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Die Erfindung betrifft eine Koppelstange für ein Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein Torsionsfederelement, an welchem ein zweites, einen Schenkel bildendes Federelement anknüpft. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem zumindest eine vorgenannte Koppelstange zur Anwendung kommt.
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Als Fahrwerksysteme sind im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik unter anderem Systeme zur Wankregulierung und Reduzierung von Karosserieneigungen bei Kurvenfahrten bekannt. Im einfachsten Fall wird ein derartiges Wankstabilisierungssystem dabei durch einen U-förmig verlaufenden Stabilisatorstab gebildet, welcher üblicherweise mit einem sogenannten Stabilisatorrücken über Schulterlager seitens des Fahrzeugaufbaus angebunden ist, während ausgehend von dem Stabilisatorrücken Stabilisatorschenkel im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung zeigend zu den radführenden Bauteilen der jeweiligen Achse führen, wo sie dann häufig über Stabilisatorlenker angebunden sind. Kommt es im Zuge der Fahrt zu Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus, d. h. einer gegensinnigen Einfederbewegung der Räder der jeweiligen Achse, so sorgt der Stabilisator aufgrund einer Torsion des Stabilisatorstabes für die Erzeugung eines Rückstellmoments um die Wankachse, wodurch die Neigung des Fahrzeugaufbaus reduziert wird. Neben solchen, auch als passive Systeme bezeichneten Wankstabilisatoren sind aber auch aktive Wankstabilisierungssysteme bekannt, bei welchen zwei, dann im Wesentlichen L-förmig gestaltete Stabilisatorstäbe über einen zwischenliegenden Aktuator miteinander gekoppelt sind und über diesen Aktuator relativ zueinander verdreht werden können, um ein definiertes Rückstellmoment um die Wankachse hervorzurufen. Darüber hinaus kommen als Fahrwerksysteme aber auch Einrichtungen zur Anwendung, über welche sich eine Kinematik des einzelnen Fahrzeugrades gezielt verstellen lässt. Bei derartigen aktiven Fahrwerkssystemen können neben Wankbewegungen zumeist auch Nickbewegungen des jeweiligen Kraftfahrzeuges reguliert werden. Ein wesentlicher Faktor bei allen Systemen ist eine Gesamtsteifigkeit, wobei hinsichtlich des Komforts eine geringe Steifigkeit anzustreben ist.
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Aus der
DE 10 2012 218 396 A1 geht ein Fahrwerksystem für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem eine Kinematik eines Fahrzeugrades über einen elektromechanischen Drehsteller mit Hilfe einer zwischenliegenden Koppelstange verstellt werden kann. Der Drehsteller ist dabei an einem Fahrzeugaufbau elastisch aufgehängt und ist achsversetzt zu der Koppelstange platziert, wobei die Anbindung über ein Getriebe mit einer Stirnradstufe, sowie zwei hintereinanderliegenden Planetenstufen verwirklicht ist. Die Koppelstange selbst setzt sich aus mehreren in Reihe geschalteten Federelementen zusammen, wobei ein erstes Federelement in Form eines Torsionsfederelements an die abtriebsseitige Planetenstufe angebunden und an einem hierzu entgegengesetzten Ende mit einem zweiten Federelement verbunden ist. Dieses zweite Federelement bildet dabei einen Schenkel der Koppelstange, an welcher ein drittes Federelement anknüpft, das wiederum die Verbindung zu einem radführenden Bauteil in Form eines Querlenkers herstellt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Koppelstange für ein Fahrwerksystem zu schaffen, bei welcher sich eine niedrige Gesamtsteifigkeit auf möglichst kompakte Art und Weise realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Fahrwerksystem für ein Kraftfahrzeug, bei welchem zumindest eine erfindungsgemäße Koppelstange zur Anwendung kommt, geht ferner aus den Ansprüchen 6 bis 9 hervor. Schließlich ist ein ein Fahrwerksystem aufweisendes Kraftfahrzeug Gegenstand des Anspruchs 10.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Koppelstange ein Torsionsfederelement, an welchem ein zweites, einen Schenkel bildendes Federelement anknüpft. Erfindungsgemäß verläuft das zweite Federelement dabei als Schenkel im Wesentlichen quer zu dem Torsionsfederelement, um ein Verdrehen des Torsionsfederelements über den somit gebildeten Hebelarm in eine translatorische Bewegung umzusetzen. Je nach Orientierung des Torsionsfederelements im Kraftfahrzeug bei Anwendung der Koppelstange in einem Fahrwerksystem ist der Schenkel dann in Längsrichtung oder in Querrichtung des Kraftfahrzeuges orientiert oder auch windschief angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist die Koppelstange dabei bevorzugt einteilig ausgeführt, sie kann alternativ dazu aber auch mehrteilig als gebaute Stange ausgebildet sein, beispielsweise durch Verschweißen mehrerer einzelner Teile.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das zweite Federelement ausgehend von einem Verbindungspunkt mit dem Torsionsfederelement zunächst spiralartig verlaufend um das Torsionsfederelement geführt ist und anschließend in einen quer zum Torsionsfederelement verlaufenden Abschnitt übergeht, der einer weiteren Koppelung mit einem radführenden Bauteil einer Radaufhängung dient. Mit anderen Worten ist das zweite Federelement also ausgehend von einer Verbindung mit dem Torsionsfederelement zunächst spiralähnlich um dieses herumgeführt, bevor sich ein im Wesentlichen quer zum Torsionsfederelement verlaufender Abschnitt des zweiten Federelements anschließt.
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Eine derartige Ausgestaltung einer Koppelstange hat dabei den Vorteil, dass sich bei einem erfindungsgemäßen Verlauf des zweiten Federelements eine deutliche Reduzierung der Gesamtsteifigkeit bei gleichzeitig kompaktem Aufbau realisieren lässt. Denn der spiralartige Verlauf hat die Ausbildung eines biegeweichen Schenkels zur Folge, wobei aufgrund der spiralartigen Herumführung trotz einer entsprechenden Länge des zweiten Federelements eine Unterbringung auf geringem Bauraum möglich ist. Insgesamt wird also durch diese Formgebung des zweiten Federelements die Biegesteifigkeit des Schenkels bei einem gegebenen Abstand zwischen einer Drehachse des Torsionsfederelements und einem Anbindungspunkt für die weitere Koppelung des zweiten Federelements mit dem radführenden Bauteil reduziert.
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Unter einem „spiralartigen Verlauf“ ein Verlauf entsprechend einer archimedischen Spirale zu verstehen, die ihren Mittelpunkt im Verbindungspunkt mit dem Torsionsfederelement hat und um diesen herumgeführt ist und sich dabei zumindest abschnittsweise von diesem entfernt.
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Zwar wird auch im Falle der Koppelstange der
DE 10 2012 218 396 A1 aufgrund der in Reihe geschalteten, einzelnen Federelemente eine niedrige Gesamtsteifigkeit realisiert. Dabei liegt die Biegesteifigkeit des zweiten, den Schenkel ausbildenden Federelements aber weit über einer gewünschten Zielsteifigkeit bzw. zum Erreichen dieser Zielsteifigkeit müsste eine Länge des Schenkels wesentlich gesteigert werden. Dies hätte einen entsprechenden Bauraumbedarf zur Folge und würde im Falle der Koppelung mit einem Drehsteller in einer Zunahme eines erforderlichen Stellmoments dieses Drehstellers resultieren.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung liegt der spiralartige Verlauf des zweiten Federelements in einer Ebene. Der Verlauf findet also im Zweidimensionalen statt, so dass sich das zweite Federelement ausgehend vom Verbindungspunkt mit dem Torsionsfederelement zumindest im Bereich der Spirale nicht in Längsrichtung des Torsionsfederelements erstreckt. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, dass der spiralartige Verlauf einer Schraubenform ähnelt, das zweite Federelement also ausgehend vom Verbindungspunkt nicht in einer Ebene um das Torsionsfederelement verläuft, sondern sich auch in axialer Richtung, d. h. in Erstreckungsrichtung des Torsionsfederelements, erstreckt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das zweite Federelement einfach spiralartig verlaufend um das Torsionsfederelement geführt. Im Rahmen der Erfindung kommt jedoch auch eine mehrfache spiralartige Führung des zweiten Federelements um das Torsionsfederelement in Betracht, wodurch sich aufgrund der zunehmenden Länge des zweiten Federelements dessen Biegesteifigkeit weiter reduzieren lässt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung knüpft an dem quer zum Torsionsfederelement verlaufenden Abschnitt mindestens ein weiteres Federelement an, das der weiteren Koppelung des zweiten Federelements mit dem radführenden Bauteil dient. Durch die Reihenschaltung zumindest des ersten bzw. Torsionsfederlements mit einem weiteren Federelement kann die Gesamtsteifigkeit der Koppelstange und damit auch des Fahrwerksystems, bei welchem diese zur Anwendung kommt, weiter reduziert werden. Innerhalb eines Fahrwerksystems kann das zweite Federelement aber auch direkt mit dem radführenden Bauteil verbunden sein, bei welchem es sich um einen Querlenker oder auch direkt um einen Radträger des jeweiligen Fahrzeugrades handeln kann.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das Torsionsfederelement und/oder das zweite Federelement aus einem Federstahl bestehen. Hierdurch kann der jeweilige Teil oder auch die komplette Koppelstange kostengünstig aus einem geeigneten Stahl hergestellt werden.
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Alternativ dazu kommt aber auch eine Herstellung aus einem Faserkunststoffverbund im Rahmen der Erfindung in Betracht, wodurch sich auch Verläufe des einzelnen Teils oder der kompletten Koppelstange realisieren lassen, welche fertigungstechnisch aus Stahl nicht oder nur sehr aufwendig darstellbar sind. Dies betrifft insbesondere auch eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, bei welcher eine Pendelstütze in das zweite Federelement integriert ist. Diese Integration ermöglicht dabei eine weitere Bauraumreduzierung.
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Erfindungsgemäß kommt zumindest eine entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeiten gebildete Koppelstange in einem Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeuges zur Anwendung, wobei die Koppelstange hierbei insbesondere an ihrem Torsionsfederelement mit einem Drehsteller gekoppelt ist. Über diesen Drehsteller, welcher bevorzugt als elektromechanischer Drehsteller ausgestaltet ist, kann dann gezielt ein Verdrehen des Torsionsfederelements dargestellt werden, welches dann über das nachfolgende, zweite Federelement, sowie die ggf. weiteren Federelemente entsprechend auf das radführende Bauteil übertragen wird und für eine Verstellung der Kinematik des hiermit gekoppelten Fahrzeugrades sorgt. Besonders bevorzugt ist der Drehsteller dabei dem jeweiligen Fahrzeugrad zugeordnet und stützt sich an einem Fahrzeugaufbau ab, so dass Stellbewegungen des Drehstellers nur die Kinematik des einen Fahrzeugrades beeinflussen. Analog dazu ist dann aber auch das der gleichen Achsen zugeordnete, andere Fahrzeugrad in gleicher Weise mit einem Drehsteller und zwischenliegender Koppelstange auszustatten.
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Alternativ dazu kann es sich bei dem Fahrwerksystem aber auch um ein Wankstabilisierungssystem handeln, bei welchem zwei Fahrzeugräder einer Achse miteinander gekoppelt werden können. Im einfachsten Fall erfolgt die Koppelung dabei im Rahmen eines passiven Wankstabilisierungssystems rein über die Koppelstange, welche hierzu einen U-förmigen Verlauf aufweist. Das Torsionsfederelement bildet dabei einen Stabilisatorrücken, von welchem beidseitig entsprechende Federelemente spiralartig verlaufend und je einen Schenkel bildend anknüpfen. Ausgehend von dem Torsionsfederelement knüpfen also jeweils spiralartig verlaufende Federelemente, sowie ggf. weitere Federelemente spiegelbildlich zueinander an dem Torsionsfederelement an.
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Ein Wankstabilisierungssystem kann aber auch als aktives System gestaltet sein, bei welchem zwei dann spiegelbildlich gestaltete Koppelstangen über einen zwischenliegenden Drehsteller relativ zueinander verdreht werden können, um ein definiertes Rückstellmoment um eine Wankachse einzuleiten. Ein derartiger Drehsteller kann dabei ebenfalls als elektromechanischer oder auch hydraulischer Drehsteller ausgebildet sein, wobei insbesondere im Falle eines elektromechanischen Drehstellers eine Übersetzung über ein oder mehrere Getriebestufen darzustellen ist.
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Im Sinne der Erfindung kommt ein entsprechendes Fahrwerksystem im Bereich eines Kraftfahrzeuges zur Anwendung und hier im Bereich einer oder auch mehrerer Achsen dieses Fahrzeuges.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrwerksystems mit einem Teil einer Koppelstange entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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2 eine schematische Ansicht mit einem weiteren Teil der Koppelstange des Fahrwerksystems aus 1.
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Aus 1 geht eine schematische Ansicht eines Teils eines Fahrwerksystems hervor, über welches die Kinematik eines Fahrzeugrades aktiv verstellt und damit die Querdynamik des Kraftfahrzeuges beeinflusst werden kann. Das Fahrwerksystem umfasst dabei einen elektromechanischen Drehsteller 1, der gemeinsam mit einer Steuereinheit 2 elastisch an einem Fahrzeugaufbau 3 aufgehängt ist und mit einer zu dem, in der weiteren 2 zu sehenden Fahrzeugrad 4 führenden Koppelstange 5 in Verbindung steht. Diese Koppelstange 5 ist dabei entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung realisiert.
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Wie in 1 zu erkennen ist, ist die Koppelstange 5 mit dem Drehsteller 1 über zwei zwischenliegende Planetenstufen 6 und 7, sowie eine Stirnradstufe 8 gekoppelt, wobei über die Planetenstufen 6 und 7 und die Stirnradstufe 8 eine Stellbewegung des achsparallel sitzenden Drehstellers 1 ins Langsame übersetzt in ein Verdrehen eines Torsionsfederelements 9 der Koppelstange 5 umgesetzt wird.
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Die Koppelstange 5 setzt sich vorliegend aus mehreren in Reihe geschalteten Federelementen zusammen, indem sich an das mit der Planetenstufe 6 verbundene Torsionsfederelement 9 ein zweites Federelement 10 und hieran wiederum ein in 2 zu sehendes, drittes Federelement 11 anschließt. Letzteres ist dann mit einem radführenden Bauteil 12 in Form eines Querlenkers des Fahrzeugrades 4 verbunden.
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Durch das zweite Federelement 10 wird ein Schenkel der Koppelstange 5 gebildet, mittels welchem eine Drehbewegung des Torsionsfederelements 9 in eine translatorische Bewegung des hieran angreifenden dritten Federelements 11 umgesetzt wird. Um dabei eine weiche Biegesteifigkeit des zweiten Federelements 10 und damit auch eine insgesamt niedrige Gesamtsteifigkeit der Koppelstange 5 zu realisieren, ist das zweite Federelement 10 mit dem aus 2 hervorgehenden, besonderen Verlauf realisiert.
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Wie in 2 zu sehen ist, weist das zweite Federelement 10 ausgehend von einem Verbindungspunkt 13 mit dem Torsionsfederelement 9 zunächst einen spiralartigen Verlauf auf, indem das zweite Federelement 10 einfach gekrümmt um das Torsionsfederelement 9 herumgeführt ist. Im Anschluss daran geht das zweite Federelement 10 dann in einen Abschnitt 14 über, welcher quer zum Torsionsfederelement 9 verläuft und an dessen Ende die Verbindung zu dem dritten Federelement 11 hergestellt ist. Bedingt durch den Verlauf des zweiten Federelements 10 kann in der Folge eine entsprechende Länge desselbigen bei gleichzeitig kompaktem Bauraum verwirklicht werden. Insgesamt kann hierdurch die weiche Biegesteifigkeit und damit auch geringe Gesamtsteifigkeit auf kompakte Art und Weise verwirklicht werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Koppelstange ist somit eine geringe Gesamtsteifigkeit bei geringem Bauraum realisierbar, welche eine Steigerung des Komforts und zudem eine Anordnung des Drehstellers weiter in Richtung eines Fahrzeuginneren ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehsteller
- 2
- Steuereinheit
- 3
- Fahrzeugaufbau
- 4
- Fahrzeugrad
- 5
- Koppelstange
- 6
- Planetenstufe
- 7
- Planetenstufe
- 8
- Stirnradstufe
- 9
- Torsionsfederelement
- 10
- Zweites Federelement
- 11
- Drittes Federelement
- 12
- Bauteil
- 13
- Verbindungspunkt
- 14
- Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218396 A1 [0003, 0010]
