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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wankstabilisierung einer Radachse eines Kraftfahrzeugs.
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Entsprechende Vorrichtungen zur Wankstabilisierung einer Radachse, d. h. einer Vorder- oder Hinterachse, eines Kraftfahrzeugs sind an und für sich bekannt. Aufgabe und Funktion entsprechender auch aus Wankstabilisatoren bezeichneter Vorrichtungen bestehen darin, insbesondere fahrtbedingte, Wankbewegungen der Fahrzeugkarosserie zu kompensieren bzw. zu reduzieren. Unter Wankbewegungen sind Drehbewegungen der Fahrzeugkarosserie um die Längsmittelachse des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Wesentliche Bestandteile entsprechender Vorrichtungen sind drehfest miteinander verbundene, jeweils an einer radachsseitigen Radaufhängung fest angebundene Torsionselemente, welche nach Art einer Drehstab- bzw. Torsionsfeder zusammenwirken.
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Gängige Vorrichtungen zur Wankstabilisierung sind insbesondere dafür konzipiert, bei einer Kurvenfahrt, bei welcher ein Federbein einer Radachse einfedert und das gegenüber liegende Federbein der Radachse ausfedert, auftretende Wankbewegungen der Fahrzeugkarosserie zu kompensieren bzw. zu reduzieren. Hingegen können entsprechende Vorrichtungen bei einer bei Geradeausfahrt auftretenden einseitigen Belastung, wie sie bei Überfahren einer einseitigen Fahrbahnunebenheit, z. B. einem Schlagloch, gegeben ist, Wankbewegungen in die Fahrzeugkarosserie induzieren („Kopiereffekt“). Ähnliches gilt für durch eine ungleichmäßige einseitige Beladung des Kraftfahrzeugs bedingte einseitige Belastungen. Entsprechende einseitige Belastungen werden über die drehfest miteinander verbundenen Torsionselemente auf die jeweils andere Seite „übertragen“.
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Die Konzipierung und Auslegung entsprechender Vorrichtungen unterliegt sonach einem sich hieraus ergebenden Konflikt zwischen Komfort und Sicherheit. Die Drehsteifigkeit entsprechender Vorrichtungen sollte während der Geradeausfahrt möglichst gering, während der Kurvenfahrt jedoch möglichst hoch sein.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Wankstabilisierung kraftfahrzeugseitiger Radachsen lösen diesen Konflikt nur bedingt zufriedenstellend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Vorrichtung zur Wankstabilisierung einer Radachse eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Wankstabilisierung einer Radachse, d. h. einer Vorder- oder Hinterachse, eines Kraftfahrzeugs gelöst, welche sich durch:
- – zwei jeweils mit einer kraftfahrzeugseitigen Radaufhängung drehfest verbindbare oder verbundene Torsionselemente,
- – eine Kupplungseinrichtung, welche in einen ersten Kupplungszustand, in welchem die beiden Torsionselemente über die Kupplungseinrichtung drehfest miteinander verbunden sind, und in einen zweiten Kupplungszustand, in welchem die beiden Torsionselemente über die Kupplungseinrichtung nicht drehfest miteinander verbunden sind, schaltbar ist, und
- – eine elastische Verbindungseinrichtung, über welche die beiden Torsionselemente sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung miteinander elastisch verbunden sind, wobei die Verbindung der beiden Torsionselemente über die elastische Verbindungseinrichtung in dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung durch die drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente über die Kupplungseinrichtung überbrückt ist, auszeichnet.
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Die hierin beschriebene, allgemein auch als schaltbarer Wankstabilisator zu bezeichnende bzw. zu erachtende Vorrichtung umfasst neben entsprechenden jeweils mit einer kraftfahrzeugseitigen Radaufhängung drehfest verbindbare bzw. in einem kraftfahrzeugseitig verbauten Zustand der Vorrichtung jeweils mit einer kraftfahrzeugseitigen Radaufhängung drehfest verbundene Torsionselemente eine Kupplungseinrichtung und eine elastische Verbindungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtung und die elastische Verbindungseinrichtung sind typischerweise parallel geschaltet. Wie sich im Weiteren ergibt, ist sowohl über die Kupplungseinrichtung als auch über die elastische Verbindungseinrichtung eine drehfeste Verbindung jeweiliger Torsionselemente möglich.
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Die Kupplungseinrichtung ist in zwei bzw. zwischen zwei unterschiedlichen Kupplungszuständen schaltbar. Die Kupplungseinrichtung kann gegebenenfalls, d. h. insbesondere bei einer Ausführung als Keilkupplung, auch in zwischen den beiden Kupplungszuständen liegende Zwischenzustände schaltbar sein. In einem ersten Kupplungszustand sind die beiden Torsionselemente über die Kupplungseinrichtung drehfest miteinander verbunden. In einem zweiten Kupplungszustand sind die beiden Torsionselemente über die Kupplungseinrichtung nicht drehfest miteinander verbunden. Über die Kupplungseinrichtung ist sonach in deren erstem Kupplungszustand eine drehfeste Verbindung jeweiliger Torsionselemente möglich. Das Schalten der Kupplungseinrichtung in die bzw. zwischen den beiden Kupplungszuständen erfolgt über eine der Kupplungseinrichtung zuordenbare oder zugeordnete vorrichtungsseitige Stelleinrichtung, auf welche weiter unten näher eingegangen wird. Die Vorrichtung umfasst sonach typischerweise auch wenigstens eine Stelleinrichtung zum Schalten der Kupplungseinrichtung in die bzw. zwischen den beiden Kupplungszuständen.
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Die elastische Verbindungseinrichtung verbindet die beiden Torsionselemente sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung und somit unabhängig von dem Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung elastisch miteinander. Mit anderen Worten sind die beiden Torsionselemente bei der hierin beschriebenen Vorrichtung über die elastische Verbindungseinrichtung stets miteinander verbunden.
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Über die zweite Verbindungseinrichtung ist typischerweise auch eine gewisse Verdrehbarkeit der beiden Torsionselemente relativ zueinander möglich, woraus sich die Elastizität der über die elastische Verbindungseinrichtung gegebenen Verbindung ergibt. Die elastischen Eigenschaften der über die elastische Verbindungseinrichtung gegebenen Verbindung der beiden Torsionselemente ergeben sich insbesondere aus dem Grad der Verdrehung der beiden Torsionselemente relativ zueinander. Bei einer Verdrehung der beiden Torsionselemente unterhalb einer durch die elastischen Eigenschaften, insbesondere die elastische Verformbarkeit wenigstens eines der elastischen Verbindungseinrichtung zugehörigen elastischen Elements, d. h. z. B. eines elastomeren Körpers oder eines Federelements, definierten spezifischen Drehgrenze ermöglicht die elastische Verbindungseinrichtung eine weich-elastische Verbindung der beiden Torsionselemente. Durch eine solche weich-elastische Verbindung können in die Vorrichtung fahrtbedingt induzierte Schwingungen über die elastische Verbindungseinrichtung reduziert bzw. kompensiert werden. Oberhalb einer entsprechenden Drehgrenze ermöglicht die elastische Verbindungseinrichtung eine drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente, was sich insbesondere daraus ergibt, dass das elastische Element der elastischen Verbindungseinrichtung nicht weiter verformbar ist. Derart ist die erwähnte drehfeste Verbindung jeweiliger Torsionselemente über die elastische Verbindungseinrichtung möglich.
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Die Anordnung und Konfiguration der Kupplungseinrichtung und der elastischen Verbindungseinrichtung bedingt, dass die Verbindung der beiden Torsionselemente über die elastische Verbindungseinrichtung in dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung durch die drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente über die Kupplungseinrichtung überbrückbar bzw. überbrückt ist. In dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung ist sonach jedenfalls eine drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente gegeben. In dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung können die beiden Torsionselemente bis zu einem gewissen, durch die konkreten elastischen Eigenschaften der elastischen Verbindungseinrichtung respektive der dieser zugehörigen Bestandteile definierten Grad relativ zu einander verdreht werden. Aus vorstehenden Ausführung ergibt sich, dass die elastische Verbindungseinrichtung ist in dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung im Prinzip wirkungslos ist, da die beiden Torsionselemente hier über die Kupplungseinrichtung drehfest miteinander verbunden sind, was einer Verdrehbarkeit der beiden Torsionselemente relativ zueinander entgegen steht.
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Das Prinzip der hierin beschriebenen Vorrichtung erlaubt es, die Torsionselemente bedingt durch die Möglichkeit, die Kupplungseinrichtung in einen entsprechenden zweiten Kupplungszustand zu schalten, „härter“ auszulegen, da eine bestimmte Verdrehung der Torsionselemente relativ zueinander bedingt durch die ständige Verbindung dieser über die elastische Verbindungseinrichtung auch bei einer Geradeausfahrt möglich ist. Dies resultiert in einer Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit bei einer Geradeausfahrt, da entsprechende einseitige Belastungen kompensiert bzw. in deutlich reduziertem Ausmaß auf die jeweils andere Seite „übertragen werden“. Gleichermaßen resultiert dies in einer Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit bei einer Kurvenfahrt, da kurvenfahrtbedingte Wankbewegungen kompensiert bzw. deutlich reduziert werden. Gleiches gilt für den Fall einer ungleichmäßigen einseitigen Beladung des Kraftfahrzeugs.
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Mithin ist insgesamt eine verbesserte Vorrichtung zur Stabilisierung von Wankbewegungen einer Achse eines Kraftfahrzeugs gegeben.
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Die Kupplungseinrichtung kann eine, insbesondere elektromechanische, Stelleinrichtung mit einem über einen, insbesondere elektromechanischen, Stellantrieb bzw. Stellmotor axial bewegbaren Stellelement umfassen. Das oder ein entsprechendes Stellelement ist über den Stellantrieb axial bewegbar. Das, typischerweise innerhalb eines der Vorrichtung zugehörigen Gehäuseteils bewegbare, Stellelement ist insbesondere in eine mit dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung korrespondierende erste Stellung und in eine mit dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung korrespondierende zweite Stellung, und umgekehrt, bewegbar. Das Stellelement kann sonach ausgehend von einer beliebigen Stellung, worunter selbstverständlich auch die erste und die zweite Stellung zu verstehen ist, in Richtung der ersten oder der zweiten Stellung respektive in die erste oder die zweite Stellung bewegt werden. Für die beschriebenen Bewegungen des Stellelements ist dieses unmittelbar oder mittelbar, d. h. unter Zwischenschaltung wenigstens eines Bauteils bzw. wenigstens einer Bauteilgruppe, mit dem Stellantrieb gekoppelt.
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In der mit dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung korrespondierenden ersten Stellung des Stellelements ist wenigstens ein Formschlusselement, welches sonach ebenso einen Teil der Vorrichtung bildet, unter Ausbildung einer drehfesten Verbindung der beiden Torsionselemente formschlüssig zusammenwirkend, insbesondere eingreifend, in ein an dem oder einem vorrichtungsseitigen, insbesondere fahrzeugkarosseriefest zu verbindenden oder verbundenen, Gehäuseteil oder an der elastischen Verbindungseinrichtung gebildetes oder angeordnetes Gegenformschlusselement, welches sonach ebenso einen Teil der Vorrichtung bildet, bewegt. Die beiden Torsionselemente sind über die Kupplungseinrichtung also drehfest verbunden.
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Ein entsprechendes Formschlusselement kann ein zu dem Stellelement wie auch zu dem Gehäuseteil separates Bauteil sein. Es besteht also nicht zwingend eine bauliche Verbindung bzw. Vereinigung zwischen einem entsprechenden Formschlusselement und dem Stellelement. Ein entsprechendes Gegenformschlusselement ist dagegen typischerweise ein mit dem Stellelement oder dem Gehäuseteil oder der elastischen Verbindungseinrichtung baulich verbundenes bzw. vereintes Bauteil.
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In der mit dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung korrespondierenden zweiten Stellung des Stellelements ist das wenigstens eine Formschlusselement nicht formschlüssig zusammenwirkend in das an dem vorrichtungsseitigen, insbesondere fahrzeugkarosseriefest zu verbindenden oder verbundenen, Gehäuseteil oder an der elastischen Verbindungseinrichtung gebildete oder angeordnete Gegenformschlusselement bewegt. Die beiden Torsionselemente sind über die Kupplungseinrichtung also nicht drehfest verbunden.
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Ein entsprechendes Formschlusselement kann ein, insbesondere rollen- oder tonnenförmiges, zwischen dem Außenumfang des Stellelements und dem Innenumfang des vorrichtungsseitigen Gehäuseteils radial bewegbar gelagertes Klemmelement sein. Ein entsprechendes Gegenformschlusselement kann eine korrespondierende Klemmelementaufnahme sein. Das Klemmelement ist in der ersten Stellung des Stellelements über das Stellelement derart radial in die Klemmelementaufnahme bewegt, dass es radial in die Klemmelementaufnahme eingreift und das Klemmelement und die Klemmelementaufnahme formschlüssig zusammenwirken. Eine entsprechende Klemmelementaufnahme ist typischerweise am oder im Innenumfang des vorrichtungsseitigen Gehäuseteils angeordnet oder ausgebildet.
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Das typischerweise rotationssymmetrische bzw. (hohl)zylindrische Stellelement ist in diesem Fall zweckmäßig mit zwei unterschiedlichen Außendurchmessern versehen. Die beiden unterschiedlichen Außendurchmesser können durch einen, insbesondere rampenförmigen, Übergangsbereich axial ineinander übergehen. Liegt ein axial betrachtet typischerweise lagefest angeordnetes Klemmelement durch eine axiale Bewegung des Stellelements an dem im Vergleich größeren Außendurchmesser des Stellelements an, ist bzw. wird es radial in die Klemmelementaufnahme bewegt und dort gehaltert. Liegt das Klemmelement an dem im Vergleich kleineren Außendurchmesser des Stellelements an, ist bzw. wird es entsprechend nicht radial in die Klemmelementaufnahme bewegt und dort nicht gehaltert.
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Die Vorrichtung kann wenigstens ein mit wenigstens einem Klemmelement koppelbares oder gekoppeltes Rückstellelement, insbesondere eine Ringfeder, umfassen, über welches eine das wenigstens eine Klemmelement radial aus der wenigstens einen Klemmelementaufnahme bewegende radiale Rückstellkraft auf das wenigstens eine Klemmelement ausübbar ist. Das Rückstellelement bedingt selbstverständlich nur in dem Fall, in dem das Stellelement in die zweite, jedenfalls nicht in die erste Stellung bewegt ist, eine entsprechende radiale Bewegung des oder der Klemmelemente aus jeweiligen Klemmelementaufnahmen. Die Kopplung des oder der Klemmelemente mit dem Rückstellelement kann z. B. durch eine Umschlingung des oder der Klemmelemente mit dem, z. B. als Ringfeder ausgebildeten, Rückstellelement realisiert sein.
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Alternativ oder ergänzend kann ein entsprechendes Formschlusselement ein, insbesondere keilförmiger, an dem Stellelement angeordneter oder ausgebildeter Vorsprung sein. Ein entsprechendes Gegenformschlusselement kann entsprechend eine an dem vorrichtungsseitigen Gehäuseteil, insbesondere einem axialen hohlzylindrischen Ansatz des vorrichtungsseitigen Gehäuseteils, angeordnete oder ausgebildete korrespondierende Aufnahme sein. Der Vorsprung ist in der ersten Stellung des Stellelements derart axial in die Aufnahme bewegt, dass der Vorsprung axial in die Aufnahme eingreift und der Vorsprung und die Aufnahme formschlüssig zusammenwirken.
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Alternativ oder ergänzend kann ein entsprechendes Gegenformschlusselement auch ein, insbesondere keilförmiger, an dem vorrichtungsseitigen Gehäuseteil, insbesondere einem axialen hohlzylindrischen Ansatz des vorrichtungsseitigen Gehäuseteils, angeordneter oder ausgebildeter Vorsprung sein. Ein entsprechendes Formschlusselement kann entsprechend eine an dem Stellelement angeordnete oder ausgebildete korrespondierende Aufnahme sein. Die Aufnahme ist in der ersten Stellung des Stellelements derart axial gegen den Vorsprung bewegt, dass der Vorsprung axial in die Aufnahme eingreift und die Aufnahme und der Vorsprung formschlüssig zusammenwirken.
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Weiter alternativ oder ergänzend kann ein entsprechendes Formschlusselement auch ein an der elastischen Verbindungseinrichtung angeordneter oder ausgebildeter Vorsprung sein. Ein entsprechendes Gegenformschlusselement kann entsprechend eine an dem Stellelement angeordnete oder ausgebildete korrespondierende Aufnahme sein. Das Stellelement ist in der ersten Stellung derart gegen den Vorsprung bewegt, dass der Vorsprung axial in die Aufnahme eingreift und der Vorsprung und die Aufnahme formschlüssig zusammenwirken.
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Weiter alternativ oder ergänzend kann ein entsprechendes Gegenformschlusselement auch ein an dem Stellelement angeordneter oder ausgebildeter Vorsprung sein. Ein entsprechendes Formschlusselement kann entsprechend eine an der elastischen Verbindungseinrichtung angeordnete oder ausgebildete korrespondierende Aufnahme sein. Das Stellelement in der ersten Stellung derart axial gegen den Vorsprung bewegt, dass der Vorsprung axial in die Aufnahme eingreift und die Aufnahme und der Vorsprung formschlüssig zusammenwirken.
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Die Vorrichtung kann ferner wenigstens ein mit dem Stellelement koppelbares oder gekoppeltes Rückstellelement, insbesondere eine Druckfeder, über welches eine das Stellelement in die zweite Stellung bewegende axiale Rückstellkraft auf das Stellelement ausübbar ist, umfassen. Das Rückstellelement bedingt selbstverständlich nur in dem Fall, in dem das Stellelement nicht über den Stellantrieb mit einer gegen gerichteten Kraft beaufschlagt wird, eine entsprechende axiale Bewegung des Stellelements in die zweite Stellung. Das Rückstellelement kann entweder zwischen dem Stellelement und der elastischen Verbindungseinrichtung oder zwischen dem Stellelement und dem Stellantrieb angeordnet oder ausgebildet sein.
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Die Stelleinrichtung kann als Kugelgewindetrieb mit einer über den Stellantrieb drehbar antreibbaren Gewindespindel und einer entlang der Gewindespindel axial bewegbaren Gewindemutter ausgebildet sein oder wenigstens einen solchen Kugelgewindetrieb umfassen. Das Stellelement bildet dabei die entlang der Gewindespindel des Kugelgewindetriebs axial bewegbare Kugelgewindemutter. Selbstverständlich befinden sich zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter entsprechende Wälzkörper, welche in gewindespindelseitigen Rillen außenumfangsseitig um die Gewindespindel umlaufen. Die Gewindespindel ist typischerweise unmittelbar mit dem Stellantrieb gekoppelt und über den Stellantrieb um ihre Längsachse drehbar antreibbar. Entsprechend ist die Gewindemutter typischerweise nicht drehbar, sondern wird bei Drehbewegung der Gewindespindel in axialer Richtung entlang dieser bewegt. Gleichwohl ist es prinzipiell auch denkbar, die Gewindemutter als entsprechendes Stellelement mit dem Stellantrieb zu koppeln und somit anzutreiben. Der Kugelgewindetrieb ist, insbesondere im Hinblick auf das erwähnte Rückstellelement, über welches eine das Stellelement in die zweite Stellung bewegende axiale Rückstellkraft auf das Stellelement ausübbar ist, typischerweise nicht selbsthemmend ausgebildet.
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Die elastische Verbindungseinrichtung kann als eine Elastomerkupplung ausgebildet sein, welche einen drehfesten an dem oder einem vorrichtungsseitigen, insbesondere fahrzeugkarosseriefest zu verbindenden oder verbundenen, Gehäuseteil angeordneten oder ausgebildeten Außenstern, einen relativ zu diesem drehbaren Innenstern und wenigstens ein einerseits drehfest mit dem Außenstern und andererseits drehfest mit dem Innenstern verbundenes elastisches Element umfasst, oder eine solche Elastomerkupplung umfassen. Das elastische Element kann ein, z. B. scheibenartiger bzw. -förmiger, Körper aus einem Elastomermaterial, wie einem natürlichen oder synthetischen Kautschuk, einem thermoplastischen Elastomer, etc., sein. Die drehfeste Verbindung des elastischen Elements kann durch form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungsarten realisiert sein. Lediglich beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf Schraub-, Klemm-, Klebe- oder Vulkanisationsverbindungen verwiesen. Das elastische Element kann alternativ zu der Ausführung als Körper aus einem Elastomermaterial auch durch wenigstens ein mechanisches Federelement realisiert sein.
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Der Innenstern der Elastomerkupplung ist typischerweise drehfest mit einem mit einem Torsionselement verbunden. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass das andere Torsionselement typischerweise drehfest mit dem oder einem, insbesondere fahrzeugkarosseriefest zu verbindenden oder verbundenen, Gehäuseteil verbunden ist.
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Die über die elastische Verbindungseinrichtung bedingte ständige Verbindung der beiden Torsionselemente ermöglicht ein so genanntes „Fail-Safe-Verhalten“ und erlaubt, wie erwähnt, typischerweise eine gewisse Verdrehung der beiden Torsionselemente relativ zu einander. Dies ergibt sich für den Fall einer als Elastomerkupplung ausgebildeten elastischen Verbindungseinrichtung daraus, dass der Innenstern bis zu einem gewissen Grad relativ zu dem Außenstern verdreht werden kann. Die damit einhergehende Komprimierung bzw. Torsion des elastischen Elements kann derart hoch sein, dass sich über das elastische Element Momente von dem Innenstern auf den Außenstern übertragen lassen. Dies bedingt die weiter oben erwähnte drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente über die elastische Verbindungseinrichtung.
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Im Allgemeinen kann das der Stelleinrichtung der Kupplungseinrichtung zugeordnete Stellelement mit der elastischen Verbindungseinrichtung, d. h. insbesondere einem beweglichen Element der elastischen Verbindungseinrichtung, drehfest verbunden sein. Im Zusammenhang mit der als Elastomerkupplung ausgebildeten elastischen Verbindungseinrichtung bedeutet dies, dass das Stellelement drehfest mit dem Innenstern der elastischen Verbindungseinrichtung verbunden sein kann. Die drehfeste Verbindung kann z. B. durch formschlüssiges Zusammenwirken, insbesondere einen formschlüssigen Eingriff, eines innensternseitigen Formschlusselements, z. B. in Form einer Nut, mit einem korrespondierenden stellelementseitigen Gegenformschlusselement, z. B. in Form eines Vorsprungs, realisiert sein. Über die elastische Verbindungseinrichtung, insbesondere über einen elastomerkupplungsseitigen Innenstern, kann sonach eine Verdrehsicherung des Stellelements gebildet sein.
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Die Vorrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Stelleinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines über geeignete Erfassungseinrichtungen, typischerweise Sensoren, erfassten stellelementseitigen Betriebs- oder Funktionsparameters, insbesondere einer erfassten Lage bzw. Stellung des Stellelements, und/oder kraftfahrzeugseitigen Betriebs- oder Funktionsparameters, insbesondere eines erfassten Lenk(rad)winkels, einer erfassten Beschleunigung, einer erfassten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, etc. umfassen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Vorrichtung, d. h. insbesondere die Stelleinrichtung, mit einer entsprechenden Steuereinrichtung kommuniziert, d. h. insbesondere entsprechende steuerungseinrichtungsseitig erzeugte, Steuerbefehle empfängt. Eine entsprechende Steuereinrichtung muss also nicht zwingend einen Bestandteil der Vorrichtung bilden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
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1–4 je eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Wankstabilisierung einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5, 6 je eine Prinzipdarstellung einer elastischen Verbindungseinrichtung einer Vorrichtung zur Wankstabilisierung einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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7, 8 je eine Prinzipdarstellung einer Kupplungseinrichtung einer Vorrichtung zur Wankstabilisierung einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die 1–8 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 1 zur Wankstabilisierung einer Achse (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt). Dabei zeigen die 1, 3–6 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 und die 2, 7, 8 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1.
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Zunächst soll auf das in 1 in einer geschnittenen Ansicht gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 eingegangen werden. Die zu diesem Ausführungsbeispiel zugehörigen 3–6 zeigen jeweils an unterschiedlichen axialen Positionen der Vorrichtung 1 quergeschnittene Ansichten.
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Die Vorrichtung 1 umfasst zwei Torsionselemente 2, 3, welche jeweils mit einer kraftfahrzeugseitigen Radaufhängung (nicht gezeigt) drehfest verbindbar bzw. in einem kraftfahrzeugseitig verbauten Zustand der Vorrichtung 1 jeweils mit einer kraftfahrzeugseitigen Radaufhängung drehfest verbunden sind. Die Torsionselemente 2, 3 erstrecken sich in Längsrichtung parallel zu der Querachse des Kraftfahrzeugs.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Kupplungseinrichtung 4, eine hierzu parallel geschaltete elastische Verbindungseinrichtung 5 und ein fahrzeugkarosseriefest angebundenes Gehäuseteil 6. Die Kupplungseinrichtung 4 und die elastische Verbindungseinrichtung 5 sind in dem Gehäuseteil 6 angeordnet bzw. ausgebildet. Sowohl über die Kupplungseinrichtung 4 als auch über die elastische Verbindungseinrichtung 5 ist prinzipiell eine drehfeste Verbindung jeweiliger Torsionselemente 2, 3 möglich.
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Die Kupplungseinrichtung 4 ist in zwei bzw. zwischen zwei unterschiedlichen Kupplungszuständen schaltbar. In einem ersten Kupplungszustand sind die beiden Torsionselemente 2, 3 über die Kupplungseinrichtung 4 drehfest miteinander verbunden. In einem zweiten Kupplungszustand sind die beiden Torsionselemente 2, 3 über die Kupplungseinrichtung 4 nicht drehfest miteinander verbunden. Das Schalten der Kupplungseinrichtung 4 in die bzw. zwischen den beiden Kupplungszuständen erfolgt über eine der Kupplungseinrichtung 4 zugeordnete elektromechanische Stelleinrichtung 7 zum Schalten der Kupplungseinrichtung 4 in die bzw. zwischen den beiden Kupplungszuständen.
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Die Stelleinrichtung 7 umfasst einen Kugelgewindetrieb mit einem Stellantrieb 8 in Form eines Elektromotors, einer über den Stellantrieb 8 drehbar antreibbaren Gewindespindel 10 und einem Stellelement 9 in Form der Gewindemutter des Kugelgewindetriebs. Über die über den Stellantrieb 8 drehbar antreibbare Gewindespindel 10 ist das Stellelement 9 entlang der Gewindespindel 10 axial bewegbar. Das Stellelement 9 ist also nicht drehbar, sondern wird bei Drehbewegung der Gewindespindel 10 in axialer Richtung entlang dieser bewegt. Zwischen der Gewindespindel 10 und dem Stellelement 9 befinden sich nicht näher bezeichnete Wälzkörper, welche in gewindespindelseitigen Rillen außenumfangsseitig um die Gewindespindel 10 umlaufen. Der Kugelgewindetrieb ist nicht selbsthemmend ausgebildet.
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Das Stellelement 9 ist über den Stellantrieb 8 in eine mit dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 korrespondierende erste Stellung (vgl. 1) und in eine mit dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 korrespondierende zweite Stellung, und umgekehrt, axial bewegbar. Das Stellelement 9 kann sonach ausgehend von einer beliebigen Stellung in Richtung der ersten oder der zweiten Stellung respektive in die erste oder die zweite Stellung bewegt werden.
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Über ein zwischen dem Stellelement 9 und der elastischen Verbindungseinrichtung 5 angeordnetes, mit dem Stellelement 9 gekoppeltes Rückstellelement 11 in Form einer Druckfeder ist eine das Stellelement 9 in die zweite Stellung bewegende axiale Rückstellkraft auf das Stellelement 9 ausübbar. Das Rückstellelement 11 bedingt selbstverständlich nur in dem Fall, in dem das Stellelement 9 nicht über den Stellantrieb 8 mit einer gegen gerichteten Kraft beaufschlagt wird, eine entsprechende axiale Bewegung des Stellelements 9 in die zweite Stellung.
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In der mit dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 korrespondierenden ersten Stellung des Stellelements 9 sind Formschlusselemente 12 in Form von zwischen dem Außenumfang des Stellelements 9 und dem Innenumfang des Gehäuseteils 6 radial bewegbar gelagerten, runden bzw. rundlichen Klemmelementen unter Ausbildung einer drehfesten Verbindung der beiden Torsionselemente 2, 3 formschlüssig zusammenwirkend, d. h. eingreifend, in an dem Gehäuseteil 6 gebildete Gegenformschlusselemente 13 in Form von nutartigen Klemmelementaufnahmen bewegt (vgl. 1, 3). Wie insbesondere anhand von 3 zu erkennen ist, sind die Klemmelemente in der ersten Stellung des Stellelements 9 über das Stellelement 9 derart radial in die Klemmelementaufnahmen bewegt, dass sie radial in die Klemmelementaufnahmen eingreifen, so dass die Klemmelemente und die Klemmelementaufnahmen formschlüssig zusammenwirken. Die beiden Torsionselemente 2, 3 sind über die Kupplungseinrichtung 4 drehfest miteinander verbunden.
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In der mit dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 korrespondierenden zweiten Stellung des Stellelements 8 sind die Formschlusselemente 12 nicht formschlüssig zusammenwirkend in die an dem Gehäuseteil 6 gebildeten Gegenformschlusselemente 13 bewegt (vgl. 4). Die beiden Torsionselemente 2, 3 sind über die Kupplungseinrichtung 4 nicht drehfest miteinander verbunden.
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Zur Realisierung entsprechender radialer Bewegungen der Klemmelemente in die Klemmelementaufnahmen ist das Stellelement 9 mit zwei unterschiedlichen Außendurchmessern versehen (vgl. 1). Die beiden unterschiedlichen Außendurchmesser gehen über einen rampenförmigen Übergangsbereich axial ineinander über. Liegen die axial betrachtet lagefest angeordneten Klemmelemente an dem im Vergleich größeren Außendurchmesser des Stellelements 9 an, sind bzw. werden diese radial in die Klemmelementaufnahmen bewegt und dort gehaltert. Liegen die Klemmelemente an dem im Vergleich kleineren Außendurchmesser des Stellelements 9 an, sind bzw. werden diese entsprechend nicht radial in die Klemmelementaufnahmen bewegt und dort nicht gehaltert.
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Wie insbesondere anhand der 3, 4 ersichtlich, ist ein mit den Klemmelementen gekoppeltes Rückstellelement 14 in Form einer Ringfeder vorhanden, über welches eine die Klemmelemente radial aus den Klemmelementaufnahmen bewegende radiale Rückstellkraft auf die Klemmelemente ausübbar ist. Das Rückstellelement bedingt selbstverständlich nur in dem Fall, in dem das Stellelement 9 in die zweite, jedenfalls nicht in die erste Stellung bewegt ist, eine entsprechende radiale Bewegung der Klemmelemente aus jeweiligen Klemmelementaufnahmen. Die Kopplung der Klemmelemente mit dem Rückstellelement 14 ist durch eine Umschlingung der Klemmelemente mit dem Rückstellelement 14 realisiert.
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Zur Steuerung des Betriebs der Stelleinrichtung 7 umfasst die Vorrichtung 1 eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt). Die Steuereinrichtung ist zur Steuerung des Betriebs der Stelleinrichtung 7 in Abhängigkeit wenigstens eines über geeignete Erfassungseinrichtungen (nicht gezeigt), typischerweise Sensoren, erfassten stellelementseitigen Betriebs- oder Funktionsparameters, insbesondere einer erfassten Lage bzw. Stellung des Stellelements 9, und/oder kraftfahrzeugseitigen Betriebs- oder Funktionsparameters, wie z. B. eines erfassten Lenk(rad)winkels, einer erfassten Beschleunigung, einer erfassten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, etc., eingerichtet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Vorrichtung 1, d. h. insbesondere die Stelleinrichtung 7, mit einer entsprechenden Steuereinrichtung kommuniziert, d. h. insbesondere entsprechende steuerungseinrichtungsseitig erzeugte, Steuerbefehle empfängt.
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Im Gegensatz zu der Kupplungseinrichtung 4 ist die elastische Verbindungseinrichtung 5 nicht schaltbar. Vielmehr sind die beiden Torsionselemente 2, 3 über die elastische Verbindungseinrichtung 5 sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 und somit unabhängig von dem Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 miteinander verbunden.
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Die elastische Verbindungseinrichtung 5 ist als Elastomerkupplung ausgebildet, welche einen drehfesten an dem Gehäuseteil 6 angeordneten Außenstern 15, einen relativ zu diesem drehbaren Innenstern 16 und ein einerseits drehfest mit dem Außenstern 15 und andererseits drehfest mit dem Innenstern 16 verbundenes elastisches Element 17 umfasst (vgl. auch 5, 6). Das elastische Element 17 ist ein elastomerer Körper aus einem Elastomermaterial, d. h. z. B. einem natürlichen oder synthetischen Kautschuk oder einem thermoplastischen Elastomer. Die drehfeste Verbindung des elastischen Elements 17 einerseits mit dem Außenstern 15 und andererseits mit dem Innenstern 16 ist durch eine stoffschlüssige Verbindungsart, d. h. z. B. über eine oder mehrere Vulkanisationsverbindungen, realisiert. Denkbar wäre es auch, das elastische Element 17 zwischen den Außenstern 15 und den Innenstern 16 einzulegen.
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Der Innenstern 16 der Elastomerkupplung ist drehfest mit dem in 1 linken Torsionselement 3 verbunden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das in 1 rechte Torsionselement 2 drehfest mit dem Gehäuseteil 6 verbunden ist.
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Die über die elastische Verbindungseinrichtung 5 bedingte ständige Verbindung der beiden Torsionselemente 2, 3 ermöglicht eine gewisse Verdrehung der beiden Torsionselemente 2, 3 relativ zu einander. Dies ergibt sich daraus, dass der Innenstern 16, wie sich aus den 5, 6 ergibt, bis zu einem gewissen Grad relativ zu dem Außenstern 15 verdreht werden kann. Die Verdrehung des Innensterns 16 relativ zu dem Außenstern 15 ist durch den Pfeil angedeutet. Die damit einhergehende Komprimierung bzw. Torsion des elastischen Elements 17 kann derart hoch sein, dass sich über das elastische Element 17 Momente von dem Innenstern 16 auf den Außenstern 15 übertragen lassen. In diesem Fall ist über die elastische Verbindungseinrichtung 5 eine drehfeste Verbindung der Torsionselemente 2, 3 realisiert.
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Das der Stelleinrichtung 7 der Kupplungseinrichtung 4 zugeordnete Stellelement 9 ist mit dem Innenstern 16 der elastischen Verbindungseinrichtung 5 drehfest verbunden. Die drehfeste Verbindung ist durch formschlüssiges Zusammenwirken, insbesondere einen formschlüssigen Eingriff, eines innensternseitigen Formschlusselements 18 in Form einer Nut mit einem korrespondierenden stellelementseitigen Gegenformschlusselement (nicht gezeigt) realisiert. Über die elastische Verbindungseinrichtung 5, d. h. insbesondere über den Innenstern 16, ist derart eine Verdrehsicherung des Stellelements 9 gebildet.
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Das Prinzip der Vorrichtung 1 erlaubt es, die Torsionselemente 2, 3 bedingt durch die Möglichkeit, die Kupplungseinrichtung 4 in einen entsprechenden zweiten Kupplungszustand zu schalten, „härter“ auszulegen, da eine bestimmte Verdrehung der Torsionselemente 2, 3 relativ zueinander bedingt durch die ständige Verbindung dieser über die elastische Verbindungseinrichtung 5 auch bei einer Geradeausfahrt möglich ist. Dies resultiert in einer Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit bei einer Geradeausfahrt, da entsprechende einseitige Belastungen kompensiert bzw. in deutlich reduziertem Ausmaß auf die jeweils andere Seite „übertragen werden“. Gleichermaßen resultiert dies in einer Erhöhung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit bei einer Kurvenfahrt, da kurvenfahrtbedingte Wankbewegungen kompensiert bzw. deutlich reduziert werden. Gleiches gilt für den Fall einer ungleichmäßigen einseitigen Beladung des Kraftfahrzeugs.
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Die beschriebene Anordnung und Konfiguration der Kupplungseinrichtung 4 und der elastischen Verbindungseinrichtung 5 in Form der Elastomerkupplung bedingt, dass die Verbindung der beiden Torsionselemente 2, 3 über die elastische Verbindungseinrichtung 5 bzw. die Elastomerkupplung in dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 durch die drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente 2, 3 über die Kupplungseinrichtung 4 überbrückbar oder überbrückt ist. In dem ersten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 ist jedenfalls eine drehfeste Verbindung der beiden Torsionselemente 2, 3 gegeben. In dem zweiten Kupplungszustand der Kupplungseinrichtung 4 können die beiden Torsionselemente 2, 3 bis zu einem gewissen, durch die konkrete geometrisch-konstruktive Ausführung der elastischen Verbindungseinrichtung 5 respektive der dieser zugehörigen Bestandteile definierten Grad relativ zu einander verdreht werden.
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2 zeigt in einer geschnittenen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1. Die zu diesem Ausführungsbeispiel zugehörigen 7, 8 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Vorrichtung 1.
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Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist ein entsprechendes Formschlusselement 12 hier durch einen keilförmigen an dem Stellelement 9 ausgebildeten Vorsprung gebildet. Ein entsprechendes Gegenformschlusselement 13 ist als eine an einem axialen hohlzylindrischen Ansatz des vorrichtungsseitigen Gehäuseteils 6 ausgebildete korrespondierende Aufnahme gebildet. Der Vorsprung ist in der in 7 gezeigten zweiten Stellung des Stellelements 9 nicht derart axial in die Aufnahme bewegt, dass er axial in die Aufnahme eingreift und der Vorsprung und die Aufnahme formschlüssig zusammenwirken. In der in 8 gezeigten ersten Stellung des Stellelements 9 ist der Vorsprung derart axial in die Aufnahme bewegt, dass er axial in die Aufnahme eingreift und der Vorsprung und die Aufnahme formschlüssig zusammenwirken. In Abhängigkeit der axialen Stellung des Stellelements 9 ist eine Verdrehung des Innensterns 15 möglich oder nicht. Derart ist eine Keilkupplung realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Torsionselement
- 3
- Torsionselement
- 4
- Kupplungseinrichtung
- 5
- elastische Verbindungseinrichtung
- 6
- Gehäuseteil
- 7
- Stelleinrichtung
- 8
- Stellantrieb
- 9
- Stellelement
- 10
- Gewindespindel
- 11
- Rückstellelement
- 12
- Formschlusselement
- 13
- Gegenformschlusselement
- 14
- Rückstellelement
- 15
- Außenstern
- 16
- Innenstern
- 17
- elastisches Element
- 18
- Formschlusselement
