DE10205038B4

DE10205038B4 - Schwenkmotor für aktiven Stabilisator

Info

Publication number: DE10205038B4
Application number: DE10205038.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schmidt; Reinhold Jurr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: DE10205038A1

Abstract

Hydraulischer Schwenkmotor, zum Einbau in einen geteilten Stabilisator eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einer Welle (2), die, verdrehbar gelagert in einem Gehäuse (1), mit diesem wenigstens vier, um die Welle (2) herum angeordnete, durch abwechselnd am Gehäuse (1) und an der Welle (2) ausgebildete Rippen (3, 4) voneinander getrennte Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) bildet, die paarweise abwechselnd, abhängig von die Seitenneigung des Kraftfahrzeugs bestimmenden Kräften und Momenten, diesen entgegenwirkend, mit einem hydraulischen Fluid beaufschlagbar sind, wobei die Rippen (3, 4) so angeordnet sind, dass Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) mit im wesentlichen teilkreisringförmigem Querschnitt entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Teilkreisringquerschnittsflächen der Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) unterschiedliche Bogenlängen (16, 17, 18) besitzen und diese Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) so angeordnet sind, dass Reaktionskräfte zwischen Gehäuse (1) und Welle (2) beim Beaufschlagen der Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) mit hydraulischem Fluid im wesentlichen vermieden werden.

Description

Es ist bereits bekannt, einen Stabilisator für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs in zwei Stabilisatorarme zu trennen und dazwischen einen Schwenkmotor einzubauen. Durch den Schwenkmotor kann ein Drehmoment auf die beiden Stabilisatorarme zur Regelung des Wankverhaltens des Kraftfahrzeugs aufgebracht werden.
Die US 2 939 428 A beschreibt hingegen einen Drehkraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuglenkungen, mit umlaufendem Flüssigkeitsstrom.
Die DE 44 42 223 C2 beschreibt als nächstliegender Stand der Technik einen hydraulischen Schwenkmotor, der kurz baut und hinsichtlich der Beanspruchung optimiert ist. Zur Vermeidung von einseitiger Lagerbeanspruchung der Gleitlager zwischen Welle und Gehäuse ist dieser Schwenkmotor zweiflügelig ausgebildet. Die Flügel von Rotor und Stator sind jeweils um 90 Winkelgrad versetzt angeordnet, wodurch ein interner Druckausgleich möglich ist, weil die in radialer Richtung projezierten Flächen, unabhängig vom aktuellen Verdrehwinkel zwischen Welle und Gehäuse, jeweils gleich groß sind.
Allerdings sind, beim Umschalten des Drucks zwischen den Arbeitskammern, die Lagerstellen des Schwenkmotors des aktiven Stabilisators durch Querkräfte und Biegemomente wechselnd beansprucht. Es findet ein Flankenwechsel in der Belastung der Schwenkmotorwelle an den Gleitlagern statt. Dieser Flankenwechsel in der Belastung tritt passiv durch Störanregungen aufgrund Straßenunebenheiten oder aktiv beim Einsatz der Wankausgleichsregelung auf und führt zu einer hohen Beanspruchung der Schwenkmotorgleitlager. Außerdem wird die Schwingungsanregung des aktiven Stabilisators verstärkt.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Schwenkmotor zum Einbau in einen geteilten Stabilisator eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der so gestaltet ist, dass die Lagerstellen zwischen Welle und Gehäuse weniger beansprucht werden und die Schwingungsanregung des aktiven Stabilisators verringert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schwenkmotor, zum Einbau in einen geteilten Stabilisator eines Kraftfahrzeugs. Der hydraulische Schwenkmotor besteht aus einer Welle, die in einem Gehäuse verdrehbar gelagert ist und mit diesem wenigstens vier, um die Welle angeordnete, durch abwechselnd am Gehäuse und an der Welle ausgebildete Rippen voneinander getrennte Arbeitskammern bildet. Die Rippen sind so angeordnet, dass die Arbeitskammern einen im Wesentlichen teilkreisringförmigen Querschnitt haben. Die Arbeitskammern werden paarweise abwechselnd, abhängig von die Seitenneigung des Kraftfahrzeugs bestimmenden Kräften und Momenten, diesen entgegenwirkend, mit einem hydraulischen Fluid beaufschlagt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bestimmte Teilkreisringquerschnittsflächen der Arbeitskammern unterschiedliche Bogenlängen besitzen und diese Arbeitskammern so angeordnet sind, dass Reaktionskräfte zwischen Gehäuse und Welle beim Beaufschlagen der Arbeitskammern mit hydraulischem Fluid im Wesentlichen vermieden werden.
Das hat den Vorteil, dass über solche konstruktiven Maßnahmen, zum Beispiel beim hydraulischen Druckausgleich, eine hydraulische Kraft erzeugt werden kann, die die mechanischen Lagerkräfte beim Umschalten der Druckwirkungsrichtung teilkompensiert oder sogar überkompensiert. Hierdurch wird vorteilhafter Weise der Impuls beim Druckrichtungsumschalten reduziert und der Flankenwechsel in der Belastung der Schwenkmotorwelle vollzieht sich mit geringerer Intensität, was zu geringerer Belastung der Gleitlagerstellen beiträgt. Dadurch werden die Gleitlagerstellen weniger beansprucht und die Schwingungsanregung des aktiven Stabilisators verringert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der hydraulische Schwenkmotor dadurch gekennzeichnet, dass vier Rippen so gestaltet sind, dass diese vier Arbeitskammern mit Teilkreisringquerschnittsflächen bilden, von denen zwei eine gleich große, eine eine größere und eine eine kleinere Bogenlänge aufweisen, wobei sich die Bogenlängen jeweils von einer zur nächsten in der Rippe untergebrachten Dichtung erstrecken. Außerdem sind, bei in Kraftfahrzeugquerrichtung angeordnetem Schwenkmotor, die beiden Arbeitskammern mit gleich großen Bogenlängen einander gegenüberliegend, in Fahrtrichtung gesehen, eine im wesentlichen nach vorn und eine im wesentlichen nach hinten weisend angeordnet, während die Arbeitskammern mit größerer und kleinerer Bogenlänge, einander gegenüberliegend, im wesentlichen nach oben beziehungsweise nach unten weisend oder umgekehrt angeordnet sind.
Das hat den Vorteil, dass sich beim Wechsel der Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern durch Vergrößerung der in radialer Richtung wirkenden oberen Fläche und Verkleinerung der entsprechenden unteren Fläche die mechanische Lagerkraft hydraulisch kompensieren lässt. Der Einsatz eines so gestalteten und so zwischen den beiden Stabilisatorarmen angeordneten Schwenkmotors hat den Vorteil, dass der bei der Wankausgleichsregelung durch Umschalten des hydraulischen Druckes zwischen den Arbeitskammern auftretende Flankenwechsel in der Belastung der Gleitlager der Schwenkmotorwelle durch Kompensation der auftretenden Querkräfte in seiner Intensität verringert wird. Dies betrifft auch den Flankenwechsel in der Belastung, der durch Störanregungen aufgrund von Straßenunebenheiten passiv in den Schwenkmotor eingebracht wird und führt zu einer geringeren Beanspruchung der Schwenkmotorgleitlager. Außerdem wird die Schwingungsanregung des aktiven Stabilisators verringert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die unterschiedlichen Bogenlängen der Teilkreisringquerschnittsflächen der Arbeitskammern dadurch erreicht, dass, bei im wesentlichen symmetrischer Gestaltung von Wellen- und Gehäusequerschnitt, die Dichtungen in den Rippen, die die Arbeitskammern hydraulisch voneinander trennen, zu den Symmetrieachsen des Schwenkmotorquerschnitts entsprechend versetzt angeordnet sind.
Auf einfache Weise kann so durch gezielten Einsatz von schmalen bzw. breiten Beilagelementen zu den Dichtungen oder durch Abweichung der Winkel der Dichtungsnuten von den Symetrieachsen eine Vergrößerung der in radialer Richtung wirkenden oberen Fläche bzw. Verkleinerung der entsprechenden unteren Fläche bewirkt werden.
Eine exzentrische Lage der Dichtungen ist so vorteilhafterweise zum Beispiel erreichbar durch exzentrisches Einbringen entsprechender Nuten zur Lagerung der Dichtungen in den Rippen oder bei symmetrischem Einbringen der Nuten durch unterschiedliche Dichtungsbeilagen. Außerdem können, bei symmetrischem Einbringen der Nuten in den Rippen, die Rippen auch exzentrisch angeordnet sein. Alle diese Ausführungsformen können aber auch beliebig zusammen angewendet werden, um das Ziel, eine exzentrische Lage entsprechender Dichtungen, zu erreichen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der Bogenlängen der Teilkreisringquerschnittsflächen der oberen und unteren Arbeitskammer zu den gleichen Bogenlängen der vorderen und hinteren Arbeitskammer, ausgedrückt als Winkelgraddifferenz der Mittelpunktswinkel der zugehörigen Bogenlängen, in einem Bereich von etwa plus beziehungsweise minus ein bis acht Winkelgrad liegt. Versuche haben ergeben, dass, im gewöhnlich auftretenden Belastungsbereich für Stabilisatoren, die Wechselbeanspruchung eines Schwenkmotors dann sehr gut kompensiert wird, wenn der Unterschied der Bogenlängen der Teilkreisringquerschnittsflächen der oberen und unteren Arbeitskammer zu den gleichen Bogenlängen der vorderen und hinteren Arbeitskammer, ausgedrückt als Winkelgraddifferenz der Mittelpunktswinkel der zugehörigen Bogenlängen, bei etwa plus beziehungsweise minus einem halben bis vier Winkelgrad liegt.
Dabei ist es günstig, wenn die kräftemäßig wirksamen Teilkreisringquerschnittsflächen der, in Richtung der Fahrzeuglängsachse gesehenen, vorderen und hinteren Arbeitskammern einen Kreisausschnitt mit im wesentlichen sechsundachtzig Winkelgrad abdecken, die kräftemäßig wirksame Teilkreisringquerschnittsfläche der oberen Arbeitskammer einen Kreisausschnitt mit im wesentlichen neunzig Winkelgrad abdeckt und die kräftemäßig wirksame Teilkreisringquerschnittsfläche der unteren Arbeitskammer einen Kreisausschnitt mit im wesentlichen zweiundachtzig Winkelgrad abdeckt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zughörigen Zeichnung näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Schwenkmotor gemäß der Erfindung.
Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels bezieht ausdrücklich die Beschreibung von DE 44 42 223 C2 mit ein und veranschaulicht anhand des dort beschriebenen Schwenkmotors die zusätzlichen Merkmale eines Schwenkmotors gemäss der Erfindung. In entsprechender Weise kann so jeder bekannte Schwenkmotor gemäß der Erfindung verändert werden um einen Schwenkmotor mit reduzierter Gleitlagerbelastung und verminderter Schwingungsanregung des aktiven Stabilisators zu erhalten.
Ein Schwenkmotor, beispielsweise zur Beeinflussung des Wankverhaltens eines Kraftfahrzeugs, eingebaut zwischen zwei nicht gezeichneten Stabilisatorteilen, besteht aus einem Gehäuse 1 und einer Welle 2, die über Gleitlager verdrehbar im Gehäuse 1 gelagert ist. Je um 180 Winkelgrad versetzt sind am Gehäuse 1 und an der Welle 2 jeweils zwei Rippen 3, 4 ausgebildet, wobei die Rippen 3 des Gehäuses 1 nach innen und die Rippen 4 der Welle 2 nach außen gerichtet sind. Die abwechselnd am Gehäuse 1 und an der Welle 2 ausgebildeten Rippen 3, 4 bilden so vier Arbeitskammern 5, 6, 7, 8 zwischen Gehäuse 1 und Welle 2 des Schwenkmotors.
Dieser ist in der Lage, wie in der Figur dargestellt, so zwischen die beiden nicht dargestellten Stabilisatorteile eingebaut, dass, in Richtung einer Hochachse des Kraftfahrzeugs gesehen, die Arbeitskammer 5 nach oben und die Arbeitskammer 6 nach unten gerichtet ist. Ferner ist, in Richtung einer Längsachse des Kraftfahrzeugs gesehen, die Arbeitskammer 7 nach vorne und die Arbeitskammer 8 nach hinten gerichtet. Die Arbeitskammern 5, 6, 7, 8 sind mittels Flachdichtungen 9, 10, 11, 12 gegeneinander abgedichtet, die in Nuten der Rippen 3, 4 eingesetzt sind.
Dabei sind die Nuten so in die Rippen 3, 4 eingebracht, dass diese versetzt zu den Symetrielinien 14, 15 des Querschnitts des Gehäuses 1 und der Welle 2 liegen. Die Flachdichtungen 9, 10, 11, 12 sind so versetzt angebracht, dass die obere Arbeitskammer 5 eine Teilkreisringquerschnittsfläche mit einer kräftemäßig wirksamen Bogenlänge 16 von 90 Winkelgrad abdeckt, ausgedrückt in Winkelgrad des zugehörigen Mittelpunktswinkels, während gleichzeitig die Teilkreisringquerschnittsfläche der unteren Arbeitskammer 6 eine kräftemäßig wirksame Bogenlänge 17 von 82 Winkelgrad abdeckt, ebenfalls ausgedrückt in Winkelgrad des zugehörigen Mittelpunktswinkels. Die beiden anderen Arbeitskammern, die vordere 7 und die hintere 8, decken mit ihren Teilkreisringquerschnittsflächen je eine kräftemäßig wirksame Bogenlänge 18 von jeweils 86 Winkelgraden ab, ausgedrückt in Winkelgrad des zugehörigen Mittelpunktswinkels.
Diese Änderung gegenüber dem Stand der Technik bewirkt, dass die nicht gezeichneten Gleitlager des Schwenkmotors beim Umschalten des hydraulischen Drucks von den Arbeitskammern 5, 6 auf die Arbeitskammern 7, 8, oder umgekehrt, weniger durch Querkräfte beansprucht werden, was den aktiven Stabilisator ebenfalls weniger zum Schwingen anregt. Ursache dafür ist ein besserer Ausgleich der auftretenden Querkräfte und dadurch ein reduzierter Impuls beim Umschalten des hydraulischen Druckes von den Arbeitskammern 5, 6 auf die Arbeitskammern 7, 8 oder umgekehrt.

Claims

Hydraulischer Schwenkmotor, zum Einbau in einen geteilten Stabilisator eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einer Welle (2), die, verdrehbar gelagert in einem Gehäuse (1), mit diesem wenigstens vier, um die Welle (2) herum angeordnete, durch abwechselnd am Gehäuse (1) und an der Welle (2) ausgebildete Rippen (3, 4) voneinander getrennte Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) bildet, die paarweise abwechselnd, abhängig von die Seitenneigung des Kraftfahrzeugs bestimmenden Kräften und Momenten, diesen entgegenwirkend, mit einem hydraulischen Fluid beaufschlagbar sind, wobei die Rippen (3, 4) so angeordnet sind, dass Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) mit im wesentlichen teilkreisringförmigem Querschnitt entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Teilkreisringquerschnittsflächen der Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) unterschiedliche Bogenlängen (16, 17, 18) besitzen und diese Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) so angeordnet sind, dass Reaktionskräfte zwischen Gehäuse (1) und Welle (2) beim Beaufschlagen der Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) mit hydraulischem Fluid im wesentlichen vermieden werden.
Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Rippen (3, 4) so gestaltet sind, dass diese vier Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) mit Teilkreisringquerschnittsflächen bilden, von denen zwei eine gleich große, eine eine größere und eine eine kleinere Bogenlänge (16, 17, 18) aufweisen und dass bei in Kraftfahrzeugquerrichtung angeordnetem Schwenkmotor die beiden Arbeitskammern (7, 8) mit gleich großen Bogenlängen (18) einander gegenüberliegend, in Fahrtrichtung gesehen, eine im wesentlichen nach vorn und eine im wesentlichen nach hinten weisend angeordnet sind, während die Arbeitskammern (5, 6) mit größerer und kleinerer Bogenlänge (16, 17) einander gegenüberliegend, im wesentlichen nach oben beziehungsweise nach unten weisend oder umgekehrt angeordnet sind.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei im wesentlichen symmetrischer Gestaltung von Wellen- und Gehäusequerschnitt die unterschiedlichen Bogenlängen (16, 17, 18) der Teilkreisringquerschnittsflächen der Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) dadurch erreicht werden, dass Dichtungen (9, 10, 11, 12) in den Rippen (3, 4), die die Arbeitskammern (5, 6, 7, 8) hydraulisch voneinander trennen, zu den Symmetrieachsen (14, 15) des Schwenkmotorquerschnitts entsprechend versetzt angeordnet sind.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der Bogenlängen (16, 17) der Teilkreisringquerschnittsflächen der oberen und unteren Arbeitskammer (5, 6) zu den gleichen Bogenlängen (18) der vorderen und hinteren Arbeitskammer (7, 8), ausgedrückt als Winkelgraddifferenz der Mittelpunktswinkel der zugehörigen Bogenlängen, in einem Bereich von etwa plus beziehungsweise minus ein bis acht Winkelgrad liegt.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der Bogenlängen (16, 17) der Teilkreisringquerschnittsflächen der oberen und unteren Arbeitskammer (5, 6) zu den gleichen Bogenlängen (18) der vorderen und hinteren Arbeitskammer (7, 8), ausgedrückt als Winkelgraddifferenz der Mittelpunktswinkel der zugehörigen Bogenlängen, bei etwa plus beziehungsweise minus einem halben bis vier Winkelgrad liegt.
Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkreisringquerschnittsflächen der vorderen und der hinteren Arbeitskammer (7, 8) einen Kreisausschnitt mit einem Mittelpunktswinkel von im wesentlichen sechsundachtzig Winkelgrad abdecken, die Teilkreisringquerschnittsfläche der oberen Arbeitskammer (5) einen Kreisausschnitt mit einem Mittelpunktswinkel von im wesentlichen neunzig Winkelgrad abdeckt und die Teilkreisringquerschnittsfläche der unteren Arbeitskammer (6) einen Kreisausschnitt mit einem Mittelpunktswinkel von im wesentlichen zweiundachtzig Winkelgrad abdeckt.