DE102010037180A1

DE102010037180A1 - Federvorrichtung mit einer Drehstabfeder

Info

Publication number: DE102010037180A1
Application number: DE102010037180A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Ovalo GmbH
Current assignee: Ovalo GmbH
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: DE102010037180C5; DE102010037180B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung mit einer Drehstabfeder weist einen koaxial zur Drehstabfeder angeordneten rohrförmigen Träger zur Aufnahme und/oder Ableitung von Biegekräften auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Federvorrichtung mit einer Drehstabfeder.
Zur Verbesserung der Straßenlage werden bei Fahrzeugen Stabilisatoren eingesetzt, die Drehstabfedern aufweisen, wobei eine Federwirkung durch die Torsion der Drehstabfedern erreicht wird. Die Drehstabfedern können unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Oft sind sie im Querschnitt rund ausgebildet. An die Drehstäbe schließen sich zumeist Hebel an, die mit den Radaufhängungen, beispielsweise mit den Fahrzeug-Querlenkern, verbunden sind. Einem Wanken bei Kurvenfahrt wirken die Drehstabfedern durch elastische Torsion entgegen.
Bei aktiven Wankstabilisatoren werden die Drehstäbe in Abhängigkeit von der Fahrsituation aktiv gesteuert und mit Hilfe von Aktuatoren mit Drehmomenten beaufschlagt.
Beispielsweise ist aus DE 10 2005 031 036 A1 ein geteilter Kraftfahrzeugstabilisator bekannt. Der geteilte Kraftfahrzeugstabilisator besitzt einen eingebauten Schwenkmotor zur Wankregelung, der mindestens aus einem Verstellantrieb mit einem Elektromotor, einem Schwenkmotorgetriebe und mit einem Gehäuse besteht. Der Schwenkmotor ist zwischen den beiden Hälften des Kraftfahrzeugstabilisators angeordnet und dazu bestimmt, aufgrund einer geeigneten Ansteuerung, diese Stabilisatorhälften bedarfsgerecht gegeneinander zu verdrehen.
Auch aus DE 10 2008 048 950 A1 ist ein aktiver Wankstabilisator bekannt. Der Wankstabilisator weist einen druckmittelbetätigbaren Schwenkmotor auf. Der Schwenkmotor ist in einem geteilten Stabilisator angeordnet und verschwenkt die beiden Stabilisatorhälften zum Ausgleich von Fahrzeugbewegungen relativ zueinander.
Auch aus DE 10 2009 013 053 A1 ist ein Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit zumindest zwei Stabilisatorelementen bekannt, welche mittels zumindest eines elektromotorischen Aktuators zur Wankregelung verdrehbar sind und welche jeweils über zumindest eine Koppelstange mit dem Fahrwerk verbunden sind.
Bei der Verwendung von Drehstabfedern bei passiven oder aktiven Wankstabilisierungssystemen treten Probleme auf, die anhand von 1a und 1b näher beschrieben werden:
1a zeigt eine Drehstabfeder 1, an der endseitig ein Hebel 2 befestigt ist. Das andere Ende der Drehstabfeder 1 ist mit einem Aktuator 3 derart verbunden, dass dieser die Drehstabfeder 1 drehfest einspannt, wenn der Aktuator 3 nicht aktiv ist. Mit Hilfe des Aktuators 3 könnte zusätzlich, was für das zu schildernde Problem jedoch ohne Relevanz ist, ein zusätzliches Drehmoment auf die Drehstabfeder 1 ausgeübt werden.
Bei Beaufschlagung des von der Drehstabfeder 1 abgewandten Endes des Hebels 2 mit einer Kraft F wirken auf die Drehstabfeder 1 zum einen ein Drehmoment, das eine Torsion der Drehstabfeder 1 bewirkt, was in 1b durch den Pfeil 4 angedeutet ist, und zum anderen auch Biegekräfte auf die Drehstabfeder 1, was in 1b mit dem Pfeil 5 angedeutet ist. Die Biegekräfte führen zusätzlich zu der erwähnten Torsion zu einer Verbiegung der Drehstabfeder und müssen durch geeignete Lagerung im Aktuator 3 aufgefangen werden.
Da Drehstabfedern aufgrund ihres Produktionsprozesses meist nur mit sehr groben Toleranzen versehen sind, muss ein Lagersitz für eine solche geeignete Lagerung durch aufwendige Nachbearbeitung der Drehstabfedern erst aufwendig hergestellt werden. Hiervon abgesehen, sind die Reibbewegungen besonders nachteilig, die die aufgrund der Verdrillung der Drehstabfeder zwangsläufig auftreten und die zusätzlich zu den aufzunehmenden Biegekräften berücksichtigt werden müssen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Federvorrichtung mit einer Drehstabfeder – insbesondere zur Verwendung in einem passiven oder aktiven Fahrzeugstabilisator – anzugeben, die die vorgenannten Probleme vermeidet.
Die Aufgabe wird durch eine Federvorrichtung mit einer Drehstabfeder gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein koaxial zur Drehstabfeder angeordneter, vorzugsweise rohrförmiger, Träger zur Aufnahme und/oder Ableitung von Biegekräften vorgesehen ist.
Ein wesentlicher Erfindungsgedanke beruht auf der Idee, eine Funktionstrennung dahingehend zu schaffen, dass die Drehstabfeder im Wesentlichen ausschließlich mit den Drehmomenten beaufschlagt ist, die eine Torsion bewirken, während die Biegekräfte von dem koaxial zur Drehstabfeder angeordneten Träger aufgenommen werden. In erfindungsgemäßer Weise schützt demgemäß der Träger die Drehstabfeder vor den Biegekraften. Vorteilhafterweise kann der Träger – insbesondere da an ihm keine Torsion auftritt – unbedenklich mit Wälzlagern gelagert werden; denn Reibbewegungen aufgrund einer Verdrillung können am Träger erfindungsgemäß nicht auftreten.
Die Lagerung des Trägers kann beispielsweise durch ein einzelnes, insbesondere kombiniertes, Lager erfolgen, das in der Lage ist, Biegekräfte aufzunehmen. Es ist alternativ auch möglich, zur Lagerung des Trägers zwei separate Lager, wie beispielsweise zwei Rillenkugellager, die insbesondere durch ausreichend großen axialen Abstand voneinander in der Lage sind, die Biegekräfte aufzunehmen, zu verwenden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federvorrichtung ist vorgesehen, dass der Träger als Hülse ausgebildet ist, die die Drehstabfeder zumindest teilweise umgibt.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass die Drehstabfeder hohl ausgebildet ist und der Träger innerhalb der Drehstabfeder angeordnet ist. Diese Lösung hat jedoch gegenüber einer Lösung, bei der der Träger die Drehstabfeder hülsenartig umgibt, den Nachteil, dass der Träger aufgrund des kleineren Querschnittsmaßes eine geringe Biegesteifigkeit aufweist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Federvorrichtung ist vorgesehen, dass der Träger einen Halteabschnitt aufweist, wobei der Träger im Bereich des Halteabschnitts drehfest mit der Drehstabfeder verbunden ist. Zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Träger einen vom Halteabschnitt axial beabstandeten Lagerabschnitt aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Träger – insbesondere mit einem oder mehreren Lagern, insbesondere Wälzlagern – drehbar zu lagern.
Eine kompakte und robuste Ausführungsform der Federvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Halteabschnitt an einem Ende des Trägers angeordnet ist, während der Lagerabschnitt am anderen Ende des Trägers vorgesehen ist.
Eine besonders robuste und dennoch kostengünstig herstellbare Ausführungsform der Federvorrichtung ist derart ausgebildet, dass der Träger die Drehstabfeder im Bereich des Halteabschnitts fest, insbesondere drehfest – umgreift.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Federvorrichtung ist die Drehstabfeder außerhalb des Halteabschnitts relativ zum Träger frei drehbar und/oder frei tordierbar angeordnet. Diese Ausführungsform hat den ganz besonderen Vorteil, dass die Torsionsfederwirkung der Drehstabfeder durch den Träger nicht, oder zumindest nur in äußerst geringem Maße, beeinflusst ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine ganz besonders gute Funktionstrennung zwischen den Aufgaben der Drehstabfeder und des Trägers, nämlich der Torsionsfederung einerseits und der Aufnahme von Biegekräften andererseits, aus.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Träger und die Drehstabfeder außerhalb des Halteabschnitts – insbesondere im Bereich des Lagerabschnitts – voneinander beabstandet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Träger außerhalb des Halteabschnittes eine zur Drehstabfeder gerichtete Freimachung aufweist, und/oder dass die Drehstabfeder vorzugsweise außerhalb des Halteabschnitts eine zum Träger gerichtete Freimachung hat. Vorzugsweise ist der Abstand des Trägers von der Drehstabfeder außerhalb des Halteabschnitts so gewählt, dass es außerhalb des Halteabschnittes auch dann nicht zur Berührung kommt, wenn der Träger von der Art des Einsatzes abhängige Spitzenbiegekräfte aufnehmen muss.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Federvorrichtung einen, in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Längserstreckungsrichtung der Drehstabfeder angeordneten Hebel auf. Wie bereits erwähnt, ist der Hebel vorzugsweise drehfest an der Drehstabfeder und/oder am Träger angeordnet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Hebel zusammen mit dem Träger und/oder Drehstabfeder einstückig hergestellt.
Der Träger kann aus unterschiedlichsten Materialien hergestellt sein. Bei einer besonders leichten und dennoch besonders biegesteifen Ausführungsform ist der Träger – vorzugsweise einstückig mit dem Hebel – aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, hergestellt.
Die Erfindung hat den weiteren ganz besonderen Vorteil, dass sie die Verwendung von faserverstärkten Drehstabfedern, insbesondere von kohlefaserverstärkten Drehstabfedern ermöglicht. Die Verwendung von faserverstärkten Drehstabfedern war bislang nicht unproblematisch, weil die Herstellung von faserverstärkten Drehstabfedern, die sowohl Torsionskräfte, als auch Biegekräfte zerstörungsfrei aufnehmen können, aufwendig und teuer ist. Die Verwendung faserverstärkter Drehstabfedern hat den ganz besonderen Vorteil einer enormen Gewichtsersparnis.
Die erfindungsgemäße Federvorrichtung kann – neben anderen Anwendungen – in einer Verstellvorrichtung, insbesondere einer Verstellvorrichtung für das Fahrwerk eines Fahrzeuges und/oder für einen Wankstabilisator, Verwendung finden.
Bei einer solchen Verstellvorrichtung kann in vorteilhafter Weise ein Aktuator vorgesehen sein, der einen Drehantrieb aufweist, um die Drehstabfeder – vorzugsweise um die Längsmittelachse der Drehstabfeder – drehend anzutreiben. Darüber hinaus ist der Träger bei einer vorteilhaften Ausführungsform im Lagerabschnitt relativ zu einer Basis, beispielsweise relativ zu einer Fahrzeugkarosserie, drehbar gelagert.
Bei einer besonders kompakten Ausführungsform ist der Träger im Bereich des Lagerabschnitts relativ zu einem Aktuatorgehäuse drehbar gelagert. Diese Ausführungsform ist vorteilhafterweise derart ausbildbar, dass sie im Wesentlichen aus drei Grundkomponenten, nämlich dem Hebel, der Drehstabfeder und dem Aktuator aufgebaut ist, wobei lediglich der Aktuator fest mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden werden muss.
Wie bereits erwähnt, kann der erfindungsgemäße Fahrzeugstabilisator und/oder kann die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung vorteilhaft in einem Fahrzeug und/oder einem Fahrwerk und/oder einem Fahrzeugstabilisator zum Einsatz kommen.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine Federvorrichtung nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung,
3 eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einer anderen Federvorrichtung und
4 eine weitere erfindungsgemäße Verstellvorrichtung.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 6, die Teil eines Wankstabilisators für das Fahrwerk eines Fahrzeuges ist. Die Verstellvorrichtung 6 weist einen Aktuator 7 mit einem Drehantrieb 8 auf. Darüber hinaus weist die Verstellvorrichtung 6 eine Federvorrichtung 9 mit einer Drehstabfeder 10 auf. Die Federvorrichtung 9 beinhaltet einen im Wesentlichen rohrförmigen Träger 11, der koaxial zur Drehstabfeder 10 angeordnet ist und diese abschnittsweise umgibt.
Der Träger 11 weist einen Halteabschnitt 13 auf, in dem er drehfest mit der Drehstabfeder 10 verbunden ist. Außerhalb des Halteabschnitts 13 ist der Träger 11 von der Drehstabfeder 10 beabstandet, sodass die Drehstabfeder 10 ungehindert tordiert werden kann. Zu diesem Zweck weist der Träger 11 außerhalb des Halteabschnitts 13 einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser der Drehstabfeder 10 ist. Vorliegend ist der Träger 11 mit einer zur Drehstabfeder 10 gerichteten Freimachung 14 versehen.
Der Träger 11 weist – an dem vom Halteabschnitt entgegengesetzten Ende – einen Lagerabschnitt 15 auf, wo er mittels eines Wälzlagers 16 drehbar an einer nur angedeuteten Karosserie 17 gelagert ist.
Der Träger 11 hat die Aufgabe, Biegekräfte, die bei Beaufschlagung des Hebels 12 mit einer Kraft auftreten, aufzunehmen und/oder über das Wälzlager 16 abzuleiten und demgemäß die Drehstabfeder von solchen Biegebelastungen zu entkoppeln.
Der Aktuator 7 ist fest mit der Karosserie 17 verbunden und dazu ausgebildet – vorzugsweise fahrsituationsabhängig gesteuert – die Drehstabfeder 10 mit Drehmomenten zu beaufschlagen bzw. drehend anzutreiben.
Ein Vorteil der gezeigten erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, dass auf die Drehstabfeder 10 im Wesentlichen ausschließlich Torsionskräfte wirken und die Drehstabfeder 10 keine Biegekräfte aufzunehmen braucht.
3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Träger 11 und der Hebel 12 gemeinsam einstückig aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.
4 zeigt eine besonders kompakte Ausführungsform, bei der der Träger 11 und der Hebel 12 ebenfalls einstückig gemeinsam hergestellt sind. Auch bei dieser Ausführungsform weist der Träger 11 einen Halteabschnitt 13 auf, in dem er drehfest mit einer Drehstabfeder 10 verbunden ist. Darüber hinaus weist der Träger 11 einen breiten, vom Halteabschnitt maximal axial beabstandeten Lagerabschnitt 15 auf, in dem er mittels zweier Rillenkugellager 18 relativ zu einem Aktuatorgehäuse 19 drehbar gelagert ist. In dem Aktuatorgehäuse 19 befindet sich ein Drehantrieb 8, mit dem die Drehstabfeder 10 drehend antreibbar ist. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sie einerseits besonders kompakt und andererseits besonders gut gekapselt ist.
Das Aktuatorgehäuse ist mit einer Karosserie 17 verschraubt.
Bezugszeichenliste

1: Drehstabfeder
2: Hebel
3: Aktuator
4: Verformung aufgrund von Torsion der Drehstabfeder 1
5: Verformung aufgrund von Biegekräften
6: Verstellvorrichtung
7: Aktuator
8: Drehantrieb
9: Federvorrichtung
10: Drehstabfeder
11: Träger
12: Hebe
13: Halteabschnitt
14: Freimachung
15: Lagerabschnitt
16: Wälzlager
17: Karosserie
18: Rillenkugellager
19: Aktuatorgehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005031036 A1 [0004]
DE 102008048950 A1 [0005]
DE 102009013053 A1 [0006]

Claims

Federvorrichtung (9) mit einer Drehstabfeder (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein koaxial zur Drehstabfeder (10) angeordneter, vorzugsweise rohrförmiger, Träger (11) zur Aufnahme und/oder Ableitung von Biegekräften vorgesehen ist.
Federvorrichtung (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) als Hülse ausgebildet ist, der die Drehstabfeder (10) zumindest teilweise umgibt.
Federvorrichtung (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstabfeder (10) hohl ausgebildet ist und der Träger (11) innerhalb der Drehstabfeder (10) angeordnet ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) einen Halteabschnitt (13) und zumindest einen von dem Halteabschnitt (13) in axialer Richtung beabstandeten Lagerabschnitt (15) aufweist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (13) an einem Ende des Trägers (11) angeordnet ist und/oder dass der Halteabschnitt (13) und der Lagerabschnitt (15) an unterschiedlichen Enden des Trägers (11) angeordnet sind.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) die Drehstabfeder (10) im Bereich des Halteabschnitts (13) fest umgreift und/oder im Bereich des Halteabschnitts (13) drehfest mit der Drehstabfeder (10) verbunden ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) im Bereich des Lagerabschnittes (15), insbesondere mit einem oder mehreren den Träger (11) umgebenden Wälzlagern (16), drehbar gelagert ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstabfeder (10) außerhalb des Halteabschnitts (13) relativ zum Träger (11) frei drehbar und/oder frei tordierbar angeordnet ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) und die Drehstabfeder (10) außerhalb des Halteabschnittes (13) – insbesondere im Bereich des Lagerabschnitts (15) – voneinander beabstandet sind und/oder dass der Träger (11) außerhalb des Halteabschnittes (13) eine zur Drehstabfeder (10) gerichtete Freimachung (14) aufweist und/oder dass die Drehstabfeder (10) außerhalb des Halteabschnittes (13) eine zum Träger (11) gerichtete Freimachung (14) aufweist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung einen, in einem von Null Grad verschiedenen Winkel zur Längserstreckungsrichtung der Drehstabfeder (10) angeordneten Hebel (12) aufweist.
Federvorrichtung (9) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (12) drehfest an der Drehstabfeder (10) und/oder dem Träger (11) angeordnet ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (12) zusammen mit dem Träger (11) einstückig hergestellt ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (9) als Fahrzeugstabilisator und/oder als Bestandteil eines Fahrzeugstabilisators, insbesondere eines aktiven Fahrzeugstabilisators, ausgebildet ist.
Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstabfeder (10) und/oder der Träger (11) zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus Kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.
Verstellvorrichtung (6), insbesondere Verstellvorrichtung für das Fahrwerk eines Fahrzeuges und/oder für einen Wankstabilisator, mit einem Aktuator (7) und einer Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verstellvorrichtung (6) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (7) einen Drehantrieb (8) aufweist, der die Drehstabfeder (10) – vorzugsweise um die Längsmittelachse der Drehstabfeder (10) – drehend antreibt.
Verstellvorrichtung (6) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator die Drehstabfeder (10) relativ zu einer Basis, insbesondere relativ zu einem Aktuatorgehäuse (19) und/oder relativ zu einer Fahrzeugkarosserie (17), drehend antreibt.
Verstellvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11) im Bereich des Lagerabschnitts (15) relativ zu einer Basis, insbesondere relativ zu einem Aktuatorgehäuse (19) und/oder relativ zu einer Fahrzeugkarosserie (17) drehbar, gelagert ist.
Fahrzeug und/oder Fahrwerk und/oder Fahrzeugstabilisator mit einer Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder mit einer Verstellvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 15 bis 18.