DE102016203950A1

DE102016203950A1 - Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016203950A1
Application number: DE102016203950.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Klebl; Dustin Knetsch; Mario Arnold; Silvia Kutzberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Also published as: CN108698461A; US11235633B2; WO2017152912A1; CN108698461B; KR102368343B1; US20220111693A1; KR20180120695A; US20190100066A1

Abstract

Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit einer Drehstabfeder (1), wobei ein Schwingungstilger (9) an dem Wankstabilisator angeordnet ist, der eine gegenüber dem Wankstabilisator schwingfähige Tilgermasse (10) und eine zwischen dem Wankstabilisator und der Tilgermasse (10) wirksam angeordnete Tilgerfeder (12) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug. Derartige Wankstabilisatoren stabilisieren den Fahrzeugaufbau bei Kurvendurchfahrten und wirken einem Wanken des Fahrzeugaufbaus entgegen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen aktiven Wankstabilisator, der einen Aktuator umfasst, der aktiv eine Drehstabfeder des Wankstabilisators mit einem Drehmoment beaufschlagen kann, um dem Wanken des Fahrzeugaufbaus entgegenzuwirken.
Derartige aktive Wankstabilisatoren sind beispielsweise aus DE 200810033270 A1 bekannt geworden. Der quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnete Wankstabilisator hat eine geteilte Drehstabfeder, zwischen deren einander zugewandten Enden der Aktuator wirksam angeordnet ist. Diese Wankstabilisatoren sind an dem Fahrzeugaufbau gelagert. Im Fahrbetrieb sind vom Wankstabilisator ausgehende Geräusche beobachtet worden, die in der Fahrgastzelle als störend wahrgenommen werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Wankstabilisator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der einer störenden Geräuschbildung entgegenwirkt. Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Wankstabilisator gemäß Anspruch 1 gelöst; zweckdienliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug ist mit einer Drehstabfeder versehen. Diese Drehstabfeder kann mit ihren Enden in bekannter Weise an Radträger angeschlossen werden. Erfindungsgemäß ist ein Schwingungstilger angeordnet, der eine gegenüber dem Wankstabilisator schwingfähige Tilgermasse und eine zwischen dem Wankstabilisator und der Tilgermasse wirksam angeordnete Tilgerfeder aufweist.
Erfindungsgemäße Wankstabilisatoren wirken einer unerwünschten Geräuschbildung entgegen: der Schwingungstilger verhindert oder reduziert Schwingungen des Wankstabilisators, der üblicherweise über Stabilisatorlager am Fahrzeugaufbau gelagert ist. Die Tilgermasse kann zusammen mit der Tilgerfeder ein Pendel bilden, dessen Eigenfrequenz auf die zu eliminierende Schwingfrequenz eingestellt wird. Bei dieser Frequenz kann der Schwingungstilger hinreichend große Auslenkungen ausführen. Der Schwingungstilger entzieht bei dieser Frequenz dem Wankstabilisator Schwingungsenergie für seine eigenen Schwingbewegungen. Die Schwingungen des Wankstabilisators erfolgen im Wesentlichen quer zur Achse des Wankstabilisators.
Es ist beobachtet worden, dass die Eigenschwingungen des Wankstabilisators mit Bezug auf deren Schwingrichtung und deren Frequenz abhängig vom Fahrzeugtyp und von der der konstruktiven Auslegung des Wankstabilisators sind.
Eine zweckdienliche Ausgestaltung der Erfindung sieht daher einen Schwingungstilger mit bevorzugter Schwingachse auf, in der die Tilgermasse des Schwingungstilgers schwingfähig ist. In Kenntnis der Hauptrichtung der Schwingfrequenz des Wankstabilisators kann demzufolge der Schwingungstilger so angeordnet werden, dass die Hauptrichtung der Schwingfrequenz und die bevorzugte Schwingachse des Schwingungstilgers zusammenfallen.
In bevorzugter Weise kann der Schwingungstilger in einer mit Bezug auf die Längsachse des Wankstabilisators frei wählbaren Drehlage angeordnet werden, um die bevorzugte Schwingachse auf die Hauptrichtung der Schwingfrequenz des Wankstabilisators einzustellen. Die Wirkrichtung des Schwingungstilgers ist demzufolge bei dieser Weiterbildung frei wählbar.
In bevorzugter Weise kann der Schwingungstilger mit einer Stelleinrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der Tilgerfeder versehen sein. Wie oben bereits erwähnt wurde, können die Schwingfrequenzen der Wankstabilisatoren variieren. Beobachtet wurden je nach Fahrzeugtyp und konstruktiver Gestaltung Eigenfrequenzen beispielsweise zwischen etwa 150 und 350 Hz. Durch gezieltes Einstellen der Steifigkeit der Tilgerfeder kann die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers auf die ermittelte Schwingfrequenz eingestellt werden.
Vorzugsweise ist die Tilgerfeder als Elastomerteil ausgeführt, das einerseits an dem Wankstabilisator und das andererseits an der Tilgermasse gehaltert ist. Derartige Elastomerteile können auf wirtschaftlich günstiger Weise in beliebiger Form bereitgestellt werden, beispielsweise als Platte. Ja nach Anwendungsfall kann ein Elastomer mit einer bestimmten Shorehärte verwendet werden. Für erfindungsgemäße Zwecke können Shorehärten von etwa 60 bis 80 Shore besonders vorteilhaft sein. Das Elastomerteil kann in günstiger Weise einen frei liegenden Federabschnitt aufweisen, dessen eines Ende an dem Wankstabilisator befestigt und dessen anderes Ende an der Tilgermasse befestigt ist. Wenn der freiliegende Federabschnitt als frei schwingender Balken aufgefasst wird, kann die Steifigkeit der Tilgerfeder mit den üblichen Berechnungsmethoden wenigstens näherungsweise ermittelt werden, wobei die Dicke des freiliegenden Federabschnitts und die freie Federlänge zwischen Tilgermasse und Wankstabilisator jeweils mit der dritten Potenz in die Steifigkeit einfließen, also großen Einfluss auf die Federsteifigkeit haben.
Die Tilgermasse kann mehrere Masseteile aufweisen, wobei die Tilgerfeder einerseits zwischen diesen Masseteilen der Tilgermasse eingespannt und andererseits an dem Wankstabilisator gehaltert ist. Hier kann die vorzugsweise als plattenförmiges Elastomerteil ausgebildete Tilgerfeder zwischen den Tilgermassen eingespannt werden. Es wurde festgestellt, dass sich die Steifigkeit dieser Tilgerfeder in Abhängigkeit der Einspannkraft verändert und somit die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers auf die Schwingfrequenz des Wankstabilisators eingestellt werden kann.
Der Schwingungstilger kann eine Halteeinrichtung zum Haltern an dem Wankstabilisator aufweisen. Beispielsweise kann eine wirtschaftlich günstige Halteeinrichtung nach Art einer Rohrschelle ausgebildet sein, die auf die Drehstabfeder geklemmt wird. Die rohrschellenartige Befestigung ermöglicht eine Halterung des Schwingungstilgers in einer beliebigen Drehlage um die Längsachse des Wankstabilisators herum. Die Tilgerfeder kann in diesem Fall beispielsweise an einer Halteschale der Halteeinrichtung durch Ankleben oder Anvulkanisieren befestigt werden.
Vorzugsweise kann ein als Tilgerfeder vorgesehenes plattenförmiges Elastomerteil mit einem Längsrand an der Halteeinrichtung befestigt und mit einem Einspannabschnitt seiner beiden Plattenseiten zwischen den Masseteilen eingespannt ist, wobei zwischen dem Längsrand und dem Einspannabschnitt ein frei liegender Federabschnitt des plattenförmigen Elastomerteils angeordnet ist. Die bevorzugte Schwingachse des Schwingungstilgers liegt in diesem Fall quer zu dem plattenförmigen Elastomerteil. Die Tilgermasse kann Schwingungen quer zur Drehstabfeder ausführen und elastischer Auslenkung des frei liegenden Federabschnitts des plattenförmigen Elastomerteils. Bei dieser Weiterbildung kann es zweckmäßig sein, einen Längsrand des Elastomerteils an die Halteschale der Halteeinrichtung durch Kleben oder Vulkanisieren zu befestigen.
Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, ein plattenförmiges Elastomerteil mit einem Längsrand an der Tilgermasse zu befestigen und mit einem gegenüberliegenden Längsrand an dem Haltebügel zu befestigen. In diesem Fall entfällt der Einspannabschnitt und der frei liegende Federabschnitt bestimmt die Federsteifigkeit der Tilgerfeder.
Die Stelleinrichtung kann wenigstens eine Stellschraube aufweisen, die einerseits an dem einen Masseteil abgestützt und andererseits mit dem anderen Masseteil zum Einspannen der Tilgerfeder verschraubt ist. Hier wurde herausgefunden, dass durch Variieren der Einspannkraft eines plattenförmigen Elastomerteils als Tilgerfeder deren Steifigkeit in günstiger Weise an die zu eliminierende Störfrequenz des Wankstabilisators angepasst werden kann.
Der erfindungsgemäße Wankstabilisator kann in günstiger Weise mit einer geteilten Drehstabfeder versehen sein, wobei ein Aktuator zwischen den Drehstabteilen angeordnet und mit beiden Drehstabteilen zur Übertragung eines Drehmomentes verbunden ist.
Der Schwingungstilger kann abhängig von den Platzverhältnissen wahlweise am Aktuator oder an der Drehstabfeder oder an abgewinkelte an die Radträger angeschlossene Stababschnitte angeordnet sein. Diese abgewinkelten Stababschnitte sind Teil der Drehstabfeder oder sind fest mit der Drehstabfeder verbunden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt acht Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wankstabilisators,
2 in perspektivischer Darstellung einen Schwingungstilger des Wankstabilisators gemäß 1,
3 Den Schwingungstilger gemäß 2 im Querschnitt entlang der Linie III-III in 4,
4 den Schwingungstilger gemäß 2 in einer Ansicht,
5 den Schwingungstilger gemäß 2 im Querschnitt entlang der Linie V-V in 4,
6 eine Ausschnittvergrößerung vom Ausschnitt VI in 3,
7 den Schwingungstilger aus 2 in Explosionsdarstellung und
8 Einzelheiten des Schwingungstilgers gemäß 2.
Der in 1 abgebildete Wankstabilisator weist eine geteilte Drehstabfeder 1 mit hintereinander angeordneten Drehstabteilen 2, 3 auf, zwischen deren einander zugewandten Enden ein Aktuator 4 wirksam angeordnet ist. Der Aktuator 4 weist einen nicht weiter abgebildeten Elektromotor mit einem Getriebe auf, dessen Ausgangswelle an das eine Drehstabteil 2 drehfest angeschlossen ist, wobei ein Gehäuse 5 des Aktuators 4 an das andere Drehstabteil 3 drehfest angeschlossen ist. In bekannter Weise kann ein Torsionsmoment unter Betätigung des Aktuators 4 in die Drehstabfeder 1 eingebracht werden. Die Drehstabfeder 1 ist über zwei Stabilisatorlager 6 an einem hier nicht abgebildeten Fahrzeugaufbau gelagert. Abgewinkelte Drehstabenden 7, 8 sind in bekannter Weise an hier nicht abgebildete Radträger angeschlossen.
Beide Drehstabteile 2, 3 sind mit je einem Schwingungstilger 9 versehen, der nachstehend näher erläutert wird.
2 zeigt den Schwingungstilger 9 in perspektivischer Darstellung. Er weist eine Tilgermasse 10 auf, die hier durch zwei halbschalenförmig ausgebildete Masseteile 11 gebildet ist, die ringförmig angeordnet sind. Zwischen einander gegenüberliegend angeordneten Enden der beiden Masseteile 11 ist jeweils eine Tilgerfeder 12 eingespannt, die im Ausführungsbeispiel durch ein plattenförmiges Elastomerteile 13 gebildet ist. Ferner ist eine Halteeinrichtung 14 zum Klemmen des Schwingungstilgers 9 auf das Drehstabteil 2, 3 vorgesehen, die weiter unten näher beschrieben wird.
3 zeigt deutlich, dass die beiden Masseteile 11 mittels Stellschrauben 15 miteinander verschraubt sind. Die Einspannung der plattenförmigen Elastomerteile 13 ist abhängig von der eingestellten Schraubenkraft der Stellschrauben 15. Den 2 und 3 ist zu entnehmen, dass die Elastomerteile 13 mit ihren Plattenseiten an den umfangsseitigen Enden der Masseteile 11 plan anliegen. Die axiale Länge der Elastomerteile 13 entspricht im Ausführungsbeispiel der Länge der Masseteile 11. In der 3 ist ein lichter Ringraum 20 zu erkennen, der zwischen der Tilgermasse 10 und dem nicht abgebildeten Drehstabteil 2, 3 ausgebildet ist. Dieser Ringraum 20 ermöglicht ein Schwingen der Tilgermasse 10 quer zur Drehstabfeder unter elastischer Verformung der Tilgerfeder 12.
Die 4 und 5 zeigen deutlich Klemmschrauben 16 der Halteeinrichtung 14, die eine obere Halteschale 17 mit unteren Haltebügeln 18 verschrauben. Unter Festziehen der Klemmschrauben 16 werden die Haltebügel 18 sowie die obere Halteschale 17 gegen das hier nicht abgebildete Drehstabteil 2, 3 angepresst. Mit dieser Halteeinrichtung 14 ist es demzufolge möglich, den Schwingungstilger 9 in einer beliebigen Drehlage auf dem rohrförmigen Drehstabteil 2, 3 zu befestigen.
6 zeigt in einer Ausschnittvergrößerung der 3 die Anbindung der Tilgerfeder 12 einerseits an die Halteeinrichtung 14 und andererseits an die Tilgermasse 10. Das plattenförmige Elastomerteil 13 ist mit seinem Längsrand 19 an einem Umfangsabschnitt der oberen Halteschale 17 befestigt, im Ausführungsbeispiel durch eine Klebeverbindung. Insbesondere ist deutlich zu erkennen, dass das plattenförmige Elastomerteil 13 einen freiliegenden Federabschnitt F mit einer Federlänge s aufweist. Dieser Federabschnitt F erstreckt sich über die gesamte Länge des Elastomerteils 13. Der übrige Teil des Elastomerteils 13 ist als Einspannabschnitt E zwischen den beiden Masseteilen 11 eingespannt. Die Halteschale 17 ist im Ausführungsbeispiel in axialer Richtung so lang, dass das Elastomerteil mit seinem vollständigen Längsrand 19 an die Halteschale 17 angeklebt werden kann.
7 zeigt deutlich die einzelnen Teile des Schwingungstilgers 9 in Explosionsdarstellung. Insbesondere ist deutlich zu erkennen, dass die plattenförmigen Elastomerteile 13 in axialer Richtung zwischen abgewinkelten Laschen 21 der oberen Halteschale 17 angeordnet sind, die für die Verschraubung vorgesehen sind.
8 zeigt deutlich die fest mit der oberen Halteschale 17 verbundenen plattenförmigen Elastomerteile 13.
Der hier beschriebene Schwingungstilger 9 hat eine bevorzugte Schwingrichtung quer zu dem plattenförmigen Elastomerteil 13, das mit seinem freiliegenden Federabschnitt F federelastisch ausgelenkt wird, wenn die Tilgermasse 10 schwingt. Die Federlänge s ist wesentlich für die Ermittlung der geeigneten Eigenfrequenz des Schwingungstilgers 9; die Federlänge s geht mit der dritten Potenz in die Berechnung der Eigenfrequenz ein. Die Federlänge s ist wesentlich für die Steifigkeit der der Tilgerfeder 12.
Die beiden Masseteile 11 der Tilgermasse 10 bilden gemeinsam mit den Stellschrauben 15 eine Stelleinrichtung 22, mittels der die Steifigkeit der Tilgerfeder 12 ebenfalls einstellbar ist. Es wurde herausgefunden, dass die Einspannkraft des plattenförmigen Elastomerteils 13 erheblichen Einfluss auf dessen Steifigkeit nimmt. Demzufolge kann eine exakte Eigenfrequenz des Schwingungstilgers 9 mittels der Stellschrauben 15 gut eingestellt werden.
Die Art der Schwingung des Schwingungstilgers kann je nach Einbaulage als Tangentialschwingung quer zur Drehstabfeder bezeichnet werden.
In einer Variante können die hier beschriebenen Schwingungstilger auch an die abgewinkelten Drehstabenden 7, 8 oder auf das Gehäuse 5 des Aktuators 4 aufgebracht werden.
Bezugszeichenliste

1: Drehstabfeder
2: Drehstabteil
3: Drehstabteil
4: Aktuator
5: Gehäuse
6: Stabilisatorlager
7: Drehstabende
8: Drehstabende
9: Schwingungstilger
10: Tilgermasse
11: Masseteil
12: Tilgerfeder
13: plattenförmiges Elastomerteil
14: Halteeinrichtung
15: Stellschraube
16: Klemmschraube
17: obere Halteschale
18: Haltebügel
19: Längsrand
20: Ringraum
21: Lasche
22: Stelleinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 200810033270 A1 [0002]

Claims

Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, mit einer Drehstabfeder (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungstilger (9) an dem Wankstabilisator angeordnet ist, der eine gegenüber dem Wankstabilisator schwingfähige Tilgermasse (10) und eine zwischen dem Wankstabilisator und der Tilgermasse (10) wirksam angeordnete Tilgerfeder (12) aufweist.
Wankstabilisator nach Anspruch 1, dessen Schwingungstilger (9) eine bevorzugte Schwingachse aufweist, in der die Tilgermasse (10) des Schwingungstilgers (9) schwingfähig ist.
Wankstabilisator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dessen Schwingungstilger (9) in einer mit Bezug auf die Längsachse des Wankstabilisators frei wählbaren Drehlage angeordnet werden kann.
Wankstabilisator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Schwingungstilger (9) mit einer Stelleinrichtung (22) zum Einstellen einer Steifigkeit der Tilgerfeder (12) versehen ist.
Wankstabilisator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Tilgerfeder (12) als Elastomerteil (13) ausgeführt ist, das einerseits an dem Wankstabilisator und das andererseits an der Tilgermasse (10) gehaltert ist.
Wankstabilisator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Tilgermasse (10) mehrere Masseteile (11) aufweist, wobei die Tilgerfeder (12) einerseits zwischen diesen Masseteilen (11) der Tilgermasse (10) eingespannt und andererseits an dem Wankstabilisator gehaltert ist.
Wankstabilisator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen Schwingungstilger (9) eine Halteeinrichtung (14) zum Haltern an dem Wankstabilisator aufweist.
Wankstabilisator nach den Ansprüchen 6 und 7, dessen plattenförmiges Elastomerteil (13) mit einem Längsrand (19) an der Halteeinrichtung (14) befestigt und mit einem Einspannabschnitt (E) seiner beiden Plattenseiten zwischen den Masseteilen (11) eingespannt ist, wobei zwischen dem Längsrand (19) und dem Einspannabschnitt (E) ein frei liegender Federabschnitt (F) des plattenförmigen Elastomerteils (13) angeordnet ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 8, dessen Halteinrichtung (14) eine Halteschale (17) aufweist, an den der Längsrand (19) des Elastomerteils (13) angeklebt oder anvulkanisiert ist.
Wankstabilisator nach Anspruch 4, deren Stelleinrichtung (22) wenigstens eine Stellschraube (15) aufweist, die einerseits an dem einen Masseteil (11) abgestützt und andererseits mit dem anderen Masseteil (11) zum Einspannen der Tilgerfeder (12) verschraubt ist.
Wankstabilisator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, zwischen dessen die Drehstabfeder (1) bildenden Drehstabteilen (2, 3) ein Aktuator (4) angeordnet und mit beiden Drehstabteilen (2, 3) zur Übertragung eines Drehmomentes verbunden ist.