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Die Erfindung betrifft eine Koppelstange für ein Fahrwerksystem, umfassend ein Torsionsfederelement, an welchem mehrere weitere Federelemente in Reihe geschaltet anknüpfen, indem ein zweites, einen Schenkel bildendes Federelement dem Torsionsfederelement nachgeschaltet ist und sich hieran wiederum ein drittes Federelement anschließt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wankstabilisierungssystem, bei welchem eine vorgenannte Koppelstange zur Anwendung kommt.
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Als Fahrwerksysteme sind im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik unter anderem Systeme zur Wankregulierung und Reduzierung von Karosserieneigungen bei Kurvenfahrten bekannt. Im einfachsten Fall wird ein derartiges Wankstabilisierungssystem dabei durch einen U-förmig verlaufenden Stabilisatorstab gebildet, welcher üblicherweise mit einem sogenannten Stabilisatorrücken über Lager seitens des Fahrzeugaufbaus angebunden ist, während ausgehend von dem Stabilisatorrücken Stabilisatorschenkel im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung zeigend zu den radführenden Bauteilen der jeweiligen Achse führen, wo sie dann häufig über Stabilisatorlenker angebunden sind. Kommt es im Zuge der Fahrt zu Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus, d. h. einer gegensinnigen Einfederbewegung der Räder der jeweiligen Achse, so sorgt der Stabilisator aufgrund einer Torsion des Stabilisatorstabes für die Erzeugung eines Rückstellmoments um die Wankachse, wodurch die Neigung des Fahrzeugaufbaus reduziert wird. Neben solchen, auch als passive Systeme bezeichneten Wankstabilisatoren sind aber auch aktive Wankstabilisierungssysteme bekannt, bei welchen zwei, dann im Wesentlichen L-förmig gestaltete Stabilisatorstäbe über einen zwischenliegenden Aktuator miteinander gekoppelt sind und über diesen Aktuator relativ zueinander verdreht werden können, um ein definiertes Rückstellmoment um die Wankachse hervorzurufen. Darüber hinaus kommen als Fahrwerksysteme aber auch Einrichtungen zur Anwendung, über welche sich die Kinematik des einzelnen Fahrzeugrades gezielt verstellen lässt. Bei derartigen aktiven Fahrwerksystemen können neben Wankbewegungen zumeist auch Nickbewegungen des jeweiligen Kraftfahrzeuges reguliert werden. Ein wesentlicher Faktor bei allen Systemen ist eine Gesamtsteifigkeit, wobei hinsichtlich des Komforts eine geringe Steifigkeit anzustreben ist.
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Aus der
DE 10 2012 218 396 A1 geht ein Fahrwerksystem für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem eine Kinematik eines Fahrzeugrades über einen elektromechanischen Drehsteller mit Hilfe einer zwischenliegenden Koppelstange verstellt werden kann. Der Drehsteller ist dabei an einem Fahrzeugaufbau elastisch aufgehängt und ist achsversetzt zu der Koppelstange platziert, wobei die Anbindung über eine Stirnradstufe, sowie zwei hintereinanderliegende Planetenstufen verwirklicht ist. Die Koppelstange selbst setzt sich aus mehreren in Reihe geschalteten Federelementen zusammen, wobei ein erstes Federelement in Form eines Torsionsfederelements an die abtriebsseitige Planetenstufe angebunden und an einem hierzu entgegengesetzten Ende mit einem zweiten Federelement verbunden ist. Dieses zweite Federelement bildet dabei einen Schenkel der Koppelstange, an welcher ein drittes Federelement anknüpft, das wiederum die Verbindung zu einem radführenden Bauteil in Form eines Querlenkers herstellt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Koppelstange für ein Fahrwerksystem zu schaffen, bei welchem eine Gesamtsteifigkeit weiter reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Fahrwerksystem, welches eine erfindungsgemäße Koppelstange aufweist, geht ferner aus den Ansprüchen 6 bis 9 hervor.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Koppelstange ein Torsionsfederelement, an welchem mehrere weitere Federelemente in Reihe geschaltet anknüpfen, indem ein zweites, einen Schenkel bildendes Federelement dem Torsionsfederelement nachgeschaltet ist und sich hieran wiederum ein drittes Federelement anschließt. Das zweite und das dritte Federelement liegen erfindungsgemäß insbesondere jeweils als Biegefederelemente vor, können prinzipiell aber auch anderweitig gestaltet sein, sofern eine Anordnung der Koppelstange innerhalb des jeweiligen Fahrwerksystems dies zulässt.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass an das dritte Federelement wiederum ein viertes Federelement anknüpft, welches einer Anbindung an ein radführendes Bauteil eines Fahrwerks dient. Mit anderen Worten ist also zu dem dritten Federelement ein viertes Federelement in Reihe geschaltet, welches an einem Ende an dem dritten Federelement angebunden ist und zudem die Verbindung zu einem radführenden Bauteil eines Fahrwerks herstellt.
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Eine derartige Ausgestaltung einer Koppelstange hat dabei den Vorteil, dass durch das Vorsehen eines weiteren in Reihe geschalteten Federelements die Gesamtsteifigkeit des Systems reduziert werden kann. Insgesamt lassen sich damit komfortverbessernde Gesamtfederraten realisieren, welche zudem im Falle eines aktiven Fahrwerksystems eine Anordnung eines Drehstellers im Nahbereich des jeweiligen Fahrzeugrades ermöglichen, so dass insgesamt kompakter gebaut werden kann.
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Im Unterschied dazu wird im Falle der
DE 10 2012 218 396 A1 über das dritte Federelement eine Anbindung an den Querlenker hergestellt, so dass das Fahrwerksystem der
DE 10 2012 218 396 A1 im Endeffekt über ein Federelement weniger verfügt. Dies hat dann auch zur Folge, dass eine Gesamtsteifigkeit der Koppelstange und damit auch des Fahrwerksystems höher ist als im Falle der erfindungsgemäßen Gestaltung.
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Die einzelnen Federelemente der erfindungsgemäßen Koppelstange sind zueinander in Reihe geschaltet, d.h. dass die Federelemente in Kraftflussrichtung aufeinander folgen. Insbesondere knüpfen die Federelemente dabei unmittelbar aneinander an. Ferner sind die einzelnen Federelemente der Koppelstange bevorzugt aus einem metallischen Federstahl als Werkstoff hergestellt, wobei alternativ dazu jedoch auch bei einzelnen oder allen der Federelemente ein Werkstoff aus einem Faserkunststoffverbund zum Einsatz kommen kann.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das vierte Federelement als Biegefederelement gestaltet. In Weiterbildung dieser Ausführungsform verläuft das vierte Federelement ausgehend von einem Verbindungspunkt mit dem dritten Federelement zunächst von einem Anbindungspunkt für die Anbindung an das radführende Bauteil weg, wobei sich das vierte Federelement anschließend in Richtung des Anbindungspunkts windet und hierin verläuft. Hierdurch kann eine weiche Federkennlinie des vierten Federelements dargestellt werden. Des Weiteren ermöglicht diese verschachtelte Bauweise des vierten Federelements eine Verlagerung des Verbindungspunktes weiter in Richtung des jeweiligen Fahrzeugrades, wodurch die kinematische Übersetzung vergrößert wird. Dies wirkt sich direkt auf die Auslegung eines Drehstellers bei einem aktiven Fahrwerksystem aus, da bei großen Werten für die kinematische Übersetzung ein erforderliches Nennmoment eines Drehstellers kleingehalten werden kann.
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Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass das vierte Federelement als ein weiteres Torsionsfederelement gestaltet ist. In Weiterbildung dieser Ausgestaltungsmöglichkeit umfasst das vierte Federelement dann einen rohrförmigen Teil, welcher mit einem radial vorkragenden Abschnitt an das dritte Federelement anknüpft und an einem einem Anbindungspunkt für die Anbindung an das radführende Bauteil abgewandt liegenden Ende über einen Boden verschlossen ist. An dem Boden ist der rohrförmige Teil dann mit einem radial innenliegenden, stabförmigen Teil verbunden, der ausgehend vom Boden zum Anbindungspunkt verläuft. Hierdurch kann auch eine verschachtelte Bauweise eines Torsionsfederelements erreicht werden, welche ebenfalls eine weiche Gestaltung einer Federkennlinie ermöglicht und zudem durch Verlagerung eines Verbindungspunkts zu dem dritten Federelement die Vergrößerung einer kinematischen Übersetzung zur Folge hat.
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Prinzipiell kann das vierte Federelement je nach Wahl einer der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeiten Blattfeder- oder auch Drehstabfederartig ausgebildet sein. Es kommen jedoch auch anderweitige Ausführungsformen des Federelements in Betracht, wie beispielsweise in Form einer Schenkelfeder.
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Erfindungsgemäß kommt zumindest eine entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeiten gebildete Koppelstange in einem Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeuges zur Anwendung, wobei die Koppelstange hierbei insbesondere an ihrem Torsionsfederelement mit einem Drehsteller gekoppelt ist. Über diesen Drehsteller, welcher bevorzugt als elektromechanischer Drehsteller ausgestaltet ist, kann dann gezielt ein Verdrehen des Torsionsfederelements dargestellt werden, welches dann über das nachfolgende, zweite Federelement, sowie die weiteren Federelemente entsprechend auf das radführende Bauteil übertragen wird und für eine Verstellung der Kinematik des hiermit gekoppelten Fahrzeugrades sorgt. Besonders bevorzugt ist der Drehsteller dabei dem jeweiligen Fahrzeugrad zugeordnet und stützt sich an einem Fahrzeugaufbau ab, so dass Stellbewegungen des Drehstellers nur die Kinematik des einen Fahrzeugrades beeinflussen. Analog dazu ist dann aber auch das der gleichen Achse zugeordnete, andere Fahrzeugrad in gleicher Weise mit einem Drehsteller und zwischenliegender Koppelstange auszustatten. Alternativ kann der Drehsteller auch als hydraulisch aktuierter Steller ausgeführt sein.
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Alternativ dazu kann es sich bei dem Fahrwerksystem aber auch um ein Wankstabilisierungssystem handeln, bei welchem zwei Fahrzeugräder einer Achse miteinander gekoppelt werden können. Im einfachsten Fall erfolgt die Koppelung dabei im Rahmen eines passiven Wankstabilisierungssystems rein über die Koppelstange, welche hierzu einen U-förmigen Verlauf aufweist. Das Torsionsfederelement bildet dabei einen Stabilisatorrücken, an welchem beidseitig entsprechende weitere Federelemente anknüpfen. Ausgehend von dem Torsionsfederelement knüpfen also jeweils Schenkel bildende Federelemente, sowie weitere Federelemente spiegelbildlich zueinander an dem Torsionsfederelement an.
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Ein Wankstabilisierungssystem kann aber auch als aktives System gestaltet sein, bei welchem zwei dann spiegelbildlich gestaltete Koppelstangen über einen zwischenliegenden Drehsteller relativ zueinander verdreht werden können, um ein definiertes Rückstellmoment um eine Wankachse einzuleiten. Ein derartiger Drehsteller kann dabei ebenfalls als elektromechanischer oder auch hydraulischer Drehsteller ausgebildet sein, wobei insbesondere im Falle eines elektromechanischen Drehstellers eine Übersetzung über ein oder mehrere Getriebestufen darzustellen ist.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verläuft das vierte Federelement der Koppelstange bei Anwendung desselbigen innerhalb eines Fahrwerksystems im Innenbereich zumindest eines radführenden, vertikal beweglichen Bauteils. Hierdurch ist es möglich den im Innenbereich vorhandenen Raum für die Unterbringung des vierten Federelements zu nutzen und dieses damit auf kompakte Art und Weise anzuordnen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem zumindest einen radführenden Bauteil dabei um je einen Querlenker, zwischen dessen Schenkeln das vierte Federelement dann vorgesehen ist. Dementsprechend kann der Querlenker als Dreieckslenker ausgeführt sein. Bei einem Fahrwerk mit Doppelquerlenkern kann das vierte Federelement der erfindungsgemäßen Koppelstange auch in einem Raum zwischen den einzelnen Querlenkern liegen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das vierte Federelement an das Bauteil angebunden, in dessen Innenbereich es verläuft. Hierdurch kann im Falle eines Querlenkers eine einfache Anbindung realisiert werden, da Einfederbewegungen des jeweiligen Fahrzeugrades nicht zu Relativbewegungen zwischen dem vierten Federelement und dem umliegenden Bauteil führen. Alternativ dazu kann das vierte Federelement aber auch mit einem anderen, radführenden Bauteil verbunden sein, wie beispielsweise einem Radträger.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrwerksystems mit einem Teil einer Koppelstange entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht mit einem weiteren Teil der Koppelstange des Fahrwerksystems aus 1;
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3 eine Draufsicht auf einen Teil der Koppelstange des Fahrwerksystems aus 1;
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4 eine Draufsicht eines Fahrwerksystems mit einem Teil einer Koppelstange entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
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5 eine Draufsicht eines Fahrwerksystems mit einem Teil einer Koppelstange gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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6 eine Draufsicht eines Fahrwerksystems mit einem Teil einer Koppelstange entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung.
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Aus 1 geht eine schematische Ansicht eines Teils eines Fahrwerksystems hervor. Dieses Fahrwerksystem ist dabei als aktives System gestaltet, indem ein elektromechanischer Drehsteller 1 vorgesehen ist, welcher gemeinsam mit einer Steuereinheit 2 elastisch an einem Fahrzeugaufbau 3 aufgehängt ist und eine Koppelstange 4 verdrehen kann. Vorliegend ist die Koppelstange 4 entsprechend einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ausgeführt und einem Fahrzeugrad einer Achse zugeordnet, um bei einem Verdrehen über den Drehsteller 1 eine Kinematik dieses Fahrzeugrades entsprechend zu verstellen.
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Die Koppelstange 4 ist dabei mit dem Drehsteller 1 über zwei zwischenliegende Planetenstufen 5 und 6, sowie eine Stirnradstufe 7 gekoppelt. Hierbei wird über die Planetenstufen 5 und 6 und die Stirnradstufe 7 eine Stellbewegung des achsparallel sitzenden Drehstellers 1 in eine langsame Verstellbewegung mit hohem Torsionsmoment umgesetzt.
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Die Koppelstange 4, von welchem in 1 nur ein Teil zu sehen ist, setzt sich aus mehreren in Reihe geschalteten Federelementen zusammen. Von diesen ist ein Torsionsfederelement 8 an eine Abtriebsseite der Planetenstufe 5 angebunden, wobei sich an einem der Planetenstufe 5 abgewandt liegenden Ende ein zweites Federelement 9 anschließt, welches einen Schenkel der Koppelstange 4 bildet. Das zweite Federelement 9 ist dabei als Biegefederelement vorgesehen und steht, wie aus der weiteren Ansicht in 2 zu erkennen ist, zudem mit einem dritten Federelement 10 in Verbindung, das ebenfalls als Biegefederelement gestaltet ist.
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Über das dritte Federelement 10 wird dabei eine Verbindung zu einem vierten Federelement 11 hergestellt, welches innerhalb des Fahrwerksystems eine Anbindung an ein radführendes Bauteil 12 in Form eines Radträgers des Fahrzeugrades herstellt. Vorliegend ist dabei auch das vierte Federelement 11 als Biegefederelement realisiert, wobei sich aufgrund der Anzahl an Federelementen eine weiche Gesamtfedersteifigkeit verwirklichen lässt, die in einem hohen Komfort resultiert und zudem eine Verlagerung des Drehstellers 1 weiter in Richtung des Fahrzeugrades ermöglicht. Hierdurch kann entsprechend Bauraum eingespart werden.
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Wie des Weiteren aus einer Draufsicht in 3 zu erkennen ist, verläuft das vierte Federelement 11 im Innenbereich eines weiteren radführenden, vertikal beweglichen Bauteils 13, bei welchem es sich vorliegend um einen das Bauteil 12 mit dem Fahrzeugaufbau 3 koppelnden Querlenker handelt. Zu diesem Zweck liegt ein Verbindungspunkt 14 des vierten Federelements 11 mit dem dritten Federelement 10 zwischen zwei Schenkeln 15 und 16 des Bauteiles 13, wobei das vierte Federelement 11 dann ausgehend von dem Verbindungspunkt 14 in Richtung des Bauteiles 12 läuft und hieran angebunden ist.
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Aus 4 geht eine Draufsicht eines Fahrwerksystems hervor, bei welchem eine Koppelstange 17 gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung zur Anwendung kommt, wobei in 4 dabei wiederum nur ein Teil dieser Koppelstange 17 dargestellt ist. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 ist hierbei ein viertes Federelement 18 mit einem verschachtelten Aufbau vorgesehen, indem dieses vierte Federelement 18 ausgehend von einem Verbindungspunkt 19 mit dem davorliegenden – und vorliegend nicht dargestellten – Federelement zunächst von dem Bauteil 12 weg verläuft, sich dann aber in Richtung des Bauteils 12 windet und hierin für eine Anbindung verläuft. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der wirksamen Länge des vierten Federelements 18 eine weiche Federkennlinie realisiert werden kann. Des Weiteren kann eine kinematische Übersetzung vergrößert werden, da der Verbindungspunkt 19 dichter an das Bauteil 12 herangelegt wird. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung der Koppelstange 17 und auch des Rests des Fahrwerksystems sonst der Variante nach den 1 bis 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Ferner geht aus 5 eine Draufsicht auf ein Fahrwerksystem mit einer entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung gestalteten Koppelstange 20 hervor, wobei auch im Falle der 5 nur ein Teil dieser Koppelstange 20, nämlich dessen viertes Federelement 21 zu sehen ist. Dabei ist dieses vierte Federelement 21 als weiteres Torsionsfederelement realisiert, welches über einen exzentrisch liegenden Verbindungspunkt 22 mit dem davorliegenden Federelement verbunden und an dem Schenkel 15 des Bauteiles 13 gelagert ist. Dementsprechend wird eine über das davorliegende Federelement eingeleitete Bewegung in ein Tordieren des Federelements 21 umgesetzt, welches wiederum mit dem Bauteil 12 verbunden ist. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung des Fahrwerksystems und auch der restlichen Koppelstange 20 wiederum der Ausgestaltung nach den 1 bis 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Schließlich geht noch aus 6 eine Draufsicht auf ein Fahrwerksystem mit einer Koppelstange 23 hervor, die dabei wiederum nur teilweise dargestellt und gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung realisiert ist. Die Koppelstange 23 entspricht dabei im Wesentlichen der Koppelstange 20 aus 5, wobei als Unterschied ein als Torsionsfederelement gestaltetes Federelement 24 aus mehreren Teilen, nämlich einem rohrförmigen Teil 25 und einem stabförmigen Teil 26 zusammengesetzt ist. Der rohrförmige Teil 25, welcher gegenüber dem umliegenden Bauteil 13 drehbar gelagert ist, bildet an einem exzentrisch vorstehenden Teil wiederum den Verbindungspunkt 27 zu dem davorliegenden Federelement aus und ist an einem Ende 28 über einen Boden 29 verschlossen. An dem Boden 29 wiederum wird die Verbindung zu dem radial innenliegenden, stabförmigen Teil 26 hergestellt, welcher in Richtung des Bauteils 12 verläuft und hiermit verbunden ist. Aufgrund der somit verschachtelten Bauweise des Federelements 24 wird wiederum eine weiche Federkennlinie realisiert, sowie der Verbindungspunkt 27 sehr dicht an das Bauteil 12 herangeführt, was erneut in einer Steigerung der kinematischen Übersetzung resultiert. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 6 sonst der Variante nach 5, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Koppelstange kann eine Gesamtsteifigkeit derselbigen reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehsteller
- 2
- Steuereinheit
- 3
- Fahrzeugaufbau
- 4
- Koppelstange
- 5
- Planetenstufe
- 6
- Planetenstufe
- 7
- Stirnradstufe
- 8
- Torsionsfederelement
- 9
- Zweites Federelement
- 10
- Drittes Federelement
- 11
- Viertes Federelement
- 12
- Bauteil
- 13
- Bauteil
- 14
- Verbindungspunkt
- 15
- Schenkel
- 16
- Schenkel
- 17
- Koppelstange
- 18
- Viertes Federelement
- 19
- Verbindungspunkt
- 20
- Koppelstange
- 21
- Viertes Federelement
- 22
- Verbindungspunkt
- 23
- Koppelstange
- 24
- Viertes Federelement
- 25
- Teil
- 26
- Teil
- 27
- Verbindungspunkt
- 28
- Ende
- 29
- Boden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218396 A1 [0003, 0009, 0009]
