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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 198 21 209 A1 ist ein U-förmiger Rollstabilisator in einer Fahrzeugaufhängung bekannt, der mit einem zentralen Abschnitt am Fahrzeugrahmen abgestützt ist, wobei seitliche, winklig abstehende Abschnitte des Stabilisators mit der Radaufhängung des Fahrzeugs verbunden sind. Die Abstützung des Stabilisators am Fahrzeugrahmen erfolgt über hydraulisch betätigbare Klemmen, über die die Torsionslänge des Stabilisators zur Steifigkeitserhöhung reduziert werden kann. Auf diese Weise lassen sich durch Betätigung der hydraulischen Klemmen die Fahr- und Lenkeigenschaften des Fahrzeugs ändern.
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Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist es, dass mit der Betätigung der Klemmen der frei tordierbare Stabilisatorabschnitt um ein festes Maß verkürzt wird, was eine sprunghafte Änderung der Torsionssteifigkeit zur Folge hat. Kontinuierliche Änderungen der Torsionssteifigkeit sind nicht möglich.
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Aus der
WO 2006/099848 A1 ist ein Stabilisator mit einem integrierten Aktuator bekannt, der eine schaltbare Kupplungseinheit und eine hydraulische Dämpfungseinheit umfasst. Im normalen Fahrbetrieb greifen die Stabilisatorenden formschlüssig ineinander, wohingegen bei Betätigung des Aktuators die Kupplungseinheit zwischen den Stabilisatorenden ausrückt und der formschlüssige Verbund aufgehoben wird. Zugleich wird die Dämpfungseinheit mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt, dessen Höhe die hydraulische Federrate für die Torsionsbewegung bestimmt.
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Die Vorrichtung gemäß der
WO 2006/099848 A1 erfordert einen hohen Aufwand für die Hydraulik, insbesondere für die Druckerzeugung und die Ausführung der Stellglieder, der Sensorik und des Steuergerätes. Die Vorrichtung weist zudem einen hohen Leistungsbedarf auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen ein Fahrwerk mit einem Stabilisator so auszuführen, dass eine Vielzahl von Einstellmöglichkeiten gegeben sind, mit denen auf verschiedenartige Fahrsituationen reagiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Fahrwerk für ein Fahrzeug weist einen Stabilisator auf, der einenends an einer Radaufhängung angelenkt ist, beispielsweise an einem Radlenker bzw. Querlenker eines Fahrzeugrades, und anderenends am Fahrzeugaufbau bzw. der -karosserie abgestützt ist. Zusätzlich ist zur Änderung der Federsteifigkeit und/oder der Federkraft bzw. des Federmoments des Stabilisators ein Aktuator vorhanden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedem Rad einer gemeinsamen Fahrzeugachse je ein Stabilisator und je eine Einrichtung zur Änderung der Federsteifigkeit und/oder der Federkraft bzw. des Federmoments des betreffenden Stabilisators zugeordnet ist. Die Stabilisatoren an einer gemeinsamen Fahrzeugachse sind als separate, unabhängig voneinander ausgeführte Bauteile ausgebildet.
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Somit sind den beiden Radaufhängungen an der linken und rechten Seite einer gemeinsamen Fahrzeugachse jeweils ein Stabilisator und jeweils eine Einrichtung zur Änderung der Federsteifigkeit bzw. einer sonstigen Federkenngröße des betreffenden Stabilisators zugeordnet, wodurch zusätzliche Einstellmöglichkeiten gegeben sind. Die Einrichtungen weisen jeweils einen Aktuator auf, wobei die Aktuatoren, die dem linken und dem rechten Stabilisator zugeordnet sind, unabhängig voneinander betätigbar sind, so dass zusätzliche Einstellfreiheitsgrade gegeben sind. Auf diese Weise kann auf eine große Anzahl unterschiedlicher Fahrsituationen mit hoher Einstellgenauigkeit reagiert werden, beispielsweise ein verbesserter Wankausgleich bei Kurvenfahrt oder bei Fahrten auf schiefer Ebene durchgeführt werden. Über die Änderung der Steifigkeit der Stabilisatoren wird das Einfederungsverhalten radindividuell eingestellt. Es sind sowohl Niveauanpassungen mit gleicher oder unterschiedlich starker Betätigung im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich als auch semiaktive oder aktive Fahrwerkseinstellungen möglich, über die ein Eingriff in die Fahrdynamik durchgeführt wird, und zwar sowohl im Hinblick auf das vertikaldynamische Verhalten als auch bezüglich der Längs- und/oder Querdynamik des Fahrzeugs. Diese Vorteile lassen sich mit einem begrenzten Mehraufwand realisieren, da im Vergleich zu einteiligen Stabilisatoren lediglich eine Auftrennung in zwei getrennte, jeweils einer Radaufhängung zugeordnete Stabilisatoren mit jeweils einem Aktuator erforderlich ist. Auf Grund der individuellen Einstellmöglichkeiten kann auch der Fahrkomfort verbessert werden. Soweit eine lediglich semiaktive Fahrwerkseinstellung oder nur eine Niveauregulierung durchgeführt wird, wird zudem nur ein relativ geringer Energieaufwand benötigt.
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Die Stabilisatoren bilden zweckmäßigerweise jeweils Drehfedern bzw. Drehstäbe, deren Steifigkeit und/oder Federmoment durch die jeweils zugeordneten Aktuatoren zu verstellen ist. Beispielsweise kann die Vorspannung, unter der die Drehstäbe stehen, über die Aktuatoren verändert werden.
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Die Wirkrichtung der über die Stabilisatoren übertragbaren Kraft ist zweckmäßigerweise nicht identisch bzw. parallel mit der Wirkrichtung der Trag- bzw. Aufbaufeder der Radaufhängung, sondern nimmt mit dieser einen Winkel ein. Liegt der Kraftangriffspunkt des Stabilisators mit radialem Abstand zur Wirklinie der Tragfeder, so kann über den Stabilisator ein Moment um die Tragfeder-Wirklinie eingeleitet werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass die zwei Aktuatoren der beiden Stabilisatoren einer gemeinsamen Fahrzeugachse wirkgekoppelt sind. Die Wirkkopplung wird beispielsweise bei einer Ausführung der Aktuatoren als hydraulische Stelleinrichtungen über eine hydraulische Verbindungsleitung zwischen den Aktuatoren hergestellt, um ggf. einen hydraulischen Druckausgleich zwischen Hydraulikkammern der Aktuatoren herstellen zu können. Vorzugsweise ist in der Verbindungsleitung zwischen den hydraulischen Aktuatoren mindestens ein Schaltventil angeordnet, um bedarfsweise den Druckausgleich zwischen den Aktuatoren unterbinden und eine vollständige Entkopplung der Aktuatoren und der Fahrwerkteilsysteme im linken und rechten Fahrzeugbereich erreichen zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausführung sind die Aktuatoren als Elektromotoren ausgeführt, wobei jedem Elektromotor zweckmäßigerweise ein Reduktionsgetriebe zugeordnet ist, um die verhältnismäßig hohe Motordrehzahl auf eine geringere Stelldrehzahl zu reduzieren.
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Des Weiteren kommt als Ausführung für die Aktuatoren eine Kupplungseinrichtung in Betracht, die zwischen einer ausgekuppelten Position, in der der Stabilisator kräftefrei ist, und einer eingekuppelten Position zur Kraftübertragung im Stabilisator verstellbar sind. Die Kupplungseinrichtungen sind vorzugsweise als elektromagnetische Stelleinrichtungen ausgeführt, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem eingekuppelten und dem ausgekuppelten Zustand zu verstellen sind. Auf die Verwendung von Hydraulik kann in diesem Fall verzichtet werden. In Betracht kommen auch sonstige Kupplungseinrichtungen, beispielsweise nach dem Formschluss- oder Reibschlussprinzip arbeitende Kupplungseinrichtungen.
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Die Kupplungseinrichtungen, ggf. auch sonstige Ausführungen der Aktuatoren, können auch mechanisch miteinander verbunden sein, insbesondere in der Weise, dass ein Federstab zur Verbindung der beiden einzelnen Stabilisatoren zwischen den Aktuatoren vorgesehen ist. Im Leerlauf der Aktuatoren bzw. im ausgekuppelten Zustand der Kupplungseinrichtungen wird auf diese Weise ein passiver Rollstabilisator eingestellt, indem der mittlere Federstab die Stabilisatoren im linken und rechten Fahrzeugbereich fest miteinander verbindet.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass jedem einzelnen Fahrzeugrad bzw. jeder Radaufhängung ein eigener Stabilisator mit jeweils zugeordneter Einrichtung zur Änderung der Federsteifigkeit bzw. Federkraft mit jeweils einem Aktuator zugeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsvariante ist dagegen vorgesehen, dass die Stabilisatoren an unterschiedlichen Fahrzeugachsen, jedoch auf der gleichen Fahrzeugseite einen gemeinsamen Aktuator aufweisen.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Gesamtaufbaus in einem Fahrzeug mit Radaufhängungen für jedes Fahrzeugrad sowie Stabilisatoren, die jeweils einer Radaufhängung zugeordnet und mit je einem Aktuator versehen sind,
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2 die Radaufhängungen und Stabilisatoren an einer gemeinsamen Fahrzeugachse,
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3 ein Ausführungsbeispiel mit einer hydraulischen Verschaltung zwischen den hydraulischen Aktuatoren, welche den Stabilisatoren der linken und rechten Radaufhängung einer Fahrzeugachse zugeordnet sind,
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4 ein Ausführungsbeispiel mit elektromechanischen Aktuatoren, die über einen Federstab miteinander verbunden sind,
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5 eine Prinzipdarstellung eines elektromechanischen bzw. elektromagnetischen Aktuators,
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6 bis 11 verschiedene Ausführungen von Stabilisatoren und zugeordneten Stelleinrichtungen, über die Federsteifigkeit oder die Federspannung zu beeinflussen ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 dargestellt, welches mit einer Radaufhängung 2 pro Fahrzeugrad 3 zwischen einem radseitigen Radlenker 6 und dem Fahrzeugaufbau 7 versehen ist. Jede Radaufhängung 2 umfasst eine Tragfeder 4 und ein Dämpfungselement 5, wobei die Tragfeder 4 und das Dämpfungselement 5 parallel geschaltet und die Fußpunkte am Radlenker 6 bzw. dem Fahrzeugaufbau 7 befestigt sind.
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Des Weiteren ist jedem Fahrzeugrad 3 ein Stabilisator 8 zugeordnet, über den das Fahrverhalten beeinflusst werden kann. Pro Fahrzeugrad 3 ist ein Stabilisator 8 vorgesehen, dem jeweils eine Einrichtung zur Änderung der Federsteifigkeit und/oder der Federkraft bzw. des Federmoments des Stabilisators zugeordnet ist. Diese Einrichtung ist als Aktuator 9 ausgeführt. Der Stabilisator 8 überträgt ebenfalls Kräfte bzw. Momente zwischen dem Radlenker 6 bzw. einem sonstigen, dem Fahrzeugrad 3 zugeordneten Bauteil und dem Fahrzeugaufbau 7. Der Stabilisator 8 besitzt jedoch eine unterschiedliche Wirkrichtung im Vergleich zur Radaufhängung 2. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Wirkrichtung des Stabilisators 8 mit der Wirkrichtung der Tragfeder 4 einen Winkel einschließt bzw. dass sich die Wirklinien kreuzen. Der Stabilisator 8 ist beispielsweise als Drehstab bzw. als Drehfeder ausgeführt. Über den Aktuator 9 wird die Federsteifigkeit und/oder die Federspannung im Stabilisator beeinflusst.
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Im Fahrzeug 1 ist des Weiteren ein Regel- bzw. Steuergerät 10 angeordnet, das Stellsignale zur Einstellung der Aktuatoren 9 für jeden Stabilisator 8 erzeugt. Die Einstellung der Aktuatoren 9 erfolgt auf der Grundlage von Sensordaten, die aus einer fahrzeugeigenen Sensorik 11 stammen.
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Die Stabilisatoren 8 der Fahrzeugräder der gemeinsamen Fahrzeugachse sind nicht miteinander verbunden. Jedem Fahrzeugrad ist unabhängig von jedem gegenüberliegenden Fahrzeugrad an der gleichen Achse ein Stabilisator 8 sowie ein Aktuator 9 zugeordnet.
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Wie 2 zu entnehmen, ist der Stabilisator 8 einenends mit dem Aktuator 9 und über den Aktuator 9 mit der Fahrzeugkarosserie bzw. dem -aufbau 7 verbunden. Anderenends ist der Stabilisator 8 mit dem Radlenker 6 gekoppelt. Die Wirkrichtung des Stabilisators 8 und des Aktuators 9 nimmt mit der Wirkrichtung der Radaufhängung 2 einen Winkel ein. Der Stabilisator 8 weist zwei zueinander winklige Abschnitte auf und leitet um die Wirklinie bzw. Längsachse der Radaufhängung 2 ein Moment ein.
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Den Radaufhängungen 2 im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich einer gemeinsamen Fahrzeugachse sind jeweils identisch aufgebaute Stabilisatoren 8 mit je einem Aktuator 9 zugeordnet.
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Die Aktuatoren 9 sind als hydraulische Stelleinrichtungen ausgeführt und über Verbindungs- bzw. Hydraulikleitungen 14 mit einem Hydraulikventilblock 13 verbunden, der auch das Regel- bzw. Steuergerät enthalten kann und mit der Sensorik 11 verbunden ist. Durch eine entsprechende Einstellung des Hydraulikventilblocks 13 können die beiden Aktuatoren 9 auf hydraulischer Ebene miteinander gekoppelt werden, dergestalt, dass Hydraulikfluid zwischen den beiden Aktuatoren 9 austauschbar ist. Durch eine entsprechende Einstellung der Ventils im Hydraulikventilblock 13 ist auch eine Entkopplung möglich. Außerdem können die Aktuatoren 9 unabhängig voneinander eingestellt werden, um jeweils ein gewünschtes Moment bzw. eine gewünschte Kraft oder auch eine gewünschte Federsteifigkeit im zugeordneten Stabilisator 8 einzustellen.
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In 3 sind die Aktuatoren 9, die jeweils einem Stabilisator 8 zugeordnet sind, als hydraulische Schwenkmotoren ausgeführt, die über Hydraulikleitungen mit dem Hydraulikventilblock 13 verbunden sind, welcher verschiedene Ventile 15 aufweist. Jedes Ventil 15 ist jeweils mit einer Kammer bzw. mit mehreren Kammern der beiden Aktuatoren 9 verbunden. Den Aktuatoren ist eine Pumpe 16 mit einem Speicher sowie ein Pumpenmotor 17 zugeordnet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die Aktuatoren 9 als elektromechanische bzw. elektromagnetische Kupplungseinrichtungen ausgeführt, die zwischen einer ausgekuppelten Position, in der der jeweilige Stabilisator 8 kräftefrei ist, und einer eingekuppelten Position zur Kraftübertragung im Stabilisator verstellbar ist. Die Einstellung der Aktuatoren 9 erfolgt wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen über Stellsignale eines Regel- bzw. Steuergeräts 10 als Funktion von Sensordaten aus einer Sensorik 11.
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Die beiden Aktuatoren 9 stützen sich jeweils am Fahrzeugaufbau 7 ab und sind über einen Federstab 18 miteinander verbunden. Im eingerückten bzw. eingekuppelten Zustand der Aktuatoren 9 ist ein einziger, durchgehender Stabilisator zwischen linker und rechter Radaufhängung 2 gegeben, wobei der Federstab 18 mit seiner Torsionssteifigkeit zum Tragen kommt. Im ausgekuppelten Zustand der Aktuatoren 9 ist dagegen die mechanische Verbindung zwischen den Aktuatoren unterbrochen, die sich am Fahrzeugaufbau 7 abstützen.
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In 5 ist beispielhaft eine elektromagnetische Kupplungseinrichtung 9 dargestellt, die als Aktuator eingesetzt werden kann. Die Kupplungseinrichtung 9 umfasst in einem Gehäuse einen axial beweglich gelagerten Anker 19, der über eine bestrombare Magnetwicklung 20 gegen die Kraft einer Abstützfeder verstellt werden kann. Im stromlosen Zustand ist die Kupplung geschlossen, der mit dem Stabilisator 8 fest verbundene Anker 19 kann keine Drehbewegung im Gehäuse ausführen. Bei bestromter Magnetwicklung 20 ist die Kupplung geöffnet, der Anker 19 ist gegen die Kraft der Abstützfeder axial von seinem Sitz gelöst, so dass der Stabilisator 8 tordieren kann.
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Grundsätzlich möglich ist auch eine Ausführung, in der die elektromagnetische Kupplungseinrichtung stromlos offen und im bestromten Zustand geschlossen ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 mit einer elektromechanischen Kupplungseinrichtung 9 gemäß 5 ist auch eine Stellung der Aktuatoren 9 möglich, bei der der verbindende Federstab 18 nicht zum Tragen kommt, sondern die jeweiligen Stabilisatoren 8 über die zugeordneten Aktuatoren 9 am Fahrzeugaufbau 7 abgestützt sind, so dass die Federsteifigkeit jedes einzelnen Stabilisators 8 zum Tragen kommt. Des Weiteren ist auch eine Ausführung ohne Federstab 18 möglich, wobei in dieser Ausführung entweder nur eine Kräfte- bzw. Momentenübertragung zwischen jedem Stabilisator 8 und dem Fahrzeugaufbau 7 oder ein kräftefreier Zustand der Stabilisatoren in Betracht kommt.
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In den folgenden 6 bis 11 sind verschiedene Ausführungsvarianten von Stabilisatoren 8 mit zugeordneten Aktuatoren 9 dargestellt. Gemäß 6 weist der Aktuator 9 des drehbar im Drehlager 12 gelagerten Stabilisators 8 einen Elektromotor 21, ein Untersetzungsgetriebe 22 sowie ein Kupplungselement 23 auf, über das der Stabilisator 8 wahlweise mit dem Elektromotor 21 zu verbinden ist. Bei dem Untersetzungsgetriebe 22 handelt es sich beispielsweise um ein Planetengetriebe.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 entspricht weitgehend dem nach 6, jedoch mit dem Unterschied, dass das Untersetzungsgetriebe 22 als Stirnradgetriebe ausgeführt ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist der Aktuator 9 als Kupplungseinrichtung ausgeführt, übenden der Stabilisator 8 zwischen einem kräftefreien Zustand und einer festen Anbindung an den Fahrzeugaufbau zu verstellen ist.
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Gemäß 9 ist der Aktuator 9, dem der Ventilblock 13 zugeordnet ist, als hydraulischer Schwenkmotor ausgeführt. Gemäß 10 ist der Aktuator 9 als hydraulischer Linearmotor bzw. als Hydraulikzylinder ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel nach 11 ist der Aktuator 9 als Elektromotor 21 mit zugeordnetem Untersetzungsgetriebe 22, beispielsweise ein Planetengetriebe, ausgeführt. Der Aktuator 9 verstellt zwei Stabilisatoren 8, die jeweils einen Vorderrad und einem Hinterrad an der gleichen Fahrzeugseite zugeordnet sind. Grundsätzlich möglich ist auch eine Überkreuzanordnung, dergestalt, dass über einen gemeinsamen Aktuator 9 sowohl der Stabilisator 8 an einem Vorderrad an einer Fahrzeugseite als auch an einem Hinterrad der gegenüberliegenden Fahrzeugseite beaufschlagt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19821209 A1 [0002]
- WO 2006/099848 A1 [0004, 0005]