WO2003068541A1 - Querstabilisator für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2003068541A1
WO2003068541A1 PCT/DE2003/000391 DE0300391W WO03068541A1 WO 2003068541 A1 WO2003068541 A1 WO 2003068541A1 DE 0300391 W DE0300391 W DE 0300391W WO 03068541 A1 WO03068541 A1 WO 03068541A1
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bar
torsion bar
transverse stabilizer
tube
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Metin Ersoy
Jens Vortmeyer
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ZF Lemförder Metallwaren AG
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Definitions

  • Anti-roll bar for a motor vehicle
  • the present invention relates to a transverse stabilizer for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • Transverse stabilizers for motor vehicles are usually used to elastically couple the wheel suspension of a wheel on one side of the motor vehicle to the wheel suspension of the corresponding wheel on the same axis on the other side of the motor vehicle.
  • the coupling is such that when one wheel is deflected, the suspension of the other wheel is also acted on in the direction of spring deflection.
  • the anti-roll bar should as far as possible not influence the suspension behavior of the vehicle.
  • DE-AS 11 05 290 describes providing a stabilizer with a split torsion bar, the sections being connected to one another in the manner of a hydraulic clutch which is controlled as a function of the centrifugal force or the vehicle steering. This makes it possible to disable the stabilizer when driving straight ahead by opening the clutch and to switch it on only when cornering. Moreover, it is also known from this document to adjust the sections of the torsion bar relative to one another by means of an actuating motor when cornering in such a way that the vehicle body tilts less far towards the outside of the curve, i.e. an inclination is actively counteracted.
  • a known actuator for coupling transverse stabilizers with a split torsion bar is known from DE 199 50 244 C2. Further actuators are described in DE 37 4024 C2.
  • a disadvantage of the known anti-roll bars with a split torsion bar is that the turning on (coupling) of the anti-roll bar must take place automatically and very quickly for safety reasons when cornering, since the vehicle could otherwise become uncontrollable when cornering.
  • the high costs associated with these requirements for the actuator of the known cross stabilizers have led to the fact that switchable cross stabilizers (also under the name "active cross stabilizers" known) in volume models (ie vehicles that are manufactured in large quantities) are not used.
  • cross stabilizers are known, which are used in particular in the off-road sector.
  • Such transverse stabilizers for example known from DE 43 07 639 Cl, are only suitable for improving traction when driving slowly through the terrain.
  • systems of this type are not suitable for switching on or off the cross stabilizer when driving on a normal road, since there is a risk that the cross stabilizer will not be switched on in a curve or not in time, and the vehicle will thus become in an uncontrollable state.
  • a transverse stabilizer for a motor vehicle which has an undivided torsion bar which is rotatably fastened to a vehicle frame and is connected to two opposite wheel suspensions of the same axis of the vehicle and which has a torsion region for the elastic coupling of suspension movements of the opposite wheel suspensions, the transverse stabilizer furthermore has a first torsion tube surrounding the undivided torsion bar, at least in a first partial area of its torsion area, the first end of which is non-rotatably connected to the undivided torsion bar, and the second end of which is selectively non-rotatably connected to the undivided by means of a coupling arrangement
  • Torsion bar is connectable so that the torsional stiffness of the anti-roll bar can be changed.
  • the undivided torsion bar has areas of different torsional stiffness, and the torsional stiffness of the undivided torsion bar is lower in a first section than in a second section.
  • the torsional stiffness of the undivided torsion bar is preferably between 20 and 50 percent, and the torsional stiffness of the torsion tube between 80 and 50 percent of the torsional stiffness of the transverse stabilizer, if the second end of the torsion tube is connected to the undivided torsion bar in a rotationally fixed manner by means of the coupling arrangement.
  • the coupling arrangement is preferably suitable for turning the second end of the first torsion tube in a rotationally fixed manner with the torsion bar depending on the actual and / or expected transverse acceleration of the vehicle connect. It is thus possible to automatically disengage the anti-roll bar when the vehicle is driving straight ahead, and to re-engage it automatically when cornering.
  • the anti-roll bar according to the invention also has a second torsion tube surrounding the torsion bar in a second partial area of its torsion area, the first end of which can be selectively connected in a rotationally fixed manner to the second end of the first torsion tube by means of the coupling arrangement and the second end of which is non-rotatably connected to the undivided torsion bar connected is.
  • the first torsion tube is not coupled directly to the undivided torsion bar, but rather to the second torsion tube.
  • this enables a freer arrangement of the clutch arrangement on the motor vehicle.
  • the torsional stiffness of the torsionally rigidly connected torsion tubes is between 80 and 50 percent of the torsional rigidity of the transverse stabilizer if the second end of the first torsional tube is connected to the first end of the second torsion tube in a rotationally fixed manner by means of the coupling arrangement ,
  • the coupling arrangement is suitable for connecting the second end of the first torsion tube in a rotationally fixed manner to the first end of the second torsion tube depending on the actual and / or expected transverse acceleration of the vehicle. It is thus possible to automatically disengage the anti-roll bar when the vehicle is driving straight ahead, and to re-engage it automatically when cornering.
  • a coupling arrangement of a transverse stabilizer according to the alternative embodiment can be implemented particularly easily if the first end of the first torsion tube and / or the second end of the second torsion tube is mounted on the torsion bar so that it can rotate so that it can be axially displaced by the coupling arrangement.
  • the first and / or the second torsion tube surrounds the undivided torsion bar centrally.
  • the clutch arrangement can preferably be controlled as a function of the driving speed and the steering angle and / or the steering angle speed and / or the lateral acceleration of the vehicle.
  • the clutch arrangement has spring assemblies which are designed in such a way that a quick closing of the clutch arrangement is ensured. Thus, there is no need to apply energy to close the clutch assembly, making the system very fault tolerant.
  • the coupling arrangement is preferably designed such that it closes or remains closed automatically in the event of a fault.
  • the clutch arrangement can be switchable hydraulically or pneumatically, for example.
  • the clutch arrangement has a hydraulic ring cylinder which is suitable for opening the clutch arrangement.
  • the coupling arrangement is preferably designed such that an entanglement between the torsion bar and the torsion tube or the two torsion tubes that is permissible when the vehicle is traveling straight ahead cannot be exceeded ,
  • the clutch arrangement is designed in the form of a dog clutch.
  • the claw teeth of the claw coupling are then preferably designed such that an entanglement between the torsion bar and the torsion tube or the two torsion tubes that is permissible when the vehicle is traveling straight ahead cannot be exceeded when the clutch is open.
  • the claw teeth of the claw coupling are further configured such that the spring force of a spring which is suitable for closing the claw coupling is increased via the tooth flanks in order to reliably close the claw coupling even when the torsion bar and torsion tube are entangled or to ensure the two torsion tubes.
  • the coupling arrangement is designed in the form of a driving ball coupling, which has a first element and a second element, the elements being displaceable relative to one another, and pockets for driving balls being introduced into mutually facing sides of the elements, so that the driving balls are arranged between the first and the second element.
  • the pockets are preferably arranged on a circular ring and are designed in accordance with a rotational ellipsoid segment.
  • the pockets preferably have ramps which are designed in such a way that, when the driver ball coupling is open, an admissible entanglement between the torsion bar and the torsion tube or the two torsion tubes cannot be exceeded.
  • Figure 1 shows the schematic structure of a motor vehicle frame with anti-roll bars according to the invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the essential elements of the cross stabilizer according to the invention according to a first preferred embodiment
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the essential elements of the cross stabilizer according to the invention according to a second preferred embodiment
  • Figure 4 is a plan view of an essential component of a driver ball coupling
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view through a closed driver ball coupling
  • Figure 6 is a cross-sectional view through an open driver ball coupling.
  • FIG. 1 shows how the transverse stabilizers 1, 1 'according to the invention can be arranged in a motor vehicle.
  • two different embodiments of the transverse stabilizer 1, 1 'according to the invention are arranged on the front axle 2 and the rear axle 2' of the vehicle.
  • the transverse stabilizer 1, 1 ' each has an undivided torsion bar 5, 5' which is rotatably attached to a vehicle frame 3 and is connected to two opposite wheel suspensions 4, 4 'of the same axle 2, 2' of the vehicle.
  • the torsion bar 5, 5 ' has a torsion area for the elastic coupling of suspension movements of the wheel suspensions 4, 4' lying in pairs.
  • the torsion area extends essentially between the two angled arms 7, 7 'of the respective torsion bar 5, 5'.
  • the torsion bar 5, 5 ' is preferably mounted or articulated on the vehicle frame 3 or the wheel suspensions 4, 4' in such a way that it has to absorb little or no bending moment.
  • the vehicle frame 3 is usually sprung against the wheel suspensions 4, 4 'via springs 6, 6'.
  • a transverse stabilizer denoted overall by 1 ', has an undivided torsion bar 5' which is arranged in the transverse direction of the vehicle and is rotatably supported in bearings (not shown) fixed to the vehicle.
  • Lever arms (not shown in FIG. 2) are attached to the ends of the undivided torsion bar 5 'facing away from one another.
  • the free ends of the lever arms 7 ' are each connected to the wheel suspension 4' (not shown in FIG. 2) of a wheel on the right or left side of the vehicle such that each lever arm 7 'during suspension strokes of the associated wheel about the axis of the undivided torsion bar 5 'swings.
  • two opposing wheel suspensions of the same axis 2 'of the vehicle are elastically coupled via the torsion bar 5' having a torsion area.
  • the torsion bar 5 ' has three partial areas A', B ', C of different torsional stiffness, the torsional rigidity in the partial areas A' and C in the embodiment shown being essentially the same, and the torsional rigidity in the partial area B 'less than in the partial areas A. 'and C is.
  • the torsional stiffness is essentially constant within the individual regions A ', B' and C. Between the areas A 'and B' and B 'and C there are small transition areas D' and E 'in which the torsional rigidity of the torsion bar 5' is not constant.
  • the individual areas are formed by appropriate tapering of the torsion bar 5 '.
  • the transverse stabilizer 1 ' according to the invention has a torsion tube 8' which centrally surrounds the undivided torsion bar 5 'essentially in the partial area B' and the transition areas D 'and E' of its torsion area, the first end 8a 'of which is rotationally fixed, for example by welding, soldering or screwing is connected to the partial area C of the undivided torsion bar 5 ', and the second end 8b' thereof can be selectively and non-rotatably connected to the partial area A 'of the undivided torsion bar 5' by means of a coupling arrangement, generally referred to as 9 ', so that the torsional rigidity of the transverse stabilizer 1' as a whole is changeable.
  • a coupling arrangement generally referred to as 9 '
  • the torsional stiffness of the undivided torsion bar 5 'and the torsion tube 8' is chosen by suitable dimensioning and material selection of the torsion bar 5 'and the torsion tube 8' such that the torsional stiffness of the torsion bar 5 'is thirty percent and the torsional stiffness of the Torsion tube 8 'is seventy percent of the total torsional stiffness of the transverse stabilizer if the second end 8b' of the torsion tube 8 'is connected in a rotationally fixed manner to the partial region A of the undivided torsion bar 5' by means of the coupling arrangement 9 '.
  • the torsional rigidity of the torsion bar 5 ' is between 20 and 50 percent, and the torsional rigidity of the torsion tube 8' is between 80 and 50 percent of the torsional rigidity of the transverse stabilizer 1 'when the second end 8b' of the torsion tube 8 'is by means of the clutch assembly 9 'is rotatably connected to the undivided torsion bar 5'.
  • the coupling arrangement 9 ' is suitable for connecting the second end 8b' of the torsion tube 8 'in a rotationally fixed manner to the partial region A' of the torsion bar 5 'for the transmission of a torque, or of that, depending on the actual and / or expected lateral acceleration of the vehicle To separate section A 'of the torsion bar 5' so that the section A 'of the torsion bar 5' and the second end 8b 'of the torsion tube 8' can rotate independently.
  • the coupling arrangement 9 ' is preferably designed as a claw coupling as shown in FIG.
  • claw teeth (not specifically shown) which are designed such that an interlocking of the partial region A' of the torsion bar 5 'and the second end when the vehicle is traveling straight ahead 8b 'of the torsion tube 8' cannot be exceeded.
  • a restriction of the entanglement between the torsion bar and the torsion tube that is permissible when the vehicle is traveling straight ahead can also take place via end stops.
  • the claw teeth of the claw coupling are further configured such that the spring force of a spring, which is suitable for closing the claw coupling, is increased via the tooth flanks in order to reliably close the claw coupling even when the torsion bar and torsion tube are entangled to ensure.
  • the claw coupling 9 'shown in FIG. 2 has an annular chamber 10' essentially formed by the torsion tube 8 'and the torsion bar 5', which is closed by an annular piston 12 'which can be displaced in longitudinal grooves 11'.
  • the longitudinal grooves 11 ' are introduced into the partial area A' of the torsion bar 5 '.
  • the annular piston 12 ' is not rotatable with respect to the torsion bar 5', but is axially displaceable and with respect to the second end 8b 'of the torsion tube 8' is arranged both rotatably and axially displaceably.
  • the annular piston 12' has seals 13 '.
  • Claws 14 ', 15' which can come into engagement with one another, are fastened to the displaceable annular piston 12 'and the second end 8b' of the torsion tube 8 ', for example by welding.
  • the annular chamber 10 ' is connected via an inlet opening 16' to a pressure source, not shown, in order to act upon the annular chamber 10 'with a pressurized hydraulic or pneumatic medium.
  • the pressure forces of the medium are chosen so that they the ring piston 12 'with the claws arranged thereon 14 'away from the claws 15' arranged at the second end 8b 'of the torsion tube 8', so that it is selectively possible to decouple the section A 'of the torsion bar 5' from the second end 8b 'of the torsion tube 8'.
  • Usual ranges for the pressure force are 120 to 170 bar and preferably 150 bar.
  • the annular piston 12' is closed by springs 17 '. (preferably disc springs) in the closing direction of the clutch assembly 9 'and thus biased in the direction of the annular chamber 10'.
  • the claws 14' arranged on the annular piston 12 'in a rotationally fixed manner come into engagement with the claws 15' arranged on the second end 8b 'of the torsion tube 8' in a rotationally fixed manner, so that the claws 14 'and 15' and thus also the subsection A 'of the torsion bar 5' and the second end 8b 'of the torsion tube 8' of the transverse stabilizer 1 'are coupled to one another in a force-locking manner.
  • the torsional stiffness of the transverse stabilizer 1 'according to the invention in the coupled state results in this embodiment as the sum of the torsional stiffnesses of the torsion bar 5' and the torsion tube 8 '.
  • FIG. 3 shows the essential elements of a second preferred embodiment of the transverse stabilizer 1 according to the invention.
  • the second embodiment shown in FIG. 3 differs in principle from the first embodiment shown in FIG. 2 in that, according to the second embodiment, the torsional stiffness of the undivided torsion bar 5 of the transverse stabilizer 1 according to the invention is essentially constant over its entire torsion range, and in that the transverse stabilizer 1 according to the invention has two torsion tubes 81, 82 surrounding the undivided torsion bar 5 in two adjacent partial areas F, G of its torsion area, the ends of the torsion tubes 81, 82 facing away from one another being connected in a rotationally fixed manner to opposite areas of the undivided torsion bar 5, and the mutually facing ends of the torsion bars 81, 82 can be selectively connected in a rotationally fixed manner by means of a coupling arrangement 9.
  • the ends of the first and second torsion tubes 81, 82 are mounted on the torsion bar 5 so that they rotate in a manner fixed against relative rotation so that they can be axially displaced.
  • Such an axially displaceable mounting is not absolutely necessary, but can be advantageous under certain conditions. Since the bearings 91, 92 of the opposite ends of the first and second torsion tubes 81, 82 correspond to one another in accordance with the second embodiment, only the bearing 91 of the first end 81a of the first torsion tube 81 is shown in FIG.
  • the first end 81a of the first torsion tube 81 is connected in a rotationally fixed manner to a sliding element 191 with its first end 81a facing away from the second torsion tube 82.
  • the sliding element 191 is in engagement with longitudinal grooves 111, which are introduced into the torsion bar 5, and is thus rotatably displaceable in the longitudinal direction of the torsion bar 5.
  • the sliding element 191 has a seal 131.
  • the first torsion tube 81 is prestressed in the direction of the second torsion tube 82 via the sliding element 191 by means of a spring arrangement 171, which preferably has disc springs.
  • the mutually facing ends 81b, 82a of the torsion tubes 81, 82 are displaceably arranged in a pressure-resistant sleeve 18 such that an annular chamber 10 is formed by the first and second torsion tubes 81, 82, each closed with a sliding element 191, the torsion bar 5 and the sleeve 18 becomes.
  • the sleeve 18 has seals 132.
  • claws 151, 152 which can come into engagement with one another, are each fixed in a rotationally fixed manner to the mutually facing ends 81b, 82a of the torsion tubes 81, 82.
  • the annular chamber 10 is connected via an inlet opening 16 to a pressure source, not shown, in order to act upon the annular chamber 10 with a pressurized hydraulic or pneumatic medium.
  • the pressure forces of the medium are suitable for pushing apart the first and the second torsion tubes 81, 82 with the claws 151, 152 arranged thereon on request, so that it is possible to decouple the first torsion tube 81 from the second torsion tube 82.
  • the torsional rigidity of the transverse stabilizer 1 according to the invention in the coupled state results in the sum of the torsional rigidity of the torsion bar 5 and the first and second torsion tubes 81, 82. It is particularly advantageous if the torsional rigidity of the torsionally connected torsion tubes 81, 82 contributes between 80 and 50 percent to the torsional stiffness of the anti-roll bar.
  • the torsional rigidity of the transverse stabilizer 1 according to the invention is based only on the torsional rigidity of the undivided torsion bar 5.
  • the clutch arrangement 9, 9 ' is preferably controlled hydraulically by means of a computer-controlled actuating unit (not shown).
  • the control can also be done pneumatically or via a servomotor.
  • the actuating unit has a motor, for example a pump driven by an electric motor, the suction side of which is connected to a reservoir for a hydraulic medium and the pressure side of which is connected via a pressure line to a pressure accumulator and via a pressure relief valve to the reservoir and via a control valve to the clutch arrangement 9, 9 ' are connectable.
  • the control valve designed as a slide valve is actuated in the sense of an opening of the clutch arrangement 9, 9 ', the pressure line is connected to the inlet opening 16, 16' of the clutch arrangement 9, 9 '. H. the clutch arrangement 9, 9 'is acted upon by the pressure of the pump and is accordingly opened or kept open.
  • the control valve is preferably controlled by means of a computer, also not shown, which has sensors on the input side for the respective steering angle and the respective driving speed and / or possibly with further transmitters for additional data, for example data for the steering angle speed, the lateral acceleration of the vehicle, properties of the tires or the state of loading of the vehicle is connected. From the data obtained, the computer can calculate the actual and / or an expected value of the lateral acceleration of the vehicle.
  • a computer also not shown, which has sensors on the input side for the respective steering angle and the respective driving speed and / or possibly with further transmitters for additional data, for example data for the steering angle speed, the lateral acceleration of the vehicle, properties of the tires or the state of loading of the vehicle is connected. From the data obtained, the computer can calculate the actual and / or an expected value of the lateral acceleration of the vehicle.
  • the control valve is activated to lock the clutch arrangement 9, 9 '.
  • the section A 'of the torsion bar 5' with the second end 8b 'of the torsion tube 8', or according to the second embodiment described above, the second end 81b of the first torsion tube 81 is coupled to one another with the first end 82a of the second torsion tube 82, so that the torsional rigidity of the transverse stabilizer 1, 1 'according to the invention is maximally effective, and a different insertion or Suspension of the opposing wheel suspensions 4, 4 'connected to it and of the vehicle wheels of the same axle 2, 2' of the vehicle counteracts with maximum elasticity.
  • the control valve When driving straight ahead or when the computer determines low or negligible values for the lateral acceleration of the vehicle, the control valve is actuated to open the clutch arrangement, so that, according to the first embodiment described above, the section A 'of the torsion bar 5' and the second end 8b 'of the Torsion tube 8 ', or according to the second embodiment described above, the second end 81b of the first torsion tube 81 and the first end 82a of the second torsion tube 82 are decoupled from one another, and the transverse stabilizer 1, 1' according to the invention for these values of the lateral acceleration of the vehicle only in The torsional stiffness of the respective undivided torsion bar 5, 5 'is effective, so that it only elastically counteracts a relative movement of the wheel suspensions 4, 4' of the vehicle wheels of the same axle 2, 2 '.
  • the coupling arrangement 9; 9 ' in the form of a driver ball coupling.
  • the driver ball coupling has a first and a second element 51, 52, the elements 51, 52 being displaceable relative to one another, and pockets 531, 532 for driver balls 54 being introduced into mutually facing sides of the elements 51, 52.
  • FIG. 4 An element 51 with pockets 531 and driver balls 54 is shown in a top view in FIG. 4.
  • the second element 52 not shown in FIG. 4, preferably has the same structure as the first element 51.
  • the pockets are 531 are preferably arranged on a circular ring and have an essentially elliptical circumferential line.
  • the first element 51 and the second element 52 are arranged such that the driver balls 54 are arranged between the first element 51 and the second element 52.
  • the pockets 531 and 532 are each designed in accordance with the shape of a rotational ellipsoid segment and have ramps with respect to the mutually facing side surfaces of the two elements 51, 52 which form an angle ⁇ , ⁇ include the side faces of members 51 and 52.
  • the ramps are designed by a suitable choice of the angles ⁇ , ⁇ in such a way that, when the coupling is open, a permissible entanglement of preferably 7 to 10 ° between the torsion bar 5 'and the torsion tube 8' or the two torsion tubes 81, 82 is not exceeded can.
  • the angles are ⁇ ; ⁇ between 55 ° and 65 °, and preferably 60 °.
  • an inexpensive anti-roll bar is proposed, which is sufficiently effective when cornering and evasive maneuvers, and otherwise only slightly affects the suspension behavior of the vehicle, so that a high level of driving comfort is ensured.

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Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Querstabilisator (1') für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem an einem Fahrzeugrahmen (3) drehbar befestigten und mit zwei gegenüberliegenden Radaufhängungen (4') der selben Achse des Fahrzeugs verbundenen ungeteilten Torsionsstab (5'), der einen Torsionsbereich zur elastischen Kopplung von Federungsbewegungen der gegenüberliegenden Radaufhängungen (4') aufweist, wobei der Querstabilisator (1') ferner ein den ungeteilten Torsionsstab (5') zumindest in einem ersten Teilbereich (B') seines Torsionsbereiches umgebendes erstes Torsionsrohr (8') aufweist, dessen erstes Ende (8a') drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab (5') verbunden ist, und dessen zweites Ende (8b') mittels einer Kupplungsanordnung (9') selektiv drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab (5') verbindbar ist, so dass die Torsionssteifigkeit des Querstabilisators (1') veränderbar ist.

Description

Querstabilisator für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querstabilisator für ein Kraftfahrzeug entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Querstabilisatoren für Kraftfahrzeuge dienen üblicherweise dazu, die Radaufhängung eines Rades auf einer Seite des Kraftfahrzeuges mit der Radaufhängung des entsprechenden Rades der gleichen Achse auf der anderen Seite des Kraftfahrzeuges elastisch zu koppeln. Die Kopplung erfolgt derart, dass beim Einfedern des einen Rades auch die Federung des anderen Rades in Einfederrichtung beaufschlagt wird. Dadurch wird bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges die Seitenneigung des Kraftfahrzeuges zur Kurvenaußenseite hin vermindert, weil einerseits die Radaufhängung des jeweils kurvenäußeren Rades zusätzlich durch die Federung der Radaufhängung des kurveninneren Rades abgestützt und andererseits die Radaufhängung das kurveninneren Rades relativ zum Fahrzeugrahmen etwas in Einfederrichtung gedrängt wird.
Bei Geradeausfahrt soll der Querstabilisator dagegen das Federungsverhalten des Fahrzeuges möglichst nicht beeinflussen.
Wenn jedoch die Fahrbahn derart uneben ist, dass ein Rad auf einer Fahrzeugseite in Einfederrichtung gedrängt wird, während das entsprechende Rad auf der anderen Fahrzeugseite zur Aufrechterhaltung des gewünschten Bodenkontaktes in Ausfederrichtung bewegt werden muss, so wird der Fahrkomfort durch einen Querstabilisator beeinträchtigt. Der Querstabilisator tendiert nämlich dazu, einander entgegengesetzte Bewegungen der durch den Querstabilisator gekoppelten Radaufhängungen relativ zum Fahrzeugaufbau entgegenzuwirken. Somit kann ein Querstabilisator bei Geradeausfahrt unerwünschter Weise dazu führen, dass Schwingungen des einen Rades zu dem gegenüberliegenden Rad der gleichen Achse übertragen werden, was den Fahrkomfort beeinträchtigt.
Dieser Widerspruch zwischen Sicherheits- und Komfortanforderungen an einen Querstabilisator kann beseitigt werden, wenn der Querstabilisator bei Geradeausfahrt abgeschaltet wird, und bei Kurvenfahrt automatisch wieder angeschaltet wird.
Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE-AS 11 05 290 bekannt. In der DE-AS 11 05 290 wird beschrieben, einen Stabilisator mit geteiltem Torsionsstab vorzusehen, wobei die Teilstücke nach Art einer hydraulischen Kupplung miteinander verbunden sind, welche in Abhängigkeit von der Fliehkraft oder der Fahrzeuglenkung gesteuert wird. Damit besteht die Möglichkeit, den Stabilisator bei Geradeausfahrt durch Öffnen der Kupplung unwirksam zu machen und nur bei Kurvenfahrt einzuschalten. Im übrigen ist aus dieser Druckschrift noch bekannt, die Teilstücke des Torsionsstabes mittels eines Stellmotors bei Kurvenfahrt relativ zueinander derart zu verstellen, dass sich der Fahrzeugaufbau weniger weit zur Kurvenaußenseite hin neigt, d.h. einer Neigung aktiv entgegengewirkt wird.
Ein bekannter Aktuator zum Kuppeln von Querstabilisatoren mit geteiltem Torsionsstab ist aus der DE 199 50 244 C2 bekannt. Weitere Aktuatoren sind in der DE 37 4024 C2 beschrieben.
Nachteilig an den bekannten Querstabilisatoren mit geteiltem Torsionsstab ist, dass das Zuschalten (Kuppeln) des Querstabilisators bei Kurvenfahrt aus Sicherheitsgründen generell automatisch und sehr schnell erfolgen muss, da das Fahrzeug in der Kurve ansonsten unkontrollierbar werden könnte. Die mit diesen Anforderungen an den Aktuator verbundenen hohen Kosten der bekannten Querstabilisatoren haben dazu geführt, dass zuschaltbare Querstabilisatoren (auch unter der Bezeichnung "aktive Querstabilisatoren" bekannt) in Volumenmodellen (d.h. Fahrzeugen, die in großen Stückzahlen hergestellt werden) nicht zum Einsatz kommen.
Weiter sind langsame, insbesondere manuell schaltbare Querstabilisatoren bekannt, die insbesondere im Off-Road-B ereich zum Einsatz kommen. Derartige, beispielsweise aus der DE 43 07 639 Cl bekannte, Querstabilisatoren sind jedoch lediglich geeignet, bei langsamer Fahrt durch das Gelände die Traktion zu verbessern. Aus Sicherheitsgründen sind derartige Systeme nicht geeignet, den Querstabilisator bei einer Fahrt über eine normale Strasse zuzuschalten bzw. abzuschalten, da die Gefahr besteht, dass der Querstabilisator in einer Kurve nicht oder nicht rechtzeitig zugeschaltet wird, und das Fahrzeug so in einen unkontrollierbaren Zustand gerät.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen kostengünstigen Querstabilisator zu schaffen, welcher bei Kurvenfahrt sowie Ausweichmanövern in jedem Falle hinreichend wirksam ist und im übrigen das Federungsverhalten des Fahrzeuges nur in geringem Maße beeinträchtigt, um einen hohen Fahrkomfort zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung gelöst. Die Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Querstabilisator für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, der einen an einem Fahrzeugrahmen drehbar befestigten und mit zwei gegenüberliegenden Radaufhängungen der selben Achse des Fahrzeugs verbundenen ungeteilten Torsionsstab aufweist, der einen Torsionsbereich zur elastischen Kopplung von Federungsbewegungen der gegenüberliegenden Radaufhängungen aufweist, wobei der Querstabilisator ferner ein den ungeteilten Torsionsstab zumindest in einem ersten Teilbereich seines Torsionsbereiches umgebendes erstes Torsionsrohr aufweist, dessen erstes Ende drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab verbunden ist, und dessen zweites Ende mittels einer Kupplungsanordnung selektiv drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab verbindbar ist, so dass die Torsionssteifigkeit des Querstabilisators veränderbar ist.
Somit findet erfindungsgemäß kein völliges Entkoppeln der Federungsbewegungen der gegenüberliegenden Radaufhängungen statt, sondern wird lediglich die Torsionssteifigkeit des Querstabilisators geändert. Es ist daher auch nicht erforderlich, die Kupplungsanordnung auf die maximale Torsionssteifigkeit des Querstabilisators auszulegen, sondern lediglich auf die Torsionssteifigkeit des Torsionsrohres, wodurch die Kupplungsanordnung einfacher und damit günstiger ausgeführt werden kann. Selbst bei einem völligen Versagen der Kupplungsanordnung ist bei dem erfindungsgemäßen Querstabilisator immer ein Mindestmaß an elastischer Kopplung der Federungsbewegung der gegenüberliegenden Radaufhängungen gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der ungeteilte Torsionsstab Bereiche unterschiedlicher Torsionssteifigkeit auf, und ist die Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes in einem ersten Teilbereich geringer als in einem zweiten Teilbereich.
Dadurch ist es möglich, das Torsionsrohr und die Kupplungsanordnung des erfindungsgemäßen Querstabilisators gezielt an einem günstigen Einbauort am Kraftfahrzeug vorzusehen.
Vorzugsweise beträgt die Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes zwischen 20 und 50 Prozent, und die Torsionssteifigkeit des Torsionsrohres zwischen 80 und 50 Prozent der Torsionssteifigkeit des Querstabilisators, wenn das zweite Ende des Torsionsrohres mittels der Kupplungsanordnung drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab verbunden ist.
Um die oben beschriebene Aufgabe des erfindungsgemäßen Querstabilisators möglichst zuverlässig zu erfüllen, ist die Kupplungsanordnung vorzugsweise geeignet, das zweite Ende des ersten Torsionsrohres in Abhängigkeit von der tatsächlichen und/oder zu erwartenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs drehfest mit dem Torsionsstab zu verbinden. Somit ist es möglich, den Querstabilisator bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs automatisch auszukoppeln, und bei einer Kurvenfahrt automatisch wieder einzukoppeln.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Querstabilisator ferner ein den Torsionsstab in einem zweiten Teilbereich seines Torsionsbereiches umgebendes zweites Torsionsrohr auf, dessen erstes Ende mittels der Kupplungsanordnung selektiv drehfest mit dem zweiten Ende des ersten Torsionsrohres verbindbar ist, und dessen zweites Ende drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab verbunden ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Querstabilisators wird das erste Torsionsrohr nicht direkt mit dem ungeteilten Torsionsstab, sondern mit dem zweiten Torsionsrohr gekoppelt. Dadurch wird insbesondere eine freiere Anordnung der Kupplungsanordnung am Kraftfahrzeug ermöglicht.
Bei der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querstabilisator ist es besonders vorteilhaft, wenn die Torsionssteifigkeit der drehfest verbundenen Torsionsrohre zwischen 80 und 50 Prozent der Torsionssteifigkeit des Querstabilisators beträgt, wenn das zweite Ende des ersten Torsionsrohres mittels der Kupplungsanordnung drehfest mit dem ersten Ende des zweiten Torsionsrohres verbunden ist.
Auch bei der alternativen Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungsanordnung geeignet ist, das zweite Ende des ersten Torsionsrohres in Abhängigkeit von der tatsächlichen und/oder zu erwartenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs drehfest mit dem ersten Ende des zweiten Torsionsrohres zu verbinden. Somit ist es möglich, den Querstabilisator bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs automatisch auszukoppeln, und bei einer Kurvenfahrt automatisch wieder einzukoppeln.
Besonders einfach lässt sich eine Kupplungsanordnung eines Querstabilisators gemäß der alternativen Ausführungsform verwirklichen, wenn das erste Ende des ersten Torsionsrohres und/oder das zweite Ende des zweiten Torsionsrohres so drehfest an dem Torsionsstab gelagert ist, dass es durch die Kupplungsanordnung axial verschiebbar ist. Um unerwünschte Verwindungen des Torsionsstabes und/oder der Torsionsrohre zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das erste und/oder das zweite Torsionsrohr den ungeteilten Torsionsstab zentrisch umgibt.
Vorzugsweise ist die Kupplungsanordnung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und dem Lenkwinkel und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder der Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs steuerbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung Federpakete auf, die so ausgelegt sind, dass ein schnelles Schließen der Kupplungsanordnung gewährleistet ist. Somit ist es zum Schließen der Kupplungsanordnung nicht erforderlich, Energie zuzuführen, wodurch das System sehr Fehlertolerant wird.
Um ein Sicherheitsrisiko bei einer möglichen Fehlfunktion auszuschließen, ist die Kupplungsanordnung vorzugsweise so ausgebildet, dass sie im Fehlerfall selbsttätig schließt bzw. geschlossen bleibt.
Generell kann die Kupplungsanordnung beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch schaltbar sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung einen Hydraulikringzylinder auf, der geeignet ist, die Kupplungsanordnung zu öffnen.
Um ein zuverlässiges Kuppeln auch unter erschwerten Bedingungen (z.B. verdrehter Torsionsstab bei Geradeausfahrt in Folge von Schlaglöchern) zu gewährleisten, ist die Kupplungsanordnung vorzugsweise so ausgestaltet, dass eine bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs zulässige Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr bzw. den beiden Torsionsrohren nicht überschritten werden kann.
Besonders einfach kann eine Begrenzung der zulässigen Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr bzw. den beiden Torsionsrohren über Endanschläge erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungsanordnung in Form einer Klauenkupplung ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Klauenzähne der Klauenkupplung dann so ausgestaltet, dass eine bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs zulässige Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr bzw. den beiden Torsionsrohren bei geöffneter Kupplung nicht überschritten werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Klauenzähne der Klauenkupplung ferner so ausgestaltet sind, dass die Federkraft einer Feder, die geeignet ist, die Klauenkupplung zu schließen, über die Zahnflanken verstärkt wird, um ein zuverlässiges Schließen der Klauenkupplung auch bei einer Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr bzw. den beiden Torsionsrohren zu gewährleisten.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungsanordnung in Form einer Mitnehmerkugel-Kupplung ausgebildet, die ein erstes Element und ein zweites Element aufweist, wobei die Elemente gegeneinander verschiebbar sind, und in einander zugewandten Seiten der Elemente Taschen für Mitnehmerkugeln eingebracht sind, so dass die Mitnehmerkugeln zwischen dem ersten und dem zweiten Element angeordnet sind.
Dabei sind die Taschen vorzugsweise auf einem Kreisring angeordnet und entsprechend eines Rotations-Ellipsoid-Segments ausgebildet.
Damit die Mitnehmerkugel-Kupplung auch bei einer Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr bzw. den beiden Torsionsrohren sicher geschlossen werden kann, weisen die Taschen vorzugsweise Rampen auf, die so ausgebildet sind, dass bei geöffneter Mitnehmerkugel-Kupplung eine zulässige Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr bzw. den beiden Torsionsrohren nicht überschritten werden kann. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Kraftfahrzeugrahmens mit erfindungsgemäßen Querstabilisatoren;
Figur 2 eine Querschnittsansicht der wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Querstabilisators gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
Figur 3 eine Querschnittsansicht der wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Querstabilisators gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
Figur 4 eine Aufsicht auf eine wesentliches Bauteil einer Mitnehmerkugel-Kupplung;
Figur 5 eine Querschnittsansicht durch eine geschlossene Mitnehmerkugel-Kupplung; und
Figur 6 eine Querschnittsansicht durch eine geöffnete Mitnehmerkugel-Kupplung.
In den Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Aus Figur 1 ist ersichtlich, wie die erfindungsgemäßen Querstabilisatoren 1, 1' in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zur Erläuterung an der Vorderachse 2 und der Hinterachse 2' des Fahrzeugs zwei unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1, 1' angeordnet. Alternativ ist es jedoch selbstverständlich ohne weiteres möglich und gegebenenfalls sogar sinnvoll, an Vorder- und Hinterachse die gleiche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querstabilisators anzuordnen, oder nur an einer Achse den erfindungsgemäßen Querstabilisator und an der anderen Achse einen konventionellen Querstabilisator anzuordnen. Der erfindungsgemäße Querstabilisator 1, 1' weist jeweils einen an einem Fahrzeugrahmen 3 drehbar befestigten und mit zwei gegenüberliegenden Radaufhängungen 4, 4' der selben Achse 2, 2' des Fahrzeugs verbundenen ungeteilten Torsionsstab 5, 5' auf. Der Torsionsstab 5, 5' weist einen Torsionsbereich zur elastischen Kopplung von Federungsbewegungen der paarweise gegenüberliegenden Radaufhängungen 4, 4' auf. Der Torsionsbereich erstreckt sich dabei im Wesentlichen zwischen den beiden abgewinkelten Armen 7, 7' des jeweiligen Torsionsstabes 5, 5'.
Die Lagerung bzw. Anlenkung des Torsionsstabes 5, 5' am Fahrzeugrahmen 3 bzw. den Radaufhängungen 4, 4' erfolgt vorzugsweise derart, dass er kein oder nur geringe Biegemoment aufzunehmen hat. Der Fahrzeugrahmen 3 ist gegenüber den Radaufhängungen 4, 4' üblicherweise über Federn 6, 6' gefedert.
Gemäß einer in Figur 2 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt ein insgesamt mit 1' bezeichneter Querstabilisator einen in Fahrzeugquerrichtung angeordneten ungeteilten Torsionsstab 5', der in (nicht dargestellten) fahrzeugfesten Lagern drehbar gehaltert ist. An den voneinander abgewandten Enden des ungeteilten Torsionsstabes 5' sind (in Figur 2 nicht dargestellte) Hebelarme befestigt. Die freien Enden der Hebelarme 7' sind jeweils mit der (in Figur 2 nicht dargestellten) Radaufhängung 4' eines Rades auf der rechten bzw. linken Fahrzeugseite derart verbunden, dass jeder Hebelarm 7' bei Federungshüben des zugeordneten Rades um die Achse des ungeteilten Torsionsstabes 5' schwenkt. Somit sind zwei gegenüberliegende Radaufhängungen der selben Achse 2' des Fahrzeugs über den einen Torsionsbereich aufweisenden Torsionsstab 5' elastisch gekoppelt.
Der Torsionsstab 5' weist drei Teilbereiche A', B', C unterschiedlicher Torsionssteifigkeit auf, wobei die Torsionssteifigkeit in den Teilbereichen A' und C bei der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen gleich groß, und die Torsionssteifigkeit im Teilbereich B' geringer als in den Teilbereichen A' und C ist. Innerhalb der einzelnen Bereiche A', B' und C ist die Torsionssteifigkeit im Wesentlichen konstant. Zwischen den Bereichen A' und B' und B' und C befinden sich kleine Übergangsbereiche D' und E', in denen die Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes 5' nicht konstant ist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Bereiche durch entsprechende Verjüngung des Torsionsstabes 5' gebildet.
Ferner weist der erfindungsgemäße Querstabilisator 1' ein den ungeteilten Torsionsstab 5' im Wesentlichen in dem Teilbereich B' und den Übergangsbereichen D' und E' seines Torsionsbereiches zentrisch umgebendes Torsionsrohr 8' auf, dessen erstes Ende 8a' beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Verschrauben drehfest mit dem Teilbereich C des ungeteilten Torsionsstabes 5' verbunden ist, und dessen zweites Ende 8b' mittels einer allgemein als 9' bezeichneten Kupplungsanordnung selektiv drehfest mit dem Teilbereich A' des ungeteilten Torsionsstabes 5' verbindbar ist, so dass die Torsionssteifigkeit des Querstabilisators 1' insgesamt veränderbar ist.
Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist die Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes 5' und des Torsionsrohres 8' durch geeignete Dimensionierung und Materialwahl des Torsionsstabes 5' und des Torsionsrohres 8' so gewählt, dass die Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes 5' dreißig Prozent und die Torsionssteifigkeit des Torsionsrohres 8' siebzig Prozent der gesamten Torsionssteifigkeit des Querstabilisators beträgt, wenn das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8' mittels der Kupplungsanordnung 9' drehfest mit dem Teilbereich A des ungeteilten Torsionsstabes 5' verbunden ist.
Allgemein ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes 5' zwischen 20 und 50 Prozent, und die Torsionssteifigkeit des Torsionsrohres 8' zwischen 80 und 50 Prozent der Torsionssteifigkeit des Querstabilisators 1' beträgt, wenn das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8' mittels der Kupplungsanordnung 9' drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab 5' verbunden ist.
Die Kupplungsanordnung 9' ist geeignet, das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8' in Abhängigkeit von der tatsächlichen und/oder zu erwartenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs drehfest mit dem Teilbereich A' des Torsionsstabes 5' zur Übertragung eines Drehmomentes zu verbinden, bzw. von dem Teilbereich A' des Torsionsstabes 5' so abzutrennen, dass sich der Teilbereich A' des Torsionsstabes 5' und das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8' unabhängig voneinander drehen können. Hierfür ist die Kupplungsanordnung 9' vorzugsweise wie in Figur 2 dargestellt als Klauenkupplung ausgebildet und weist (nicht eigens dargestellte) Klauenzähne auf, die so ausgebildet sind, dass eine bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs zulässige Verschränkung des Teilbereiches A' des Torsionsstabes 5' und des zweiten Endes 8b' des Torsionsrohres 8' nicht überschritten werden kann. Alternativ kann eine solche Beschränkung der bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs zulässigen Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr auch über Endanschläge erfolgen.
Gemäß einer nicht abgebildeten weiteren Ausführungsform sind die Klauenzähne der Klauenkupplung ferner so ausgestaltet, dass die Federkraft einer Feder, die geeignet ist, die Klauenkupplung zu schließen, über die Zahnflanken verstärkt wird, um ein zuverlässiges Schließen der Klauenkupplung auch bei einer Verschränkung zwischen Torsionsstab und Torsionsrohr zu gewährleisten.
Die in Figur 2 dargestellte Klauenkupplung 9' besitzt eine im Wesentlichen durch das Torsionsrohr 8' und den Torsionsstab 5' gebildete Ringkammer 10', die durch einen in Längsnuten 11' verschiebbaren Ringkolben 12' verschlossen ist. Die Längsnuten 11' sind dabei in den Teilbereich A' des Torsionsstabes 5' eingebracht. Somit ist der Ringkolben 12' in Bezug auf den Torsionsstab 5' nicht drehbar, aber axial verschiebbar und in Bezug auf das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8' sowohl drehbar als auch axial verschiebbar angeordnet. Zum Abdichten der Ringkammer 10' gegen die Innenwand des Torsionsrohres 8' und die Außenwand des Torsionsstabes 5' weist der Ringkolben 12' Dichtungen 13' auf.
An dem verschiebbaren Ringkolben 12' und dem zweiten Ende 8b' des Torsionsrohres 8' sind jeweils beispielsweise durch Verschweißen Klauen 14', 15', die miteinander in Eingriff kommen können, befestigt.
Die Ringkammer 10' ist über eine Einlassöffnung 16' mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden, um die Ringkammer 10' mit einem unter Druck stehendem hydraulischem oder pneumatischem Medium zu beaufschlagen. Die Druckkräfte des Mediums sind so gewählt, dass sie den Ringkolben 12' mit den daran angeordneten Klauen 14' weg von den an dem zweiten Ende 8b' des Torsionsrohres 8' angeordneten Klauen 15' schieben können, so dass es selektiv möglich ist, den Teilabschnitt A' des Torsionsstabes 5' von dem zweiten Ende 8b' des Torsionsrohres 8' zu entkoppeln. Übliche Bereiche für die Druckkraft sind dabei 120 bis 170 bar und vorzugsweise 150 bar.
Um ein System zu schaffen, das im Fehlerfall (z.B. bei Ausfall einer die Kupplungsanordnung 9' steuernden Hydraulikpumpe) ein sicheres und automatisches Schließen der Kupplungsanordnung 9' gewährleistet, bzw. die Kupplungsanordnung 9' geschlossen hält, ist der Ringkolben 12' durch Federn 17' (vorzugsweise Tellerfedern) in Schließrichtung der Kupplungsanordnung 9' und somit in Richtung der Ringkammer 10' vorgespannt.
Somit kommen die am Ringkolben 12' drehfest angeordneten Klauen 14' bei Fehlen eines entsprechenden Gegendrucks des Mediums in der Ringkammer 10' aufgrund der Druckkraft der Federn 17' mit den am zweiten Ende 8b' des Torsionsrohres 8' drehfest angeordneten Klauen 15' in Eingriff, so dass die Klauen 14' und 15' und damit auch der Teilabschnitt A' des Torsionsstabes 5' und das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8' des Querstabilisators 1' miteinander kraftschlüssig gekoppelt werden.
Folglich ergibt sich die Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1' in eingekoppeltem Zustand bei dieser Ausführungsform als Summe der Torsionssteifigkeiten des Torsionsstabes 5' und des Torsionsrohres 8'.
Bei Auftreten einer entsprechenden Druckkraft des Mediums in der Ringkammer 10' wird die genannte kraftschlüssige Verbindung unterbrochen, so dass sich die Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1' in ausgekoppeltem Zustand nur als die Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes 5' ergibt.
Anstelle der Ringkammer 10' sowie des Ringkolbens 12' können auch mehrere Kammern mit kreisförmigem Querschnitt oder dergleichen für entsprechend viele Einzelkolben angeordnet werden, die simultan betätigt werden. In Figur 3 sind die wesentlichen Elemente einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1 dargestellt.
Die in Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsforai unterscheidet sich von der in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsform prinzipiell dadurch, dass gemäß der zweiten Ausführungsform die Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes 5 des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1 über seinen gesamten Torsionsbereich im Wesentlichen konstant ist, und dass der erfindungsgemäße Querstabilisator 1 zwei den ungeteilten Torsionsstab 5 in zwei benachbarten Teilbereichen F, G seines Torsionsbereiches umgebende Torsionsrohre 81, 82 aufweist, wobei die voneinander abgewandten Enden der Torsionsrohre 81, 82 drehfest mit einander entgegengesetzten Bereichen des ungeteilten Torsionsstabes 5 verbunden sind, und die einander zugewandten Enden der Torsionsrohre 81, 82 mittels einer Kupplungsanordnung 9 selektiv drehfest verbindbar sind.
Hierfür sind das erste und zweite Torsionsrohr 81, 82 in ihren einander abgewandten Enden so drehfest an dem Torsionsstab 5 gelagert, dass sie axial verschiebbar sind. Eine derartige axial verschiebbare Lagerung ist nicht zwingend erforderlich, kann jedoch unter bestimmten Bedingungen von Vorteil sein. Da die Lagerungen 91, 92 der abgewandten Enden des ersten und zweiten Torsionsrohres 81, 82 gemäß der zweiten Ausführungsform einander entsprechen, ist in Figur 3 nur die Lagerung 91 des ersten Endes 81a des ersten Torsionsrohres 81 dargestellt.
Das erste Torsionsrohr 81 ist mit seinem ersten, dem zweiten Torsionsrohr 82 abgewandten Ende 81a drehfest mit einem Schiebeelement 191 verbunden. Das Schiebeelement 191 befindet sich mit Längsnuten 111, die in den Torsionsstab 5 eingebracht sind, im Eingriff, und ist somit in Längsrichtung des Torsionsstabes 5 drehfest verschiebbar. Zur Abdichtung gegen den Torsionsstab 5 weist das Schiebeelement 191 eine Dichtung 131 auf. Über eine Federanordnung 171, die vorzugsweise Tellerfedern aufweist, ist das erste Torsionsrohr 81 über das Schiebeelement 191 in Richtung des zweiten Torsionsrohres 82 vorgespannt. Die einander zugewandten Enden 81b, 82a der Torsionsrohre 81, 82 sind so verschiebbar in einer druckfesten Muffe 18 angeordnet, dass von den mit jeweils einem Schiebeelement 191 verschlossenen ersten und zweiten Torsionsrohren 81, 82, dem Torsionsstab 5 und der Muffe 18 eine Ringkammer 10 gebildet wird. Zum Abdichten der Ringkammer 10 gegen die Außenwände des ersten und zweiten Torsionsrohres 81, 82 weist die Muffe 18 Dichtungen 132 auf.
Weiter sind an den einander zugewandten Enden 81b, 82a der Torsionsrohre 81, 82 jeweils Klauen 151, 152 drehfest befestigt, die miteinander in Eingriff kommen können.
Die Ringkammer 10 ist über eine Einlassöffnung 16 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden, um die Ringkammer 10 mit einem unter Druck stehenden hydraulischen oder pneumatischen Medium zu beaufschlagen. Die Druckkräfte des Mediums sind geeignet, das erste und das zweite Torsionsrohr 81, 82 mit den daran angeordneten Klauen 151, 152 auf Anforderung auseinander zu schieben, so dass es möglich ist, das erste Torsionsrohr 81 von dem zweiten Torsionsrohr 82 zu entkoppeln.
Folglich ergibt sich die Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in eingekoppeltem Zustand als Summe der Torsionssteifigkeiten des Torsionsstabes 5 und des ersten und zweiten Torsionsrohres 81, 82. Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn die Torsionssteifigkeit der drehfest verbundenen Torsionsrohre 81, 82 zwischen 80 und 50 Prozent zu der Torsionssteifigkeit des Querstabilisators beiträgt.
In ausgekoppeltem Zustand beruht die Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1 hingegen nur auf der Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes 5.
Die Kupplungsanordnung 9, 9' wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorzugsweise hydraulisch mittels eines nicht dargestellten rechnergesteuerten Betätigungsaggregates gesteuert. Selbstverständlich kann die Steuerung jedoch auch pneumatisch oder über einen Stellmotor erfolgen. Das Betätigungsaggregat besitzt eine motorisch, beispielsweise durch einen Elektromotor angetriebene Pumpe, deren Saugseite mit einem Reservoir für ein Hydraulikmedium und deren Druckseite über eine Druckleitung mit einem Druckspeicher sowie über ein Druckbegrenzungsventil mit dem Reservoir und über ein Steuerventil mit der Kupplungsanordnung 9, 9' verbunden bzw. verbindbar sind.
Ist das beispielsweise als Schieberventil ausgebildete Steuerventil im Sinne einer Öffnung der Kupplungsanordnung 9, 9' angesteuert, so ist die Druckleitung mit der Einlassöffnung 16, 16' der Kupplungsanordnung 9, 9' verbunden, d. h. die Kupplungsanordnung 9, 9' wird vom Druck der Pumpe beaufschlagt und dementsprechend geöffnet bzw. geöffnet gehalten.
Wird das Steuerventil in seine andere Lage umgeschaltet, so wird die Verbindung zwischen der Druckleitung und der Einlassöffnung 16, 16' der Kupplungsanordnung 9, 9' gesperrt und gleichzeitig eine Verbindung zwischen der Einlassöffnung 16, 16' und dem Reservoir hergestellt. Dementsprechend wird die Kupplungsanordnung 9, 9' vom hydraulischen Druck entlastet, und die Kupplungsanordnung 9, 9' wird durch die Federkraft der Federn 171, 17' geschlossen und geschlossen gehalten.
Das Steuerventil wird vorzugsweise mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Rechners gesteuert, welcher eingangsseitig mit Sensoren für den jeweiligen Lenkwinkel sowie die jeweilige Fahrgeschwindigkeit und/oder gegebenenfalls mit weiteren Gebern für zusätzliche Daten, beispielsweise Daten für die Lenkwinkelgeschwindigkeit, die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs, Eigenschaften der Bereifung oder den Beladezustand des Fahrzeuges verbunden ist. Aus den gewonnenen Daten kann der Rechner den tatsächlichen und/oder einen zu erwartenden Wert der Querbeschleunigung des Fahrzeuges errechnen.
Sobald die tatsächliche oder zu erwartende Querbeschleunigung einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, wird das Steuerventil zur Sperrung der Kupplungsanordnung 9, 9' angesteuert. Damit sind gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Teilabschnitt A' des Torsionsstabes 5' mit dem zweiten Ende 8b' des Torsionsrohres 8', bzw. gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform das zweite Ende 81b des ersten Torsionsrohres 81 mit dem ersten Ende 82a des zweiten Torsionsrohres 82 miteinander gekoppelt, so dass die Torsionssteifigkeit des erfindungsgemäßen Querstabilisators 1, 1' maximal wirksam ist, und einer unterschiedlichen Ein- bzw. Ausfederung der mit ihm verbundenen gegenüberliegenden Radaufhängungen 4, 4' der Fahrzeugräder der selben Achse 2, 2' des Fahrzeugs maximal elastisch entgegenwirkt.
Bei Geradeausfahrt bzw. wenn der Rechner geringe oder vernachlässigbare Werte für die Querbeschleunigung des Fahrzeuges ermittelt, wird das Steuerventil zur Öffnung der Kupplungsanordnung angesteuert, so dass gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Teilabschnitt A' des Torsionsstabes 5' und das zweite Ende 8b' des Torsionsrohres 8', bzw. gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform das zweite Ende 81b des ersten Torsionsrohres 81 und das erste Ende 82a des zweiten Torsionsrohres 82 voneinander entkoppelt werden, und der erfindungsgemäße Querstabilisator 1, 1' für diese Werte der Querbeschleunigung des Fahrzeugs lediglich im Rahmen der Torsionssteifigkeit des jeweiligen ungeteilten Torsionsstabes 5, 5' wirksam ist, so dass er einer Relativbewegung der Radaufhängungen 4, 4' der Fahrzeugräder der selben Achse 2, 2' nur in geringem Maße elastisch entgegenwirkt.
Im Folgenden wird anhand der Figuren 4, 5 und 6 eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Kupplungsanordnung 9, 9' beschrieben.
Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungsanordnung 9; 9' in Form einer Mitnehmerkugel-Kupplung ausgebildet. Die Mitnehmerkugel-Kupplung weist ein erstes und ein zweites Element 51, 52 auf, wobei die Elemente 51, 52 gegeneinander verschiebbar sind, und in einander zugewandten Seiten der Elemente 51, 52 Taschen 531, 532 für Mitnehmerkugeln 54 eingebracht sind.
Ein Element 51 mit Taschen 531 und Mitnehmerkugeln 54 ist in Fig. 4 in Aufsicht abgebildet. Das in Fig.4 nicht abgebildete zweite Element 52 weist vorzugsweise den identischen Aufbau wie das erste Element 51 auf. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Taschen 531 vorzugsweise auf einem Kreisring angeordnet und weisen eine im wesentlichen elliptische Umfangslinie auf.
Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, sind das erste Element 51 und das zweite Element 52 so angeordnet, dass die Mitnehmerkugeln 54 zwischen dem ersten Element 51 und dem zweiten Element 52 angeordnet sind.
Wie aus den Figuren 5 und 6 weiter hervorgeht, sind die Taschen 531 und 532 jeweils entsprechend der Form eines Rotations-Ellipsoid-Segments ausgebildet und weisen gegenüber den einander zugewandten Seitenflächen der beiden Elemente 51, 52 Rampen auf, die ein Winkel α, γ zu den Seitenflächen der Elemente 51 und 52 einschließen. Die Rampen sind durch geeignete Wahl der Winkel α, γ in dieser bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass bei geöffneter Kupplung eine zulässige Verschränkung von vorzugsweise 7 bis 10° zwischen Torsionsstab 5' und Torsionsrohr 8' bzw. den beiden Torsionsrohren 81,82 nicht überschritten werden kann. Hierfür betragen die Winkel α; γ zwischen 55° und 65°, und vorzugsweise 60°.
Besonders vorteilhaft an der vorstehend beschriebenen Mitnehmerkugel-Kupplung ist, dass sie im geöffneten Zustand eine genau definierbare Beschränkung zwischen Torsionsstab 5' und Torsionsrohr 8' bzw. den beiden Torsionsrohren 81, 82 zulässt, und, wie beispielsweise aus Fig. 6 deutlich wird, auch im verschränkten Zustand zuverlässig geschlossen werden kann.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein kostengünstiger Querstabilisator vorgeschlagen, welcher bei Kurvenfahrt sowie Ausweichmanövern in jedem Falle hinreichend wirksam ist, und im übrigen das Federungsverhalten des Fahrzeuges nur in geringem Maße beeinträchtigt, so dass ein hoher Fahrkomfort gewährleistet ist. Bezugszeichenliste
1, 1' Querstabilisator
2, 2' Achse
3 Fahrzeugrahmen
4, 4' Radaufhängung
5, 5' Torsionsstab
A', B', C Teilbereiche des Torsionsstabes 5'
F, G Teilbereiche des Torsionsstabes 5
6, 6' Feder
7, 7' Arm
8' Torsionsrohr
8a' erstes Ende des Torsionsrohres 8'
8b' zweites Ende des Torsionsrohres 8'
9, 9' Kupplungsanordnung
10, 10' Ringkammer
11' Längsnut
12' Ringkolben
13' Dichtung
14' Klaue
15' Klaue
16, 16' Einlassöffnung
17' Feder
18 Muffe
81, 82 Torsionsrohr
81a Ende des Torsionsrohres 81
81b Ende des Torsionsrohres 81
82a Ende des Torsionsrohres 82
91, 92 Lagerung 111 Längsnut
131,132 Dichtung
151,152 Klaue
171 Federanordnung
191 Schiebeelement
51,52 Element
531,532 Tasche
54 Mitnehmerkugel α,γ Winkel

Claims

Querstabilisator für ein KraftfahrzeugPatentansprüche
Querstabilisator (1; 1') für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen an einem Fahrzeugrahmen (3) drehbar befestigten und mit zwei gegenüberliegenden Radaufhängungen (4; 4') der selben Achse (2; 2') des Fahrzeugs verbundenen ungeteilten Torsionsstab (5; 5'), der einen Torsionsbereich zur elastischen Kopplung von Federungsbewegungen der gegenüberliegenden Radaufhängungen (4; 4') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstabilisator (1; 1') ferner ein den ungeteilten Torsionsstab (5; 5') zumindest in einem ersten Teilbereich (F; B') seines Torsionsbereiches umgebendes erstes Torsionsrohr (81; 8') aufweist, dessen erstes Ende (81a; 8a') drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab (5; 5') verbunden ist, und dessen zweites Ende (81b; 8b') mittels einer Kupplungsanordnung (9; 9') selektiv drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab (5; 5') verbindbar ist, so dass die Torsionssteifigkeit des Querstabilisators (1; 1') veränderbar ist.
Querstabilisator (1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ungeteilte Torsionsstab (5') Bereiche (A', B', C) unterschiedlicher Torsionssteifigkeit aufweist und die Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes (5') in einem ersten Teilbereich (B') geringer als in einem zweiten Teilbereich (A', C) ist.
3. Querstabilisator (1 ') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionssteifigkeit des ungeteilten Torsionsstabes (5') zwischen 20 und 50 Prozent, und die Torsionssteifigkeit des Torsionsrohres (8') zwischen 80 und 50 Prozent der Torsionssteifigkeit des Querstabilisators (1') beträgt, wenn das zweite Ende (8b') des Torsionsrohres (8') mittels der Kupplungsanordnung (9') drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab (5') verbunden ist.
4. Querstabilisator (1 ') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9') geeignet ist, das zweite Ende (8b') des ersten Torsionsrohres (8') in Abhängigkeit von der tatsächlichen und/oder zu erwartenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs drehfest mit dem Torsionsstab (5') zu verbinden.
5. Querstabilisator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querstabilisator (1) ferner ein den Torsionsstab (5) in einem zweiten Teilbereich (G) seines Torsionsbereiches umgebendes zweites Torsionsrohr (82) aufweist, dessen erstes Ende (82a) mittels der Kupplungsanordnung (9) selektiv drehfest mit dem zweiten Ende (81b) des ersten Torsionsrohres (81) verbindbar ist, und dessen zweites Ende drehfest mit dem ungeteilten Torsionsstab (5) verbunden ist.
6. Querstabilisator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionssteifigkeit der drehfest verbundenen Torsionsrohre (81, 82) zwischen 80 und 50 Prozent der Torsionssteifigkeit des Querstabilisators (1) beträgt, wenn das zweite Ende (81b) des ersten Torsionsrohres (81) mittels der Kupplungsanordnung (9) drehfest mit dem ersten Ende (82a) des zweiten Torsionsrohres (82) verbunden ist.
7. Querstabilisator (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9) geeignet ist, das zweite Ende (81b) des ersten Torsionsrohres (81) in Abhängigkeit von der tatsächlichen und/oder zu erwartenden Querbeschleunigung des Fahrzeugs drehfest mit dem ersten Ende (82a) des zweiten Torsionsrohres (82) zu verbinden.
8. Querstabilisator ( 1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (81a) des ersten Torsionsrohres (81) und/oder das zweite Ende des zweiten Torsionsrohres (82) so drehfest an dem Torsionsstab (5) gelagert ist, dass es durch die Kupplungsanordnung (9) axial verschiebbar ist.
9. Querstabilisator (1 ; 1 ') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Torsionsrohr (81, 82; 8') den ungeteilten Torsionsstab (5; 5') zentrisch umgibt.
10. Querstabilisator (1 ; 1 ') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und dem Lenkwinkel und/oder der Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder der Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs steuerbar ist.
11. Querstabilisator (1 ; 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') Federpakete (171; 17') aufweist, die so ausgelegt sind, dass ein schnelles Schließen der Kupplungsanordnung (9; 9') gewährleistet ist.
12. Querstabilisator (1 ; 1 ') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') so ausgebildet ist, dass sie im Fehlerfall selbsttätig schließt bzw. geschlossen bleibt.
13. Querstabilisator ( 1 ; 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') hydraulisch oder pneumatisch schaltbar ist.
14. Querstabilisator (1; 1') nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') einen Hydraulikringzylinder (10; 10') aufweist, der geeignet ist, die Kupplungsanordnung (9; 9') zu öffnen.
15. Querstabilisator (1; 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') so ausgestaltet ist, dass eine bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs zulässige Verschränkung zwischen Torsionsstab (5') und Torsionsrohr (8') bzw. den beiden Torsionsrohren (81, 82) nicht überschritten werden kann.
16. Querstabilisator (1; 1') nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der zulässigen Verschränkung zwischen Torsionsstab (5') und Torsionsrohr (8') bzw. den beiden Torsionsrohren (81, 82) über Endanschläge erfolgt.
17. Querstabilisator (1 ; 1 ') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') in Form einer Klauenkupplung ausgebildet ist.
18. Querstabilisator (1; 1') nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenzähne der Klauenkupplung so ausgestaltet sind, dass eine bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs zulässige Verschränkung zwischen Torsionsstab (5') und Torsionsrohr (8') bzw. den beiden Torsionsrohren (81, 82) nicht überschritten werden kann.
19. Querstabilisator nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenzähne der Klauenkupplung so ausgestaltet sind, dass die Federkraft einer Feder (171; 17'), die geeignet ist, die Klauenkupplung zu schließen, über die Zahnflanken verstärkt wird, um ein zuverlässiges Schließen der Klauenkupplung auch bei einer Verschränkung zwischen Torsionsstab (5') und Torsionsrohr (8') bzw. den beiden Torsionsrohren (81, 82) zu gewährleisten.
20. Querstabilisator (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (9; 9') in Form einer Mitnehmerkugel-Kupplung ausgebildet ist, die ein erstes Element (51) und ein zweites Element (52) aufweist, wobei die Elemente (51, 52) gegeneinander verschiebbar sind, und in einander zugewandten Seiten der Elemente (51, 52) Taschen (531, 532) für Mitnehmerkugeln (54) eingebracht sind, so dass die Mitnehmerkugeln (54) zwischen dem ersten und dem zweiten Element (51, 52) angeordnet sind.
21. Querstabilisator ( 1 ; 1 ') nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (531, 532) auf einem Kreisring angeordnet sind.
22. Querstabilisator nach einem der Ansprüche 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (531, 532) entsprechend eines Rotations-Ellipsoid-Segments ausgebildet sind.
3. Querstabilisator nach einem der Ansprüche 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (531, 532) Rampen aufweisen, die so ausgebildet sind, dass bei geöffneter Mitnehmerkugel-Kupplung eine zulässige Verschränkung zwischen Torsionsstab (5') und Torsionsrohr (8') bzw. den beiden Torsionsrohren (81, 82) nicht überschritten werden kann.
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