DE102008004089A1

DE102008004089A1 - Schraubenfeder für ein Fahrwerk

Info

Publication number: DE102008004089A1
Application number: DE102008004089A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Kraus; Gerhard Meyer; Meinhard Schmidt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2008-01-12
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2028-01-13
Also published as: DE102008004089B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung (13) für ein Fahrwerk von Fahrzeugen, die mit einer Schraubendruckfeder (8) zusammenwirkt. Ein erstes Federende (11) ist dabei über einen Federteller (12) an der Karosserie (3) des Fahrzeugs abgestützt. Das weitere Federende (9) der Schraubendruckfeder steht über ein Exzenterlager (10) mit einer Radaufhängung (1) in einer Wirkverbindung. Der Federteller (12) ist über einen Aktuator (14) verstellbar, wodurch sich gleichzeitig die Schraubendruckfeder (8) verdreht und dabei über das Exzenterlager (10) ausschwenkt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einstellvorrichtung für ein Fahrwerk von Fahrzeugen, die Schraubendruckfeder einschließt, die über ein erstes Federende mittelbar mit der Karosserie des Fahrzeugs und mit dem weiteren Federende mit einer Radführung bzw. Radaufhängung verbunden ist.
Es ist bekannt Federn für das Fahrwerk eines Fahrzeugs unterschiedlich auszulegen. Einen verbesserten Fahrkomfort sowie eine gute Bodenhaftung der Räder des Fahrzeugs bewirken weich ausgelegte Fahrwerksfedern. Bei derartigen Federn, die eine kleine Federkonstante bzw. Federrate aufweisen, nimmt der für die Bodenhaftung des Rades maßgebliche Raddruck im Vergleich zu einer harten Federung ab. Diese Federauslegung hat zur Folge, dass beispielsweise beim Überfahren einer Bodenwelle die vom Rad an das Fahrwerk als Stoß weitergegebene Krafterhöhung entsprechend der geringeren Federrate vergleichsweise klein ist. Dagegen ist der sich einstellende Stoß bei einer hart ausgelegten Fahrzeugfeder entsprechend der großen Federrate vergleichsweise groß. Der Federweichheit des Federungssystems sind Grenzen gesetzt durch den zur Verfügung stehenden Einbauraum für den Einfederweg und den Ausfederweg sowie durch die sich bei weicher Federung einstellende größere Rollneigung des Fahrzeugaufbaus in Kurven.
Aus der DE 37 07 085 A1 ist eine Radaufhängung bekannt, bei denen die Abstützpunkte einer Schraubendruckfeder gegenüber dem Fahrzeugaufbau und/oder gegenüber dem Radträger bzw. einer Lenkeranordnung translato risch verschoben werden kann. Die Verschiebung erfolgt insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse der Federteller an denen die Druckfeder abgestützt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs eine Einstellvorrichtung der Schraubendruckfeder zu realisieren, die eine Einleitung von Querkräften in Fahrwerkselemente unterbindet.
Diese Problemstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Gemäß der in Anspruch 1 vorgestellten Lösung ist die Schraubendruckfeder mit einem Federende an einem Federteller abgestützt, der über einen Aktuator stufenlos verdreht bzw. eingestellt werden kann. Das weitere Federende stützt sich dagegen an einem Exzenterlager ab. Vorteilhaft ist der mit einem Aktuator in Verbindung stehende Federteller im Bereich der karosserieseitigen Abstützung der Schraubendruckfeder angeordnet. Das gegenüberliegende Exzenterlager ist an einem bodenseitig positionierten Radlenker zugeordnet. Die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung bewirkt bei einer Verdrehung bzw. Einstellung der vorzugsweise C-förmig gestalteten Schraubendruckfeder eine lineare Bewegung des dem Exzenterlager zugeordneten Federendes. Vorteilhaft wird dabei die Schraubendruckfeder auf dem Federteller des Exzenterlagers genau zentrisch im Mittelpunkt geführt, wodurch ein seitliches Verschieben wirksam unterbunden ist und die gewünschte zentrische Kraftlinie der Schraubendruckfeder beibehalten werden kann. Gleichzeitig wird die nachteilige Übertragung von Seitenkräften bzw. Querkräften in die Fahrwerkselemente unterbunden bzw. auf ein Maß reduziert, welches keinen störenden Einfluss auf das Fahrwerk und damit das Fahrverhalten des Fahrzeuges nimmt.
Eine Verstellung bzw. eine Verdrehung der Schraubendruckfeder über den Aktuator bewirkt eine Längenänderung der Schraubendruckfeder, wodurch eine weichere oder härtere Einstellung des Fahrwerks realisierbar ist. Au ßerdem nimmt die Einstellung unmittelbar Einfluss auf das Niveau des Fahrzeugs und damit auf die Bodenfreiheit des Fahrzeugs, wodurch die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung vorteilhaft auch in Geländefahrzeuge (SUV) eingesetzt werden kann.
Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dass beide Federenden der Schraubendruckfeder an Exzenterlagern abgestützt sind. Dieser Aufbau ermöglicht eine Variation eines Hebelarms, der sich beispielsweise zwischen einem Drehpunkt eines Achslenkers des Fahrwerk und einer Mittelachse der Schraubendruckfeder einstellt. Die maximale Hebelarmvariation wird dabei von der Exzentrizität der Exzenterlager bestimmt, an denen die Federenden der Schraubendruckfeder abgestützt sind.
Die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung wird bevorzugt in der Hinterradaufhängung eines Fahrzeugs eingesetzt, die unabhängig von der jeweiligen Position bzw. Einstellung keinen nachteiligen Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs nimmt.
Ein bevorzugter Aufbau der Einstellvorrichtung schließt ein Exzenterlager ein, bestehend aus einer wälzgelagerten Trägerscheibe, die einen exzentrisch zu einer Mittelachse positionierten, für ein Wälzlager bestimmten Ansatz aufweist. Über das Wälzlager ist der Federteller drehbar angeordnet, an dem die Schraubendruckfeder mit einem Federende abgestützt ist.
In vorteilhafter Weise wird als Aktuator für die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung ein Stellglied vorgesehen, das formschlüssig, vorzugsweise über ein Ritzel mit einem Zahnkranz eines Lagerings des Federtellers oder des Exzenterlagers zusammenwirkt. Der Aktuator ermöglicht eine stufenlose Verdrehung der Schraubendruckfeder.
Zur Erzielung einer effektiven Verdrehung der Schraubendruckfeder bietet sich gemäß der Erfindung außerdem ein Planetengetriebe an. Der Aufbau sieht dazu eine Außenverzahnung an einem das Wälzlager umschließen den, mit dem Federteller zusammenwirkenden Blechmantel vor, die in eine Innenverzahnung eines dem Trägerteil zugeordneten Gehäuses eingreift. In die Innenverzahnung kann weiterhin ein Ritzel eingreifen, das mit dem Aktuator verbunden ist, über den die Verstellung erfolgt.
Als Maßnahme zur Schaffung einer Baueinheit, die alle Bauteile des Exzenterlagers umfasst ist ein vorzugsweise spanlos aus Blech hergestellter Deckel vorgesehen. Der einerseits an dem Gehäuse und andererseits an dem Blechmantel fixierte Deckel bewirkt einen verliergesicherten Zusammenhalt aller Bauteile des Exzenterlagers, der den Transport sowie die Montage vereinfacht.
Eine bevorzugte Einbaulage des Aktuators sieht vor, diesen karosserieseitig innerhalb der Schraubendruckfeder anzuordnen. Dadurch ergibt sich ein vorteilhaft von der Fahrbahn entferntere Einbaulage des Aktuators, der damit einer geringeren Verschmutzungsgefahr ausgesetzt ist. Außerdem ergibt sich durch die von den Windungen der Schraubendruckfeder umschlossene Aktuatoranordnung ein geschützter Einbau, der sich vorteilhaft auf den erforderlichen Bauraum der Einstellvorrichtung auswirkt. Für eine zwei Aktuatoren umfassende Einstellvorrichtung bietet es sich erfindungsgemäß weiterhin an, diese karosserieseitig und radlenkerseitig übereinstimmend innerhalb der Schraubendruckfeder zu positionieren.
Zur Erzielung einer optimalen Verstellung umfasst die Fahrwerk-Einstellvorrichtung eine C-förmig gestaltete Schraubendruckfeder, die sich gleichzeitig positiv auf die Wirkung der Einstellvorrichtung auswirkt. Vorteilhaft ist eine derartig geformte Schraubendruckfeder so eingebaut, dass deren Formgebung die Fahrwerkseinstellung bzw. Verstellung mit Hilfe von Aktuatoren vereinfacht und verbessert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, die nachfolgend beschrieben werden. Es zeigen:
1 den Aufbau einen erfindungsgemäßen, an einer Radaufhängung angeordneten Einstellvorrichtung;
2 als Einzelteil eine C-förmig gestaltete Schraubendruckfeder;
3 in einer Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Exzenterlager;
4 in einem vergrößerten Maßstab ein Detail „Z", gemäß der 3;
5 in einer Schnittansicht das Exzenterlager gemäß dem Verlauf 5-5 aus 3;
6 das Exzenterlager in einer Ansicht;
7 die Draufsicht des Exzenterlagers;
8 eine zu 1 alternative Radaufhängung, bei der beide Federenden der Schraubendruckfeder über ein Exzenterlager abgestützt sind;
9 ein Detail eines Fahrwerksaufbaus, bei dem die Schraubendruckfeder vergleichbar der 8 mit zwei Exzenterlagern zusammenwirkt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Radaufhängung 1 eines PKW- Rades. Diese einem Hinterrad des Fahrzeugs zugeordnete Radaufhängung 1 umfasst zwei parallel zueinander angeordnete Radlenker 2a, 2b, die einerseits gelenkig an einer Karosserie 3 des ansonsten in 1 nicht dargestellten Fahrzeugs angeordnet sind. Andererseits stellen die Radlenker 2a, 2b eine Verbindung zu einem Achsschenkel 4 her, an dem eine Rad 5 geführt und über eine Radlagerung 6 drehbar angeordnet ist. Zwischen einem abgewinkelten Schenkel 7 der Karosserie 3 und dem Radlenker 2b ist eine Schraubendruckfeder 8 angeordnet. Ein dem Radlenker 2b zugeordnetes Federende 9 der Schraubendruckfeder 8 ist dabei über ein Exzenterlager 10 abgestützt. Das dem Schenkel 7 zugeordnete weitere Federende 11 steht mit einem Federteller 12 in Wirkverbindung. Die Anordnung der Schraubendruckfeder 9 schließt weiterhin eine Einstellvorrichtung 13 ein, die eine Verstellung bzw. Einstellung der Schraubendruckfeder 8 ermöglicht. Zur Erzielung einer reibungsarmen Verstellung umfasst sowohl das Exzenterlager 10 als auch der Federteller 12 ein Wälzlager. Dem Federteller 12 ist ein Aktuator 14 zugeordnet, der bevorzugt über ein Ritzel formschlüssig in eine Verzahnung eines Stellrings des Federtellers 12 eingreift und eine stufenlose Verdrehung der Schraubendruckfeder 8 ermöglicht. Ausgehend von der in 1 dargestellten Einbaulage kann durch Betätigung des Aktuators 14 die Schraubendruckfeder 8 verdreht werden, wodurch die gegenseitige exzentrische Abstützung des Federendes 9 an dem Exzenterlager 10 die Schraubendruckfeder 8 in eine strichpunktiert dargestellte Position einstellbar ist. Diese eine lineare Verschiebung des Federendes 9 auslösende Verdrehung der Schraubendruckfeder 8 bewirkt gleichzeitig eine Längenänderung und damit unmittelbare Einflussnahme auf die Federkennlinie bzw. Federkonstante. Folglich kann mittels der Einstellvorrichtung 13 unmittelbar Einfluss auf die Federcharakteristik und damit auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs genommen werden.
Die 2 zeigt als Einzelteil die C-förmig gestalte Schraubendruckfeder 8, die mit der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung 13 zusammenwirkt.
Den Aufbau des erfindungsgemäßen Exzenterlagers 10 verdeutlicht die 3, die das Exzenterlager in einer Schnittdarstellung zeigt. Der Aufbau umfasst ein Gehäuse 15, in dem eine Trägerscheibe 16 wälzgelagert um eine Mittelachse 17 drehbar ist. Die Trägerscheibe 16 bildet versetzt zur Mittelachse 17 einen vorspringenden zur Aufnahme eines Wälzlager 19 bestimmten Ansatzes 18. Ein den Ansatz umschließender Blechmantel 20 steht mit einem Federteller 21 in Verbindung, an dem das Federende 9 der Schraubendruckfeder 8 abgestützt ist. Ein sich einstellendes Maß „S" zwischen der Mittelachse 17 und einer Achse 22 des Wälzlagers 19 definiert die Exzentrizität des Exzenterlagers 10. Zur Schaffung einer verliergesicherten Anordnung aller Bauteile des Exzenterlagers 10 und zur Erzielung einer Baueinheit ist ein aus Blech geformter Deckel 23 vorgesehen, der wie in 4 verdeutlicht, sowohl das Gehäuse 15 als auch den Blechmantel 20 umgreift und zumindest partiell mit abgewinkelten Borden 24a, 24b in entsprechende Ausnehmungen des Gehäuse 15 bzw. des Blechmantels 20 eingreift.
Die 5 zeigt ein formschlüssiges Ineinandergreifen des Blechmantels 20 und des Gehäuses 15. Dazu ist der Blechmantel 20 mit einer Außenverzahnung 25 versehen, die in eine entsprechende Innenverzahnung 26 des Gehäuses 15 eingreift. Die Innenverzahnung 26 kann gleichfalls zum Eingriff eines in 5 nicht abgebildeten, dem Aktuator 14 zugeordneten Ritzels vorgesehen werden. Weiterhin verdeutlicht die 5 den Aufbau bzw. das Zusammenwirken weiterer Einzelteile des Exzenterlagers 10.
In den 6 und 7 ist das Exzenterlager 10 in einer Vorderansicht bzw. der Draufsicht in einer Mittelstellung abgebildet. Im Einbauzustand ist das Exzenterlager 10 über das Gehäuse 15 mit dem Fahrwerk, d. h., beispielsweise einem in 1 abgebildeten Radlenker 2b lagefixiert verbunden. Bei einer gemäß den 6 und 7 ausgerichteten Lage des Federtellers 21 gegenüber dem Gehäuse 15 stellt sich die maximale Exzentrizität „S" dar durch den Abstand zwischen der Mittelachse 17 des Gehäuses 15 und der Achse 22 des Federtellers 21. Die Kraftwirkungslinie der Schrauben druckfeder 8 stimmt dabei mit der Mittelachse 17 überein. Die maximale Verstellung des Federtellers 21 gegenüber dem Gehäuse 15 stellt sich bei einer Verdrehung des Federtellers 21 um 180 Grad gegenüber der dargestellten Position, wodurch sich die Exzentrizität „S" verdoppelt.
Die 8 zeigt die Radaufhängung 1 mit einer Einstellvorrichtung 27, die alternativ im Vergleich zu 1 aufgebaut ist. Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, zu deren Erläuterung sei auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich auf den abweichenden Aufbau. Danach ist jedem Federende 9, 11 der Schraubendruckfeder 8 ein Exzenterlager 10 zugeordnet. Die vorzugsweise übereinstimmend aufgebauten Exzenterlager 10 sind synchron oder unabhängig voneinander über getrennte Aktuatoren 14 einstellbar. Somit kann die Schraubendruckfeder 8 in beliebige Stellungen gebracht werden, wodurch unmittelbar die Federlänge und/oder die Federkonstante beeinflußt werden kann.
Die 9 zeigt zwei Radlenker 28, 29, zwischen denen eine Schraubendruckfeder 8 eingesetzt ist, bei der beide Federenden über Exzenterlager 10 an den Radlenkern 28,29 abgestützt sind. Von den über ein Gelenk 30 verbundenen Radlenker 28, 29 ist einer beweglich und der weitere lagepositioniert. Durch die Verdrehung der Schraubendruckfeder 8 mit Hilfe eines nicht abgebildeten Aktuators in einem Stellbereich der Exzentrizität „S" verändert sich gleichzeitig ein Hebelarm "L" zwischen dem Gelenk 30 und einer Längsachse 31 der Schraubendruckfeder 8. Durch diese Maßnahme kann unmittelbar Einfluss auf die Charakteristik der Fahrwerkdämpfung des Fahrzeugs genommen werden.
Alternativ zu der Anordnung gemäß 8 sind zur Verstellung der Exzenterlager 10 gemäß 9, die Aktuatoren 32 innerhalb der Schraubendruckfeder 8 positioniert. Diese Anordnung bewirkt einen geschützten Einbau der Aktuatoren 32. Für Einstellvorrichtungen, die nur einen Aktuator 32 einschließen, bietet es sich an, diesen karosserieseitig zu platzieren, wo durch dieser mit einem vergrößerten Abstand zur Fahrbahn angeordnet ist. Damit ist der Aktuator 32 einer verringerten Verschmutzungsneigung ausgesetzt, was sich vorteilhaft auf die Funktion und die Lebensdauer des Aktuators 32 auswirkt.

1: Radaufhängung
2a: Radlenker
2b: Radlenker
3: Karosserie
4: Achsschenkel
5: Rad
6: Radlagerung
7: Schenkel
8: Schraubendruckfeder
9: Federende
10: Exzenterlager
11: Federende
12: Federteller
13: Einstellvorrichtung
14: Aktuator
15: Gehäuse
16: Trägerscheibe
17: Mittelachse
18: Ansatz
19: Wälzlager
20: Blechmantel
21: Federteller
22: Achse
23: Deckel
24a: Bord
24b: Bord
25: Außenverzahnung
26: Innenverzahnung
27: Einstellvorrichtung
28: Radlenker
29: Radlenker
30: Gelenk
31: Längsachse
32: Aktuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3707085 A1 [0003]

Claims

Fahrwerk-Einstellvorrichtung von Fahrzeugen, die eine Schraubendruckfeder (8) einschließt, die über ein erstes Federende (11) mittelbar einer Karosserie (3) zugeordnet ist und mit einem zweiten Federende (9) mit einer Radaufhängung (1) und damit mit einem Rad (5) des Fahrzeugs mittelbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendruckfeder (8) mit dem Federende (11) an einem Federteller (12) abgestützt ist, der mittels eines Aktuators (14) stufenlos verstellt werden kann und das Federende (9) über ein Exzenterlager (10) abgestützt ist.
Einstellvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federenden (9, 11) der Schraubendruckfeder (8) jeweils über getrennte Exzenterlager (10) an der Karosserie (3) bzw. einem Radlenker (2b) abgestützt sind, wobei eine Verstellung der Exzenterlager (10) synchron oder unabhängig voneinander über getrennte Aktuatoren (14) erfolgen kann.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung (13) für eine Hinterachse von Fahrzeugen bestimmt ist.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau des Exzenterlagers (10) ein Gehäuse (15) umfasst, in dem eine wälzgelagerte Trägerscheibe (16) angeordnet ist, die exzentrisch zu einer Mittelachse (17) einen vorstehenden, zur Aufnahme eines Wälzlagers (19) bestimmten Ansatz (18) bildet, wobei der Federteller (12) über das Wälzlager (19) verdrehbar ist.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) mittels eines formschlüssigen Eingriffs, insbesondere einer Verzahnung, den Federteller (12) oder ein Bauteil des Exzenterlagers (10) verstellt.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung des Federtellers (12) ein dem Federteller (21) zugeordneter Blechmantel (20) eine Außenverzahnung (25) aufweist, die mit einer Innenverzahnung (26) eines der Trägerscheibe (16) zugeordneten Gehäuses (15) in Eingriff steht.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaffung einer Baueinheit das Exzenterlagers (10) einen spanlos aus Blech hergestellten Deckel (23) umfasst, der einerseits an dem Gehäuse (15) und andererseits an Blechmantel (20) fixiert ist.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (32) zumindest karosserieseitig so angeordnet ist, dass dieser von Windungen der Schraubendruckfeder (8) im Bereich des Federendes (11) umschlossen ist.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine C-förmig gestaltete Schraubendruckfeder (8) einschließt.