DE102014217579A1

DE102014217579A1 - Vorrichtung zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugaufbau sowie Stabilisator für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014217579A1
Application number: DE102014217579.8A
Authority: DE
Inventors: Robert Krüger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft u. a. eine Vorrichtung 100 zur Befestigung eines Stabilisators 200 an einem Fahrzeugaufbau. Die Vorrichtung 100 umfasst mindestens eine permanente Lagereinheit 110 und eine steuerbare Lagereinheit 120. Die permanente Lagereinheit 110 und die steuerbare Lagereinheit 120 umgeben den Stabilisator 200. Die permanente Lagereinheit 110 und die steuerbare Lagereinheit 120 sind nebeneinander und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Der Stabilisator 200 ist über die permanente Lagereinheit 110 mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar. Die steuerbare Lagereinheit 120 ist ausgebildet, eine Kopplung zwischen Stabilisator 200 und Fahrzeugaufbau zu ändern.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugaufbau sowie einen Stabilisator für ein Kraftfahrzeug.
Stabilisatoren werden im Fahrzeugbau als Federelemente eingesetzt, die zur Verbesserung der Straßenlage eines Kraftfahrzeugs beitragen. Dabei wird eine gewünschte Federwirkung durch Torsion von oft runden als Stabilisatoren fungierenden Drehstäben erreicht, deren Mittelteil drehbar an der Karosserie bzw. an dem Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs befestigt ist. Die Enden des Stabilisators, die als Hebel wirken, sind über Gummielemente an der Radaufhängung des Fahrzeugs, bspw. Querlenkern, angebracht. In der Regel ist an jeder Achse eines Kraftfahrzeugs, d. h. an der Vorder- und Hinterachse, mindestens ein Stabilisator angeordnet.
Beim Anheben eines Rades einer Achse wird über eine Verdrehung des eingesetzten Stabilisators das andere Rad der Achse ebenfalls angehoben. Beim Absenken des Rades wird das andere Rad der Achse ebenfalls abgesenkt. Dieser Vorgang wird auch als „kopieren” der Anregung bezeichnet. Durch den Stabilisator wird bei einer Kurvenfahrt ein übermäßiges seitliches Wanken der Karosserie vermieden, welches oft aufgrund der Querbeschleunigungen auftreten.
Die Federwirkung des Stabilisators hängt insbesondere zu Beginn der Ein- bzw. Auslenkung auch von der Härte bzw. Steife bzw. Nachgiebigkeit der Stabilisatorlager ab. Ist das Stabilisatorlager bspw. weich ausgeführt, dann wird die Anregung von einem Rad der Achse lediglich zu einem geringen Grad auf das andere Rad übertragen (geringes Kopieren der Anregung). Ist das Stabilisatorlager indes hart ausgeführt, dann wird der Fahrzeugaufbau insgesamt steifer und die Anregung wird vergleichsweise gut auf das andere Rad übertragen. Ein hartes Stabilisatorlager trägt somit zur Fahrsicherheit bei, während ein weiches Stabilisatorlager etwaige unebene Straßenbahnabschnitte besser ausfedert.
Ein weiches Stabilisatorlager ist ein Lager mit einer geringen radialen Steifigkeit in Richtung der Fahrzeugkarosserie bzw. Fahrzeug-Hochachse. Mit anderen Worten weist das Stabilisatorlager in einer Richtung senkrecht zur Achsrichtung Z des Stabilisators eine geringe Federkonstante bzw. Federrate auf. Umgekehrt ist ein hartes Stabilisatorlager ein Lager, welches in radialer Richtung R eine vergleichsweise große Federrate aufweist. Die Federrate bezeichnet dabei die Härte bzw. Steifigkeit bzw. Nachgiebigkeit der Lagereinheit in radialer Richtung, d. h. senkrecht zur Achsrichtung Z des Stabilisators, insbesondere in Richtung der Vertikalen bzw. Fahrzeug-Hochachse.
Aus der DE 10 2010 036 626 A1 ist ein Kraftfahrzeugaufbau bekannt, bei dem der Stabilisator von einem Körper umschlossen ist. Der Körper umfasst zwei miteinander in Verbindung stehende Hohlkammern, die jeweils mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Die Hohlkammern sind durch Kanäle miteinander verbunden und die Viskosität der Flüssigkeiten wird durch einen Elektromagneten verändert.
Ferner ist aus der DE 19510719 A1 ein Stabilisatorlager bekannt, das übereinander liegende und mit Strömungsmittel gefüllte Kammern aufweist, die über eine im Durchflussquerschnitt veränderliche Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Ein Schaltzylinder ist dabei in der Lage, den Durchflussquerschnitt zu verändern.
Die vorbekannten veränderlichen Stabilisatorlager arbeiten mit einem Arbeitsfluid, welches anfällig für Defekte, wie bspw. Leckagen ist. Ferner ist es in der Praxis schwierig, bei gleichem Bauraum leistungsfähige variable Stabilisatorlager bereit zu stellen. Für die Praxis interessante Änderungsbereiche der radialen Federkonstanten und für gute Änderungsgeschwindigkeiten der radialen Federkonstanten sind vergleichsweise große Lageraufbauten erforderlich.
Ferner bekannt sind Aktuatoren, die bewegliche Stabilisatorabschnitte zueinander verdrehen. Beispielsweise zeigt die DE 10 2005 054 798 A1 einen solchen Aktuator. Nachteilig an solchen Aktuatoren ist, dass sie konstant mit vergleichsweise hohem Energieaufwand betrieben werden müssen. Ferner sind die Systeme relativ komplex und verursachen vergleichsweise hohe Herstellungskosten und benötigen überdies zusätzlichen Bauraum.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der vorbekannten Lösung zu reduzieren bzw. zu beheben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugbau. Eine solche Vorrichtung zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugbau wird allgemein auch als Stabilisatorlager bzw. Stabilisatorlageraufbau bezeichnet. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine zweite bzw. steuerbare bzw. regelbare bzw. zuschaltbare Lagereinheit und kann mindestens eine erste bzw. permanente bzw. dauerhafte Lagereinheit umfassen. Nachstehend wird vereinfacht für diese Lagereinheiten die Begriffe „permanente Lagereinheit” und „steuerbare Lagereinheit” verwendet. Bzgl. der steuerbaren Lagereinheit sei darauf hingewiesen, dass sowohl eine Steuerung als auch eine Regelung der Lagereinheit vorgesehen sein kann.
Die permanente Lagereinheit und die steuerbare Lagereinheit umgeben bzw. umschließen den Stabilisator. Die permanente Lagereinheit und die steuerbare Lagereinheit sind in Achsrichtung Z des Stabilisators nebeneinander und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Unmittelbar benachbart bedeutet, dass die beiden Lagereinheiten aneinander angrenzen. Sie können einteilig sein, sich berühren oder bspw. mit einem kleinen Spalt voneinander beabstandet sein. Bevorzugt beträgt die Spaltweite weniger als 50 mm, ferner bevorzugt weniger als 20 mm, und besonders bevorzugt weniger als 5 mm. Bevorzugt wird die Lagerbasis, d. h. der Abstand der Stabilisatorlager zwischen dem Stabilisatorrücken, möglichst groß gewählt, um eine möglichst große Länge des Stabilisatorrückens zu erzielen (Federspeicher). Bevorzugt liegen die parallel geschalteten Lagereinheiten möglichst nah beieinander. Die permanente Lagereinheit und die steuerbare Lagereinheit sind parallel zueinander geschaltet.
Der Stabilisator kann über die permanente Lagereinheit permanent mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar sein. Mit anderen Worten ist die permanente Lagereinheit derart ausgebildet, dass sie den Stabilisator dauerhaft bzw. permanent mit dem Fahrzeugaufbau direkt oder indirekt verbinden bzw. koppeln kann. Wiederum anders ausgedrückt stellt die permanente Lagereinheit eine erste Lagerung des Stabilisators dar, die fortwährend und mit konstanter Federsteifigkeit in radialer Richtung den Stabilisator in der montierten Position mit dem Fahrzeugaufbau verbinden kann. Die permanente Lagereinheit stellt somit eine andauernde mechanische Kopplung dar, die derart konstruiert ist, dass sie nicht durch die Regelung vom Stabilisatorstab getrennt werden kann. Es ist jedoch denkbar, dass in einer weiteren Ausgestaltung ebenfalls die permanente Lagereinheit über eine veränderbare Kopplung, d. h. einstellbare Steifigkeit, verfügt.
Die steuerbare Lagereinheit ist ausgebildet, die (weitere) Verbindung bzw. die Kopplung der steuerbaren Lagereinheit zwischen dem Stabilisator und dem Fahrzeugaufbau zu ändern, insbesondere herzustellen und/oder zu trennen. Anders ausgedrückt umfasst die steuerbare Lagereinheit eine variable Federrate. Bevorzugt ist die steuerbare Lagereinheit ausgebildet, die Kopplung derart zu trennen, dass keine Kräfte und/oder Momente über die steuerbare Lagereinheit auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden.
Die Vorrichtung zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugaufbau stellt also einen Lagerpunkt bzw. ein Stabilisatorlager dar, der bzw. das bevorzugt zwei parallel zueinander geschaltete Lagereinheiten aufweist, die vorteilhaft unmittelbar benachbart nebeneinander angeordnet sind, und wobei eine Lagereinheit selektiv zuschaltbar bzw. selektiv koppelbar ausgeführt ist.
Die hier offenbarte Vorrichtung ermöglicht es, ein Stabilisatorlager vorzusehen, dessen Federkonstante in radialer Richtung variiert werden kann, ohne dass permanent hierzu das Stabilisatorlager mit Energie versorgt werden muss. Ist bspw. die steuerbare Lagereinheit entkoppelt, so werden keine Kräfte und/oder Momente über die steuerbare Lagereinheit übertragen. Die permanente Lagereinheit überträgt dann die Kräfte und/oder Momente, wozu zweckmäßig keine zusätzliche elektrische oder hydraulische Energie vom Kraftfahrzeug bereitgestellt werden muss. Bevorzugt lassen sich die beiden parallelen Lagereinheiten auf vergleichsweise geringem Bauraum unterbringen.
Im Vergleich zu vorbekannten Aktuatoren, die Abschnitte des Stabilisators gegeneinander verdrehen, ist die hier offenbarte Vorrichtung vergleichsweise einfach aufgebaut. Gegenüber den vorbekannten Aktuatoren kann die hier offenbarte Vorrichtung zudem günstiger und/oder robuster sein.
Bevorzugt ist im gekoppelten Zustand beider Lagereinheiten die Federrate der permanenten Lagereinheit (immer) geringer als die Federrate der steuerbaren Lagereinheit. Durch die steuerbare Lagereinheit mit einer erhöhten Federrate wird das Gesamtsystem des Stabilisators deutlich härter.
Weiterhin kann man in gewissen Grenzen das Eigenlenkverhalten des Kraftfahrzeuges beeinflussen.
Bevorzugt weist die steuerbare Lagereinheit ein Stellglied auf, das geeignet ist, die Kopplung zwischen Stabilisator und Fahrzeugaufbau zu ändern, insbesondere herzustellen oder zu trennen. Das Stellglied kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder durch andere bekannte Betätigungsformen betätigbar sein. Neben dem Trennen und Koppeln sind auch Zwischenstufen der kontinuierlichen Stellung denkbar.
Beispielsweise kann die steuerbare Lagereinheit mittels einer Flüssigkeit ge- bzw. entkoppelt werden. Hierzu kann bspw. eine Manschette um den Stabilisator vorgesehen sein, die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt wird, um die steuerbare Lagereinheit mit dem Stabilisator zu koppeln. Auch sind andere hydraulisch steuerbare Lagereinheiten denkbar, die neben der permanenten Lagereinheit parallel geschaltet vorgesehen sein können.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugaufbau mit einer steuerbaren Lagereinheit, die ein Stellglied aufweist, das geeignet ist, die Kopplung zwischen Stabilisator und Fahrzeugaufbau zu ändern, wobei das Stellglied ein rein mechanisches Stellglied bzw. ein rein mechanischer Aktuator ist. Ein rein mechanisches Stellglied ist dabei ein Stellglied, welches nicht mit einem Fluid agiert bzw. interagiert, um die Kopplung zu ändern. Das rein mechanische Stellglied kann dabei beispielsweise die Federrate der steuerbaren Lagereinheit durch eine mechanische Bewegung von mindestens einem Bauteil erzielen, ohne dass ein Fluid zur Veränderung der Kopplung im Stellglied aktiv wird. Insbesondere ein rein elektromechanisches Stellglied kann bspw. eine Haltevorrichtung umfassen. Ein Stellantrieb kann einen elektrischen Motor umfassen. Besonders bevorzugt umfasst der Stellantrieb einen Servomotor. Ferner kann das Stellglied eine Rückstellfeder umfassen, welche die Haltevorrichtung in ihre Ausgangslage zurück stellt.
Neben der Ausführung mit zwei parallelen Lagereinheiten ist hier auch eine Technologie offenbart, bei der lediglich eine steuerbare Lagereinheit vorgesehen ist, die durch mindestens ein rein mechanisches Stellglied die Kopplung zwischen Stabilisator und Fahrzeugaufbau ändert. Im Vergleich zu hydraulischen Stellgliedern besteht bei einer rein mechanischen Kopplung nicht die Gefahr, dass Fluid aus dem Lager entweicht. Auch kann der Energieverbrauch geringer sein. Dabei können die verschiedenen rein mechanischen Stellglieder der hier offenbarten Technologie eingesetzt werden.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung zwei oder mehr parallel geschaltete Lagereinheiten, die ein Stabilisatorlager ausbilden. Gegebenenfalls können auch mehrere steuerbare Lagereinheiten zugeschaltet werden, beispielsweise kann ein dreistufiges Stabilisatorlager vorgesehen sein.
Die steuerbare Lagereinheit kann bspw. mindestens ein Lagerelement aufweisen. Das Lagerelement kann derart ausgebildet sein, dass es am Stabilisator permanent anliegt. Das Lagerelement kann bspw. stoff- und/oder formschlüssig am Stabilisator gehalten sein. Beispielsweise kann das den Stabilisator umgebende Lagerelement als postvulkanisiertes Lager ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Lagerelement mit dem Fahrzeugbau, beispielsweise mit dem Gehäuse der Vorrichtung oder mit einem Haltebügel, verbunden sein.
Die steuerbare Lagereinheit kann eine Haltevorrichtung bzw. ein Haltemittel aufweisen. Die Haltevorrichtung kann in einer ersten Position das Lagerelement mit dem Fahrzeugaufbau verbinden bzw. koppeln. Die Haltevorrichtung kann bevorzugt in einer zweiten Position das Lagerelement nicht oder nur zu einem geringen Grad verbinden bzw. koppeln. Mit anderen Worten kann bevorzugt über die Haltevorrichtung die Kopplung verändert werden. Die Haltevorrichtung kann im Prinzip jedes Mittel sein, das das erste Lagerelement veränderbar koppeln kann. Beispielsweise kann eine durchmesservariable Manschette um das Lagerelement herum angeordnet sein. Auch andere Arten der mechanischen Durchmesservariation und/oder Kopplung sind denkbar.
Bevorzugt umfasst die Haltevorrichtung mindestens einen Kniehebelmechanismus und besonders bevorzugt mehrere Kniehebelmechanismen.
Die Haltevorrichtung kann mindestens einen verschiebbaren Bolzen und/oder einen Keil umfassen, wobei der Bolzen oder der Keil in einer ersten Position den Stabilisator mit dem Fahrzeugaufbau koppelt, und wobei der Bolzen oder der Keil in einer zweiten Position den Stabilisator nicht oder zu einem geringeren Grad koppelt. Ferner bevorzugt umfasst die Haltevorrichtung mindestens einen verschiebbaren Bolzen, der eine Kopplung mit dem mindestens einen Lagerelement durch eine Verschiebung ändern kann. Die Haltevorrichtung kann ferner mindestens einen keilförmigen Abschnitt aufweisen, der durch Verkeilen mit dem mindestens einen Lagerelement die Koppelung ändern kann.
Bevorzugt umfasst die Haltevorrichtung Spannarme bzw. Hebelarme, die konzentrisch um das Lagerelement angeordnet sein können. Ferner bevorzugt sind die Spannarme in der ersten Position in bzw. entgegen der radialen Richtung R ausgerichtet. Die Spannarme können ferner in der zweiten Position winklig zur radialen Richtung R verlaufen. Die radiale Richtung R ist die Richtung senkrecht zur Längsachse Z und senkrecht zur Umfangsoberfläche des Stabilisators, der von der permanenten Lagereinheit und/oder der steuerbaren Lagereinheit umgeben wird.
Radial verlaufende Spannarme in der gekoppelten Position ermöglichen eine besonders gute Kraftübertragung. Bei einem solchen Kniehebel müssen dabei zum Spannen bzw. Koppeln des Lagerelementes bzw. der Lagereinheit vergleichsweise geringe Spannkräfte vom Antrieb aufgebracht werden. Vorteilhaft lassen sich diese Kräfte somit durch einen vergleichsweise kompakten und kostengünstigen Antrieb aufbringen. Überdies ist es mit einem solchen elektromechanischen Stellglied möglich, die Kopplung zwischen dem Stabilisator und dem Fahrzeugaufbau vergleichsweise schnell zu ändern.
Bevorzugt sind die Spannarme an ihrem radial äußeren Ende mit einem Ringelement verbunden. Bevorzugt ist das Ringelement konzentrisch zum Stabilisator und/oder zum Lagerelement angeordnet. Das Ringelement kann in bzw. gegen die Umfangsrichtung U rotierbar ausgebildet sein. Durch Rotation des Ringelementes können die Spannarme aus der ersten Position in die zweite Position bewegt werden und vice versa. Bevorzugt kann der elektrische Antrieb stufenlos das Ringelement auf eine gewünschte Position verfahren. Insbesondere vorteilhaft ist an dem Antrieb ein Ritzel vorgesehen, welches in eine Zahnstange eingreift, die am äußeren Umfang des Ringelementes angebracht ist. Ferner kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, die die Zahnstange nach ihrer Auslenkung wieder in die Ursprungslage zurück stellt. Bevorzugt umgibt das Ringelement zumindest bereichsweise die Spannarme.
Aufgrund des vergleichsweise großen Durchmessers des Ringelementes kann mit einfachen Mitteln eine Getriebestufe mit großem Übersetzungsverhältnis implementiert werden. Dadurch lässt sich ein wiederum kleinerer Motor verwenden, wodurch Bauraum und Herstellungskosten weiter optimiert werden können. Bevorzugt ist das Ringelement im bzw. am Gehäuse der Vorrichtung gelagert. Vorteilhaft kann das Gehäuse die permanente Lagereinheit und die steuerbare Lagereinheit aufnehmen. Weiter bevorzugt wird das Gehäuse durch mindestens einen Deckel verschlossen.
Am radial inneren Ende der Spannarme kann bevorzugt jeweils ein Spannfutter vorgesehen sein. Das Spannfutter kann bspw. einen flächigen Reibkörper aufweisen. Die Kontaktfläche des Spannfutters kann bevorzugt eine konkave Wölbung umfassen, die einer konvexen Wölbung des Lagerelementes entsprechen kann. Neben dieser reibschlüssigen Verbindung zwischen Spannfutter und Lagerelement ist es alternativ oder zusätzlich vorstellbar, einen Formschluss zwischen Spannfutter und Lagerelement vorzusehen. Bevorzugt ist das Spannfutter gelenkig mit dem Spannarm verbunden. In der ersten Position kann das Spannfutter am Lagerelement fest anliegen. In der zweiten Position kann das Spannfutter beabstandet bzw. zurückversetzt zum Lagerelement angeordnet sein.
Bevorzugt ist das mindestens eine Lagerelement als Wälzlager ausgebildet, besonders bevorzugt als Nadellager. Ein solches Wälzlager hat den Vorteil, dass die steuerbare Lagereinheit im gekoppelten Zustand sehr steif ist (hohe Federrate), ohne jedoch störende Reibkräfte auf den Stabilisator zu übertragen. Würde bspw. ein Gummilager eingesetzt, so würden die vom Spannfutter in der ersten Position ausgeübten Anpresskräfte eine Reibkrafteinwirkung am Stabilisator verursachen. Ferner sind Wälzlager vergleichsweise wartungsarm. Die permanente Lagereinheit ist bevorzugt als postvulkanisiertes Lager ausgebildet, welches stoffschlüssig mit dem Stabilisator verbunden ist. Der gezielte Einsatz des annähernd frei drehbar gelagerten Stabilisators verbessert zusätzlich die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs, insbesondere wenn die permanente Lagereinheit als weiches vulkanisiertes Gummilager und die steuerbare Lagereinheit frei drehbar ausgebildet ist.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner einen Stabilisator für ein Fahrzeug. Der Stabilisator umfasst mindestens zwei hier offenbarte Vorrichtungen zur Befestigung eines Stabilisators an einem Fahrzeugaufbau. Die Vorrichtungen bzw. Stabilisatorlager sind voneinander beabstandet am Fahrzeugaufbau befestigt und halten den Stabilisator. Bevorzugt sind die Stabilisatorlager 50 cm bis 150 cm, ferner bevorzugt 80 cm bis 120 cm, und besonders bevorzugt 60 cm bis 90 cm voneinander beabstandet.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren weiter erläutert, wobei die Figurenbeschreibung nicht zur einschränkenden Auslegung der Patentansprüche herangezogen werden darf. Es zeigen:
1 und 2 perspektivische Teilansichten eines Stabilisators 200 samt Stabilisatorlager 100,
3 und 4 perspektivische Explosionszeichnungen des Stabilisatorlagers 100,
5 eine halbgeschnittene Seitenansicht des Stabilisatorlagers 100,
6 eine halbgeschnittene Frontansicht eines Stabilisatorlagers 100,
7 eine geschnittene Seitenansicht des Stabilisatorlagers 100 in der zweiten Position 125'',
8 eine geschnittene Seitenansicht des Stabilisatorlagers 100 in der ersten Position 125',
9 bis 11 schematische Darstellungen des Stabilisatorlagers 100,
12 ein schematisches Schaltbild der Federelemente, die den Stabilisator 200 beschreiben, und
13 die entsprechenden Federkennlinien.
1 zeigt einen Stabilisator 200, dessen abgewinkeltes Ende 210 mit einem Gummigelenk (nicht gezeigt) verbunden ist. Das Gummigelenk ist bspw. über eine Pendelstütze oder Koppelstange mit der Radaufhängung verbunden. Der Mittelteil des hier gezeigten Stabilisatorabschnittes mündet hier in das Stabilisatorlager 100, dessen Gehäuse 132 mit einem hier nicht dargestellten Fahrzeugaufbau in einem Halteabschnitt 133 (vgl. 3) verbunden ist.
2 zeigt eine weitere Ansicht des Stabilisators 200 sowie des Stabilisatorlagers 100. Das dargestellte Stabilisatorlager 100 umfasst ein Gehäuse 132 und ein Ringelement 134, welche hier die permanente Lagereinheit 110 und die steuerbare Lagereinheit 120 verdecken. Die beiden Lagereinheiten 110, 120 sind hier in axialer Längsrichtung Z des Stabilisators 200 nebeneinander angeordnet. Ferner ist in 2 der elektrische Servomotor 142 erkennbar, der das Ringelement 134 antreibt. In 2 ist zur Vereinfachung lediglich eine Hälfte des Stabilisators 200 mit einem Stabilisatorlager 100 gezeigt.
3 und 4 zeigen schematisch in axialer Längsrichtung Z folgende Komponenten: Deckel 136 samt Schrauben, Stellkranz bzw. Haltevorrichtung 124 umfassend acht Spannarme 125 samt Spannfutter 127, permanente Lagereinheit 110, Lagerelement 122, eine weitere permanente Lagereinheit 110, Ringelement 134, Gehäuse 132 samt Aussparungen 138, Führungen 137 und Halteabschnitt 133, Antrieb 142 samt Ritzel, und Deckel 136. Die steuerbare Lagereinheit 120 umfasst hier das Lagerelement 122 sowie die Haltevorrichtung 124, die konzentrisch zum Lagerelement 122 angeordnet ist und diese umgibt.
5 zeigt einen Schnitt durch das Stabilisatorlager 100 im Bereich der steuerbaren Lagereinheit 120. Die Spannarme 125 sind hier in der zweiten Position 125'' gezeigt. Zwischen der konkaven Kontaktfläche der Spannfutter 127 und der äußeren Umfangsfläche des hier als Nadellager 110 ausgeführten Lagerelementes 122 ist hier ein Luftspalt S vorgesehen. Das Spannfutter 127 und das Nadellager 122 sind nicht miteinander mechanisch gekoppelt. Somit ist auch der Stabilisator 200 nicht über die steuerbare Lagereinheit 120 mit dem Fahrzeugaufbau gekoppelt. In der zweiten Position 125'' ergibt sich mit dem belegten Spannarm 125 ein weiches Stabilisatorlager 100, dessen Federrate in der Regel maßgeblich vom insbesondere weichen permanenten Lager 110 abhängt. Es ergibt sich eine wankweiche Anbindung, besonders um die k. o.-Lage (0-Lage) des Stabilisators.
6 zeigt eine geschnittene Längsansicht des Stabilisatorlagers 100. Die permanente Lagereinheit 110 ist hier als postvulkanisiertes Lager 110 ausgeführt. Ein zweites postvulkanisiertes Lager 110 wird hier durch das Ringelement 134 bzw. durch das Gehäuse 132 verdeckt. Das Nadellager 122 wird seitlich durch die postvulkanisierten Lager 110, 110 begrenzt. Zwischen den postvulkanisierten Lagern 110, 110 und dem Nadellager 122 kann ebenfalls ein Spalt angeordnet sein. Die 6 zeigt die steuerbare Lagereinheit 120 in der zweiten Position 125'', in der das Nadellager 122 nicht oder nur zu einem geringen Grad gekoppelt ist. Vorliegend ist das Spannfutter 127 im Abstand S zur äußeren Oberfläche des Nadellagers 122 angeordnet. Folglich sind Nadellager 122 und Haltevorrichtung 124 hier vollständig entkoppelt.
7 zeigt eine weitere Teilansicht des Stabilisatorlagers 100, wie sie schon in der 5 dargestellt ist. Die Haltevorrichtung 124 ist in radialer Richtung zurückversetzt bzw. beabstandet vom Nadellager 122 angeordnet, so dass zwischen Nadellager 122 und Haltevorrichtung 124 ein Luftspalt S entsteht. Der Durchmesser D'', der den Innendurchmesser der Haltevorrichtung 124 markiert, ist größer als der Außendurchmesser des Lagerelementes 122. Die Spannfutter 127 sind hier in Aussparungen 138 angeordnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel entsteht eine im Wesentlichen geschlossene Innenwand mit dem Innendurchmesser D'', die durch die Spannfutter 127 und die Führungen 137 gebildet wird.
8 zeigt eine weitere Querschnittsansicht des Stabilisatorlagers 100. Im Vergleich zur Ansicht der 7 wurde in der 8 das Ringelement 134 in Umfangsrichtung U, hier also entgegen dem Uhrzeigersinn, durch den Antrieb 142 verdreht. Durch die Drehung des Ringelementes 134 wurden die Spannarme 125 aus ihrer zweiten Position 125'' in die erste Position 125' bewegt. Waren die Spannarme in der 7 noch winkelig zur radialen Richtung R angeordnet, so erstrecken sich die Spannarme 125 nun in der in 8 dargestellten ersten Position 125' in radialer Richtung R. Das Spannfutter 127 ist in der ersten Position 125' nun mit dem Nadellager 122 verbunden. In dieser ersten Position 125' sind die Stellhebel 125 aufgestellt. Es ergibt sich für die steuerbare Lagereinheit 120 sowie für das Stabilisatorlager 100 insgesamt eine hohe Federrate und somit ein hartes bzw. steifes Lager. Es ergibt sich eine steife Anbindung. Um die k. o.-Lage wirkt das System als steifes Wälzlager.
Aufgrund der Kniehebelmechanik wird zur Verdrehung des Ringelementes 134 lediglich ein vergleichsweise geringes Antriebsmoment benötigt, das die vergleichsweise hohen Spannkräfte aufbringt. Überdies ist es vorteilhaft möglich, vergleichsweise schnell die Kopplung zwischen dem Nadellager 122 und der Haltevorrichtung 124 zu ändern. Das Gehäuse 132, insbesondere die Führungen 137, ist/sind dabei derart ausgestaltet, dass es/sie die Spannfutter 127 in bzw. entgegen der radialen Richtung führt/führen. Das hier offenbarte elektromechanische Stellglied ist vergleichsweise einfach aufgebaut. Es ist vergleichsweise robust und kostengünstig herzustellen.
In der ersten Position 125' arretiert sich das System aufgrund der ausgestreckten Spannarme 125 selbst. Energetisch kann der Stellmotor 142 beispielsweise nur zwischen der ersten Position 125' und der zweiten 125'' im Eingriff sein. Es ist keine weitere Energieversorgung notwendig. Dabei bleibt der Wirkungsgrad des Stabilisatorlagers nahezu unberührt oder wird durch fahrdynamische Vorteile sogar verbessert. Durch die mechanische Versteifung ist das Stabilisatorlager sehr robust und gleichzeitig kostengünstig umsetzbar.
9 offenbart ein Stabilisatorlager 100, das den Stabilisator 200 mit einem Halteabschnitt bzw. Haltebügel 133 steuerbar koppelt. Die Haltevorrichtung 124 umfasst hier mindestens einen verschiebbaren Keil 126, der hier in radialer Richtung R verschiebbar ist. Der Keil 126 ist beispielsweise aus einem vergleichsweise steifen Material, bevorzugt ein Metallmaterial, gefertigt. Die Haltevorrichtung 124 ist ausgebildet, den mindestens einen Keil 126 in das Lagerelement 122 hinein zu drücken. Die Innenseite des Lagers 122 kann mit dem Stabilisator 200 verbunden sein. Der Keil 126 kann beispielsweise in der hier dargestellten zweiten Position nicht gekoppelt sein. Mit anderen Worten kann der Keil 126 beabstandet vom aufnehmenden Konus des Lagerelementes 122 angeordnet sein. Wird der Keil 126 nun in radialer Richtung R zum Stabilisator 200 hin verschoben, so drückt er sich in das Lagerelement 122, dass hier ein weiches Lagerelement sein kann, beispielsweise ein postvulkanisiertes Lager. Dadurch wird die Koppelung zwischen Halteabschnitt 133 und Lagerelement 122 verändert. Es kann sich dabei die Steifigkeit des Lagerelementes 122 selbst verändern und/oder die Koppelung über die Haltevorrichtung 124 erfolgen.
Das Lagerelement 122 kann direkt mit dem Halteabschnitt 133 permanent verbunden sein, hier beispielsweise durch seitliche Bereiche 123. Es ist aber auch möglich, dass das Lager 122 nicht mit dem Halteabschnitt 133 permanent verbunden ist.
10 zeigt ein Stabilisatorlager 100 mit einer permanenten Lagereinheit 110 und einer steuerbaren Lagereinheit 120. Die steuerbare Lagereinheit 120 umfasst ein Lagerelement 122, welches mit dem Halteabschnitt 133 und somit mit dem Fahrzeugaufbau ortsfest verbunden ist. Durch eine Verschiebung in Längsrichtung Z des Stabilisators 200 wird die Kopplung der steuerbaren Lagereinheit 120 verändert. In der hier dargestellten zweiten Position sind der Stabilisator 200 und der Karosserieaufbau bzw. der Halteabschnitt 133 entkoppelt. Durch axiales Verschieben in Richtung Z wird der Keil 126 unter das Lagerelement 122 geschoben. Zwischen dem Keilelement 126 und dem Lagerelement 122 entsteht eine kraftschlüssige Verbindung, die die Kräfte und/oder Momente des Stabilisators überträgt. Anstatt einer kraftschlüssigen Verbindung kann alternativ oder zusätzlich auch eine formschlüssige Verbindung vorgesehen sein, beispielsweise kann eine Feder in eine Nut eingreifen.
11 zeigt ein Stabilisatorlager 100, bei dem durch einen Bolzen 128 eine Kopplung zwischen Stabilisator 200 und Fahrzeugaufbau bzw. Halteabschnitt 133 aufgebaut wird. Der Bolzen 128 ist hier in der zweiten gekoppelten Position gezeigt. Wird der Bolzen 128 in axialer Richtung verschoben, so wird das Lagerelement 122 freigegeben. Der Bolzen 128 kann dabei in einer weichen Lagereinheit geführt sein. Die weiche Lagereinheit kann ebenfalls permanent den Halteabschnitt 133 mit dem Stabilisator 200 verbinden. Andere Führungen sind ebenfalls vorstellbar.
Die 9 bis 11 zeigen lediglich den oberen Teil. Der entsprechende untere Teil des Stabilisatorlagers wurde weggelassen. In den 9 bis 11 können zusätzlich noch permanente Lagereinheiten 110 vorgesehen sein.
12 zeigt ein Ersatzschaltbild, welches die Federcharakteristik des hier offenbarten Stabilisators 200 repräsentiert. Die Pendelstützenkraft F_Pst,z zeigt die Anregung, die vom Reifen über etwaige Fahrwerkskomponenten und dem Gelenk auf einen Verbindungsabschnitt 210 übertragen wird. Die Federkonstante C₂₀₀ repräsentiert die federnde Wirkung des Stabilisators 200 selbst. Mit dieser Federkonstante C₂₀₀ in Serie geschaltet sind die Federwirkungen der Stabilisatorlager 100. Gemäß der hier dargestellten Ausführung ist der Stabilisator 200 mittels zweier Stabilisatorlager 100 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Jedes Stabilisatorlager 100 umfasst eine permanente Lagereinheit 110 mit einer Federkonstanten C₁₁₀ und eine steuerbare Lagereinheit 120 mit einer Federkonstanten C₁₂₀. Die steuerbaren Lagereinheiten 120 sind zuschaltbar zu den permanenten Lagereinheiten 110. Die permanente Lagereinheit 110 und die steuerbare Lagereinheit 120 eines Stabilisatorlagers sind parallel zueinander geschaltet. Ebenfalls parallel zueinander geschaltet sind die beiden Stabilisatorlager 100 selbst. Die Stabilisatorlager 100 sind über Halteabschnitte 133 mit einer Federkonstanten C_HB an dem Fahrzeugaufbau befestigt. Aus dem Ersatzschaltbild ergibt sich folgender Zusammenhang:
wobei:

C_ges: die Gesamtfederrate des Stabilisatorsystems,
C₂₀₀: die Federrate des Stabilisator(stabes) 200,
C₁₁₀: die Federrate einer permanenten Lagereinheit 110
C₁₂₀: die Federrate einer steuerbaren Lagereinheit 120, und
C_HB: die Federrate eines Halteabschnittes 133 repräsentiert.

Es ist erkennbar, dass durch die steuerbare Federrate C₁₂₀ die Gesamtfederrate gut beeinflusst werden kann, insbesondere, wenn C₁₂₀ im Vergleich zu C₁₁₀ große Werte annimmt.
13 zeigt die Federkennlinien des Stabilisatorlagers 100, wobei S die Anregung repräsentiert, die durch eine Einlenkung eines Rades auf den Stabilisator 200 ausgeübt wird. S beschreibt mit anderen Worten die Wegstrecke, um die ein Rad ein- oder ausgelenkt wird. Gestrichelt dargestellt ist der Kraft-Weg-Verlauf, der sich ergibt, wenn lediglich die weiche permanente Lagereinheit 110 den Stabilisator 200 lagert. Insbesondere bei einer kleinen Anregung S ergibt sich eine sehr weiche Kennlinie C₁₁₀, da zunächst einmal das bzw. die Stabilisatorlager 100 selbst nachgibt/nachgeben und lediglich die Anregung zu einem geringen Prozentsatz an das andere Rad übertragen wird. Wird nun die steuerbare Lagereinheit 120 mit dem Nadellager 122 zugeschaltet, so ergibt sich die resultierende Kennlinie C_110+120, eine vergleichsweise harte Kennlinie. Schon bereits kleine Anregungen S werden durch den Stabilisator 200 auf das andere Rad übertragen, ohne dass das Stabilisatorlager 100 dämpfend eingreift.
Die Beschreibung diskutiert die Elemente und Einheiten der Vorrichtung vorwiegend in der Einzahl. Mit umfasst ist jedoch auch die Mehrzahl der Elemente und Einheiten, wie beispielsweise eine Mehrzahl an permanenter und/oder steuerbarer Lagereinheiten 110, 120 oder eine Mehrzahl an Stellgliedern 124, 134, 142 die mit einer Mehrzahl an Lagerelementen 122 interagieren.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010036626 A1 [0006]
DE 19510719 A1 [0007]
DE 102005054798 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung (100) zur Befestigung eines Stabilisators (200) an einem Fahrzeugaufbau, umfassend eine permanente Lagereinheit (110) und eine steuerbare Lagereinheit (120), wobei die permanente Lagereinheit (110) und die steuerbare Lagereinheit (120) den Stabilisator (200) umgeben, wobei die permanente Lagereinheit (110) und die steuerbare Lagereinheit (120) nebeneinander und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, wobei der Stabilisator (200) über die permanente Lagereinheit (110) permanent mit dem Fahrzeugaufbau verbindbar ist, und wobei die steuerbare Lagereinheit (120) ausgebildet ist, eine Kopplung zwischen Stabilisator (200) und Fahrzeugaufbau zu ändern.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Federrate (C₁₁₀) der permanenten Lagereinheit (110) geringer ist als die Federrate (C₁₂₀) der steuerbaren Lagereinheit (120).
Vorrichtung (100) zur Befestigung eines Stabilisators (200) an einem Fahrzeugaufbau, bevorzugt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die steuerbare Lagereinheit (120) ein Stellglied (124) aufweist, das geeignet ist, die Kopplung zwischen Stabilisator (200) und Fahrzeugaufbau zu ändern, und wobei das Stellglied (124) ein rein mechanisches Stellglied (124) ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die steuerbare Lagereinheit (120) mindestens ein Lagerelement (122) aufweist, und wobei die steuerbare Lagereinheit (120) eine Haltevorrichtung (124) aufweist, wobei die Haltevorrichtung (124) in einer ersten Position (125') den Stabilisator (200) mit dem Fahrzeugaufbau koppelt, und wobei die Haltevorrichtung (124) in einer zweiten Position (125'') den Stabilisator (200) nicht oder zu einem geringeren Grad koppelt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Haltevorrichtung (124) Spannarme (125) umfasst, die konzentrisch um das Lagerelement (122) angeordnet sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Spannarme (125) in der ersten Position (125') in radialer Richtung (R) ausgerichtet sind, und wobei die Spannarme (125) in der zweiten Position (125'') winkelig zur radialen Richtung (R) verlaufen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, wobei die Spannarme (125) am radial äußeren Ende mit einem Ringelement (134) verbunden sind, wobei das Ringelement (134) rotierbar ausgebildet ist, wobei durch Rotation des Ringelementes (134) die Spannarme (125) aus der ersten Position (125') in die zweite Position (125'') bewegbar sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, wobei das Lagerelement (122) als Wälzlager (122) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, wobei die Haltevorrichtung (124) mindestens einen verschiebbaren Bolzen (128) oder einen Keil (126) umfasst, wobei der Bolzen (128) oder der Keil (126) in einer ersten Position (125') den Stabilisator (200) mit dem Fahrzeugaufbau koppelt, und wobei der Bolzen (128) oder der Keil (126) in einer zweiten Position (125'') den Stabilisator (200) nicht oder zu einem geringeren Grad koppelt.
Stabilisator (200) für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Vorrichtungen (100) zur Befestigung eines Stabilisators (200) an einem Fahrzeugaufbau nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtungen (100) voneinander beabstandet am Fahrzeugaufbau befestigt sind und den Stabilisator (200) halten.