DE2601212A1

DE2601212A1 - Stabilisator fuer kraftfahrzeugradaufhaengungen

Info

Publication number: DE2601212A1
Application number: DE19762601212
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Takagi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-23
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1977-02-24
Also published as: GB1514378A; JPS5820805B2; JPS5227121A; AU1657276A; FR2322019A1; FR2322019B1; CA1064530A; US4066278A; AU500397B2

Description

München, den 14.1.L976 kn

Mein Zeichen: P 2244
Anmelder : Tatsuya Takagi

No. 6-lo Araebisumachi

Nishinomiya-shi

Hyogo-ken, Japan

Stabilisator für Kraftfahrzeugradaufhängunqen

Die Erfindung betrifft einen Stabilisator für Kraftfahrzeugaufhängungen, vor allem von Personenkraftwagen, und insbesondere eine Gleithemmvorrichtung, die zwischen einem Torsionsstab des Stabilisators und beweglichen Teilen der Radaufhängung angeordnet ist.

Bei den meisten Personenkraftwagen ist von einer sog. "unab-

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hängigen Radaufhängung" Gebrauch gemacht, bei der die beiden Räder voneinander unabhängig sind. Zweck dieser Anordnung ist eine Verringerung des Schlingerns und eine Erzielung guter Straßenhaftung und sicheren Geradeauslaufs. Bisher sind Personenkraftwagen mit Stabilisatoren ausgestattet worden, die einen U-förmigen Torsionsstab enthalten, dessen iui-ttiger Teil verwindbar am Fahrzeugrahmen befestigt ist und dessen gegenüberliegende Enden an den unteren Armen des Aufhängesystems für die Räder befestigt sind. Ein solcher Stabilisator wirkt in der Weise, daß dann, wenn das rechte und linke Rad eines Radpaares sich auf unterschiedlichem Niveau befinden, ein übermäßiges Schlingern des Kraftwagens bzw. eine Neigung desselben nach einer Seite durch den Torsiortswiderstand verhindert wird, den der Torsionsstab erzeugt. Es werden jetzt aber auch Stabilisatoren benötigt, bei denen der Torsionsstab starrer ist, um den Anforderungen bei hohen Geschwindigkeiten zu entsprechen. Da jedoch das rechte und linke Rad eines Radpaares aufgrund des zwischengefügten Torsionsstabes eines Stabilisators sich gegenseitig beeinflussen, führt die Verwendung eines starreren Torsionsstabes zu einer Reihe von Nachteilen.

Einer dieser Nachteile besteht darin, daß dann, wenn ein Rad während der Geradeausfahrt ein Schlagloch überquert, aufgrund der größeren Starrheit des Torsionsstabes ein völliges Absenken desselben verhindert wird, mit der Folge einer geringen Straßenhaftung. Außerdem ist das Schlingern im Falle der Verwendung eines starreren Torsionsstabes größer als wenn überhaupt lfein Stabilisator verwendet wird. Ein anderer, entsprechender Nachteil liegt darin, daß ein Passieren eines Rades über eine Erhöhung der Straße während der Geradeausfahrt wegen des Torsionswiderstandes des Torsionsstäbes die Straßenhaftung des anderen Rades verringert wird, was ebenfalls zu ungünstigeren Geradeausfahr-

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eigenschaften führt und ausgeprägteres Schlingern zur Folge hat, als dies ohne Stabilisator der Fall ist ο

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stabilisator anzugeben, der die vorstehend erwähnten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung läuft darauf hinaus, bei einem Stabilisator eine Gleithemmvorrichtung vorzusehen, die einen Torsionsstab des Stabilisators in der Weise steuert, daß er bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges kaum wirksam ist, bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges jedoch seine volle Wirksamkeit erreicht.

Diese Gleithemmvorrichtung ist an wenigstens einem Ende des Torsionsstabes vorgesehen. Ihr einer Teil ist mit dem Ende dieses Torsionsstabes verbunden, ihr anderer Teil steht mit dem unteren Arm des Radaufhängungssystems in Verbindung.

Die beiden Teile der Gleithemmvorrichtung sind gegeneinander verschiebbar, wobei der entsprechende Bewegungshub auf eine Länge begrenzt ist, die deutlich unterhalb der maximalen Verwindungsamplitude des Endes des Torsionsstabes liegt ο Dieser Hub ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf Io bis 2o mm diesseits und jenseits einer neutralen Stellung beschränkt.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stabilisators handelt es sich bei der Gleithemmvorrichtung um eine vom Reibungsdämpfungstyp, die aus einem Zylinder und einem Kolben besteht, welche in einem Falle mit dem Ende des Torsionsstabes und im anderen Falle mit dem unteren Arm des Radaufhängungssystems verbunden sind. Der Kolben ist

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innerhalb eines Teils des ölgefüllten Zylinders hin- und herbewegbar, wobei das öl durch eine Bohrung im Kolben zwischen einer oberen und einer unteren durch den Kolben innerhalb des Zylinders getrennten Kammer hin- und herfließen kann. Der Kolben ist mit einer Reihe von Kolbenringen versehen, die längs seines Umfangs derart eingesetzt sind, daß ein Reibungswiderstand die Gleitbewegung aufgrund der Verwindung des Torsionsstabes hemmt. Die statische Reibung der Gleithemmvorrichtung ist so bemessen, daß sie der durch die Torsion des Torsionsstabes bedingten Rückfederkraft bis zu einer vorgegebenen Deformation in gleicher Größe entgegenwirkt,

Anstelle des oben erwähnten Reibungsdämpfungssystems kann auch ein hydraulisches Öldämpfungssystem als Gleithemmvorrichtung verwendet werden ο

Unter den anderen Ausführungsbeispielen sind solche, die entweder nur an einem Ende ode"r aber an beiden Enden des Toraionsstabes eine Gleithemmvorrichtung aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel mit zwei Gleithemmvorrichtungen, bei dem außerdem ein Gewicht auf jedes Ende des Torsionsstabes wirkt, ist zwischen dem Kolbenteil und dem Zylinderteil der Gleitheiumvorrichtungen eine Feder eingefügt, die normalerweise eine neutrale Stellung aufrechterhält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung erläutert, bei der auf die Zeichnung Bezug genommen ist.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die schematische Ansicht der in diesem Zusammenhang wesentlichen Teile eines Kraftfahrzeuges, aus der ein erfindungsgemäßer Stabilisator im Zusammenhang mit einer unabhängigen Radaufhängung der Vorder-

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räder ersichtlich ist,

Fig. 2 die Ansicht eines Torsionsstabes, der Bestandteil des erfindungsgemäßen Stabilisators ist, jedoch in ähnlicher Form auch bei bekannten Stabilisatoren vorhanden ist,

Fig. 3 den Schnitt durch eine Gleithemmvorrichtung des Reibungsdämpfungstyps, wie sie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet,

Fig. 4 den Schnitt einer Gleithemmvorrichtung des hydraulischen öldärapf ungs t yps,

Fig. 5 und 5 Schnittdarstellungen, die derjenigen gemäß Fig. 3 ähneln und zwei gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung abgewandelte Gleithemmvorrichtungen des dynamischen Dämpfungstyps zeigen.

Gemäß Fig. 1 ist der Kraftwagen mit einem sog. unabhängigen Radaufhängungssystem versehen, zu dem auf jeder Seite obere und untere Arme 12, die schwenkbar am Rahmen 14 des Kraftfahrzeuges befestigt sind, um einen Achsschenkel 15 drehbar zu tragen, an dem ein Vorderrad 18 befestigt ist, sowie eine Spiralfeder und ein Stoßdämpfer 22 gehören, die zwischen dem unteren Arm und dem Rahmen 14 angeordnet sind.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist ein U-förmiger Torsionsstab 24 mittig und verwindbar unter Vermittlung eines Paares von Gummibuchsen 25 am Rahmen 14 befestigt. Das eine Ende 23 des Torsionsstabes 24 ist unter Vermittlung einer Gleithemmvorrichtung 3o mit dem unteren Arm 12 auf der einen Seite und das andere Ende 25 mib dem gegenüberliegenden unteren Arm 12 mittels einer Schraubbolzenanordnung 28 befestigt, die eine derartige Länge aufweist, daß die Gesamtanordnung sich in einer neutralen Stellung befindet, wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, der Kraftwagen sich auf einer horizontalen

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Unterlage befindet.

Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Gleitheinmvorrichtung 3o aus einem Zylinderbestandteil 4o und aus einem Kolben— bestandteil 5o. Der Zylinderbestandteil 4o, der eine ölgefüllte Kammer bildet, besteht aus einem Hohlzylinder 42, dessen untere und obere Abdeckungen 44 und 45 gegen Ölaustritt abgedichtet mit dem oberen und unteren Rand der Zylinderwand verbunden sind. Er weist außerdem eine Hülse 4S auf, die von der unteren Abdeckung 45 ausgeht und mit dem einen Ende 23 des Torsionsstabes 24 unter Zwischenfügung von Gummiabdichtungen 49 verschraubt ist.

Der Kolbenteil 5o besteht aus einer Kolbenstange 52, die gegen öldurchtritt abgedichtet durch die obere und untere Abdichtung 44 und 45 und durch die Hülse 4S hindurch hin- und herbewegbar ist. Sie v/eist ferner einen Kolben 54 auf, der im Preßsitz auf der Kolbenstange 52 sitzt. Das untere Ende der Kolbenstange ist mit dem unteren Arm 12 des Kraftfahrzeuges unter Zvfischenfügung von Gummiabdichtungen 53 verschraubt. Der Kolben weist eine Mehrzahl von Kolbenringen 53 auf, die in seine Zylinderfläche eingepaßt sind. Der Kolbenring, der als ringförmiger, mit einer Unterbrechung versehener Federring ausgebildet ist, weist einen Außendurchmesser auf, der etwas größer als der Innendurchmesser des Hohlzylinders 42 ist, so daß er, wenn er in dem Hohlzylinder zusammengedrückt wird, aufgrund seiner Federkraft durch Reibkraftwirkung eine Relativbewegung des Kolbens hemmt.

Der Kolben 54 ist mit wenigstens einer Bohrung 55 versehen, durch die bei seiner Hin- und Herbewegung das öl zwischen der oberen und unteren, innerhalb des Hohlzylinders durch ihn abgeteilten Kammer fließen kann. Das Öl wird dementsprechend weder komprimiert, noch verhindert es eine Bewegung des Kolbens, es dient also als Schmier_ und Kühlmittel. Dies

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führt dazu, daß die Reibkraft lediglich von der Reibung zwischen den Kolbenreibringen 55 und der Innenfläche des Hohlzylinders 42 abhängt. An den oberen und unteren Abdeckungen 44 und 46 sind Decken- und Bodengummiringe 58 und 59 befestigt, die für den Kolben 54 an den äußersten Stellungen seiner Hubbewegung als Puffer dienen.

In der Fig. 4 ist eine andere Gleithemmvorrichtung vom Öldämpfungstyp dargestellt. Der Zylinder ist mit Öl gefüllt und der Kolben weist zwei Steuerventile 57 auf, die den Ölfluß nach oben und nach unten steuern. Die Hemmkraft wird durch diese Steuerventile beim Hub in beiden Richtungen erzeugt.

Der Hub des Kolbens 54 ist beträchtlich kleiner als es dem Maximum der Torsionsamplitude des Endes des Torsionsstabes 24 entspricht. Zweckmäßigerweise ist er auf 15 mm diesseits und jenseits der neutralen Stellung begrenzt. Der Grund liegt im wesentlichen darin, daß unangenehme Einflüsse, die durch Unebenheiten der Straße bei Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges bedingt sind, vermieden werden sollen, jedoch ein geringer Kurvenwinkel bzw. ein Neigungswinkel des Kraftfahrzeuges nach jeder Seite möglich sein soll, wenn das Kraftfahrzeug wendet. Um ein Schlingern des Kraftfahrzeuges während der Geradeausfahrt zu verringern, ist es wünschenswert, den Stabilisxerungsvorgang, der auf die Deformation des Torsionsstabes 54 beim Überfahren einer Erhöhung oder eines Schlagloches durch ein Rad bewirkt wird, abzuschwächen. Obwohl große Erhöhungen oder Schlaglöcher in der Straße den Torsionsstab 24 zu einer relativ großen gegenseitigen Deformation seiner gegenüberliegenden Enden veranlassen,äsorbiert der Hub des Kolbens 54 diese Deformation und verringert die Stabilisierungskraft, was ein Aufrechterhalten des Fahrkomforts zur Folge hat.

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Die Stabilisierungswirkung des Torsionsstabes 24 wird bis zum Auftreten eines Neigungswinkels einer Größe verringert, die von dem Hub des Kolbens 54 abhängig ist. So entspricht beispielsweise im Falle von Kraftfahrzeugen der 12oo Kg-Klasse der Hub von 15 mm annähernd einem Neigungswinkel von 1 Grad oder weniger.

Auf der anderen Seite nimmt der Wagen, wenn er schnell gewendet wird, einen Neigungswinkel von 5 bis 10 Grad an, so daß ein derartiger Hub keine ausreichende Wirkung auf die bei Kurvenfahrt erforderliche Stabilisierung hat. Man erkennt also,-daß dann, wenn der Hub in der oben beschriebenen Weise begrenzt ist, die erfindungsgemäße Gleithemmvorrichtung die Stabilisierungswirkung des Torsionsstabes wirksam werden läßt, wenn der Kraftwagen sich in Kurvenfahrt befindet, sie jedoch unwirksam macht, wenn der Kraftwagen geradeaus fährt.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Anordnung wird nun noch näher erläutert. Insbesondere, wenn das Steuerrad plötzlich herumgerissen wird, um eine scharfe Kurve zu fahren, hängt die Steuerwirkung in erster Linie von dem Ausmaß der Winkelvergrößerung während der Zwischenperiode des Neigungsvorganges, insbesondere während des ersten Teils dieser Periode bzw. im selben Maße während der Periode, in der vom Neigungszustand in den ebenen bzw. horizontalen Zustand übergegangen wird, und nicht so sehr von der Größe des Neigungswinkels ab.

Der Kolben 54 kann erst dann eine Gleitbewegung ausführen, wenn die Torsionskraft des Torsionsstabes 24 den Reibungswiderstand zwischen den KoIbenreibungsringen und der Innenseite des Hohlzylinders 42 übersteigt= Das hat zur Folge, daß die Stabilisierungswirkung am Anfang der Verwindung des Torsionsstabes 24 noch nicht einsetzt, und daß es dementsprechend während der Übergangsperiode der Neigung und insbesondere während deren Beginn nicht zu einer Beschleunigung des Neigungswinkelzuwachses

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kommt.

Im Falle von Kraftwagen der 12oo Kg-Klasse, bei der z.B. eine Gleithemmkraft von 14 Kg vorgesehen ist, bleibt der Kolben zunächst in Ruhe, bis der Torsionsstab so weit verwunden ist, daß zwischen seinen gegenüberliegenden Enden ein größerer Lageunterschied als 10 mm aufgetreten ist, was der Federkraft von ungefähr 14 Kg entspricht.

Der Wert der Reibungs- oder Hemmkraft der erfindungsgemäSen Anordnung ist derart auf die Federkonstante des Torsionsstabes 24 und auf den Hub des Kolbens 54 abzustimmen, daß die anfängliche Verwindung des Torsionsstabes 24 absorbiert wird. Im Falle von Kraftwagen der 12oo Kg-Klasse wird vorzugsweise eine kleine Hemmkraft von 10 bis 20 Kg zusammen mit einem Hub von 15 mm gewählt.

Es ist leicht einzusehen, daß auch zwei Glexthemmvorrichtungen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, an den beiden Enden eines Torsionsstabes angeordnet sein können, und daß in diesem Falle das Wirkungsprinzip dasselbe wie bei Vorhandensein nur einer einzigen Vorrichtung ist, mit der Ausnahme, daß der Hub jedes der Kolben der beiden Einrichtungen nur halb so groß wie oben beschrieben zu sein hat.

In Fig. 5 ist eine Anordnung dargestellt, bei der eine Gleithemmvorrichtung des dynamischen Öldämpfungstyps verwendet ist, bei der ein Torsionsstab 24 nahe seines Endes ein Gewicht -So trägt, das mittels einer Schraube an ihm befestigt ist. Für den Fall, daß an jedem Ende des Torsionsstabes eine Gleithemmvorrichtung vorgesehen ist, befindet sich anstelle des oberen Gummiringes 58 gemäß Fig. 3 eine konische Feder 7o zwischen der oberen Abdeckung 44 und dem Kolben 54 innerhalb des Hohlzylinders 42. Die anderen Konstruktionsmerkmale sind dieselben wie die

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-loin Fig. 3 gezeigten.

Vorzugsweise wird ein Gewicht 60 verwendet, das schwerer als ein Fünftel der in der vorstehend erwähnten Weise zu ermittelnden Hemmkraft ist. Die konische Schraubfeder, an der das Gewicht des Stabilisators aufgehängt ist, hält den Kolben 54 im Normalfall in der neutralen Stellung.

Die Gleithemmvorrichtung gemäß Fig. 5 arbeitet, wie erwähnt, als dynamischer Dämpfer, und damit etwas anders als die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung, um Vibrationen in ungefederten Teilen des Kraftwagens zu absorbieren, wie z.B. Vibrationen der Reifen, die bei hohen Fahrgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 Hz und mit kleinen Amplituden auftreten.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Vibrationen der Räder aufgrund der dynamischen Dämpfungswirkung nicht auf den Rahmen übertragen werden. Der Hub jeder der Gleithemmvorrichtungen wird in der-selben Weise bestimmt wie bei dem Vorhandensein von zwei Reibungshernmvorrichtungen auf beiden Seiten ο Die übrigen Merkmale und Vorteile ähneln denjenigen der Vorrichtung gemäß Fig. 3.

In Fig. 5 ist eine Abwandlung eines Stabilisators dargestellt, bei dem die Gleithemmvorrichtung ein höh!zylindrisches Gewicht 8o aufweist, das über den Hohlzylinder 42 gepaßt und mit diesem verbunden ist. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel in seinen Merkmalen und vorteilhaften Eigenschaften demjenigen gemäß Fig. 5.

Aus den vorgehenden Erläuterungen ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Stabilisator stabilisierend wirkt, ohne daß die Merkmale eines unabhängigen Radaufhängungssystems beeinträchtigt werden. Die charakteristische Dämpfungskraft des Stoßdämpfers

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in einem solchen Aufhängungssystem kann dann kleiner sein, da die Federkraft des Stabilisatorstabes die Federkonstante der Feder der Radaufhängung nicht beeinflußt. Damit ist eine Verringerung der Übertragung von durch Straßenunebenheiten bewirkten Stoßen erreicht. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Stabilisators läßt sich aufgrund des Optimums an Absorptionswirkung eine Verringerung des Schlingerns und der Vibrationen erreichen, was zu einer besseren Straßenhaftung und zu einem sichereren Geradeauslauf führt.

Die Erfindung ist nicht auf die lediglich zu ihrer Erläuterung dienenden Ausführungsbeispiele beschränkt.

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Claims

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Patentansprüche

Stabilisator für Kraftfahrzeugradaufhängungen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Torsionsstab (24), der verwindbar am Kraftfahrzeugrahmen (14) befestigt ist, und aus mindestens einer, jeweils an einem Ende (23) desselben angeordneten Gleithemmvorrichtung (3o) besteht, die ihrerseits einen verschieblichen Teil (5o) und einen festen Teil (4o) aufweist, die am beweglichen Teil eines Schwenkarmes (12) der Radaufhängung bzw. an einem Ende (23) des Torsionsstabes (24) befestigt sind, und daß dieser verschiebliche (5o) und dieser feste Teil (5o) bei Überwindung einer bestimmten Hemmkraft gegeneinander hin- und herbewegbar sind, wobei der Hub der Bewegung auf eine Länge begrenzt ist, die deutlich unter der maximalen Verwindungsamplitude des Torsionsstabendes (23) liegt.
2. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithemmvorrichtung (3o) ein Reibungsdämpfer ist und einen Zylinder (4o) sowie einen Kolben (5o) aufweist, und daß der Kolben mit mehreren Reibungselementen (5 3) versehen ist, die gegen die Innenwand des Zylinders (4o) gepreßt sind.
3. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hemmvorrichtung (3o) ein Öldämpfer ist, der einen mit Öl gefüllten Zylinder (4o) sowie einen Kolben aufweist, und daß der Kolben mit zwei Drucksteuerventilen (57) versehen ist, von denen das eine den Ölfluß nach oben und das andere den ölfluß nach unten steuert„
4. Stabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithemmvorrichtung am Anfang der Deformation des Torsionsstabes (24) eine Hemmkraft aufweist,

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die größer als die Rückfederkraft des Torsionsstabes (24) ist.
5. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleithenimvorrichtung (3o) mit einem Gewicht (5o) versehen ist, das im v/esentliehen das Ende des Torsionsstabes (24) belastet.
6. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Gleithemmvorrichtung (3o) durch ein Gewicht (So) belastet ist.
7. Stabilisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Gleithemmvorrichtung auf eine Länge von 10 bis 20 mm diesseits und jenseits der neutralen Stellung begrenzt ist.

3. Stabilisator nach Anspruch 5 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Torsionsstabes eine Gleithernmvorrichtung (3o) angeordnet ist, und daß die Gleithemmvorrichtungen (7o) eine Feder aufweisen, an der das den Torsionsstab belastende Gewicht (5o, 3o) aufgehängt ist und die im Normalzustand die neutrale Stellung der Gleithemmvorrichtung (3o) aufrechterhält.

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