DE102010053334A1

DE102010053334A1 - Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus

Info

Publication number: DE102010053334A1
Application number: DE102010053334A
Authority: DE
Inventors: Armin Gerner; Mark LAUGER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-06

Abstract

Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus, umfassend ein zwischen dem Fahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnetes Federbein mit einer zwischen einem oberen und einem unteren Federteller verspannten Feder, wobei der obere Federteller oder ein den Fahrzeugaufbau aufnehmender Auflageteller über ein motorisch betriebenes Linearführungsmittel axial in seiner Höhe verstellbar ist, wobei das Linearführungsmittel als Spindel-Mutter-Antrieb ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (7) und/oder die Mutter (8) aus Kunststoff gebildet ist oder dass die Spindel (7) und/oder die Mutter (8) eine reibungsverbessernde Oberflächenbeschichtung, insbesondere eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE-Beschichtung), aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus, umfassend ein zwischen dem Fahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnetes Federbein mit einer zwischen einem oberen und einem unteren Federteller verspannten Feder, wobei der obere Federteller oder ein den Fahrzeugaufbau aufnehmender Auflageteller über ein motorisch betriebenes Linearführungsmittel axial in seiner Höhe verstellbar ist, wobei das Linearführungsmittel als Spindel-Mutter-Antrieb ausgebildet ist
Hintergrund der Erfindung
Höhenverstellvorrichtungen beziehungsweise Niveauregulierungen für Kraftfahrzeuge sind dem Stand der Technik in einer Vielzahl an Ausgestaltungen zu entnehmen und daher grundsätzlich bekannt. Insbesondere in modernen Kraftfahrzeugen kann über diese Vorrichtungen beispielsweise eine Fahrwerkseinstellung entsprechend den Wünschen des Fahrers erfolgen. So kann der Fahrer etwa ein sogenanntes Sport-Programm auswählen, bei welchem der Fahrzeugaufbau nach unten gesetzt wird.
Beispielhafte Höhenverstellvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind aus DE 10 2006 001 575 A1 respektive DE 10 2006 056 762 A1 bekannt.
Hierbei kommt es an den Linearführungsmitteln, das heißt insbesondere bei Spindel-Mutter-Antrieben den in Gewindeeingriff stehenden und somit als Reibpartner zu erachtenden Spindeln und Muttern häufig zu Reibungs- und Verschleißerscheinungen, welche die Betriebssicherheit des Linearführungsmittels, aber beispielsweise auch die im Betrieb entstehende Geräuschkulisse negativ beeinflussen und gegebenenfalls sogar zu einem Totalausfall der Höhenverstellvorrichtung führen können.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit einem insbesondere hinsichtlich von Reibungs- und Verschleißerscheinungen verbesserten Linearführungsmittel anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus der eingangs genannten Art vorgesehen, die sich dadurch auszeichnet, dass die Spindel und/oder die Mutter aus Kunststoff gebildet ist und/oder dass die Spindel und/oder die Mutter eine reibungsverbessernde Oberflächenbeschichtung, insbesondere eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE-Beschichtung), aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus weist somit einen Spindel-Mutter-Antrieb auf, dessen in Eingriff stehende Komponenten, das heißt die Spindel beziehungsweise die Mutter entweder einzeln, mithin also nur Spindel oder nur Mutter, oder beide aus Kunststoff gebildet sind. Hierdurch können die tribologischen, das heißt die die Reibung betreffenden Eigenschaften erheblich verbessert werden, was gleichermaßen zu einem verbesserten Verschleißverhalten des Spindel-Mutter-Antriebs und somit der gesamten Höhenverstellvorrichtung führt. Auch hinsichtlich einer Gewichtsreduzierung sind Vorteile gegeben, da metallische, das heißt in der Regel stahlbasierte Komponenten durch leichtere Kunststoffkomponenten ersetzt werden. Gleiches gilt in Bezug auf Geräuschentwicklung, Korrosionserscheinungen, der Ausnützung von vorhandenem Bauraum, welcher effizient genutzt werden kann und insbesondere nicht erweitert werden muss, sowie einer sowohl hinsichtlich Material als auch des Herstellungsprozesses kostengünstigen Lösung, da die erfindungsgemäß aus Kunststoff gebildeten Komponenten des Spindel-Mutter-Antriebs insbesondere über Kunststoff-Spritzgussverfahren herstellbar sind. Hierbei ist sogar die komplette Herstellung des Spindel-Mutter-Antriebs in einem Herstellungsprozess mittels Montagespritzgießen denkbar.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es möglich, dass die Spindel und/oder die Mutter eine reibungsverbessernde Oberflächenbeschichtung, insbesondere eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE-Beschichtung), aufweist. Derart ist ebenfalls eine Verbesserung der tribologischen Eigenschaften des vorliegenden tribologischen Systems Spindel-Mutter erzielbar. Die Beschichtung kann in Einzelfällen auch nur abschnittsweise vorliegen. Neben Polytetrafluorethylen sind eine Vielzahl anderer als Beschichtung dienender Materialien, gegebenenfalls sogar eine Metallisierung der Oberfläche der Spindel beziehungsweise Mutter denkbar.
In diesem Zusammenhang ist es ebenso vorstellbar, die Spindel und/oder die Mutter aus einem metallischen Werkstoff auszubilden und deren tribologisch aktive Oberflächen wenigstens abschnittsweise mit einer entsprechenden reibungsverbessernden Beschichtung zu versehen. Selbstverständlich ist die jeweilige reibungsverbessernde Beschichtung, welche in unterschiedlichen Schichtdicken von einigen Nanometern bis hin zu einigen Millimetern, mithin also im Sinne einer Art Ummantelung der Spindel respektive der Mutter vorliegen kann, auf das Grundmaterial der Spindel beziehungsweise Mutter insbesondere hinsichtlich einer guten Haftung im Betriebszustand anzupassen.
Es ist in Extremfällen auch vorstellbar, einen Teil der Spindel beziehungsweise der Mutter aus Kunststoff und den anderen Teil aus einem anderen, insbesondere metallischen oder keramischen Werkstoff auszubilden, wobei auf einen guten mechanischen Verbund der jeweiligen Spindel- beziehungsweise Mutterteile zu achten ist.
Der Einsatz von zusätzlichen Schmiermitteln muss erfindungsgemäß nicht zwingend notwendig sein, kann aber unterstützend die Reibung- und Verschleißeigenschaften des Spindel-Mutter-Antriebs verbessern.
Grundsätzlich ist es möglich, durch die Wahl der eingesetzten Materialien, die damit verbundenen tribologischen Eigenschaften sowie weiterer konstruktiver Parameter wie etwa der Gewindesteigung der Spindel beziehungsweise Mutter den Wirkungsgrad der Höhenverstellvorrichtung individuell einzustellen. Bevorzugt ist ein Wirkungsgrad < 0,5 anzustreben, da derart eine Selbsthemmung erreicht wird, welche den Einsatz kostenintensiver Sperrmittel überflüssig macht.
Mit besonderem Vorteil weist der Kunststoff eine dynamische Reibungszahl gegen Stahl < 0,50, bevorzugt < 0,25, besonders bevorzugt < 0,20 auf. Es ist hierbei grundsätzlich zu beachten, dass es sich bei der Reibungs- beziehungsweise Verschleißfestigkeit nicht um eine immanente Materialeigenschaft handelt, sondern um einen für das jeweilige tribologische System charakteristischen Parameter, welcher neben den eingesetzten Materialien der Reibpartner von einer Vielzahl an Einflussfaktoren abhängt. Die dynamische Reibungszahl steht sonach stellvertretend für die tribologischen Eigenschaften der aus Kunststoff gefertigten Spindel respektive Mutter und zeigt insofern die hervorragenden Reibungs- und Verschleißeigenschaften des erfindungsgemäßen Spindel-Mutter-Antriebs insgesamt an. In Ausnahmefällen sind auch dynamische Reibungszahlen > 0,50 denkbar.
Der Kunststoff ist bevorzugt Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK). Es handelt sich demnach vorteilhafterweise um technische Kunststoffe mit hervorragenden Reibungs- und Verschleißeigenschaften, wobei diese grundsätzlich einfach und kostengünstig über Kunststoff-Spritzgussverfahren verarbeitbar sind. Insbesondere Polyoxymethylen zeichnet sich durch seine gute mechanische Festigkeit und Steifigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Dauerschlagzähigkeit, hervorragende Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Kraftstoffe, Lösungsmittel und viele andere Chemikalien sowie einen weiten Betriebs- beziehungsweise Anwendungstemperaturbereich aus. Selbstverständlich sind auch andere als die genannten Kunststoffe einsetzbar, hierzu zählt lediglich beispielsweise ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMW-PE), das heißt eine Polyethylen-Type mit einer besonders hohen Molmasse.
Der Kunststoff kann eine reibungsverbessernde Komponente, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), enthalten. Hierdurch kann ein ursprünglich gute Reibungseigenschaften, gleichermaßen bezogen auf ein bestimmtes tribologisches System, aufweisender Kunststoff weiterhin in seinem Reibungs- und Verschleißverhalten verbessert werden oder aber ein ursprünglich für die erfindungsgemäße Verwendung ungeeigneter Kunststoff in tribologischer Hinsicht derart modifiziert werden, dass er zur Ausbildung als Spindel und/oder Mutter einsetzbar ist. Neben dem besonders bevorzugt einzusetzenden Polytetrafluorethylen, welches etwa in Form von Pulvern oder Fasern vorliegen kann, können beispielsweise auch Silikonpartikel oder andere, reibungsverbessernde Komponenten eingesetzt werden. Auch die Zugabe von Aramidfasern zur Erhöhung des Verschleißschutzes ist möglich.
Betreffend den konstruktiven Aufbau der erfindungsgemäßen Höhenverstellvorrichtung ist die Spindel bevorzugt dem Auflageteller und die Mutter bevorzugt dem oberen Federteller zugeordnet. Grundsätzlich bewirkt die lineare Bewegung des Auflage- oder Federtellers je nachdem ein Anheben beziehungsweise Absenken des Fahrzeugaufbaus, mithin also dessen Höhenverstellung. Hieraus ergeben sich insbesondere die nachfolgend angeführten Antriebsmöglichkeiten respektive Funktionsprinzipien der vorliegenden Höhenverstellvorrichtung. Auch eine umgekehrte Zuordnung von Spindel und Mutter, mithin also eine Zuordnung der Spindel zu dem oberen Federteller und der Mutter zu dem Auflageteller ist denkbar. In allen Fällen ist für eine geeignete stabile Verbindung zwischen Spindel oder Mutter und Auflageteller oder oberem Federteller zu sorgen, welche insbesondere den beim Betrieb der Vorrichtung auftretenden Beanspruchungen Stand hält.
In einer ersten Alternative erfolgt der Antrieb über die Spindel, wobei die Mutter mit dem oberen Federteller entlang der angetriebenen Spindel bewegbar ist, oder die angetriebene Spindel mit dem Auflageteller entlang der Mutter bewegbar ist. Im ersten Fall ist demnach die Mutter mit dem oberem Federteller relativ zur lagefesten, jedoch angetriebenen Spindel bewegbar. Im zweiten Fall ist die angetriebene Spindel mit dem Auflageteller relativ zur lagefesten Mutter bewegbar.
Alternativ dazu kann in einer zweiten Alternative der Antrieb über die Mutter erfolgen, wobei die Spindel mit dem Auflageteller entlang der angetriebenen Mutter bewegbar ist, oder die angetriebene Mutter mit dem oberen Federteller entlang der Spindel bewegbar ist. Hier ist im ersten Fall die Spindel mit dem Auflageteller relativ zur angetriebenen, jedoch lagefesten Mutter bewegbar. Im zweiten Fall ist die angetriebene Mutter mit dem oberen Federteller relativ zur lagefesten Spindel bewegbar.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt der motorische Antrieb des Linearführungsmittels über wenigstens einen Elektromotor. Dabei kann der Antrieb des Linearführungsmittels mittel- oder unmittelbar über den wenigstens einen Elektromotor erfolgen. Unter unmittelbaren Antrieb ist eine direkte Übertragung einer Kraft oder eines Drehmoments vom Motor auf das jeweils anzutreibende Teil des Linearführungsmittels zu verstehen, entsprechend sieht ein mittelbarer Antrieb z. B. die Zwischenschaltung eines Getriebes oder dergleichen vor.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine geschnittene Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit dem Fahrzeugaufbau in einer ersten Höhenlage,
2 eine geschnittene Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit dem Fahrzeugaufbau in einer zweiten Höhenlage, und
3–6 Prinzipdarstellungen unterschiedlicher Spindel-Mutter-Antriebe.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine geschnittene Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus 2 mit dem Fahrzeugaufbau 2 in einer ersten Höhenlage. Die Vorrichtung 1 umfasst eine zwischen dem Fahrzeugaufbau 2 insbesondere in Form des den Fahrzeugaufbau 2, das heißt die Fahrzeugkarosserie aufnehmenden, auch als Domlager zu bezeichnenden Auflageteller 3 und einem oberen Federteller 4 angeordnete, spiralförmige Feder 5. Die Feder 5 ist an ihrem nicht gezeigten anderen Ende mit einem unteren Federteller verbunden, mithin also zwischen dem oberen Federteller 4 und dem unteren Federteller axial verspannt beziehungsweise gehaltert.
Über ein dem Auflageteller 3 zugeordnetes Linearführungsmittel in Form des Spindel-Mutter-Antriebs 6 (Bewegungsgewinde) ist der dem Fahrzeugaufbau 2 aufnehmende Auflageteller 3 und somit der Fahrzeugaufbau 2 insgesamt in seiner Höhe, das heißt axialen Position, verstellbar. Der Spindel-Mutter-Antrieb 6 umfasst eine dem Auflageteller 3 zugeordnete Spindel 7 und eine dem oberen Federteller 4 zugeordnete Mutter 8. Im in den 1, 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mutter 8 aus Kunststoff, das heißt aus einem mit Polytetrafluorethylen-Pulver versetzten Polyoxymethylen und die Spindel 8 aus Stahl gebildet. Dies bietet sich insofern an, weil die Spindel 7 Axialkräfte des Fahrwerks in das Axiallager 9 und somit die Fahrzeugkarosserie einleitet. Insgesamt ergibt sich mit der genannten Ausführung der Spindel 7 respektive der Mutter 8 ein verbessertes tribologisches System, wobei die dynamische Reibungszahl des Polyoxymethylens gegen Stahl ca. 0,19 ist. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, nur die Spindel 7 oder sowohl Spindel 7 als auch Mutter 8 aus Kunststoff auszuführen.
Im Vergleich zu herkömmlichen, rein metallischen Spindel-Mutter-Antrieben kann es insbesondere bei hohen Flächenpressungen in Anbetracht der im Vergleich zu metallischen Komponenten niedrigeren mechanischen Belastbarkeit von Kunststoffteilen notwendig sein, die Flächenpressung durch eine Anpassung, das heißt Erhöhung der Gewindegangzahlen, was beispielsweise zu einer axial verlängerten Ausführung der Mutter 8 respektive der Spindel 7 führen kann, zu reduzieren. Dies ist aufgrund des ausreichend vorhandenen Bauraums zwischen der Feder 5 und dem nachfolgenden Dämpfungselement 10 problemlos realisierbar.
Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Höhenverstellvorrichtung 1 wird nachfolgend erläutert. Bei dem in den 1, 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spindel 7 über einen Riemenantrieb in Form des Riemens 11 mit einem Elektromotor 12 gekoppelt. Mithin wird also die Spindel 7 über einen an dieser ausgebildeten Radialflansch 13, an dessen Außenumfang der Riemen 11 angreift, angetrieben. Derart ist die Mutter 8 samt dem oberen Federteller 3 relativ zur angetriebenen, lagefesten Spindel 7 in axialer Richtung zwischen der in 1 gezeigten ersten, der Tiefstellung entsprechenden Höhenlage und der in 2 gezeigten zweiten, der Hochstellung entsprechenden Höhenlage bewegbar. Die Spindel 7 ist über ein an ihrem Innendurchmesser vorgesehenes als Gleitlager ausgebildetes Radiallager 14 mit einem hohlzylindrischen Axialzapfen 15 des Auflagetellers 3 als auch über das an dem Radialflansch 13 oberseitig als Nadellager ausgebildete Axiallager 9 relativ zu diesen drehbar gelagert. Im Falle der Ausführung der Spindel 7 insbesondere aus einem metallischen Material kann in dem Radialflansch 13 eine als Wälzkörperaufnahmeraum ausgebildete, insbesondere ringförmige Ausnehmung vorgesehen sein.
Insgesamt zeichnet sich die vorliegende Höhenverstellvorrichtung respektive das von dieser umfasste Linearführungsmittel in Form des Spindel-Mutter-Antriebs 6 durch seine platzsparende, den vorhandenen Bauraum bestmöglichst ausnutzende Anordnung, sein geringes Gewicht und vor allen Dingen durch die Verwendung einer hinsichtlich Reibung und Verschleiß verbesserten beziehungsweise aufeinander abgestimmten Materialpaarung der Spindel 7 und Mutter 8 aus. Die Ausführung von Spindel 7 respektive Mutter 8 aus Kunststoff erlaubt zudem eine kostengünstige Fertigung über Kunststoffspritzgussverfahren.
In den 3–6 sind Prinzipdarstellungen unterschiedlicher Spindel-Mutter-Antriebe 6 dargestellt, welche sich jeweils hinsichtlich der Materialität der Spindeln 7 beziehungsweise Muttern 8 unterscheiden. 3 zeigt einen Spindel-Mutter-Antrieb 6, bei dem sowohl die Spindel 7 als auch die Mutter 8 aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polyoxymethylen gebildet ist. Denkbar wäre gleichermaßen auch, die Spindel 7 und die Mutter 8 aus unterschiedlichen Kunststoffen auszubilden.
4 zeigt einen Spindel-Mutter-Antrieb 6, wobei sowohl die Spindel 7 als auch die Mutter 8 aus einem Metall wie etwa einem Stahl gebildet sind. Dabei sind die tribologisch aktiven Oberflächen von Spindel 7 und Mutter 8 jeweils mit einer reibungsverbessernden Beschichtung 16 versehen. Die Beschichtung 16 ist beispielsweise aus Polytetrafluorethylen gebildet. Denkbar wäre es auch, nur die Spindel 7 beziehungsweise nur die Mutter 8 mit einer entsprechenden Beschichtung 16 zu beschichten.
5 zeigt einen Spindel-Mutter-Antrieb 6, wobei die Spindel 7 aus einem Metall, das heißt etwa einem Stahl, und die Mutter 8 aus Kunststoff, etwa Polyamid, gebildet ist. Die tribologisch aktive Oberfläche des Stahls ist auch in diesem Fall mit einer reibungsverbessernden Beschichtung 16 versehen. Auch eine umgekehrte Anordnung, wie sie in 6 gezeigt ist, wonach die Spindel 7 aus Kunststoff und die Mutter 8 aus einem entsprechend beschichteten Stahl gebildet ist, ist möglich.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Fahrzeugaufbau
3: Auflageteller
4: Federteller
5: Feder
6: Spindel-Mutter-Antrieb
7: Spindel
8: Mutter
9: Axiallager
10: Dämpfungselement
11: Riemen
12: Elektromotor
13: Radialflansch
14: Radiallager
15: Axialzapfen
16: Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006001575 A1 [0003]
DE 102006056762 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus, umfassend ein zwischen dem Fahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnetes Federbein mit einer zwischen einem oberen und einem unteren Federteller verspannten Feder, wobei der obere Federteller oder ein den Fahrzeugaufbau aufnehmender Auflageteller Ober ein motorisch betriebenes Linearführungsmittel axial in seiner Höhe verstellbar ist, wobei das Linearführungsmittel als Spindel-Mutter-Antrieb ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (7) und/oder die Mutter (8) aus Kunststoff gebildet ist und/oder dass die Spindel (7) und/oder die Mutter (8) eine reibungsverbessernde Oberflächenbeschichtung (16), insbesondere eine Polytetrafluorethylen-Beschichtung (PTFE-Beschichtung), aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine dynamische Reibungszahl gegen Stahl kleiner 0,50, bevorzugt kleiner 0,25, besonders bevorzugt kleiner 0,20 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine reibungsverbessernde Komponente, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), enthält.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (7) dem Auflageteller (3) und die Mutter (8) dem oberen Federteller (4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über die Spindel (7) erfolgt, wobei die Mutter (8) mit dem oberen Federteller (4) entlang der angetriebenen Spindel (7) bewegbar ist, oder die angetriebene Spindel (7) mit dem Auflageteller (3) entlang der Mutter (8) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über die Mutter (8) erfolgt, wobei die Spindel (7) mit dem Auflageteller (3) entlang der angetriebenen Mutter (8) bewegbar ist, oder die angetriebene Mutter (8) mit dem oberen Federteller (4) entlang der Spindel (7) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der motorische Antrieb des Linearführungsmittels über wenigstens einen Elektromotor (12) erfolgt.