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Die vorliegende Erfindung betrifft einen passiven Wankstabilisator mit einer Kupplungseinheit, die zwischen einer ersten und zweiten Drehstabhälfte angeordnet ist und die beiden Drehstabhälften schaltbar miteinander verbindet.
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Üblicherweise weist jede Radachse eines Kraftfahrzeugs einen Wankstabilisator auf, der nach dem Torsionsstabprinzip arbeitet. Der Wankstabilisator ist im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugachse angeordnet und an beiden Enden über jeweilige Drehstabhälfte und eine jeweilige Koppelstange mit der Radaufhängung verbunden. Ferner ist der Wankstabilisator zur Stabilisierung des Karosserieaufbaus gegenüber unerwünschten Wankbewegungen um die Längsachse des Kraftfahrzeuges vorgesehen. Solche Wankbewegungen treten beispielsweise bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auf. Die Wankbewegung des Kraftfahrzeugs wird durch den Wankstabilisator beeinflusst, indem die Einfederbewegung der linken und rechten Radaufhängung einer Achse mithilfe des Wankstabilisators miteinander gekoppelt wird. Bei unterschiedlicher Belastung der Räder des Kraftfahrzeugs tritt eine Torsion der Drehstabhälften ein, die ein passiver Wankstabilisator infolge seiner Torsionselastizität in begrenztem Maße zulässt und nach Abklingen der Belastung wieder zurückstellt.
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Aus der
DE 10 2015 209 885 A1 ist ein passiver Wankstabilisator für eine Radachse eines Kraftfahrzeugs bekannt, der eine erste und eine zweite Drehstabfeder umfasst. Die Drehstabfedern sind an einem jeweiligen einander abgewandten Ende mit jeweils einem Rad des Kraftfahrzeugs und an einem jeweiligen einander zugewandten Ende über einen Verstellmechanismus miteinander gekoppelt. Der Verstellmechanismus weist einen Gewindetrieb mit variabler Federeinheit auf, wobei die variable Federeinheit ein erstes, zumindest mittelbar mit der ersten Drehstabfeder verbundenes und ein zweites, zumindest mittelbar mit der zweiten Drehstabfeder verbundenes Koppelelement aufweist. Eine Steifigkeit des Wankstabilisators ist dabei über eine axiale Verschiebung der beiden Koppelelemente relativ zueinander einstellbar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen passiven Wankstabilisator weiterzuentwickeln und insbesondere eine Einstellung einer Torsionssteifigkeit des Wankstabilisators zu vereinfachen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein erfindungsgemäßer passiver Wankstabilisator für ein Fahrzeug weist eine Kupplungseinheit auf, die zwischen einer ersten und zweiten Drehstabhälfte angeordnet ist und die beiden Drehstabhälften schaltbar miteinander verbindet, wobei die Kupplungseinheit ein torsionselastisches Rohrelement umfasst, das einerseits mit der ersten Drehstabhälfte und andererseits mit der zweiten Drehstabhälfte verbunden ist, wobei die Kupplungseinheit ferner einen Gewindetrieb umfasst, der durch einen elektrischen Motor betätigbar und dazu vorgesehen ist, ein Abstützelement relativ zu dem Rohrelement zwischen einem ausgefahrenen und eingefahrenen Zustand axial zu verlagern, um zwischen einer ersten und einer zweiten Torsionssteifigkeit des Rohrelements zu schalten. Mit anderen Worten ist mittels der Kupplungseinheit eine Steifigkeit des Wankstabilisators während des Betriebs zwischen der ersten und zweiten Torsionssteifigkeit schaltbar, wobei der Wechsel zwischen der ersten und zweiten Torsionssteifigkeit durch das Abstützelement erfolgt, das relativ zum Rohrelement axial verlagert wird und somit je nach Zustand beziehungsweise je nach axialer Position eine elastische Verformbarkeit des Rohrelements zulässt.
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Die beiden Drehstabhälften bilden vorzugsweise einen jeweiligen Hohlraum aus, um die Kupplungseinheit zumindest teilweise aufzunehmen. Der Motor ist dabei bevorzugt fest mit der zweiten Drehstabhälfte und der Gewindetrieb drehbar mit der ersten Drehstabhälfte verbunden. Während einer Drehmomentbelastung verdrehen die beiden Drehstabhälften relativ zueinander, wobei das Rohrelement, das an einem ersten distalen Ende drehfest mit der ersten Drehstabhälfte und an einem zweiten distalen Ende drehfest mit der zweiten Drehstabhälfte verbunden ist, um die eigene Achse tordiert und in Abhängigkeit der eigenen Torsionssteifigkeit eine Rotation der beiden Drehstabhälften relativ zueinander begrenzt. Mithin wird mittels des Rohrelements ein Torsionsmoment innerhalb des Wankstabilisators übertragen.
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Der Gewindetrieb umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Gewindespindel, die durch den Motor betätigt und in eine Rotationsbewegung versetzt wird, eine Gewindemutter, die durch die Rotationsbewegung der Gewindespindel axial verlagert wird, sowie räumlich zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter angeordnete Kugeln als Wälzkörper. Mithin ist der Gewindetrieb vorzugsweise als Kugelgewindetrieb ausgebildet. Das Abstützelement ist bevorzugt rohrförmig ausgebildet und einseitig fest mit der Gewindemutter verbunden, wobei die Gewindemutter mit dem Abstützelement durch Rotation der Gewindespindel relativ zum Rohrelement axial verlagert. Alternativ kann das Abstützelement auch einteilig mit der Gewindemutter ausgebildet sein.
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Vorzugsweise schnürt das Rohrelement im ausgefahrenen Zustand des Abstützelements elastisch ein. Der ausgefahrene Zustand des Abstützelements liegt vor, wenn das Abstützelement derart zum Rohrelement positioniert ist, dass es nicht in das Rohrelement hineinragt. Mithin kann das Rohrelement im ausgefahrenen Zustand des Abstützelements während der Drehmomentbelastung des Wankstabilisators uneingeschränkt tordieren und weist somit die erste Torsionssteifigkeit auf. Das Rohrelement ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet und schnürt während der Torsionsbelastung elastisch ein. Anders gesagt verjüngt der Querschnitt des Rohrelements insbesondere im Bereich der halben axialen Länge des Rohrelements und reduziert so den Durchmesser des Rohrelements lokal.
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Bevorzugt kommt das Rohrelement im eingefahrenen Zustand des Abstützelements bei einer Drehmomentbelastung mit einer Innenmantelfläche an einer Außenmantelfläche des Abstützelements zur Anlage. Der eingefahrene Zustand des Abstützelements liegt vor, wenn das Abstützelement zumindest teilweise, vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Rohrelements, vom Rohrelement aufgenommen ist. Der Innendurchmesser der Innenmantelfläche ist im unbelasteten Zustand des Rohrelements vorzugsweise größer ausgebildet als der Außendurchmesser des Abstützelements. Während der Drehmomentbelastung wird die elastische Einschnürung des Rohrelements durch das Abstützelement verhindert oder zumindest begrenzt. Während der Drehmomentbelastung kommt somit das Rohrelement mit dessen Innenmantelfläche an der Außenmantelfläche des Abstützelements zur Anlage, wobei der Innendurchmesser des Rohrelements dann identisch zum Außendurchmesser des Abstützelements ist. Mithin wird dadurch die zweite Torsionssteifigkeit des Rohrelements eingestellt, die größer ist, als die erste Torsionssteifigkeit im ausgefahrenen Zustand des Abstützelements. Das Maß der Einschnürung des Rohrelements im eingefahrenen Zustand des Abstützelements ist zum einen abhängig von der relativen Maßdifferenz zwischen dem Außendurchmesser des Abstützelements und dem Innendurchmesser des Rohrelements. Je geringer die Maßdifferenz ist, desto höher ist die zweite Torsionssteifigkeit und desto größer ist die relative Differenz zwischen der ersten und zweiten Torsionssteifigkeit. Die Differenz zwischen der ersten und zweiten Torsionssteifigkeit des Rohrelements ist ferner abhängig von dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Abstützelement und dem Rohrelement, der Wandstärke und der Länge des Rohrelements sowie dem Torsionswinkel.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Rohrelement zumindest eine Ausnehmung zur Einstellung der Torsionssteifigkeit auf. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Ausnehmungen gleichmäßig am Umfang des Rohrelements verteilt angeordnet und erstrecken sich in axialer Richtung des Rohrelements, um eine gleichmäßige Torsion und Einschnürung des Rohrelements zu gewährleisten. Dabei sind die Ausnehmungen jeweils beabstandet zu einem ersten und zweiten distalen Ende des Rohrelements ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Ausnehmungen als Langlöcher ausgebildet, wobei das jeweilige distale Ende des Rohrelements dazu vorgesehen ist, eine optimale Anbindung an die erste beziehungsweise zweite Drehstabhälfte zu gewährleisten.
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Während der Drehmomentbelastung des Rohrelements verformen zwischen den Ausnehmungen ausgebildete Zwischenabschnitte des Rohrelements elastisch und übertragen das auftretende Torsionsmoment zwischen den Drehstabhälften. Liegt das Abstützelement im ausgefahrenen Zustand vor, können die Zwischenabschnitte des Rohrelements eine größere Verformung ertragen, als wenn das Abstützelement im eingefahrenen Zustand vorliegt. Mit anderen Worten liegt im eingefahrenen Zustand eine größere Torsionssteifigkeit des Rohrelements vor, da die Zwischenabschnitte des Rohrelements im eingefahrenen Zustand des Abstützelements in ihrer Verformung gehindert beziehungsweise durch das Abstützelement geführt sind und somit früher verfestigen. Sinkt die Drehmomentbelastung des Rohrelements wieder, entspannt das Rohrelement mit den Zwischenabschnitten wieder und verformt zurück in den Ausgangszustand.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1a eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Wankstabilisators in einem ausgefahrenen Zustand eines Abstützelements,
- 1b eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung des Wankstabilisators gemäß 1a in einem eingefahrenen Zustand des Abstützelements,
- 2 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Rohrelements des Wankstabilisators gemäß den 1a und 1b in einem unbelasteten Zustand,
- 3 eine vereinfachte schematische Ansicht des Rohrelements gemäß 2 in einem belasteten Zustand,
- 4 eine vereinfachte schematische Ansicht des Rohrelements gemäß 2 in einem belasteten Zustand mit eingeschobenem Abstützelement, und
- 5 ein vereinfachter schematischer Querschnitt des Rohrelements mit eingeschobenem Abstützelement gemäß 4.
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Gemäß den 1a und 1b weist ein passiver Wankstabilisator 1 für ein Fahrzeug eine Kupplungseinheit 13 auf, die zwischen einer ersten und zweiten Drehstabhälfte 11a, 11b angeordnet ist und die beiden Drehstabhälften 11a, 11b schaltbar miteinander verbindet. Die beiden Drehstabhälften 11a, 11b bilden an ihren zueinander zugewandten distalen Enden einen Hohlraum 14 aus, um die Kupplungseinheit 13 aufzunehmen. Ferner sind die beiden Drehstabhälften 11a, 11b während einer Drehmomentbelastung relativ zueinander verdrehbar, wobei die Verdrehung durch ein torsionselastisches Rohrelement 8 der Kupplungseinheit 13 begrenzt ist, das einerseits drehfest mit der ersten Drehstabhälfte 11a und andererseits drehfest mit der zweiten Drehstabhälfte 11b verbunden ist. Mithin überträgt das Rohrelement 8 das auftretende Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Drehstabhälfte 11a, 11b. Radial zwischen den beiden Drehstabhälften 11a, 11b ist ein erstes Lagerelement 3a zur drehbaren Lagerung der beiden Drehstabhälften 11a, 11b zueinander vorgesehen.
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Die Kupplungseinheit 13 umfasst ferner einen Gewindetrieb 4, der durch einen elektrischen Motor 2 betätigbar ist. Der Gewindetrieb 4 weist eine Gewindespindel 5 auf, die einerseits von dem Motor 2 angetrieben und andererseits an der ersten Drehstabhälfte 11a durch ein zweites Lagerelement 3b drehbar gelagert wird. Ferner weist der Gewindetrieb 4 eine Gewindemutter 6 auf, die einteilig mit einem Abstützelement 7 verbunden ist, wobei die Gewindemutter 6 mit dem Abstützelement 7 durch Betätigung des Gewindetriebs 4 mittels Motor 2 relativ zu dem Rohrelement 8 zwischen einem ausgefahrenen und eingefahrenen Zustand axial verlagerbar ist, um zwischen einer ersten und einer zweiten Torsionssteifigkeit des Rohrelements 8 zu schalten. Das Rohrelement 8 weist eine Innenmantelfläche 9 mit einem Innendurchmesser auf und das Abstützelement 7 weist eine Außenmantelfläche 10 mit einem Außendurchmesser auf. In einem unbelasteten Zustand des Rohrelements 8 ist der Innendurchmesser des Rohrelements 8 vorliegend größer, als der Außendurchmesser des Abstützelements 7.
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Nach 1a liegt das Abstützelement 7 im ausgefahrenen Zustand vor, wobei das Abstützelement 7 an einem ersten axialen Ende der Gewindespindel 5 positioniert ist. Mithin ragt das Abstützelement 7 im ausgefahrenen Zustand nicht in das Rohrelement 8 hinein. 1b zeigt das Abstützelement 7 der Kupplungseinheit 13 im eingefahrenen Zustand, wobei das Abstützelement 7 mit der Gewindemutter 6 axial in Richtung des Motors 2 verlagert wurde und an einem zweiten axialen Ende der Gewindespindel 5 positioniert ist. Mithin ragt das Abstützelement 7 im eingefahrenen Zustand in das Rohrelement 8 hinein.
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Die 2 bis 4 zeigen jeweils eine schematische Ansicht des Rohrelements 8, wobei das Rohrelement 8 mehrere als Langlöcher ausgebildete Ausnehmungen 12 zur Einstellung der Torsionssteifigkeit aufweist, die sich in axialer Richtung des Rohrelements 8 parallel zueinander erstrecken. Zwischen den Ausnehmungen 12 sind Zwischenabschnitte 16 ausgebildet, die während der Drehmomentbelastung des Rohrelements 8 elastisch verformen. An beiden distalen Enden des Rohrelements 8 sind jeweilige Rohrabschnitte 15a, 15b vorgesehen, die dazu vorgesehen sind, das Rohrelement 8 vollumfänglich an der ersten beziehungsweise zweiten Drehstabhälfte 11a, 11b gemäß den 1a und 1b zu befestigen.
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2 zeigt das Rohrelement 8 im unbelasteten Zustand, also dem Ausgangszustand. Gemäß 3 ist das Rohrelement 8 während einer Drehmomentbelastung dargestellt, wobei das in 1a gezeigte Abstützelement 7 vorliegend nicht in das Rohrelement 8 hineinragt. Mithin kann das Rohrelement 8 während der Drehmomentbelastung uneingeschränkt tordieren und weist dementsprechend die erste Torsionssteifigkeit auf. Ferner schnürt das Rohrelement 8, insbesondere im Bereich der halben axialen Länge maximal elastisch radial ein.
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Nach den 4 und 5 ist das Rohrelement 8 vorliegend im belasteten Zustand dargestellt, wobei das Abstützelement 7 gemäß der Beschreibung von 1b in das Rohrelement 8 hineinragt. Mithin unterliegt das Rohrelement 8 einer Drehmomentbelastung und tordiert um die eigene Achse, wobei das Rohrelement 8 im eingefahrenen Zustand des Abstützelements 7 während der Drehmomentbelastung mit dessen Innenmantelfläche 9 an der Außenmantelfläche 10 des Abstützelements 7 zur Anlage kommt. Mit anderen Worten stützt sich das Rohrelement 8 im eingefahrenen Zustand des Abstützelements 7 mit den Zwischenabschnitten 16 gegen das Abstützelement 7 ab, wobei zumindest an dieser Stelle der Innendurchmesser des Rohrelements 8 identisch zum Außendurchmesser des Abstützelements 7 ist. Durch die gehinderte weitere Verformung der Zwischenabschnitte wird eine Torsion des Rohrelements 8 begrenzt, wobei das Rohrelement 8 dadurch eine zweite Torsionssteifigkeit aufweist, die größer ist, als die erste Torsionssteifigkeit im ausgefahrenen Zustand des Abstützelements 7 nach 1a.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wankstabilisator
- 2
- Motor
- 3a, 3b
- Lagerelement
- 4
- Gewindetrieb
- 5
- Gewindespindel
- 6
- Gewindemutter
- 7
- Abstützelement
- 8
- Rohrelement
- 9
- Innenmantelfläche
- 10
- Außenmantelfläche
- 11a, 11b
- Drehstabhälfte
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Kupplungseinheit
- 14
- Hohlraum
- 15a, 15b
- Rohrabschnitt
- 16
- Zwischenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209885 A1 [0003]
