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Als U-förmige Drehstabfeder ausgebildeter Kurvenstabilisator mit veränderlicher
Wirkung für zwei- oder mehrspurige Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf einen als -U-förmige Drehstabfeder ausgebildeten Kurvenstabilisator
mit veränderlicher Wirkung für zwei- oder mehrspurige Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge,
der durch ein in der Fahrzeugquerrichtung den Kraftfluß von der einen zur anderen
Seite koppelndes bzw. entkoppelndes hydraulisches Zylinder-Kolben-Element dadurch
in Abhängigkeit von der Fahrzeuglenkung oder von einem auf die Fliehkraft ansprechenden
pendelfähigen Organ ein- und ausschaltbar ausgebildet ist, daß der Flüssigkeitsaustausch
zwischen zwei volumenveränderlichen Zylinderräumen bei Kurvenfahrt gesperrt und
bei Geradeausfahrt freigegeben ist.
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Bekanntlich dienen die meist kurz »Stabilisatoren« genannten Hilfsfedern
zur Vermeidung einer größeren Schräglage des Fahrzeugs in der Kurve, indem sie dessen
gefederten Körper gegenüber den Achsen bzw. Rädern zur Fahrbahn parallel zu halten
suchen. Diese Wirkung ist aber mit dem Nachteil verknüpft, daß die beim überfahren
einseitiger Unebenheiten entstehenden Drehmomente der Federung um die Fahrzeuglängsachse
verstärkt werden, so daß heftigere und schnellere »Wankschwingungen« auftreten,
als es ohne Stabilisator der Fall wäre. Während die Kurvenlage des Fahrzeugs verbessert
wird, werden, insbesondere beim Fahren in der Geraden, die Federungseigenschaften
verschlechtert. Um diese Verschlechterung nicht allzu fühlbar werden zu lassen,
ist im allgemeinen der Stabilisator verhältnismäßig schwach ausgelegt, so daß auch
die Kurveneigenschaften zu wünschen übrig lassen und die Federung insgesamt nur
einen unbefriedigenden Kompromiß darstellt.
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Ein solcher Kompromiß ist nicht erforderlich, wenn die Wirkung des
Stabilisators derart veränderlich ist, daß er während der Kurvenfahrt starke und
während der Geradeausfahrt schwache oder gar keine Rückstellkräfte auf die Räder
überträgt, bei Fahrt in der Geraden also ausgeschaltet ist.
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Es sind schon verschiedene Bauarten solcher veränderlich wirkender
Kurvenstabilisatoren bekanntgeworden, die jedoch alle mehr oder weniger schwerwiegende
Nachteile aufweisen. Bei einer Bauart ist z. B. der U-förmige Drehstab in der Fahrzeugmitte
zweigeteilt, wobei die Kupplung bzw. Entkupplung der Drehstabhälften durch ein ebenfalls
dort liegendes hydraulisches Flügelkolbenelement mit waagerechter Achse erfolgt.
Das Zylindergehäuse ist mit der einen Drehstabhälfte, der Flügelkolben mit der anderen
Drehstabhällte verbunden. Die volumenveränderlichen Zylinderräume beiderseits der
Kolbenflügel sind durch eine Umgehungsleitung verbunden, die durch einen Zylinderdrehschieber
sperrbar oder zu öffnen ist. Bei Kurvenfahrt ist, entweder abhängig vom Lenkgestänge
oder von einem in einer vertikalen Querebene schwingungsfähigen Pendel, die Verbindung
gesperrt, während sie bei Geradeausfahrt offen ist. Es ist offensichtlich, däß die
Anwendung einer solchen Anordnung auf Schwierigkeiten stößt, da der Platz in der
Fahrzeugmitte in der Regel vom Motor oder anderen wichtigen Organen des Fahrzeugs
benötigt wird. Außerdem erfordert ein in der Mitte geteilter Drehstab praktisch
mindestens eine weitere Lagerung in der Mitte, die kostspielig ist und nur mit Hilfe
eines Querträgers durchgeführt werden kann. Dieser bekannte Stabilisator ist zwar
mittig nicht gelagert, jedoch besteht dadurch, insbesondere infolge der Gewichtsbelastung
durch das hydraulische Element, die Gefahr von Biegeschwingungen des Drehstabes.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung wird die obengenannte Schwierigkeit
hinsichtlich der räumlichen Unterbringung vermieden, indem die Kupplung einseitig
zwischen dem inneren Ende des einen Drehstabhebels und dem anseitigen Ende des mittleren
Drehstabteils untergebracht ist. Abgesehen davon, daß es sich hier nicht um einen
Stabilisator handelt, der in jeder Kurve eingeschaltet und nach jeder Kurve ausgeschaltet
werden soll, sondern nur um eine Vorrichtung, die bei Geländefahrzeugen die Verwindungsfähigkeit
der normal für Kurve und
Geradeausfahrt gleichen Federung in besonders
schwierigen Fahrtabschnitten vergrößern soll, ist hier zur Verbindung und Trennung
der Stabilisatorseiten aber nur eine Klauenkupplung vorgesehen, die ruckweise arbeitet
und jedesmal von Hand bedient werden muß. Durch die Trennung des Stabilisators am
einen Ende des mittleren Drehstabteils wird der Nachteil der mehr als zweifachen
Lagerung auch nicht behoben, da der Hebel auf der Kupplungsseite seinerseits wieder
gut auf der- Welle gelagert werden muß. Eine lose Verbindung, wie vorgesehen, würde
ein ständig hörbares Klappern der Kupplung hervorrufen. Außerdem ist bei dieser
Anordnung das Kupplungsmoment sehr hoch.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die besagten räumlichen Nachteile, die
mehrfache Lagerung der Stabilisatorteile und die Teilung des Stabilisatorstabes
durch eine Kupplung zu vermeiden und eine die betriebsmäßigen und akustischen Nachteile
der mechanischen Kupplung umgehende hydraulische Kupplung vorzusehen, die sich unter
diesen Bedingungen organisch in die Gesamtanordnung des veränderlich wirkenden Stabilisators
einfügt.
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Die Erfindung besteht darin, daß das hydraulische Zylinder-Kolben-Element
zwischen dem äußeren Ende des einen Drehstabhebels und der Radaufhängung bzw. Achse
durch Gelenke eingehängt ist und aus einem im wesentlichen senkrecht angeordneten
Zylinder, einem mit der äußeren Kolbenstange im Zylinder axial verschiebbaren und
um die Zylinderlängsachse schwenkbaren Außenkolben und einem in diesem untergebrachten
und mit diesem verschiebbaren, aber durch die zugeordnete innere Kolbenstange am
Schwenken gehinderten Innenkolben besteht, wobei beide Kolben in ihren Böden vorzugsweise
sektorförmige Schlitze aufweisen, die mittels des bei Kurvenfahrt ansprechenden
Organs derart gegeneinander verdrehbar sind, daß beim Fahren in der Kurve die Schlitze
zum Sperren des Ölflusses zwischen dem oberen und unteren Zylinderraum abgedeckt
sind, jedoch beim Fahren in der Geraden die Schlitze sich übereinander befinden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann zur Steuerung ein um die
Zylinderachse schwenkbares Pendel mit senkrechter Abfederung vorgesehen sein.
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Schließlich kann dieses Pendel als an sich bekannter harmonischer
Schwingungsdämpfer bzw. Schwingungstilger für die Radaufhängung ausgebildet sein.
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Die bekannten, zur Verringerung der Achsschwingungsamplitude im Resonanzgebiet
lediglich an den urigefederten Fahrzeugmassen befestigten, aus Feder und träger
Masse mit oder ohne Eigendämpfung bestehenden Schwingungstilger sind zusätzliche
Aggregate, die erhöhten Aufwand bedingen. Durch Verwendung eines an sich nach der
Erfindung notwendigen Teiles gleichzeitig als Schwingungstilger wird dieser Aufwand
verringert.
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In der Zeichnung sind erläuterte Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Fig. I den Stabilisator und seine Anordnung in der Aufhängung
des Fahrzeugs in perspektivischer Ansicht, Fig. 1I das hydraulische Zylinder-Kolben-Element
im angeschnittenen Zustand, ebenfalls in perspektivischer Ansicht, Fig.III ein solches
Zylinder-Kolben-Element in Verbindung mit einem am Fahrzeugkörper angebrachten Pendel
(perspektivisch), Fig. IV ein gleichzeitig als Schwingungstilger ausgebildetes,
direkt-pendelgesteuertes Zylinder-Kolben-Element (perspektivisch), Fig. V ein in
Verbindung mit einer hydraulischen Lenkhilfe arbeitendes Zylinder-Kolben-Element
(perspektivisch) und Fig. VI ein auf elektrischem Wege gesteuertes Zylinder-Kolben-Element
(perspektivisch).
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Mit 1 ist der am Fahrzeugrahmen mittels Lager 2 und 3 abgestützte
Drehstab des Kurvenstabilisators bezeichnet, der über seine angebogenen Hebel 4
und 5 mit den Querlenkern 6 und 7 der Vorderradaufhängung in Verbindung steht. Diese
Verbindung ist auf der rechten Bildseite in bekannter Weise durch ein Gummigelenk
8, eine Zug- und Druckstange 9 und ein Gummigelenk 10 herbeigeführt, während auf
der linken Bildseite zwischen den entsprechenden Gummigelenken 11 und 12 ein hydraulisches
Zylinder-Kolben-Element 13 eingehängt ist. In diesem befindet sich neben dem Drucköl
eine aus einem Außenkolben 14 und einem Innenkolben 15 gebildete Drehschieberanordnung,
die in den Kolbenböden sektorförnüge Schlitze 16, 16' und 17 neben weiteren im Bilde
unsichtbaren aufweist. Vom Innenkolben 15 aus führt eine innere Kolbenstange
20 a zum Gummigelenk 12, das einerseits die Verbindung mit dem zugehörigen
Querlenker 6 herstellt, anderseits jedoch als Ringgelenk den Innenkolben 15 gegen
Drehen sichert. Der Außenkolben 14 ist gegenüber dem Innenkolben 15 durch einen
Federring 18 und einen als Axiallager wirkenden genuteten Ring 19 gesichert und
wird von oben her durch eine die innere Kolbenstange 20a rohrföhnig umschließende
äußere Kolbenstange 20 gesteuert. Am außerhalb des Zylinders liegenden Ende der
äußeren Kolbenstange 20 ist ein Hebel 21 befestigt, der durch eine mittels Kugelgelenke
angelenkte Stange 22 vom Lenkhebel 23 her bewegbar ist. In der Mittelstellung bei
Geradeausfahrt befinden sich die Schlitze 16,16', 17 des Innen-und Außenkolbens
14, 15 übereinander, so daß der Ölfluß zwischen den Zylinderräumen über und unter
den Kolben freigegeben ist und die Anordnung keine sperrende Wirkung besitzt. Schon
bei geringer Verdrehung der beiden Kolben gegeneinander werden jedoch die Schlitze
16,16' 17 abgedeckt, es tritt eine Sperrung des öldurchflusses ein, und der Kurvenstabilisator
beginnt als solcher zu wirken. Nachdem der Nachteil der ständig wirkenden Kurvenstabilisatoren,
nämlich die Verstärkung der Wankschwingungen in der Geraden, vermieden ist, kann
der Kurvenstabilisator nach der Erfindung auch sehr kräftig ausgebildet sein, so
daß er mehr Kurvensteifigkeit als übliche Kurvenstabilisatoren ergibt.
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Wenn, wie im oben behandelten Ausführungsbeispiel vorgesehen, die
Steuerung der hydraulischen Kupplung durch die Lenkung erfolgt, ist, wenigstens
bei größeren Fahrzeugen, eine gewisse Erschwerung der Lenkung zu befürchten. Es
kann deshalb das hydraulische Zylinder-Kolben-Element auch durch andere Kräfte als
diejenigen der Lenkung gesteuert werden, beispielsweise durch den Ausschlag eines
Pendels gemäß Fig. III und IV.
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In Fig.III ist das hydraulische Zylinder-Kolben-Element 13 über eine
Stange 22 mit einem Pendel 24 verbunden, das zum Ausschalten der Einflüsse der Nickschwingungen
horizontal schwingend ausgebildet und im Vorderteil des Kraftfahrzeuges angeordnet
ist, damit es schon bei der geringsten Richtungsänderung
in Tätigkeit
tritt. Das Pendel 24 ist am Fahrzeugrahmen durch eine mit einem rückstellenden Drehstab
25a versehene Lagerung 25 angebracht. Von der Lagerung 25 aus führen zwei
Arme nach vorn, die an ihren Enden Anschlagpuffer 26 und 27 zur Begrenzung des Pendelausschlags
aufweisen. Hierdurch ist es möglich, die Zahl der sektorförnügen Schlitze in der
Drehschieberanordnung der beiden Kolben 14, 15 zu erhöhen. Zur Wirkungsweise dieser
Anordnung, die im wesentlichen aus Fig. III und dem Gesagten hervorgeht, ist noch
zu bemerken, daß die Dämpfung des Pendels durch die Reibung in der Drehschieberanordnung
der Kolben 14, 15 erfolgt und daß bei Beschleunigung des Kraftfahrzeuges in der
Kurve eine Verstärkung der Stabilisatorwirkung eintritt, da das bereits ausgeschwungene
Pendel dann noch weiter ausschwingt.
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In Fig. IV ist eine Vereinfachung der vorstehend beschriebenen Anordnung
gezeigt, bei der ein Pendel 28 unter Einsparung der Stange 22 und der Lagerung 25
direkt am hydraulischen Zylinder-Kolben-Element angebracht ist. Um die ungefederten
Massen nicht zu vergrößern, ist das Pendel 28 hierbei durch ein Gummifederelement
29 in senkrechter Richtung abgefedert. Diese Federung kann so abgestimmt sein, daß
die Vertikalschwingung des Pendels 28 der Schwingung der Radaufhängung mit einer
Viertelperiode nacheilt, so daß das Gewicht des Pendels 28 noch als sogenannter
harmonischer Schwingungsdämpfer oder Schwingungstilger wirkt.
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über diese Ausführungen mit Pendel hinaus sind auch andere möglich,
bei denen eine Erschwerung der Lenkung vermieden wird. Die immer weiter fortschreitende
Einführung der Servolenkung gestattet es z. B., die Steuerung des Kurvenstabilisators
durch die vorhandene Servoanlage gleich mitzubesorgen. Fig. V zeigt eine derartige
in Verbindung mit einer hydraulischen LenkhiLe arbeitende Einrichtung. Die Servoapparatur
hat bei dieser nur einen Teil des druckmäßig bereits richtiggesteuerten Öls in den
dargestellten horizontalen Zylinder 30 zu leiten, der am Fahrzeugrahmen angebracht
ist und von dem aus eine parallel zur Spurstange schwingende Stange 22 zum Sperrelement
des Kurvenstabilisators führt. Das in Fig. V dargestellte Gelenk 31 ist als Gummigelenk
ausgebildet, um auch in der horizontalen Ebene Ausschläge der Steuerstange 22 zuzulassen.
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In Fig. VI ist noch eine Anordnung dargestellt, bei der das hydraulische
Zylinder-Kolben-Element 13 auf elektrischem Weg gesteuert wird. Der winkelbewegliche
Kolben wird durch ein direkt mit dem Zylinder-Kolben-Element 13 zusammengebautes
Kreissolenoid 32 geschwenkt, das durch eine elektrolytische Libelle 33 geschaltet
wird.