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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verstellen von mechanischen
Stellgliedern gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Einrichtungen
zum Verstellen von Stellgliedern zur Veränderung der Fahrwerksgeometrie
von Kraftfahrzeugen sind in vielfachen Ausgestaltungen bekannt.
Sie werden beispielsweise dazu verwendet, die Vorspannung der Federung
oder der Stabilisatoren von Fahrzeugen zu beeinflussen.
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Aus
der WO 99/67100 ist bereits eine Einrichtung zum Verändern der
Vorspannung der beiden Stabilisatorhälften einer Fahrzeugvorderachse
bzw. einer Fahrzeughinterachse bekannt, bei der die Ausgangsglieder
des Stellantriebes eine Drehbewegung ausführen, die direkt als Torsionsmoment
in die Stabilisatorhälften
eingeleitet wird. Der eigentliche Stellantrieb ist ein Elektromotor,
dessen Drehbewegung über
ein aufwendiges Reduziergetriebe untersetzt, d.h. für den angestrebten
Zweck reduziert werden muss.
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Durch
die
DE 902 226 ist eine
Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zum
Vorspannen zweier Zusatzfedern zu einer Kraftfahrzeug-Hauptfederung
bekannt, bei der ein als Stellantrieb dienender Elektromotor zwei
verschiebbare Ausgangsglieder aufweist. Auch bei dieser Einrichtung
werden die Drehungen des Elektromotors über ein Zahnradgetriebe und
eine diesem nachgeordnete Spindel-/Spindelmutter-Anordnung in konstruktiv
und fertigungstechnisch aufwendiger Weise in die Verschiebebewegungen
der Stellglieder umgewandelt. Neben dem erheblichen Konstruktions-
und Fertigungsaufwand wird ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen
darin gesehen, dass diese auch energieaufwendig sind und einen relativ
großen Einbauraum
beanspruchen.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Einrichtung zum Verstellen von mechanischen Stellgliedern der im
Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, welche konstruktiv
einfach und deshalb kostengünstig
herzustellen ist, und welche einen verhältnismäßig geringen Einbauraum beansprucht.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 1, während vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine Einrichtung
der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art dadurch vereinfachen lässt, dass
zumindest ein Teil der erforderlichen Bewegungsumlenkung und Übersetzungsänderung
einem einzigen, mit dem Ausgangsglied gekoppeltem Steuerelement
zugeordnet werden kann, wie anhand mehrer Ausführungsbeispiele dargeslegt
wird.
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Demnach
ist die erfindungsgemäße Einrichtung
zum Verstellen der Stellglieder dadurch gekennzeichnet, dass jedes
Ausgangsglied mit einem verschiebbaren oder verschwenkbaren Steuerelement antriebsgekoppelt
ist, an welchem eine gegenüber der
Verschiebebewegung des Ausgangsgliedes umgelenkte Verschiebebewegung
und/oder ein gegenüber
dem Verschiebeweg des Ausgangsgliedes unterschiedlicher Verschiebeweg
abgreifbar ist, welche auf das Stellglied übertragen werden.
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Das
Steuerelement ist ganz allgemein ein einziges, einerseits mit dem
Ausgangsglied und andererseits mit dem Stellglied direkt gekoppeltes
Zwischenglied, welches die gewünschte
Umlenkung und Übersetzungsänderung
bewirkt, wie weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen erläutert wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerelement als Steuernocken
mit Nockenflächen
ausgebildet, an denen wenigstens ein Stellglied anliegt. Durch die
Bewegung des Steuernockens wird das oder werden die Stellglieder
direkt verstellt.
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Bei
einer besonders einfachen Ausführungsform
ist das Steuerelement mit dem Ausgangsglied fest verbunden, wird
also mit diesem linear bewegt, und hat wenigstens eine schräg zur Verschieberichtung
des Ausgangsgliedes ausgerichtete gerade Steuerfläche. Dadurch
lässt sich
in einfacher Weise die Verschiebebewegung des Ausgangsgliedes in eine
dazu quer gerichtete Verschiebebewegung eines Stellgliedes umwandeln. Über den
Winkel zwischen Steuerfläche
und Verschieberichtung lässt sich
die wirksame Übersetzung
zumindest in einem gewissen Rahmen verändern.
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Für den Fall,
dass die Aufgabe besteht, zwei Stellglieder gleichzeitig, jedoch
gegensinnig zu verschieben, ist vorgesehen, dass das Steuerelement im
wesentlichen keilförmig
mit zwei in einem Winkel zueinander stehenden geraden Nockenflächen ausgebildet
ist, an denen jeweils ein Stellglied anliegt. Durch die Wahl unterschiedlicher
Winkel der Steuerflächen
gegenüber
der Verschieberichtung können unterschiedliche
Verschiebewege der Stellglieder erreicht werden.
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Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Steuerelement ein schwenkbar
angeordneter Steuernocken mit einer kurvenförmigen Nockenfläche, wobei
der Steuernocken mit dem Ausgangsglied schwenkantriebsverbunden
ist. Durch die Gestaltung der kurvenförmigen Nockenfläche kann der
Verschiebeweg des Stellgliedes eine weitgehend beliebige Funktion
des Verschiebeweges des Ausgangsgliedes sein.
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Bei
einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist das
Steuerelement ein schwenkbar angeordneter, mit dem Ausgangsglied schwenkantriebsverbundener
Schwenkhebel, an welchem ein Stellglied anliegt, wobei der Verbindungspunkt
zwischen Ausgangsglied und Schwenkhebel und der Anlagepunkt des
Stellgliedes am Schwenkhebel unterschiedliche Abstände vom Schwenklagerpunkt
des Schwenkhebels haben. Auf diese Weise lässt sich mit einfachen Mitteln
eine zwischen Ausgangsglied und Stellglied wirksame Übersetzung
variieren.
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In
einer besonders einfachen Ausgestaltung kann das Ausgangsglied des
Stellantriebes direkt mit einem Stellglied antriebsverbunden sein,
wobei dann Verschieberichtung und Verschiebeweg des Ausgangsgliedes
vorzugsweise gleich der Verschieberichtung und dem Verschiebeweg
des Stellgliedes sind.
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Weiter
vorne wurde eine Ausgestaltung beschrieben, bei der ein einziges
Ausgangsglied zwei Stellglieder betätigt. Gemäß einer anderen Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stellantrieb zwei gegenläufige Ausgangsglieder
hat, von denen jedes mit einem Stellglied antriebsverbunden ist.
Diese Antriebsverbindung kann wiederum über ein Steuerelement erfolgen,
welches in der bereits beschriebenen Weise eine Änderung der Verschieberichtung
und der wirksamen Übersetzung
ermöglicht.
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Der
Stellantrieb kann ein Elektromotor mit einem nachgeordneten, eine
Drehbewegung in eine Axialbewegung des Ausgangsgliedes umwandelnden
einfachen Getriebe sein. Eine besonders kompakte und damit Einbauraum
sparende Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Elektromotor einen
innen liegenden Läufer
mit einer zur Läuferachse
koaxialen zentralen Bohrung mit einem inneren Schraubgewinde in
der Art einer drehbaren Spindelmutter hat, mittels dessen eine mit
dem Schraubgewinde zusammenwirkende koaxiale, ein Ausgangsglied
bildende drehfeste Spindel axial verstellt wird. Der Läufer bildet
auf diese Weise ein Getriebeelement, welches direkt mit dem Ausgangsglied
zusammenwirkt.
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Die
Stellglieder der vorliegend beschriebenen Einrichtungen sind vorzugsweise
jeweils linear verschiebbare Stellglieder, die direkt oder unter
Zwischenschaltung von weiteren Getriebegliedern auf die Fahrwerksgeometrie
einwirken.
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Als
Stellantriebe im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen alle Stellantriebe
in Frage, die ein verschiebbares Ausgangsglied haben, nämlich beispielsweise
hydraulische, magnetostriktive oder piezoelektrische Antriebe.
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Die
Erfindung lässt
sich anhand von Ausführungsbeispielen
weiter erläutern.
Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
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1 schematisch
einen Stellantrieb mit einem linear verschiebbaren Ausgangsglied
und einem daran angeordneten keilförmigen Steuerelement zum gegensinnigen
Verstellen zweier Stellglieder,
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2 einen
Stellantrieb mit einem als verschwenkbarer Steuernocken ausgebildeten
Steuerelement und einem daran anliegenden Stellglied,
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3 einen
Stellantrieb mit einem als Schwenkhebel ausgebildeten Steuerelement
und einem daran anliegenden Stellglied,
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4 einen
Stellantrieb mit zwei gegensinnig verstellbaren Ausgangsgliedern,
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5 schematisch
einen als Stellantrieb dienenden Elektromotor mit einem als Spindelmutter ausgebildeten
Läufer
und einer damit zusammenwirkenden, als Stellglied dienenden Spindel,
sowie
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6 schematisch
einen Stabilisator eines Kraftfahrzeuges und einen Stellantrieb
etwa gemäß der 4 zum
Vorspannen des Stabilisators.
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1 zeigt
demnach einen Stellantrieb 2 mit einem linear in Richtung
des durch einen Doppelpfeil bezeichneten Verschiebeweges 4 verschiebbaren Ausgangsglied 6.
Als Stellantrieb 2 kommt jeder geeignete Stellantrieb in
Frage, welcher ein linear verschiebbares Ausgangsglied aufweist,
nämlich
beispielsweise ein elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer
Stellantrieb oder auch ein Stellantrieb, welcher nach dem magnetostriktiven
oder piezoelektrischen Prinzip arbeitet.
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An
dem dem Stellantrieb 2 abgewandten Ende des Ausgangsgliedes 6 ist
ein Steuerelement 8 angeordnet, an welchem eine gegenüber der
Verschiebebewegung des Ausgangsgliedes 6 umgelenkte Verschiebebewegung
und/oder ein gegenüber dem
Verschiebeweg des Ausgangsgliedes 6 unterschiedlicher Verschiebeweg
abgreifbar ist, welche auf Stellglieder übertragen werden.
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In
der Ausgestaltung gemäß der 1 ist
als Steuerelement 8 ein keilförmiger Steuernocken 10 mit
Nockenflächen 12 und 14 vorgesehen,
die geradlinig ausgebildet und schräg zur Richtung des Verschiebeweges 4 des
Ausgangsgliedes 6 ausgerichtet sind. An den Nockenflächen 12 bzw. 14 liegt
jeweils ein Stellglied 16 bzw. 18 an, die bei
einer Verschiebung des Steuernockens 10 in Richtung des
Verschiebeweges 4 in Richtung der durch Doppelpfeile bezeichneten
Verschiebewege 20 bzw. 22 verstellt werden.
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Wie
die 1 erkennen lässt,
wird durch den Steuernocken 10 die Verschiebebewegung des
Ausgangsgliedes 6 in dazu rechtwinklige Verschiebebewegungen
(Verschiebewege 20, 22) umgelenkt. Die Größe der Verschiebe wege 20 bzw. 22 im
Verhältnis zum
Verschiebeweg 4 hängt
von der Wahl des Keilwinkels α ab,
d.h. je kleiner der Keilwinkel α ist,
um so kleiner sind die Verschiebewege 20 bzw. 22.
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Es
besteht auch die Möglichkeit,
die Schrägstellung
der Nockenflächen 12 bzw. 14 gegenüber der
Richtung des Verschiebeweges 4 unterschiedlich zu wählen, so
dass auch die Verschiebewege 20 bzw. 22 unterschiedlich
sind.
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2 zeigt
eine Anordnung mit einem Stellantrieb 24, einem Ausgangsglied 26 und
einem damit antriebsgekoppelten Steuerelement 28, über das
ein Stellglied 30 betätigt
wird. Das Steuerelement 28 ist als schwenkbar angeordneter
Exzenter-Steuernocken 32 mit einer kurvenförmigen Nockenfläche 34 ausgebildet,
an der das Stellglied 30 anliegt. Der Steuernocken 32 ist
an einem Lagerbock 36 schwenkbar aufgehängt und mit dem Ausgangsglied 26 schwenkantriebsverbunden.
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Bei
einer Verstellung des Ausgangsgliedes 26 in Richtung des
durch einen Doppelpfeil bezeichneten Verschiebeweges 38 wird
der Steuernocken 32 in Richtung des Doppelpfeiles 39 verschwenkt, wodurch
das Stellglied 30 in Richtung des durch einen Doppelpfeil
bezeichneten Verschiebeweges 40 verstellt wird. Die Größe des Verschiebeweges 40 hängt von
der Form der Nockenfläche 34 ab
und kann eine nichtlineare Funktion des Verschiebeweges 38 sein.
Die Richtung 40 des Verschiebeweges kann beliebig gewählt werden.
Sie hängt
davon ab, an welchem Punkt des Umfanges des Steuernockens 32 das
Stellglied 30 anliegt.
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Wie 2 erkennen
lässt,
ist der Stellantrieb 24 fest angeordnet. Damit das linear
bewegte Ausgangsglied 26 der Schwenkbewegung des Steuernockens 32 folgen
kann, ist es mit diesem über
ein Langloch 42 verbunden.
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3 zeigt
einen Stellantrieb 44 mit einem Ausgangsglied 46 und
einem damit antriebsgekoppelten Steuerelement 48, an welchem
ein Stellglied 50 anliegt. Das Steuerelement 48 ist
als Schwenkhebel 52 ausgebildet, welcher bei einer Verstellung
des Ausgangsgliedes 46 in Richtung des durch einen Doppelpfeil
bezeichneten Verschiebeweges 54 in Richtung des Doppelpfeiles 56 verschwenkt
wird. Dabei wird das Stellglied 50 in Richtung des durch
einen Doppelpfeil bezeichneten Verschiebeweges 58 linear
verschoben.
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Die
Richtung des Verschiebeweges 58 des Stellgliedes 50 entspricht
in diesem Fall der Richtung des Verschiebeweges 54 des
Ausgangsgliedes 46, so dass insofern eine Umlenkung nicht
stattfindet. Die Größe des Verschiebeweges 58 im
Verhältnis zum
Verschiebeweg 54 lässt
sich durch den Abstand des Anlagepunktes 60 vom Schwenklagerpunkt 62 des
Schwenkhebels 52 bestimmen.
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Während 1 ein
Ausführungsbeispiel zeigt,
bei welchem zwei Stellglieder 16, 18 durch ein Steuerelement 8 betätigt werden,
zeigt 4 einen Stellantrieb 64 mit zwei gegensinnig
bewegten Ausgangsgliedern 66 und 68. Ein derartiger
Stellantrieb kann beispielsweise ein Elektromotor sein, welcher zwei
interne Spindel-/Spindelmutter-Anordnungen mit entgegengesetzten
Gewindesteigungen antreibt.
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5 zeigt
einen Stellantrieb 70, welcher als Elektromotor 72 mit
einem äußeren Stator 74 und
einem inneren Rotor 76 ausgebildet ist. Der Rotor 76 hat
eine zur Rotorachse 78 koaxiale zentrale Bohrung 80 mit
einem inneren Schraubgewinde nach Art einer drehbaren Spindelmutter,
mittels derer eine mit dem Schraubgewinde zusammenwirkende koaxiale, ein
Ausgangsglied 82 bildende drehfeste Spindel axial verstellt
wird.
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6 zeigt
schematisch eine Stabilisatoranordnung 84 mit einem Torsionsstab,
welcher in der Mitte geteilt ist und die beiden Torsionsstabhälften 86a und 86b bildet.
Im Bereich der Teilung des Torsionsstabes ist ein Stellantrieb 88 angeordnet,
welcher nach Art der in 4 dargestellten Ausgestaltung zwei
in Richtung der Doppelpfeile 90 bzw. 92 gegensinnig
verstellbare Ausgangsglieder 94 bzw. 96 hat.
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Das
Ausgangsglied 94 ist über
einen Hebel 98 mit dem inneren Ende der Torsionsstabhälfte 86a verbunden,
während
das Ausgangsglied 96 über
einen Hebel 100 mit dem inneren Ende der Torsionsstabhälfte 86b verbunden
ist. Durch Betätigen
des Stellantriebes 88 lässt
sich die Vorspannung in den Torsionsstabhälften 86a und 86b gegensinnig
verändern,
um in an sich bekannter Weise einer Wankbewegung (Rollbewegung)
eines Fahrzeuges entgegenzuwirken. Wenn beispielsweise die Ausgangsglieder 94 und 96 nach
außen
verstellt werden, dann werden auf die Torsionsstabhälften 86a bzw. 86b jeweils
die durch die Pfeile 102 bzw. 104 bezeichneten entgegengesetzten
Torsionsmomente aufgebracht.
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- 2
- Stellantrieb
- 4
- Verschiebeweg
- 6
- Ausgangsglied
- 8
- Steuerelement
- 10
- Steuernocken
- 12
- Nockenfläche
- 14
- Nockenfläche
- 16
- Stellglied
- 18
- Stellglied
- 20
- Verschiebeweg
- 22
- Verschiebeweg
- 24
- Stellantrieb
- 26
- Ausgangsglied
- 28
- Steuerelement
- 30
- Stellglied
- 32
- Steuernocken
- 34
- Nockenfläche
- 36
- Lagerbock
- 38
- Verschiebeweg
- 39
- Doppelpfeil
- 40
- Verschiebeweg
- 42
- Langloch
- 44
- Stellantrieb
- 46
- Ausgangsglied
- 48
- Steuerelement
- 50
- Stellglied
- 52
- Schwenkhebel
- 54
- Verschiebeweg
- 56
- Doppelpfeil
- 58
- Verschiebeweg
- 60
- Anlagepunkt
- 62
- Schwenklagerpunkt
- 64
- Stellantrieb
- 66
- Ausgangsglied
- 68
- Ausgangsglied
- 70
- Stellantrieb
- 72
- Elektromotor
- 74
- Stator
- 76
- Rotor
- 78
- Rotorachse
- 80
- zentrale
Bohrung
- 82
- Spindel
- 84
- Stabilisatoranordnung
- 86a,
86b
- Torsionsstabhälften
- 88
- Stellantrieb
- 90
- Doppelpfeil
- 92
- Doppelpfeil
- 94
- Ausgangsglied
- 96
- Ausgangsglied
- 98
- Hebel
- 100
- Hebel
- 102
- Torsionsmoment
- 104
- Torsionsmoment