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Die Erfindung betrifft eine schaltbare Stabilisatoreinrichtung mit einem Wankstabilisator und einer Kupplungseinrichtung für eine Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Üblicherweise ist jeder Achse eines Kraftfahrzeuges ein Wankstabilisator zugeordnet, der nach dem Torsionsstabprinzip arbeitet. Der Wankstabilisator ist im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugachse angeordnet und an beiden Enden mit der jeweiligen Radaufhängung verbunden.
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Hierbei dient der Wankstabilisator einer Stabilisierung des Karosserieaufbaus – beispielsweise bei Schräg- oder Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs – gegenüber unerwünschten Wankbewegungen um die Längsachse des Kraftfahrzeugs. Dies wird dadurch erreicht, dass die Einfederungsbewegung der auf die Fahrtrichtung bezogenen linken und rechten Radaufhängungen einer Achse mittels des Wankstabilisators miteinander zu einem gewissen Grad gekoppelt werden. Es findet mit anderen Worten über den Wankstabilisator ein teilweiser Kopiereffekt zwischen den Einfederungsbewegungen der beiden Räder einer Achse statt.
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Dabei sind einteilige Wankstabilisatoren in ihrer Dimensionierung jedoch auf eine einzige vorbestimmte Federrate ausgelegt, so dass einem bestimmten Torsionsmoment im Wankstabilisator stets ein bestimmter Unterschied der Einfederungswege an einer Achse bzw. ein bestimmter Wankwinkel der Karosserie gegenüber der Fahrbahnoberfläche zugeordnet ist.
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Insgesamt ist die oben beschriebene Funktion des Wankstabilisators zwar bei Straßenfahrzeugen – zum Zweck der Karosseriestabilisierung bei Kurvenfahrten – durchaus erwünscht, hingegen wird bei Geländefahrzeugen oft ein ganz anderes Einfederungsverhalten gefordert. Im Gelände auftretende starke Unebenheiten erfordern nämlich beispielsweise möglichst große zulässige Achsverschränkungen, um die Bodenhaftung an allen Rädern des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Dies wird umso wichtiger, je rutschiger der Untergrund ist, da vom Rad nur bei guter Bodenhaftung und ausreichender Anpresskraft eine ausreichende Traktion auf den Untergrund übertragen werden kann. Ferner soll bei Geländefahrzeugen auch die Schrägstellung des Kraftfahrzeugaufbaus bei großem Unterschied zwischen den Einfederungswegen der beiden Räder einer Achse so gering wie möglich gehalten werden, um ein Umkippen des Fahrzeugs zu erschweren, beispielsweise wenn dieses quer zu einer Schräge bewegt wird. Nicht zuletzt kann der Stabilisator durch im Gelände auftretende stark unterschiedliche Einfederungswege der Räder einer Achse überlastet und somit beschädigt werden.
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In ähnlicher Weise ist auch bei Straßenfahrzeugen – während der Geradeausfahrt auf der Straße – die Verbindung zwischen den beiden Radaufhängungen einer Achse durch den Stabilisator eigentlich unerwünscht, da sie in diesem Fall keinen Nutzen bringt, sondern den Federungskomfort aufgrund des Kopiereffekts zwischen den beiden Radaufhängungen einer Achse beeinträchtigt.
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Aus diesen Gründen ist bei Straßenfahrzeugen während der Geradeausfahrt sowie bei Geländefahrzeugen die Wirkung des Wankstabilisators eher unerwünscht. Bei Geländefahrzeugen, die nicht primär für den Straßenverkehr bestimmt sind, und bei Straßenfahrzeugen, die nicht im Gelände benutzt werden, bereiten zunächst einmal die oben angesprochenen diametralen Anforderung an die Wankstabilisierung für den Straßenbetrieb einerseits und für den Geländebetrieb andererseits keine Schwierigkeiten, da die Wankstabilisatoren in diesen Fällen individuell auf den jeweiligen Einsatzbereich abgestimmt werden können.
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Dies bedeutet jedoch, dass einteilige Wankstabilisatoren entweder nur für den Straßenverkehr oder nur für Geländefahrten korrekt ausgelegt werden können, wohingegen bei Fahrzeugen, die sowohl auf der Straße, als auch im Gelände bewegt werden sollen, die Federrate eines einteiligen Wankstabilisators stets einen Kompromiss darstellt.
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Seit einiger Zeit sind jedoch Geländefahrzeuge auch als Straßenfahrzeuge attraktiv geworden, so dass der Anforderung einer relativ geringen Wankstabilisierung im Gelände die Anforderung einer relativ starken Stabilisierung bei Kurvenfahrt im Straßenverkehr gegenübersteht.
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Es wird daher zunehmend nach Möglichkeiten für zweigeteilte Wankstabilisatoren gesucht, wobei die beiden Teile des Wankstabilisators durch eine aktuatorisch schaltbare Kupplung miteinander verbindbar sind. Einen solchen schaltbaren Wankstabilisator zeigt beispielsweise die
DE 199 23 100 C1 , bei der den beiden Stabilisatorteilen eine hydraulisch schaltbare Klauenkupplung zwischengeschaltet ist. Diese Klauenkupplung ermöglicht, die beiden Stabilisatorteile entweder drehstarr miteinander zu kuppeln, oder aber einen bestimmten kräftefreien Rotationswinkel zwischen den beiden Stabilisatorteilen zuzulassen, bevor Torsionskräfte übertragen werden und somit ein entsprechender Kopiereffekt zwischen den Einfederungsbewegungen der beiden Räder einer Achse auftritt.
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Auf diese Weise lässt sich somit der mögliche Verdrehwinkel zwischen den beiden Stabilisatorenden bedarfsweise vergrößern, was insbesondere einem Geländeeinsatz eines so ausgerüsteten Kraftfahrzeugs zugute kommt. Beim Einsatz des Kraftfahrzeugs auf der Straße werden die beiden Stabilisatorteile dabei mittels der Kupplung drehstarr miteinander verbunden, und es ergibt sich auf diese Weise die gewünschte Wankstabilisierung des Karosserieaufbaus bei Kurvenfahrten.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten, hydraulisch betätigten Kupplungseinrichtungen für Wankstabilisatoren weisen jedoch diverse Nachteile auf. So ist der Aufbau der Kupplungseinrichtung beim Einsatz einer hydraulischen Betätigung für die Klauenkupplung zunächst einmal konstruktiv aufwändig und verursacht daher tendenziell hohe Produktionskosten. Zudem ist die Wirkung der hydraulischen Betätigung bei der bekannten Kupplungseinrichtung mit einfach wirkendem hydraulischem Zylinder auf lediglich eine Betätigungsrichtung beschränkt. Dies bedeutet, dass die oben genannte, bekannte Kupplungseinrichtung aktuatorisch entweder nur geschlossen oder geöffnet werden kann, wohingegen eine aktuatorische Betätigung sowohl der Schließ- als auch der Öffnungsbetätigung mit der Hydraulikkraft nicht möglich ist.
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Da die bekannte hydraulische Kupplungseinrichtung aus Sicherheitsgründen so ausgelegt ist, dass bei einem Ausfall der Elektrik oder der Hydraulik ein automatisches Schließen der Stabilisatorkupplung erfolgt, bedeutet die bei der hydraulischen Betätigung vorhandene genannte Einschränkung, dass die Kupplung aktuatorisch unterstützt lediglich geöffnet, nicht aber geschlossen werden kann. Vielmehr bleibt das Schließen der Stabilisatorkupplung bei der bekannten Kupplungseinrichtung lediglich einer Druckfeder überlassen. Ein aktives Schließen der Kupplung ggf. unter Teillast ist damit bei der aus dem Stand der Technik bekannten hydraulisch betätigten Stabilisatorkupplung nicht möglich.
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Ferner bringt die hydraulische Betätigung aufgrund der bei einer Hydraulik im Strömungsweg stets vorhandenen Drosselstellen eine verhältnismäßig langsame Betätigungsgeschwindigkeit für die Stabilisatorkupplung mit sich. Aus diesem Grund ist eine sehr schnelle Umsteuerung des Kupplungszustands in Abhängigkeit beispielsweise vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs bei der bekannten hydraulischen Stabilisatorkupplung ausgeschlossen.
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Ein Wankstabilisator gemäß der
DE 10 2004 048 085 A1 weist bei kompakter Bauweise einen elektrischen Motor auf, der als Antriebsmotor einer Pumpe für die in den Wankstabilisator integrierte Hydraulik ausgelegt ist (Pumpenmotor). Durch die Verwendung der Hydraulik ergeben sich zum einen eine aufwändigere Bauweise. Zum anderen ergeben sich allfällige Probleme hinsichtlich der Abdichtung einer Hydraulik sowie den Temperaturschwankungen, denen eine Hydraulik unterliegt. Des Weiteren ist bei diesem Stabilisator ausschließlich ein Schalten zwischen verriegeltem Stabilisator und maximalem Verschwenkungswinkel bei Entriegelung vorgesehen.
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Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass eine schaltbare Stabilisatoreinrichtung zwischen zweier Stabilisatorhälften die mittels einer Kupplungseinrichtung, welche wiederum eine Sperrmuffe aufweist, die mittels einer elektromechanischen Verschiebeeinrichtung zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verschoben wir, eine zusätzlichen Sicherheitsvorkehrung für den Fall eines Ausfalls der elektrischen Energievervorgung geschaffen wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Stabilisatoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der Begriff ”Stabilisatorhälfte” wird dabei lediglich der Anschaulichkeit halber verwendet und soll insbesondere keine Beschränkung auf einen etwa nicht symmetrisch bzw. mittig geteilten Wankstabilisator mit unterschiedlich großen Stabilisatorteilen darstellen.
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Auf diese Weise werden die eingangs beschriebenen Nachteile des hydraulischen Antriebs bei der aus dem Stand der Technik bekannten Stabilisatoreinrichtung überwunden. Dank der durch den servoelektrischen Getriebeantrieb betätigten Verschiebeeinrichtung lässt sich die Sperrmuffe zwischen der Verriegelungsstellung und der Entriegelungsstellung aktuatorisch hin und her bewegen, und zwar im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Betätigung stufenlos in beiden Richtungen. Ferner erlaubt die servoelektrische Betätigung der Verschiebeeinrichtung eine schnellere Betätigung und Verschiebung der Sperrmuffe zwischen Verriegelungsstellung und Entriegelungsstellung. Auf diese Weise kann die Stabilisatorkupplung schneller geöffnet und insbesondere schneller geschlossen werden, so dass ggf. auch dynamisch innerhalb von Zehntelsekunden auf den aktuellen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs reagiert werden kann.
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Schließlich ist die erfindungsgemäße Stabilisatoreinrichtung auch konstruktiv einfacher, in den Abmessungen kompakter, im Einsatz robuster und führt damit zu Kosteneinsparungen sowohl in Produktion und Montage als auch im Betrieb.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist der Kraftspeicher als eine Druckfeder ausgeführt. Auf diese Weise kann die Bewegung der Sperrmuffe in Richtung auf die Verriegelungsstellung mit den Klaueneinrichtungen der Stabilisatorhälften unterstützt und ggf. beschleunigt werden, ohne dass hierzu eine entsprechende Vergrößerung der Servomotorauslegung erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sperrmuffe rotatorisch nicht fixiert, weder bezüglich der linken noch bezüglich der rechten Stabilisatorhälfte. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Sperrmuffe rotatorisch weitgehend frei beweglich ist. Auf diese Weise ergibt sich ein freier Drehwinkel zwischen den beiden Stabilisatorhälften bzw. zwischen den Stabilisatorhälften zugeordneten Klaueneinrichtungen, der dem gesamten tangentialen Lückenwinkel zwischen den Sperrklauen der beiden Klaueneinrichtungen entspricht auch dann, wenn die die Sperrfinger der Sperrmuffe aus Sicherheitsgründen im teilweisen Eingriff bzw. in teilweiser Überdeckung mit den Spitzen der Sperrklauen der Klaueneinrichtungen verbleiben.
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Mit anderen Worten kann die Sperrmuffe in diesem Fall – dank ihrer freien Rotierbarkeit – den Rotationsbewegungen derjenigen Stabilisatorhälfte folgen, an deren Sperrklauenspitzen sie gerade anliegt, ohne somit die freie Relativverdrehung zwischen den beiden Stabilisatorhälften innerhalb des tangentialen Lückenwinkels zu behindern oder zu begrenzen.
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Die Erfindung lässt sich dabei zunächst einmal unabhängig davon verwirklichen, wie die Verschiebeeinrichtung konstruktiv ausgebildet und angeordnet ist, solange sich damit die Sperrmuffe zuverlässig betätigen lässt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verschiebeeinrichtung jedoch ein Spindelgetriebe mit einer Gewindespindel auf. Vorzugsweise umfasst das Spindelgetriebe ferner eine Kugelumlaufmutter.
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Die Ausbildung der Verschiebeeinrichtung als Spindelgetriebe ist vorteilhaft insofern, als ein Spindelgetriebe gut mit der langgestreckt zylindrischen Gestalt des Stabilisatormittelteils korrespondiert und sich somit platzsparend am Stabilisatormittelteil unterbringen lässt. Ferner besitzt ein Spindelgetriebe ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und Spindelgeschwindigkeit, wodurch sich ein mehrstufiges Vorsatzgetriebe erübrigt. Die Ausführung des Spindelgetriebes mit einer Kugelumlaufmutter führt zu einer äußerst leichtgängigen Betätigung und zu einem hohen Wirkungsgrad des Spindelgetriebes selbst unter hoher Last. Dies bedeutet, dass nur wenig Motorleistung aufgrund von Getriebereibung verloren geht, und dass die Betätigung der Stabilisatorkupplung bei entsprechender Auslegung des servomotorischen Antriebs auch unter Last erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist dabei ferner das Spindelgetriebe nicht selbsthemmend ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit – insbesondere im Zusammenwirken mit einer Druckfeder zur Unterstützung der Schließbewegung der Sperrmuffe – zur automatischen Fail-Safe-Betätigung der Kupplungseinrichtung. Beim Ausfall der Stromversorgung des servomotorischen Antriebs kann das Spindelgetriebe somit zusammen mit dem servomotorischen Antrieb infolge der in der Druckfeder gespeicherten Energie in Bewegung gesetzt werden, und selbsttätiges Schließen der Kupplungseinrichtung kann erfolgen. Auf diese Weise ist die normale Funktion des Wankstabilisators für Straßenfahrten auch dann gewährleistet, falls Steuerung oder Stromversorgung des servomotorischen Antriebs ausfallen sollten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Stabilisatoreinrichtung ferner eine Aktuatoreinrichtung zur Blockierung des servoelektrischen Antriebs in der zum Schließen der Kupplungseinrichtung verwendeten Drehrichtung. Dabei ist die Aktuatoreinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass diese bei einem Ausfall der Stromversorgung deaktiviert und die Blockierung des servoelektrischen Antriebs somit aufgehoben wird.
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Dank der Aktuatoreinrichtung zur Blockierung des servoelektrischen Antriebs kann – aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnisses des Spindelgetriebes – die Kupplungseinrichtung insbesondere im geöffneten Zustand blockiert werden, ohne dass hierzu nennenswerte Betätigungskräfte erforderlich sind. Wird die Blockierungseinrichtung – beispielsweise aufgrund eines Stromausfalls an der Stabilisatoreinrichtung – stromlos geschaltet, so wird die Blockierung des servoelektrischen Antriebs automatisch aufgehoben und selbsttätiges Schließen der Kupplungseinrichtung mittels der Druckfeder eingeleitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gewindespindel im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und umschließt den Stabilisator koaxial im Bereich seines geraden Mittelteils, bzw. im Kupplungsbereich einer der beiden Stabilisatorhälften. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders platzsparende Anordnung des Kupplungsantriebs im Bereich des Stabilisatormittelteils.
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Vorzugsweise umschließt dabei die Druckfeder wiederum die Gewindespindel koaxial. Bevorzugt sind ferner die Sperrklauen der Stabilisatorhälften und die Sperrfinger der Sperrmuffe in demselben radialen Durchmesserbereich der Kupplungseinrichtung angeordnet wie die Druckfeder und die Spindelmutter. Auf diese Weise lässt sich eine äußerst platzsparende, kompakte und robuste Gestaltung der Kupplungseinrichtung erzielen, da sich somit Stabilisator, Gewindespindel und Druckfeder axial gegenseitig überdecken und gleichzeitig radial direkt übereinander gestapelt werden können. Ferner lässt sich so ohne Umwege eine besonders direkte Kraftübertragung von der Spindelmutter auf die in demselben radialen Durchmesserbereich anordenbare Druckfeder und von der Druckfeder wiederum auf die Sperrmuffe und auf die Sperrklauen erreichen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wirkflächen der Klaueneinrichtungen und/oder der Sperrmuffe abgestuft keilförmig ausgebildet sind. Dabei weist eine erste Stufe der so ausgebildeten Wirkflächen einen nicht selbsthemmenden Keilwinkel auf, während eine zweite Stufe der Wirkflächen einen nahezu selbsthemmenden Keilwinkel aufweist.
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Dank der nahezu selbsthemmend ausgebildeten zweiten Stufe der Wirkflächen an den Klaueneinrichtungen und/oder an der Sperrmuffe lässt sich gewährleisten, dass die Stabilisatorkupplung auch bei starker Torsionsbelastung im Verriegelungszustand verbleibt, ohne dass hierzu – zusätzlich zur Kraft der Druckfeder – axiale Zuhaltekräfte von der Verschiebeeinrichtung aufgebracht werden müssten. Gleichzeitig wird mit den nicht selbsthemmend ausgebildeten Wirkflächen – die somit einen größeren Keilwinkel als die Wirkflächen der zweiten Stufe aufweisen – das rasche Öffnen bzw. Schließen der Stabilisatorkupplung erleichtert, indem hierdurch der zum Öffnen bzw. Schließen erforderliche axiale Verschiebeweg der Sperrmuffe reduziert wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung schließlich sieht vor, dass die Stabilisatoreinrichtung eine Sensoreinrichtung zur Sensierung von Kurvenfahrten aufweist, bzw. mit einer Sensoreinrichtung zur Sensierung von Kurvenfahrten verbindbar ist. Vorzugsweise ist die Stabilisatoreinrichtung dabei so ausgebildet, dass die Kupplungseinrichtung während Geradeausfahrt auf der Straße entkuppelt, bevorzugt teilentkuppelt ist. Teilentkuppelt bedeutet dabei, dass die Wirkflächen der Sperrmuffe die Wirkflächen der der Klaueneinrichtungen an den Stabilisatorhälften in Axialrichtung des Stabilisators noch teilweise überdecken.
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Dabei ist die Kupplungseinrichtung gleichzeitig so eingerichtet, dass eine automatische Kopplung der Stabilisatorhälften dann erfolgt, wenn – beispielsweise bei normaler Straßenfahrt – der Beginn einer Kurve sensiert wird. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Wankstabilisator nicht nur im Gelände, sondern auch bei normaler Geradeausfahrt auf der Straße abgeschaltet ist, und nur dann eine vorübergehende Kopplung der beiden Stabilisatorhälften und damit eine Aktivierung des Stabilisators erfolgt, wenn und solange das Fahrzeug eine Kurve durchfährt.
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Auf diese Weise wird optimaler Federungskomfort bei gleichzeitig hoher Fahrstabilität in Kurven erreicht, insbesondere da die Auswirkungen einseitiger Fahrbahnunebenheiten bei Geradeausfahrt nicht unerwünscht – über den Wankstabilisator verstärkt – auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden, wie dies im Stand der Technik der Fall ist.
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Mit diesem Hintergrund ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der der Betätigungsweg der Sperrmuffe stufenlos regelbar ist. Auf diese Weise kann mittels einer teilweisen Entkupplung der Stabilisatorhälften eine Regelung der effektiven Stabilisatorhärte bzw. eine stufenlose Einstellung der Ansprechschwelle des Stabilisators erfolgen. Vorzugsweise erfolgt bei Geradeausfahrt auf der normalen Straße dabei eine lediglich teilweise Entkopplung der Stabilisatorhälften, so dass eine vollständige und starre Kopplung der Stabilisatorhälften durch entsprechende Verschiebebewegung der Sperrmuffe jederzeit sehr schnell erfolgen kann. Lediglich bei Geländefahrt wird die Sperrmuffe über den gesamten Verschiebeweg aus dem Bereich der Sperrklauen an den Stabilisatorhälften herausgefahren, um so die maximal mögliche freie Drehbarkeit der Stabilisatorhälften gegeneinander freizugeben.
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Eine geringe axiale Restüberdeckung der Sperrfinger der Sperrmuffe und der Sperrklauen der Stabilisatorhälften kann jedoch auch in diesem Fall vorgesehen sein. Auf diese Weise findet die Sperrmuffe jederzeit ihren Weg zurück in die Zwischenräume zwischen die Sperrklauen der beiden Stabilisatorhälften, ohne die Gefahr, dass die Zahnköpfe von Sperrmuffe und Stabilisatorhälfte aufeinander treffen, womit die Schließbewegung der Sperrmuffe blockiert würde.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in schematischer isometrischer Darstellung das Mittelteil einer Ausführungsform einer Stabilisatoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 in einer 1 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Stabilisatoreinrichtung gemäß 1 ohne Gehäuse; und
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3 in einer schematischer Schnittdarstellung die Stabilisatoreinrichtung gemäß 1 im Längsschnitt.
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In 1 ist in schematischer isometrischer Darstellung das Stabilisatormittelteil einer erfindungsgemäßen Stabilisatoreinrichtung dargestellt.
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Man erkennt zunächst die gerade ausgebildeten, kupplungsseitigen Enden der beiden Stabilisatorhälften 1, 2, wobei die radseitige Anbindung der Stabilisatorhälften 1, 2 in der üblichen Weise ausgeführt werden kann und daher in den Fig. nicht dargestellt ist.
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Die kupplungsseitigen Enden der Stabilisatorhälften 1, 2 sind in einem Kupplungsgehäuse 3 aufgenommen, wobei das Kupplungsgehäuse 3 gleichzeitig den servoelektrischen Getriebeantrieb 4 für die Stabilisatorkupplung aufnimmt. Die eigentliche Klauenkupplung ist in dem längeren zylindrischen Bereich 5 des Kupplungsgehäuses angeordnet.
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2 entspricht im Wesentlichen der Darstellung von 1, wobei in der Darstellung gemäß 2 das Kupplungsgehäuse 3 entfernt wurde, um die Stabilisatorkupplung 6 und deren servoelektrischen Getriebeantrieb 4 zu zeigen. Die Klauenkupplung 6 selbst besteht aus zwei den beiden Stabilisatorhälften 1 bzw. 2 zugeordneten und jeweils mit den Stabilisatorhälften 1 bzw. 2 fest verbundenen Klaueneinrichtungen 7 bzw. 8 sowie aus der Sperrmuffe 9. Die federbelastete Sperrmuffe 9 ist entlang der Pfeilrichtung 10 axial verschieblich und kann auf diese Weise außer Eingriff mit den Klauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 der Stabilisatorhälften 1, 2 gebracht werden. Die mit den beiden Stabilisatorhälften 1 und 2 verbundenen, beiden Klaueneinrichtungen 7 und 8 besitzen bei der dargestellten Ausführungsform jeweils zwei Sperrklauen 7 bzw. 8 (von denen in 2 jeweils nur eine sichtbar ist), während die Sperrmuffe 9 vier Sperrfinger aufweist
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In der Darstellung gemäß 2 sind die zusammen vier Sperrklauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 und die vier Sperrfinger der Sperrmuffe 9 in vollständigem Eingriff, was bedeutet, dass die beiden Stabilisatorhälften 1, 2 rotatorisch starr miteinander gekoppelt sind.
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Die aktuatorische Verschiebung der Sperrmuffe 9 entlang der Pfeilrichtung erfolgt über den servoelektrischen Getriebeantrieb 4 mittels einer Kugelumlaufspindel 11, wozu die Kugelumlaufspindel 11 wiederum mit der Sperrmuffe 9 verbunden ist. Die Schließbewegung der Kupplung 6 wird unterstützt durch eine Druckfeder 12, welche bei der Öffnungsbewegung der Kupplung 6 wiederum vorgespannt wird.
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Man erkennt ferner, dass die Klauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 einen zweifach abgestuften Keilwinkel aufweisen. Dabei ist der Keilwinkel im Bereich der Kontaktflächen der Klaueneinrichtungen 7, 8 mit den Sperrfingern der Sperrmuffe 9 so flach ausgebildet, dass zwischen den Klaueneinrichtungen 7, 8 und der Sperrmuffe 9 im abgebildeten geschlossenen Zustand nahezu Selbsthemmung herrscht. Dies bedeutet, dass zur Zuhaltung der Kupplung 6 auch unter hoher Stabilisator-Torsionsmomentbelastung keine nennenswerten axialen Kräfte auf die Sperrmuffe 9 aufgebracht werden müssen, um die Kupplung 6 geschlossen zu halten. Die Kupplung bleibt somit alleine aufgrund der Federkraft der Druckfeder 12 unter allen Betriebsbedingungen sicher geschlossen.
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Der Keilwinkel im Bereich der Spitzen der Klauen 7, 8 der Klaueneinrichtungen hingegen ist so steil ausgebildet, dass in diesen Bereichen keine Selbsthemmung zwischen den Klaueneinrichtungen 7, 8 und der Sperrmuffe 9 auftritt. Auf diese Weise findet die Sperrmuffe 9 beim Schließen der Kupplung 6 stets ihren Weg zwischen die Klauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 auch dann, wenn die Einfederungswege der beiden Räder der zugehörigen Kraftfahrzeugachse nicht gleich groß sein sollten und sich die Klauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 somit nicht in der gegenseitigen Neutralstellung gemäß 2 befinden sollten. Ferner wird durch den zweifach abgestuften Keilwinkel der Klauen 7, 8 eine Verkürzung des zum Öffnen und Schließen der Stabilisatorkupplung 6 erforderlichen axialen Verschiebewegs 10 erreicht.
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Im geöffneten Zustand wird die Sperrmuffe 9 entlang der Pfeilrichtung 10 axial nur so weit aus dem Bereich der Klauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 herausgefahren, dass eine geringe Rest-Überdeckung zwischen den Wirkflächen der Sperrmuffe 9 und den Wirkflächen der Klaueneinrichtungen 7, 8 bestehen bleibt. Auf diese Weise bleibt die Sperrmuffe 8 stets in losem Eingriff zwischen den Klauen der Klaueneinrichtungen 7, 8 und kann somit in jeder möglichen rotatorischen Relativstellung der beiden Klaueneinrichtungen 7, 8 bzw. der beiden Stabilisatorhälften 1, 2 durch die Kraft des servomotorischen Getriebeantrieb 4 und der Druckfeder 12 wieder zurück zwischen die Klauen der Klaueneinrichtungen gezwängt werden. Da die Sperrmuffe 9 rotatorisch nicht fixiert ist, wird hierdurch jedoch die freie Bewegung der beiden Klaueneinrichtungen 7, 8 gegeneinander bei unterschiedlichen Einfederungsbewegungen der beiden Räder der Achse nicht behindert, und es steht somit die gesamte (der Summe der Breite zweier der vier Klauen der Sperrmuffe 9 entsprechende) tangentiale Lücke zwischen den Klauen der Klaueneinrichtungen 7 und 8 für Relativverdrehungen der beiden Klaueneinrichtungen 7, 8 und damit der Stabilisatorhälften 1, 2 zur Verfügung.
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Zudem ist somit der servomotorische Getriebeantrieb 4 mit Unterstützung der Druckfeder 12 in der Lage, die Stabilisatorhälften 1, 2 aufgrund der Keilwirkung der Klauen bzw. Finger 7, 8, 9 in die neutrale Relativposition zurückzudrehen auch dann, wenn der Stabilisator 1, 2 unter Last bzw. die beiden Räder der Achse unterschiedlich stark eingefedert sein sollten.
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In 2 ist die Druckfeder 12 zur Unterstützung der Schließbewegung 10 der Sperrmuffe 8 gut erkennbar. Die Druckfeder 12 ist dabei so ausgelegt, dass bei geöffneter Kupplung 6 die Schließbewegung der Sperrmuffe 9 auch ohne motorische Unterstützung durch den servoelektrischen Getriebeantrieb 4 erfolgen kann, beispielsweise beim Auftreten eines Stromausfalls des servoelektrischen Getriebeantrieb 4. In diesem Fall wird die geöffnete und damit zeichnungsbezogen nach rechts aus dem Bereich der Klaueneinrichtungen 7, 8 herausbewegte Sperrmuffe 9 durch die Kraft der Druckfeder 12 zurück in die in 2 dargestellte Schließposition bewegt. Hierbei wird der Spindelantrieb einschließlich Vorgelege 13 und Elektromotor 14 über die Spindelmutter (vgl. 3) – ebenfalls durch die Vorspannkraft der Druckfeder 12 – in Bewegung gesetzt, was dadurch ermöglicht wird, dass der servoelektrischer Getriebeantrieb 4 dank der Verwendung einer Kugelumlaufmutter 15 nicht selbsthemmend ausgebildet ist.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch die Kupplungseinrichtung des schaltbaren Wankstabilisators gemäß 1 und 2. Man erkennt zunächst einmal die kupplungsseitigen Enden der beiden Stabilisatorhälften 1 und 2. Auch hier gilt, dass der Begriff ”Stabilisatorhälfte” lediglich der Anschaulichkeit halber verwendet wird, und insbesondere nicht bedeutet, dass der Wankstabilisator etwa mittig geteilt sein muss. Da die gesamte Kupplungseinrichtung hier durch die Druckfeder 12 sowie während der Betätigung zusätzlich durch den servomotorischen Getriebeantrieb 4 unter erheblichem axialem Druck steht, ist zwischen den Stirnseiten der Enden der Stabilisatorhälften 1, 2 zur Verringerung der Reibung und zur definierten Anlage eine Druckkugel 16 angeordnet.
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In 3 erkennt man weiterhin den servoelektrischen Getriebeantrieb 4 mit bürstenlosem Elektromotor 14 sowie mit dem auf der Motorwelle angeordneten Ritzel 17 und dem auf der Kugelumlaufmutter 15 angeordneten Zahnkranz 13.
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Der servoelektrische Getriebeantrieb 4 umfasst ferner eine elektromagnetisch aktivierbare Sperrvorrichtung 18 zur Blockierung der Motorwelle in der zum Schließen der Kupplung 6 verwendeten Drehrichtung des Motors 14. Mittels der elektromagnetischen Sperrvorrichtung 18 kann die Kupplung 6 in der geöffneten Stellung durch Aktivierung der Sperrvorrichtung 18 blockiert werden. Dies bedeutet, dass bei einem etwaigen Stromausfall des servoelektrischer Getriebeantrieb 4 die Sperrwirkung der Sperrvorrichtung 18 aufgehoben wird, wonach aufgrund der Kraft der Druckfeder 12 die Kugelumlaufmutter 15 zusammen mit Zahnkranz 13, Ritzel 17 und Elektromotor 14 in Drehbewegung versetzt und die Kupplung 6 auf diese Weise automatisch geschlossen wird.
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Um zu vermeiden, dass sich bei der Betätigung der Stabilisatorkupplung 6 die Kugelumlaufspindel 11 mit der Kugelumlaufmutter 15 mitdreht, ist die Kugelumlaufspindel 11 auf zwei gegenüberliegenden Seiten 19 (vgl. 2) abgeflacht und wird anhand entsprechender formkorrespondierender Abflachungen (nicht dargestellt) im zeichnungsbezogen rechten Teil des Gehäuses 3 rotatorisch fixiert, wobei die axiale Verschiebbarkeit der Kugelumlaufspindel 11 gleichzeitig erhalten bleibt. Die in 2 angedeuteten Abflachungen 19 der Kugelumlaufspindel 11 befinden sich in 3 nicht in der Schnittebene, weshalb sie in 3 nicht erkennbar sind.
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Zur Betätigung, spricht zum Öffnen bzw. Schließen der Kupplung 6 wird der Elektromotor 14 in der entsprechenden Drehrichtung in Bewegung gesetzt. Hierdurch wird über das auf der Motorwelle angeordnete Ritzel 17 und über den auf der Kugelumlaufmutter 15 angeordneten Zahnkranz 13 die Kugelumlaufmutter 15 in Drehbewegung versetzt. Die Kugelumlaufmutter 15 ist dabei mittels des in 3 lediglich schematisch angedeuteten Wälzlagers 20 drehbar, in axialer Richtung jedoch festgelegt im zeichnungsbezogen rechten Teil des Gehäuses 3 angeordnet. Die Kugelumlaufspindel 11 hingegen ist wie beschrieben im rechten Teil des Gehäuses 3 axial verschieblich sowie aufgrund der Abflachungen 19 (vgl. 2) gleichzeitig rotatorisch fixiert. Daher ergibt sich bei einem rotatorischen Antrieb der Kugelumlaufmutter 15 durch den Elektromotor 14 je nach der gewählten Drehrichtung des Elektromotors 14 die gewünschte axiale Verschiebung der Kugelumlaufspindel 11 und damit die entsprechende Öffnungs- bzw. Schließbetätigung der Klauenkupplung 6.
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Die Klauenkupplung 6 besteht aus den beiden Klaueneinrichtungen 7 und 8 sowie der Sperrmuffe 9, wobei die Klaueneinrichtung 7 mit der zeichnungsbezogen linken Stabilisatorhälfte 1 und die Klaueneinrichtung 8 mit der rechten Stabilisatorhälfte 2 verbunden, beispielsweise verschweißt ist, während die Sperrmuffe 9 mit dem zeichnungsbezogen linken Ende der Kugelumlaufspindel 11 über ein Schrägkugellager 21 frei drehbar, jedoch axial starr verbunden ist.
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Die Schnittebene des Längsschnitts gemäß 3 verläuft dabei durch zwei der vier Klauen der Sperrmuffe 9 (vgl. 2), weshalb die Klauen der Klaueneinrichtungen 7 und 8 außerhalb der Schnittebene liegen und in 3 daher nicht sichtbar sind. Die Stabilisatorkupplung 6 ist in der Darstellung gemäß 3 jedoch ebenso geschlossen wie in der Darstellung der 2, was bedeutet, dass die Klaueneinrichtungen 7 und 8 sowie die Sperrmuffe 9 – ebenso wie in 2 dargestellt – miteinander in Volleingriff stehen. Auf diese Weise ist über den Weg 22 ”linke Stabilisatorhälfte 1, linke Klaueneinrichtung 7, Sperrmuffe 9, rechte Klaueneinrichtung 8, rechte Stabilisatorhälfte 2” Formschluss zwischen den beiden Stabilisatorhälften hergestellt, womit der Wankstabilisator gemäß der Darstellung in 3 aktiv geschaltet ist.
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Im Ergebnis wird somit deutlich, dass mit der Erfindung ein schaltbarer Wankstabilisator geschaffen wird, der gegenüber dem Stand der Technik insbesondere den Vorteil einer kostengünstig darstellbaren, konstruktiv robusten und gleichzeitig kompakten Gestaltung aufweist. Der erfindungsgemäße, schaltbare Wankstabilisator erlaubt die aktuatorische Unterstützung sowohl der Öffnungsbewegung als auch der Schließbewegung der Stabilisatorkupplung. Gleichzeitig sind mit der Erfindung bei einem schaltbaren Wankstabilisator besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeiten sowie kurze Schaltzeiten im Sekundenbruchteilbereich erreichbar, womit der erfindungsgemäß ausgebildete Stabilisator auch zur aktiven Unterstützung der Fahrdynamik in Echtzeit eingesetzt, insbesondere im Sinne des aktiven Fahrwerks nur während Kurvendurchfahrten auf der Straße aktiviert werden kann. Darüber hinaus erlaubt der servoaktuatorische Antrieb der Stabilisatorkupplung das präzise stufenlose Steuern der Öffnungs- bzw. Schließbewegung und ermöglicht es dem Wankstabilisator somit auch beliebige Zwischenstellungen zwischen ”komplett starr” und ”komplett geöffnet” einzunehmen.
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Die Erfindung leistet damit einen maßgeblichen Beitrag auf dem Weg zu einem breiten Serieneinsatz von kostengünstigen und zuverlässigen, schaltbaren Wankstabilisatoren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linke Stabilisatorhälfte
- 2
- Rechte Stabilisatorhälfte
- 3
- Gehäuse
- 4
- Servoelektrischer Getriebeantrieb
- 5
- Kupplungsgehäuse
- 6
- Klauenkupplung
- 7
- Sperrklaue, linke Klaueneinrichtung (zweifingrig)
- 8
- Sperrklaue, rechte Klaueneinrichtung (zweifingrig)
- 9
- Sperrmuffe (vierfingrig)
- 10
- Verschieberichtung
- 11
- Kugelumlaufspindel
- 12
- Druckfeder
- 13
- Vorgelege, Zahnkranz
- 14
- Elektromotor
- 15
- Kugelumlaufmutter
- 16
- Druckkugel
- 17
- Ritzel
- 18
- Sperreinrichtung
- 19
- Abflachungen
- 20
- Wälzlager
- 21
- Schrägkugellager
- 22
- Torsionsmomentübertragung