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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die an einem Stabilisator eines Kraftfahrzeugs wirkenden Stützkräfte lassen sich in hochfrequente (> 10Hz) Fahrbahnanregungen und niederfrequente (< 10Hz) Stützkräfte zum Ausgleich des Fahrzeugwankmoments unterteilen.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Stabilisatoren in Kraftfahrzeugen verstellbar auszuführen, wobei zu diesem Zweck Stabilisatoranordnungen eingesetzt werden, die einen Aktuator und einen Stabilisator aufweisen. Als Aktuator kann ein hydraulischer Schwenkmotor eingesetzt werden, was jedoch in einer aufwändigen Energieversorgung mittels einer Pumpe und entsprechenden Ventilen resultiert. Ferner ist bekannt, als Aktuator einen Elektromotor zu verwenden, wobei in der Regel zwischen dem Elektromotor und dem Stabilisator ein Getriebe angeordnet ist, wodurch die Baugröße des Elektromotors reduziert werden kann.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2006 008 368 A1 der Anmelderin eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend einen zweigeteilten Stabilisator, dessen Stabilisatorabschnitte eine rotatorische Relativbewegung zueinander ausführen und bei einer gegensinnigen Verdrehbelastung eine Rückstellkraft ausüben, wobei die Stabilisatoranordnung unabhängig von einer Torsionsfederwirkung der Stabilisatorabschnitte eine weitere, eine Torsionsfederwirkung bewirkende Feder aufweist.
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Aus der
DE 10 2007 031 203 A1 der Anmelderin ist eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, umfassend einen zweigeteilten Stabilisator, dessen Stabilisatorabschnitte eine rotatorische Relativbewegung zueinander ausführen und bei einer gegensinnigen Verdrehbelastung eine Rückstellkraft ausüben, die mittels eines Aktuators in Verbindung mit einem Getriebe einstellbar ist. Hierbei weist die bekannte Stabilisatoranordnung unabhängig von einer Torsionsfederwirkung der Stabilisatorabschnitte mindestens eine weitere, eine Torsionsfederwirkung bewirkende Feder auf, welche Bestandteil eines Torsionsdämpfers ist, der ein Primärteil und ein Sekundärteil aufweist, die sich zueinander verdrehen können; die weitere Feder ist zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil verspannbar. Hierbei ist eine Beeinflussung der Stabilisatorkennlinie explizit ausgeschlossen.
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Ferner geht aus der
DE 10 2007 040 185 A1 eine Radaufhängung zur Wankregelung für ein Kraftfahrzeug hervor, welche mindestens eine Radaufhängungseinrichtung für jeweils zwei sich gegenüberliegende Räder aufweist. Hierbei sind die sich gegenüberliegenden Räder durch einen geteilten Stabilisator mit einem eingebauten elektromechanischen Aktuator, der der Verdrehung der beiden Stabilisatorteile gegeneinander dient, miteinander verbunden. Bei der bekannten Radaufhängung ist jedes der Stabilisatorteile mit mindestens einer Befestigungseinrichtung an einem gefederten Teil des Kraftfahrzeugs drehbeweglich angebracht, wobei die Befestigungseinrichtung für jedes der beiden Stabilisatorteile eine progressiv ansteigende Federkennlinie besitzt.
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Bei dieser Lösung müssen jedoch aufgrund der großen Bewegungsfreiheit des Aktuators in der Lagerung zum Ausregeln der Stör- und Führungsanregungen größere Verdrehwinkel aktiv gefahren werden, als mit herkömmlichen Stabilisatorteilen, was in einem erhöhten Energiebedarf des Aktuators und somit in einer hohen Bordnetzbelastung resultiert.
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Ferner kann bei der aus der
DE 10 2007 040 185 A1 bekannten Radaufhängung eine Aktuatorbewegung zu einer ungewollten schlagartigen Getriebebelastung und somit zu einer erhöhten Getriebebelastung und Geräuschanregung führen, da die träge Masse des Aktuators in Abhängigkeit der Aufbaubewegung, der Fahrbahnanregung und des Stellvorgangs in den Stabilisatorlagern schwingt.
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Des Weiteren ist aus der
EP 1 362 720 A2 ein Kraftfahrzeug mit einer Wankstabilisierungs-Vorrichtung in Form geteilter, jeweils einer Fahrzeug-Achse zugeordneter Stabilisatoren bekannt, wobei die Stabilisatorhälften jeweils mittels eines von einer elektronischen Steuereinheit unter Berücksichtigung der Querbeschleunigung und Fahrgeschwindigkeit sowie des Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs geeignet angesteuerten elektrischen Stellmotors gegeneinander verdrehbar sind. Hierbei ist vorgesehen, dass zusätzlich Höhenstandssignale der einzelnen Räder gegenüber dem Fahrzeugaufbau berücksichtigt werden, derart, dass im Falle einer durch Straßenunebenheiten angeregten Relativbewegung eines Rades in Vertikalrichtung die diesem Rad zugeordnete Stabilisatorhälfte durch den Stellmotor der genannten Rad-Bewegung zumindest teilweise nachgeführt wird.
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Aufgrund der durch die Straßenunebenheiten bedingten hochfrequenten Anregung der Relativbewegung eines Rades muss die Nachführung dynamisch hohen Anforderungen genügen. Hierbei werden aus Bordnetzsicht ununterbrochen hohe Spitzenleistungen gefordert und rekuperiert, die in nachteiliger Weise das Bordnetz des Fahrzeugs sehr stark belasten. Ferner erweist sich die im Rahmen der
EP 1 362 720 A2 vorgeschlagene Wankstabilisierungs-Vorrichtung aufgrund der erforderlichen Höhenstandssensorik, des großen Energiebedarfs zum Betreiben der erforderlichen Elektronik und aufgrund zusätzlicher Maßnahmen zur Stützung des Bordnetzes als sehr teuer und aufwändig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug anzugeben, durch deren Verwendung die hochfrequenten Fahrbahnanregungen ausgeblendet werden, so dass ohne Einbußen im Fahrkomfort ein aktiver Eingriff des Stabilisators mittels des Aktuators lediglich auf notwendige niederfrequente Stützkräfte mit entsprechend niedriger Dynamik zur Abstützung des Fahrzeugwankmoments beschränkt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend einen zweigeteilten Stabilisator, dessen Stabilisatorhälften eine rotatorische Relativbewegung zueinander ausführen und bei einer gegensinnigen Verdrehbelastung eine Rückstellkraft ausüben, die mittels eines Aktuators in Verbindung mit einem Getriebe einstellbar ist, wobei das Getriebe in Kraftflussrichtung betrachtet zwischen dem Aktuator und einer Stabilisatorhälfte angeordnet ist und wobei in die Stabilisatoranordnung mindestens ein zusätzliches Feder-/Dämpferelement zur Darstellung einer progressiven Stabilisatorkennlinie integriert ist, welches hochfrequente Fahrbahnanregungen ausblendet.
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Gemäß der Erfindung ist das mindestens eine zusätzliche Feder-/Dämpferelement zumindest teilweise in die Wirkkette des Aktuators oder in die Wirkkette aus einem Stabilisatorschenkel und dem dem jeweiligen Stabilisatorschenkel zugeordneten Stabilisatorabschnitt integriert. Ferner können gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung weitere zusätzliche Feder-/Dämpferelemente innerhalb des Getriebes bis hin zur Motorwelle des als Aktuator dienenden Elektromotors vorgesehen sein.
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Durch die progressive Stabilisatorkennlinie werden hochfrequente Fahrbahnanregungen mit zunehmender Verspannung des Aktuators, d.h. mit zunehmender Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit zunehmend an den Fahrer rückgemeldet, was einer aktiven Wankstabilisierung entspricht.
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Vorzugsweise ist das zusätzliche Feder-/Dämpferelement in die Wirkkette aus Aktuatorantrieb und einer Stabilisatorhälfte integriert. Gemäß der Erfindung ist das zusätzliche Feder-/Dämpferelement vorzugsweise als verdrehelastische, formschlüssige Verbindung zwischen dem Getriebeabtrieb und/oder dem Gehäuse des Aktuators und einer Stabilisatorhälfte ausgeführt, wobei dadurch die oft als problematisch identifizierte Schweißverbindung zwischen dem Getriebeabtrieb bzw. dem Aktuatorgehäuse und einer Stabilisatorhälfte optional ersetzt werden kann.
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Durch die Anbringung des Feder- und/oder Dämpferelementes zwischen dem Getriebeabtrieb und/oder dem Gehäuse des Aktuators und einer Stabilisatorhälfte wird auch der Vorteil erzielt, dass hochfrequente Fahrbahnanregungen vor der Einleitung in das Getriebe des Aktuators gedämpft werden können, was zu einer geringeren Getriebe- und Geräuschbelastung führt.
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Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Feder-/Dämpferelement innerhalb des Aktuators räumlich zu verteilen, um auf diese Weise eine progressive Stabilisatorkennlinie mit einer starken Hysterese zu realisieren. Beispielsweise kann das Feder-/Dämpferelement zwischen dem Rotor des als Aktuator dienenden Elektromotors und dem Getriebeabtrieb des dem Aktuator nachgeschalteten Getriebes angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das zusätzliche Feder-/Dämpferelement als verdrehelastische, formschlüssige Verbindung zwischen zumindest einem Stabilisatorschenkel und dem dem jeweiligen Stabilisatorschenkel zugeordneten Stabilisatorabschnitt ausgeführt sein.
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Das Feder-/Dämpferelement kann aus Elastomermaterialien, z.B. aus Gummi, hergestellt sein und weist vorzugsweise eine starke Hysterese mit einem Verlustwinkel in der Größenordnung von 90° auf. Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann das Feder-/Dämpferelement zur Optimierung der Stabilisatorkennlinie aus mehreren Schichten bestehen, die jeweils unterschiedliche Werkstoffeigenschaften, z.B. verschiedene Härtegrade, aufweisen.
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Das Feder-/Dämpferelement kann als Vielkant, beispielsweise als Dreikant mit geometrischen Optimierungen ausgeführt sein, wobei die Auslegung der Geometrie des Feder-/Dämpferelementes so zu wählen ist, dass bei Belastung möglichst geringe Scherkräfte am Feder-/Dämpferelement auftreten, so dass es im Betrieb des Kraftfahrzeugs möglichst auf Druck belastet wird.
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Durch die erfindungsgemäße Konzeption entfällt die Notwendigkeit einer aktiven Ausregelung der hochfrequenten Fahrbahn-Störanregungen. In vorteilhafter Weise entfällt zudem die Notwendigkeit zusätzlicher Höhenstandssensorik und die elektrische Auslegung des Aktuators kann auf reine Führungsgrößenregelung optimiert werden. Dadurch wird der Energiebedarf der Stabilisatoranordnung im Vergleich zum Stand der Technik reduziert und entspricht im Wesentlichen dem Energiebedarf zum Betreiben einer Servolenkung.
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In vorteilhafter Weise kann das hier vorgestellte zusätzliche integrierte Feder-/Dämpferelement mit einem bestehenden Federelement einer Stabilisatoranordnung, beispielsweise mit dem Federelement gemäß der
DE 10 2006 008 368 A1 , kombiniert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1: Eine schematische Schnittansicht und eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stabilisatoranordnung; und
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2: Ein Diagramm zur Veranschaulichung der Steifigkeitskennlinien eines herkömmlichen Stabilisators in Form eines linearen Drehstabes und einer erfindungsgemäßen Stabilisatoranordnung.
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Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 1, deren linker Teil eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Stabilisatoranordnung und deren rechter Teil eine geschnittene Draufsicht entlang der Linie F-F ist, umfasst eine erfindungsgemäße Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug einen Aktuator, dessen Gehäuse mit 1 bezeichnet ist, einen zweigeteilten Stabilisator, dessen eine Stabilisatorhälfte mit 2 bezeichnet ist und ein in Kraftflussrichtung betrachtet zwischen dem Aktuator und der Stabilisatorhälfte 2 geschaltetes Getriebe, das vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt ist, dessen Getriebeabtrieb mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Getriebeabtrieb im Gehäuse 1 des Aktuators mittels Lager 4 gelagert. Der Aktuator ist vorzugsweise als Elektromotor ausgeführt.
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Des Weiteren umfasst die Stabilisatoranordnung ein zusätzliches Feder-/Dämpferelement 5 zur Darstellung einer progressiven Stabilisatorkennlinie, welches zumindest teilweise in die Wirkkette des Aktuators integriert ist und hochfrequente Fahrbahnanregungen ausblendet.
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Das Feder-/Dämpferelement 5 kann aus Elastomermaterialien, z.B. aus Gummi, hergestellt sein und weist vorzugsweise eine starke Hysterese mit einem Verlustwinkel in der Größenordnung von 90° auf, wodurch die in 2 gezeigte progressive Kennlinie realisiert werden kann. Ferner kann das Feder-/Dämpferelement 5 als Federelement eine Blattfeder (Variante a in 1) oder eine Schraubenfeder bzw. Tellerfeder (Variante b in 1) aufweisen.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Feder-/Dämpferelement 5 als verdrehelastische, formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 1 des Aktuators und der Stabilisatorhälfte 2 ausgeführt und ersetzt die oft als problematisch identifizierte Schweißverbindung zwischen dem Getriebeabtrieb 3 bzw. dem Aktuatorgehäuse 1 und einer Stabilisatorhälfte 2. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein weiteres Feder-/Dämpferelement als verdrehelastische, formschlüssige Verbindung zwischen dem Getriebeabtrieb 3 des dem Aktuator nachgeschalteten Getriebes und der anderen Stabilisatorhälfte ausgeführt sein.
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Vorzugsweise ist das Feder-/Dämpferelement 5 als Vielkant mit geometrischen Optimierungen ausgeführt, wobei die Auslegung der Geometrie des Feder-/Dämpferelementes 5 so gewählt ist, dass bei Belastung möglichst geringe Scherkräfte am Feder-/Dämpferelement 5 auftreten, so dass es bei den wirkenden Stabilisatorkräften möglichst auf Druck belastet wird; bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Feder-/Dämpferelement 5 als Dreikant ausgeführt. Hierbei ist radial betrachtet zwischen der Stabilisatorhälfte 2 und dem Getriebeabtrieb 3 eine Aussparung 6 vorgesehen, welche die Vielkantform bzw. die Dreikantform bildet, wobei die Aussparung 6 ein- oder mehrschichtig mit dämpfenden Werkstoff ausgefüllt ist.
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Für den Fall, dass das Feder-/Dämpferelement 5 als verdrehelastische, formschlüssige Verbindung zwischen zumindest einem Stabilisatorschenkel und dem dem jeweiligen Stabilisatorschenkel zugeordneten Stabilisatorabschnitt ausgeführt ist, ist die Aussparung 6 radial betrachtet zwischen einem Stabilisatorschenkel und dem jeweiligen Stabilisatorabschnitt vorgesehen.
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In 2 ist die auf die Pendelstütze, auf einen Querlenker oder mittelbar auf das Rad wirkende Kraft F aus einem Stabilisatorschenkel als Funktion des Verdrehwinkels phi zwischen den beiden Stabilisatorhälften bei einem herkömmlichen Stabilisator ohne ein zusätzliches Feder-/Dämpferelement und bei einer erfindungsgemäßen Stabilisatoranordnung aufgetragen.
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Hierbei entspricht Kurve A der Steifigkeitskennlinie eines herkömmlichen Stabilisators; die Steifigkeitskennlinie des zusätzlichen Feder-/Dämpferelementes ist durch Kurve B wiedergegeben, so dass sich für die erfindungsgemäße Stabilisatoranordnung die progressive Kennlinie C ergibt. Das Feder-/Dämpferelement ist stark hysteresebehaftet ausgeführt, so dass sich für die Kennlinie eine starke Hysterese mit einem Verlustwinkel in der Größenordnung von 90° ergibt; die Hysterese ist mit dem Bezugszeichen D versehen, wobei die Anschmiegung der Federkennlinien durch das Feder-/Dämpferelement mit E bezeichnet ist. Wie aus 2 ersichtlich, ist die Hysterese D stark um die Nulllage des Verdrehwinkels phi ausgeprägt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuatorgehäuse
- 2
- Stabilisatorhälfte
- 3
- Getriebeabtrieb
- 4
- Lager
- 5
- Feder-/Dämpferelement
- 6
- Aussparung
- A
- Steifigkeitskennlinie eines herkömmlichen Stabilisators
- B
- Steifigkeitskennlinie des zusätzlichen Feder-/Dämpferelementes 5
- C
- Steifigkeitskennlinie einer erfindungsgemäßen Stabilisatoranordnung
- D
- Hysterese
- E
- Anschmiegung der Federkennlinien durch das Feder-/Dämpferelement
- F
- Kraft
- phi
- Verdrehwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006008368 A1 [0004, 0023]
- DE 102007031203 A1 [0005]
- DE 102007040185 A1 [0006, 0008]
- EP 1362720 A2 [0009, 0010]