DE102010060879A1

DE102010060879A1 - Lagerbüchse

Info

Publication number: DE102010060879A1
Application number: DE102010060879A
Authority: DE
Inventors: Michael Baum
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-05-31

Abstract

Lagerbüchse, insbesondere Lagerbüchse für einen in einem Kraftfahrzeug verbauten Querlenker, wobei der Querlenker in Verbindung mit einem Federbeindom dazu ausgelegt ist, die beim Beschleunigen, Bremsen und Kurvenfahren auftretenden horizontalen Kräfte aufzunehmen, und wobei die Lagerbüchse dazu ausgelegt ist, fahrsituationsbedingt mit Strom beaufschlagt zu werden, wobei in Folge der Bestromung der Härtegrad der Lagerbüchse bzw. des Querlenkers reversibel veränderbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerbüchse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Großserienautomobile haben heutzutage in der Regel selbsttragende Karosserien und Radaufhängungen mit Federbeinen und (Dreiecks)Querlenkern. In modernen Fahrzeugen ist der Querlenker oft ein gekrümmter Biegebalken, bei dem die karosserieseitigen Lager nach hinten versetzt sind, um so Platz für die Antriebswellen zu gewinnen. Manchmal sind auch zwei Querlenker mit nebeneinander liegenden Drehpunkten eingebaut, um den Lenkrollradius zu verkleinern. Der Querlenker nimmt zusammen mit dem Federbeindom (der die vertikalen Kräfte trägt – das Gewicht des Fahrzeugs) die beim Beschleunigen, Bremsen und Kurvenfahren auftretenden horizontalen Kräfte auf. Er ist zumeist, außer dem oberen Domlager, die zweite, untere Lagerung der vertikalen Achse, um die die Lenkbewegungen ausgeführt werden. Der Querlenker ist um eine Rotationsachse, die durch die beiden Lagerungen an der Karosserie in Fahrtrichtung verläuft, mehr oder weniger beweglich, um die vertikalen Bewegungen des Federbeines (Federung) zuzulassen. An der Karosserie wird er gewöhnlich in einem Gummi-Metall Verbundlager aufgehängt. Beim Bremsen wird das vordere Lager auf Zug, das hintere auf Druck belastet. Beim Beschleunigen wird bei frontgetriebenen Fahrzeugen das vordere Lager auf Druck, das hintere auf Zug belastet. Bei heckgetriebenen Fahrzeugen ist die Belastung der Lager beim Beschleunigen gleich der beim Bremsen. Das Lager, das den Querlenker mit dem Federbein (Radlagergehäuse) verbindet, ist meistens ein Kugelgelenk.
Aus der DE 10 2005 031 088 A1 ist eine Radaufhängung für die gelenkten Räder eines Kraftfahrzeuges, mit je Rad zumindest einem oberen Lenker und zwei unteren aufgelösten Lenkern bekannt, die in jeweils einem definierten Winkel zueinander angeordnet sind und einerseits mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges und andererseits mit einem Radträger gelenkig verbunden sind, sowie mit einem die beiden unteren, vorderen Lenker über Koppelstangen verbindenden insbesondere U-förmigen Stabilisator und einem über Spurstangen an einem Lenkhebel des Radträgers angreifenden Lenkgetriebe.
Die DE 3803802 C1 offenbart eine Radaufhängung für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeuges mit einem aufbauseitig gehaltenen Stabilisator, der über ein Gelenk mit einem Gehänge und über ein weiteres Gelenk mit einem Radträger verbunden ist. Das Gehänge besteht aus einem gebogen ausgebildeten Arm, der zwischen den Gelenken einen Freiraum für eine quer verlaufende Rad-Antriebswelle, die in Hoch- und Längsrichtung im Abstand zum Arm verläuft, umfasst, wobei der Arm in Fahrzeuglängsrichtung angestellt ist und das radträgerseitige Gelenk oberhalb der Rad-Drehachse in einer durch ein oberes Federbeinstützlager und ein unteres Querlenkerlager gebildeten Lenkachse liegt.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Querlenkerlagern ist jedoch, dass die Lagerbüchsen für die oberen und unteren Querlenkerlager nicht in Ihrer Härte, also in ihrem Anbindungsverhalten an das Fahrzeug-Chassis, variiert bzw. eingestellt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lagerbüchse bereitzustellen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und darüber hinaus eine fahrsituationsbedingte Regelung eines Querlenkers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagerbüchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Lagerbüchse zeichnet sich dadurch aus, dass sie dazu ausgelegt ist, fahrsituationsbedingt mit Strom beaufschlagt zu werden, wobei in Folge der Bestromung der Härtegrad der Lagerbüchse bzw. des Querlenkers reversibel veränderbar ist. Die Lagerbüchse ist somit im Wesentlichen als elektrisch einstellbare Lagerbüchse bzw. als elektrisch einstellbarer Querlenker ausgebildet, welche(r) fahrsituationsbedingt in seinem Härtegrad geregelt bzw. eingestellt werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Lagerbüchse einen aus einem elastischen Material, insbesondere Gummi, bestehenden Grundkörper mit zumindest einer, mit einer magnetorheologischen Substanz gefüllte, Hohlkammer aufweist, die zumindest bereichsweise von einem Spulenkörper umgeben ist, welcher dazu ausgelegt ist, bei Bestromung ein Magnetfeld auf die Hohlkammer einwirken zu lassen. Infolge der Bestromung kann der Härtegrad der Lagerbüchse bzw. des Querlenkers reversibel eingestellt werden. Reversibel bedeutet hierbei eine befristete thermodynamische Zustandsänderung der Lagerbüchse bzw. des Grundkörpers, welche bei Bestromung umgekehrt bzw. verändert kann, ohne dass die Körper oder deren Umgebung dabei bleibende Veränderungen erfahren.
Vorzugsweise können innerhalb des Grundkörpers zwei Hohlkammern vorgesehen sein. Beispielsweise können die Hohlkammern über zumindest eine Ausgleichsleitung miteinander wirkverbunden sein. Wirkverbunden bedeutet hierbei, dass über die Ausgleichsleitung ein Substanz-Austausch zwischen den Hohlkammern erfolgen könnte. Werden die mit der magnetorheologischen Substanz gefüllten Hohlkammern mit einem Magnetfeld beaufschlagt, erniedrigt sich die Viskosität der Substanz und die Lagerbüchse ist somit hart. Ohne Magnetfeld-Aufbau ist die Lagerbüchse weich.
Beispielsweise kann der Grundkörper zumindest bereichsweise von einem Metall- oder Kunststoffkäfig umgeben sein. Der Metall- oder Kunststoffkäfig ist das Bauteil, welches beim Einsetzen der Lagerbüchse in eine entsprechende Aufnahmeöffnung im Querlenker, mit seiner Außenfläche an der Wandung der Aufnahmeöffnung, insbesondere unter Bildung einer Presssitzpassung, anliegt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Spulenkörper als flexibler Spulenkörper ausgebildet sein kann, der zumindest bereichsweise um einen entsprechenden Körperabschnitt gewickelt werden kann. Grundprinzip dabei ist jeweils ein möglichst enger Kontakt zum zu beaufschlagenden Körper, um eine zuverlässige Beaufschlagung (Magnetfeld) zu ermöglichen. Es können auch mehrere Spulenkörper vorgesehen sein.
Eine nächste Ausführungsform sieht den Einsatz eines festen Spulenkörpers vor. Beispielsweise können als Material für den Spulenkörper Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyethylenterephthalat (PET) bzw. glasfaserverstärkte Polymere eingesetzt werden. An die Kunststoffe wird zusätzlich zu den mechanischen und thermischen Eigenschaften die Forderung nach schlechter Brennbarkeit sowie einer hohen Kriechstromfestigkeit gestellt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass es sich bei der magnetorheologischen Substanz um eine magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) handelt. Als magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) bezeichnet man eine Suspension von kleinen magnetisch polarisierbaren Partikeln (Carbonyleisenpulver), die in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Im Gegensatz zu Ferrofluiden sind die Partikel bei magnetorheologischen Flüssigkeiten um ca. ein bis drei Zehnerpotenzen größer als die der Ferrofluide, so dass sich die MRF beim Anlegen eines Magnetfeldes verfestigt. Wirkt ein Magnetfeld auf die Flüssigkeit, so werden die Partikel polarisiert und bilden Ketten in Richtung der Feldlinien. Durch die Ausrichtung der Partikel wird die Suspension/Substanz mit steigender Feldstärke dickflüssiger. Somit kann eine MRF in einem Magnetfeld drastisch, schnell und reversibel verändert werden.
Ferner ist denkbar, dass es sich bei der magnetorheologischen Substanz um ein magnetorheologisches Elatomer (MRE) handelt. Magnetorheologische Elastomere (MRE) bestehen in der Regel aus einer Elastomermatrix und den darin dispergierten magnetisch aktiven Partikeln. Bei diesen Elastomeren können die viskoelastischen oder dynamischmechanischen Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes schnell und reversibel verändert werden. Für den magnetorheologischen Effekt gibt es zwei unterschiedliche physikalische Interpretationen. Ein Ansatz beschreibt die Dipol-Dipol-Wechselwirkung (ähnlich wie bei magnetorheologischen Flüssigkeiten), der andere geht von einer Verzerrung des Magnetfeldes in der unmittelbaren Umgebung jedes Partikels und daraus resultierenden magnetischen Inhomogenitätskräften aus.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass jedem Querlenker zumindest eine regulierbare Lagerbüchse zugeordnet sein kann, wobei die Lagerbüchsen bzw. Querlenker dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von zumindest einem über ein fahrzeuginternes Bussystem abrufbaren Betriebsparameter des Fahrzeugs, einzeln oder paarweise in ihrem Härtegrad verändert zu werden. Somit können, beispielsweise bei Kurvenfahrten, die Lagerbüchsen auf der Innenseite des Fahrzeugs unterschiedlich hart (nämlich härter) zu den Lagerbüchsen auf der Außenseite eingestellt werden. Ferner ist denkbar, dass bei Brems- und/oder Beschleunigungs-Manövern die Lagerbüchsen der Vorder- und Hinterachse unterschiedlich hart zueinander eingestellt werden. Nach den jeweiligen Fahrereignissen kann der Härtegrad der Lagerbüchsen, während der Fahrt, wieder auf einen allgemeinen Härtegrad eingestellt werden. Als Bussystem kann beispielsweise ein herkömmliches CAN-Bus-System Verwendung finden. Die Ansteuerung der einzelnen Lagerbüchsen oder Querlenker bzw. die Verarbeitung der Daten kann über einen in einer Steueranordnung vorgesehenen Mikroprozessor bzw. eine Zentraleinheit erfolgen. Eine zwingenderweise vorhandene Steueranordnung ist somit Bestandteil der Erfindung zum elektrischen Regeln der Lagerbüchsen.
Bei den zur Bestimmung des Härtegrades der einzelnen Lagerbüchsen herangezogenen Betriebsparametern kann es sich beispielsweise um die Geschwindigkeit, die Quer- und/oder Längsbeschleunigung oder die Drehzahl des Fahrzeugs handeln. Ein anderer zu berücksichtigender Betriebsparameter kann beispielsweise die das Fahrzeug umgebende Außentemperatur sein.
Zusammenfassend liegen die Vorteile der erfindungsgemäßen Lagerbüchse:

– in einer hohen Performance für Sport, Supersport- und Rennfahrzeuge, dadurch bessere Fahrergebnisse oder Rundenzeiten;
– in einer erhöhten Fahrsicherheit bei hoch dynamischen Prozessen wie z. B. bei Spurwechsel, Bremsen, Beschleunigen, Handling, Pendeln, Wedeln, etc;
– in einer besseren Abstimmung zwischen Komfort- und Sport-Modi.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die einzelnen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte Lagerbüchse im Längsschnitt;
2 die Lagerbüchse gem. 1 in Draufsicht;
3 eine schematisch dargestellte Schaltungsanordnung zur Regelung mehrerer Lagerbüchsen;
4 einen Querlenker mit erfindungsgemäßen Lagerbüchsen.
1 zeigt eine schematisch dargestellte Lagerbüchse 1. Die Lagerbüchse 1 weist einen aus einem elastischen Material bestehenden Grundkörper 2 auf. Der Grundkörper 2 wird von einem Metallkäfig 3 umgeben. Innerhalb des Grundkörpers 2 sind zwei Hohlkammern 4, 5 vorgesehen. Die Hohlkammern 4, 5 sind mit einer magnetorheologischen Substanz 6 gefüllt.
Zwischen dem Metallkäfig 3 und den Hohlkammern 4, 5 ist ein Spulenkörper 7 angeordnet, wobei der Spulenkörper 7 die Hohlkammern 4, 5 zumindest bereichsweise umgibt. Über nicht näher gezeigte Anschlussleitungen kann der Spulenkörper 7 mittel- oder unmittelbar an eine Energiequelle (Batterie) sowie ferner an ein fahrzeuginternes Bussystem angeschlossen werden. Die Energiequelle dient dabei der Erzeugung eines Magnetfeldes mittels des Spulenkörpers 7 im Bereich der Hohlkammern 4, 5 zur Aktvierung der magnetorheologischen Substanz 6. Über die Anschlussleitungen können der Lagerbüchse die zur Bestimmung des Härtegrads zu berücksichtigenden Informationen bzw. Daten (der zu berücksichtigenden Betriebsparameter) zugeführt werden.
Die Lagerbüchse 1 weist ferner eine Durchgangsöffnung 8 zum Durchtritt einer Befestigungsschraube 9 auf. Über die Befestigungsschraube 9 kann die Lagerbüchse 1 bzw. ein die Lagerbüchse 1 aufnehmender Querlenker an eine Umgebungsstruktur des Querlenkers befestigt werden.
2 zeigt die Lagerbüchse 1 gem. Fig. in einer Draufsicht. Der Querschnitt durch die Lagerbüchse zeigt den Grundkörper 2, den Metallkäfig 3, die Hohlkammern 4, 5, den Spulenkörper 7 sowie den Schaft 10 der Befestigungsschraube 9.
3 zeigt eine schematisch dargestellte Schaltungsanordnung S zur Regelung von zwei vorderen linken und rechten Lagerbüchsen (VL und VR) sowie zwei hinteren linken und rechten Lagerbüchsen (HL und HR). Die Schaltungsanordnung S umfasst ferner einen Mikroprozessor μP. Über den Mikroprozessor μP können die Lagerbüchsen VL, VR, HL, HR bzw. der Stromzufluss der Batterie B zur Beaufschlagung des Spulenkörpers und/oder die Verarbeitung der Daten bzw. Informationen des Bussystems BS (Can-Bus-Systems) geregelt werden.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Querlenker Q, insbesondere Hinterachsquerlenker, mit darin verbauten Lagerbüchsen 1', 1''. Die axiale Längserstreckung der Lagerbüchsen 1', 1'' entspricht im Wesentlichen der axialen Längserstreckung der Aufnahmeöffnungen 11, 12.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005031088 A1 [0003]
DE 3803802 C1 [0004]

Claims

Lagerbüchse (1, 1', 1''), insbesondere Lagerbüchse (1, 1', 1'') für einen in einem Kraftfahrzeug verbauten Querlenker (Q), wobei der Querlenker (Q) in Verbindung mit einem Federbeindom dazu ausgelegt ist, die beim Beschleunigen, Bremsen und Kurvenfahren auftretenden horizontalen Kräfte aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (1, 1', 1'') dazu ausgelegt ist, fahrsituationsbedingt mit Strom beaufschlagt zu werden, wobei in Folge der Bestromung der Härtegrad der Lagerbüchse (1, 1', 1'') bzw. des Querlenkers (Q) reversibel veränderbar ist.
Lagerbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (1, 1', 1'') einen aus einem elastischen Material, insbesondere Gummi, bestehenden Grundkörper (2) mit zumindest einer, mit einer magnetorheologischen Substanz (6) gefüllte, Hohlkammer (4, 5) aufweist, die zumindest bereichsweise von einem Spulenkörper (7) umgeben ist, welcher dazu ausgelegt ist, bei Bestromung ein Magnetfeld auf die Hohlkammer (4, 5) einwirken zu lassen.
Lagerbüchse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) zumindest bereichsweise von einem Metall- oder Kunststoffkäfig (3) umgeben ist.
Lagerbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) als flexibler Spulenkörper ausgebildet ist.
Lagerbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) als fester Spulenkörper ausgebildet ist.
Lagerbüchse nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der magnetorheologischen Substanz (6) um eine magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) handelt.
Lagerbüchse nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der magnetorheologischen Substanz (6) um ein magnetorheologisches Elatomer (MRE) handelt.
Lagerbüchse nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Querlenker (Q) zumindest eine regulierbare Lagerbüchse (1, 1', 1'') zugeordnet ist, wobei die Lagerbüchsen (1, 1', 1'') bzw. Querlenker (Q) dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit von zumindest einem über ein fahrzeuginternes Bussystem (BS) abrufbaren Betriebsparameter des Fahrzeugs, einzeln oder paarweise in ihrem Härtegrad verändert zu werden.
Lagerbüchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Betriebsparameter um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs handelt.
Lagerbüchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Betriebsparameter um die Quer- und/oder Längsbeschleunigung des Fahrzeugs handelt.
Lagerbüchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Betriebsparameter um die Drehzahl des Fahrzeugs handelt.
Lagerbüchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Betriebsparameter um die das Fahrzeug umgebende Außentemperatur handelt.