werden, dass sich der Klemmkörper sauber mit den Nuten verzahnt. Alternativ offenbart ist auch eine reibschlüssige Kopplung durch in Längsrichtung der Schubstange verlaufende Rippen und Nuten, in die der Klemmkörper eingreift.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine semiaktive Pendelstütze und ein Fahrzeug mit einer semiaktiven Pendelstütze bereitzustellen, die kostengünstig und dennoch besonders verschleißfest ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen semiaktiven Pendelstütze ist in Patentanspruch 4 beansprucht.
Eine semiaktive Pendelstütze zur wahlweisen Kopplung oder Entkopplung eines Stabilisators und eines radführenden Bauteils, hat zumindest ein Rohrelement, in dem zumindest abschnittsweise eine Schubstange geführt ist, wobei das Rohrelement einen piezoelektrischen Aktuator aufweist, der im entkoppelten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Rohrelement und der Schubstange ermöglicht und im gekoppelten Zustand verhindert, wobei der piezoelektrische Aktuator ein Piezoelement und einen Klemmkörper aufweist und wobei das Piezoelement im gekoppelten Zustand mittels des Klemmkörpers radial reibschlüssig auf die Schubstange einwirkt und dass zwischen Klemmkörper und Piezoelement ein Hydraulikfluid eingeschlossen ist.
Indem das Piezoelement im gekoppelten Zustand nicht direkt auf die Schubstange einwirkt, sondern ein robuster Klemmkörper zwischengeschaltet ist, werden die schädlichen Scherkräfte, die bei der Relativbewegung der Schubstange entstehen, von dem Klemmkörper aufgenommen. Das Piezoelement ist ausschließlich auf Druck belastet, wodurch dessen Verschleiß deutlich geringer ausfällt. Der entkoppelte und gekoppelte Zustand wird durch die am Piezoelement angelegte Spannung eingestellt. Als radführendes Bauteil kann ein Querlenker oder Radträger verstanden werden. Die Schubstange und der Klemmkörper können von ihrer Oberflächenstruktur so ausgebildet sein, dass der gegenseitige Eingriff fester ist. Der Klemmkörper wirkt radial reibschlüssig auf die Schubstange ein. Dabei legt sich der Klemmkörper an die Außenkontur der glatten Schubstange an und verhindert deren Relativbewegung allein durch die entstehende Flächenpressung. Das Hydraulikfluid federt Stöße zwischen Klemmkörper und Piezoelement besonders gut ab und kann auch zur Vervielfachung der vom Piezoelement erzielbaren Längsausdehnung genutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Piezoelement achsparallel zur Schubstange angeordnet. Die achsparallele Anordnung des Piezoelements in Bezug auf die Schubstange erlaubt einen besonders kompakten Aufbau der Pendelstütze. Die axiale Dehnung des Piezoelements wird durch das Hydraulikfluid auf den radial geführten Klemmkörper übertragen.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Piezoelement aus einer Vielzahl übereinandergeschichteter Piezokristallplättchen aufgebaut. Die Vielzahl der Piezokristallplättchen erlaubt eine betragsmäßig größere Dehnung des Piezoelements in Längsrichtung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:

1 eine erste Ausführungsform einer semiaktiven Pendelstütze;
2 eine zweite, nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform einer semiaktiven Pendelstütze.

Gemäß der 1 hat eine semiaktive Pendelstütze 1 ein Rohrelement 4, in dem eine Schubstange 5 verschiebbar gelagert ist. An einem Fortsatz 10 des Rohrelements 4 ist ein radführendes Bauteil 3 angelenkt und an einem über das Rohrelement 4 hinausragenden Ende der Schubstange 5 ist ein Stabilisator 2 angelenkt. Das Piezoelement 7 ist achsparallel zur Schubstange 5 neben dieser angeordnet und wirkt über ein Hydraulikfluid 9 auf einen Klemmkörper 8. Der Klemmkörper 8 wird im gekoppelten Zustand, der durch das Anlegen einer Spannung an das Piezoelement 7 hervorgerufen wird, gegen die Schubstange 5 gedrückt, wodurch eine Relativbewegung der Schubstange 5 zum Rohrelement 4 unterbunden wird. Im entkoppelten Zustand kann sich die Schubstange 5 hingegen im Rohrelement 4 frei verschieben.
Gemäß der 2 hat eine semiaktive Pendelstütze 1 ein Rohrelement 4, in dem eine Schubstange 5 verschiebbar gelagert ist. An einem Fortsatz 10 des Rohrelements 4 ist ein radführendes Bauteil 3 angelenkt und an einem über das Rohrelement 4 hinausragenden Ende der Schubstange 5 ist ein Stabilisator 2 angelenkt. Das Piezoelement 7 ist radial zur Schubstange 5 ausgerichtet und wirkt direkt auf einen Klemmkörper 8. Der Klemmkörper 8 wird im gekoppelten Zustand, der durch das Anlegen einer Spannung an das Piezoelement 7 hervorgerufen wird, gegen die Schubstange 5 gedrückt, wodurch eine Relativbewegung der Schubstange 5 zum Rohrelement 4 unterbunden wird. Im entkoppelten Zustand kann sich die Schubstange 5 hingegen im Rohrelement 4 frei verschieben.
Bezugszeichenliste

1: Pendelstütze
2: Stabilisator
3: radführendes Bauteil
4: Rohrelement
5: Schubstange
6: piezoelektrischer Aktuator
7: Piezoelement
8: Klemmkörper
9: Hydraulikfluid
10: Fortsatz

Claims

Semiaktive Pendelstütze (1) zur wahlweisen Kopplung oder Entkopplung eines Stabilisators (2) und eines radführenden Bauteils (3), mit zumindest einem Rohrelement (4), in dem zumindest abschnittsweise eine Schubstange (5) geführt ist, wobei das Rohrelement (4) einen piezoelektrischen Aktuator (6) mit einem Piezoelement (7) und einem Klemmkörper (8) aufweist, der im entkoppelten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Rohrelement (4) und der Schubstange (5) ermöglicht und im gekoppelten Zustand verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (7) im gekoppelten Zustand mittels des Klemmkörpers (8) radial reibschlüssig auf die Schubstange (5) einwirkt und dass zwischen Klemmkörper (8) und Piezoelement (7) ein Hydraulikfluid (9) eingeschlossen ist.
Semiaktive Pendelstütze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (7) achsparallel zur Schubstange (5) angeordnet ist.
Semiaktive Pendelstütze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (7) aus einer Vielzahl übereinandergeschichteter Piezokristallplättchen aufgebaut ist.
Fahrzeug mit mindestens einer semiaktiven Pendelstütze (1) nach Anspruch 1.