DE102013103825A1

DE102013103825A1 - Strebenelement für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102013103825A1
Application number: DE102013103825.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Baum
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strebenelement (1) zur Verbindung von tragenden Bauteilen einer Karosserie eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei das Strebenelement (1) zwischen einander beabstandet zugeordneten Tragepunkten (6; 9) der Karosserie und/oder des Fahrwerks angeordnet und in Art einer mit einer Druckflüssigkeit füllbaren Kolben-Zylinder-Baueinheit aufgebaut ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strebenelement zur Verbindung von tragenden Bauteilen einer Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und ein entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Derartige Strebenelemente werden bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen zur zusätzlichen Versteifung der Karosserie eingesetzt; sie sollen die vom Fahrwerk ausgehenden, über die Feder- und Dämpferelemente auf die Karosserie einwirkenden Kräfte und Schwingungen aufnehmen und möglichst abbauen.
Aus dem Stand der Technik sind zu dieser Anwendung Strebenelemente in vielfältiger Bauweise und in verschiedenen möglichen Anordnungen bekannt. Überwiegend sind es starre Streben, die an beabstandeten Tragepunkten der Karosserie, z.B. an den Befestigungspunkten für die Feder- und Dämpfungselemente des Fahrwerks (= Federbein-Dom) befestigt werden sollen.
Solche Konstruktionen sind z.B. aus der DE 92 07 011 U1 , der DE 10 2006 008 667 A1 , der DE 103 35 666 A1 und der EP 1 388 486 B1 bekannt. Aus den beiden Druckschriften DE 10 2007 019 062 A1 und DE 10 2010 009 095 A1 sind Strebenelemente bekannt, bei denen zur Gewichtsersparnis und Platzgewinnung vorgeschlagen wird, die wiederum starre Strebenkonstruktion mit Hohlräumen zu versehen, in denen Betriebsstoffe aufgenommen werden können.
Aus dem Stand der Technik im Bereich des Fahrzeugbaus sind ferner Konstruktionen von Dämpfern bekannt, die als Dämpfungsmedium ein elektro-/magneto-rheologisches Medium enthalten. Bei diesen Dämpfern kann der Dämpfungseffekt durch Änderung des Magnetfelds im Dämpfungsmedium verändert werden: mit einer Elektrospule werden die Partikel im elektro-/magneto-rheologischen Medium in ihrer Polarisierung verändert; mit steigender Feldstärke des Magnetfeldes wird das Medium dickflüssiger, u.U. bis zur Erstarrung. Solche Veränderungen sind innerhalb von Millisekunden realisierbar. Entsprechende Dämpfer sind z.B. in der DE 602 11 638 T2 , in der DE 10 2007 042 910 A1 und in der JP 2007 038966 A1 näher beschrieben worden.
Aus dem Stand der Technik – JP 2008 207646 A – ist ferner ein Strebenelement bekannt, an den Federbein-Domen angreift und in das zusätzlich ein mechanisches Dämpfungsglied integriert ist.
Weiterhin ist aus der JP 05319307 A der Einbau einer Motor-Vibrator-Einheit in ein an den Federbein-Domen angreifendes Strebenelement zur Geräusch- und Vibrationsdämpfung bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Strebenelement zu schaffen, das unter veränderten Einsatzbedingungen und Einsatzanforderungen in einem möglichst großen Bereich veränderbare Eigenschaften in Bezug auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs anzubieten in der Lage ist.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass das Strebenelement zwischen einander beabstandet zugeordneten Tragepunkten der Karosserie und/oder des Fahrwerks angeordnet und in Art einer mit Druckflüssigkeit füllbaren Kolben-Zylinder-Baueinheit aufgebaut ist.
Eine besonders einfache Ausführung des Gegenstandes der Erfindung ergibt sich dann, wenn das Strebenelement aus zwei teilweise ineinander axial verschieblich gelagerten hülsenartigen Hohlkörpern besteht, deren ineinander verschiebbare Enden einerseits mit einem Kolben und andererseits mit einem mit diesem Kolben zusammenwirkenden Zylinder ausgeführt sind. Dabei kann der Zylinder des Hohlkörpers mit einer Druckflüssigkeit gefüllt sein.
In einer bevorzugten Anwendung des Gegenstandes der Erfindung sind die hülsenartigen Hohlkörper, die axial verschieblich ineinander gelagert sind, als Zylinderrohr ausgeführt. Um eine besonders sensible und schnelle Anpassung im Betrieb erreichen zu können, ist es zweckmäßig, die Zylinderrohre bzw. deren Kolben und den mit Druckmittel befüllten Zylinder kugel-gelagert ineinander axial verschieblich anzuordnen.
Idealerweise wird bei einer solchen Strebenkonstruktion nach der Erfindung die Kolben-Zylinder-Baueinheit mit einer elektro-/magneto-rheologischen Flüssigkeit befüllt. Um die besonderen Vorteile dieses Fluids beim Gegenstand der Erfindung in Anwendung zu bringen, ist es zweckmäßig, im Bereich des mit diesem Fluid befüllten Zylinders eine Elektro-Spule zum Anlegen eines Magnetfelds und damit zur Polarisierung der im Fluid enthaltenen Partikel vorzusehen. Damit kann im Millisekundenbereich die Viskosität des Fluids verändert werden. In der Folge davon kann das Verhalten des Strebenelements nach der Erfindung und damit dessen Einfluss auf die Karosserie-Steifigkeit von flexibel- weich-komfortabel bis steif bzw. sportlich verändert werden.
Für den Fachmann versteht es sich von selbst, dass die Variabilität in der Einstellung des Strebenelements vom Füllvolumen des Druckflüssigkeitszylinders abhängig ist. Diese Variabilitätsbreite kann aber zusätzlich erweitert werden über ein mit dem Zylinder in Verbindung stehenden Ausgleichsbehälter, der über eine steuerbare By-Pass-Leitung befüllt und wieder entleert werden kann.
Tragepunkte im Sinne des Erfindungsgegenstands an der Karosserie und/oder am Fahrwerk für solche Strebenelemente können in bevorzugter Weise die an der Karosserie angeformten Federbein-Dome zur Befestigung von Federbeinen bzw. Dämpfern sein. Es ist jedoch für den Fachmann selbsterklärend, dass auch beliebige andere Tragepunkte an der Karosserie zu ihrer Versteifung für solche Strebenelemente Verwendung finden können. So ist es z.B. denkbar, dass in Sport- und/oder Rennfahrzeugen Überrollbügel bzw. Überrollkäfige mit entsprechenden Strebenelementen nach der Erfindung ausgestattet werden, womit wiederum dynamisch Einfluss auf die Karosserie-Steifigkeit genommen werden kann.
Bei Veränderung der Einstellung bzw. bei Verschiebung der Zylinderrohre ineinander ist eine Rückstellung in die Ausgangsposition in einfacher Weise dadurch zu bewirken, dass Kolben und/oder Zylinder unter dem definierten Druck einer Rückstellfeder in ihre Ausgangsposition zurückgebracht werden.
Die Einstellung des Systems von „starr/steif/sportlich“ über Zwischenpositionen auf „weich/flexibel/komfortabel“ kann in bekannter Weise manuell über Schaltfunktionen vom Fahrer aus ausgewählt werden. Bei modernen Fahrzeugen denkbar ist aber auch, dass über Steuer- und Auswertungsgeräte (z.B. ESP) über Sensoren erfasste Informationen zu Quer-/Längs-Beschleunigungswerten und der Gier-Rate zur Einstellung des Strebenelements nach der Erfindung herangezogen werden und die Regelung dann automatisch erfolgt: eine Bestromung der Elektro-Spule erfolgt nur dann, wenn die Steuergeräte eine hohe Fahrdynamik erkennen und eine Versteifung der Karosserie damit wünschenswert erscheint. Umgekehrt wird im Normalbetrieb kein Strom angelegt, so dass z.B. über die By-Pass-Leitung Druckflüssigkeit in den Ausgleichsbehälter abfließen kann und somit das System „weicher“ wird. Es versteht sich von selbst, dass sowohl bei einer Von-Hand-Einstellung als auch bei einem Eingriff über die erfassten Fahrdynamik-Daten über ein Steuergerät mit einem solchen System eine große Variabilität erreichbar ist.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands dargestellt. Anhand dieses Ausführungsbeispiels sollen nachfolgend die Merkmale der Erfindung näher beschrieben werden.
Die Zeichnung zeigt ein Strebenelement 1, das aus einem Durchmesser-größeren Zylinderrohr 2 und einem in diesem Zylinderrohr 2 axial verschieblich gelagerten Durchmesser-kleineren Zylinderrohr 3 aufgebaut ist. Das Zylinderrohr 2 ist mit einem Schwenk- oder Kugel-Gelenk 4 an einem Trageteil 5 gelagert. Dieses Trageteil 5 ist an einem Teil des Aufbaus der Fahrzeug-Karosserie festgelegt; dabei kann es sich z.B. um den Federbein-Dom 6 des Fahrzeuges handeln, an dem Federbein und/oder Dämpfer gelagert sind. In entsprechender Weise ist das Ende des Durchmesser-kleineren Zylinderrohrs 3 in einem Schwenk-/Kugel-Gelenk 7 gelagert, das Teil eines Trageteils 8 ist, das wiederum z.B. am Federbein-Dom 9 festgelegt ist.
Das freie des Durchmesser-kleineren Zylinderrohrs 3 ist als Kolben 3.1 ausgebildet, der in einem entsprechenden Zylinderraum 10 axial beweglich gelagert ist. Der Zylinderraum 10 ist als Teil des Durchmesser-größeren Zylinderrohrs 2 ausgeführt und mit einer Druckflüssigkeit befüllt.
Idealerweise wird die Axialverschiebung des Kolbens unterstützt durch eine Kugellagerung 11, um ein besonders sensibles Ansprechen der Einheit bei einer gewünschten Axialverschiebung zu ermöglichen.
Im Bereich des Zylinderraums 10 ist eine Elektro-Spule 12 angeschlossen.
Die Verschiebung des Kolbens 3.1 bzw. des Zylinderrohrs 3 in axialer Richtung kann gegen die Kraft einer Rückstellfeder 13 ausführbar sein. Mit der Rückstellfeder 13 wird der Kolben 9 bzw. das Zylinderrohr 3 ggf. wieder in die Ausgangslage zurück gedrückt.
Der Zylinderraum 10 ist über eine By-Pass-Leitung 14 mit einem Ausgleichsbehälter (nicht dargestellt) in Verbindung, über die Druckflüssigkeit bei einem gegeneinander Verschieben von Zylinderrohr 2 und Zylinderrohr 3 aus dem Zylinderraum 10 in den Ausgleichsbehälter abfließen kann.
Ein so aufgebautes Strebenelement kann in einfacher Weise manuell durch den Fahrer gesteuert werden. Es ist aber wie bereits erwähnt auch denkbar, dass das Strebenelement in das Fahrdynamik-Regelungssystem (ESP) integriert arbeitet und entsprechend der Auswertung der Fahrdynamik-Werte wie Quer-, Längsbeschleunigung und Gier-Rate zu- oder abgeschaltet wird. Dies ist in der Zeichnung schematisch durch ein Steuergerät 15 angedeutet, mit dem z.B. zusätzlich auch die Position des Kolbens 3.1 bzw. des Zylinderrohrs 3 erfassbar ist.
Die Druckflüssigkeit im Zylinderraum 10 beim Ausführungsbeispiel ist eine elektro-/magento-rheologische Flüssigkeit, die beim Anlegen eines Magnetfelds (über die Elektro-Spule 12 am Zylinderraum 10) dickflüssig wird bis zur totalen Inkompressibilität und bis zur Verhinderung ihres Abflusses über die By-Pass-Leitung 14 in den Ausgleichsbehälter. Die inkompressible Druckflüssigkeit blockiert damit Axialbewegungen zwischen den Zylinderrohren 2 und 3 weitgehend bzw. vollständig, was zur Folge hat, dass das Strebenelement 1 als starre Verbindung zwischen den beiden Federbein-Domen 6 und 9 wirkt und damit zu einer Versteifung des Aufbaus des Fahrzeugs beiträgt. Liegt keine elektrische Spannung an, wird bei vom Fahrwerk ausgehendem Zug bzw. Druck auf die Federbein-Dome 6 bzw. 9 Zug bzw. Druck auf das Strebenelement 1 ausgeübt. Dies führt zu einer Kompression der nicht polarisierten elektro-/magneto-rheologischen Druckflüssigkeit bzw. zum Verdrängen von Druckflüssigkeit aus dem Zylinder über die By-Pass-Leitung 14 in einen Ausgleichsbehälter. Beim Nachlassen der einwirkenden Kräfte stellt sich das System automatisch wieder in die Ausgangsposition zurück oder es wird der Kolben 3.1 unter Einwirkung des Drucks der Rückstellfeder 13 in die Ausgangsposition zurück gedrängt.
Bei einem Kraftfahrzeug, das mit Strebenelementen nach der Erfindung ausgestattet ist, kann entweder durch die Wahl des Fahrers von Hand oder über die Anwendung entsprechender Werte zur Fahrdynamik eine Anpassung der Steifigkeit des Strebenelements erfolgen. Das gilt natürlich in bevorzugter Weise für die Fahrwerkseinstellung; ebenso denkbar sind aber bei Sport- bzw. Rennfahrzeugen entsprechende Abstimmungen bei Überrollbügeln und Überrollkäfigen erreichbar. Durch die große Variabilität des Systems, die sich für den Fachmann aus der vorstehenden Beispielsbeschreibung erläutert, können Kraftfahrzeuge an breite Einsatzbedingungen und Einsatzanforderungen angepasst werden. Jedenfalls eröffnet dieses System zusätzliche Anpassungsmöglichkeiten z.B. in Ergänzung zu verstellbaren Dämpfern usw.
Bezugszeichenliste

1: Strebenelement
2: Zylinderrohr
3: Zylinderrohr
3.1: Kolben
4: Schwenk-/Kugel-Gelenk
5: Trageteil
6: Federbein-Dom
7: Schwenk-/Kugel-Gelenk
8: Trageteil
9: Federbein-Dom
10: Zylinderraum
11: Kugellager
12: Elektro-Spule
13: Rückstellfeder
14: By-Pass-Leitung
15: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 9207011 U1 [0004]
DE 102006008667 A1 [0004]
DE 10335666 A1 [0004]
EP 1388486 B1 [0004]
DE 102007019062 A1 [0004]
DE 102010009095 A1 [0004]
DE 60211638 T2 [0005]
DE 102007042910 A1 [0005]
JP 2007038966 A1 [0005]
JP 2008207646 A [0006]
JP 05319307 A [0007]

Claims

Strebenelement (1) zur Verbindung von tragenden Bauteilen einer Karosserie eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Strebenelement (1) zwischen einander beabstandet zugeordneten Tragepunkten (6; 9) der Karosserie und/oder des Fahrwerks angeordnet und in Art einer mit einer Druckflüssigkeit füllbaren Kolben-Zylinder-Baueinheit aufgebaut ist.
Strebenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strebenelement (1) aus zwei teilweise ineinander axial verschieblich gelagerten, hülsenartigen Hohlkörpern (2) und (3) besteht, deren ineinander verschiebbare Enden des einen Hohlkörpers (3) als Kolben (3.1) und des anderen, damit zusammenwirkenden Hohlkörpers (2) als Zylinderraum (10) ausgeführt ist.
Strebenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (10) des Hohlkörpers (2) mit Druckflüssigkeit füllbar ist.
Strebenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hülsenartigen Hohlkörper Zylinderrohre (2; 3) sind.
Strebenelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderrohre (2; 3) kugelgelagert ineinander axial verschiebbar sind.
Strebenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3.1) unter Federdruck (Rückstellfeder 13) in seine Ausgangslage zurückstellbar ist.
Strebenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Baueinheit als Druckflüssigkeit eine elektro-/magneto-rheologische Flüssigkeit enthält.
Strebenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des mit Druckflüssigkeit gefüllten Zylinderraums (10) eine Elektro-Spule (12) angeordnet ist.
Strebenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (10) über eine steuerbare By-Pass-Leitung (14) mit einem Ausgleichsbehälter für die Druckflüssigkeit verbindbar ist.
Strebenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Tragepunkte (6; 9) für die Anordnung des Strebenelements (1) Federbein-Dome verwendet werden.
Kraftfahrzeug mit einem Strebenelement zur Verbindung von tragenden Bauteilen der Karosserie und/oder des Fahrwerks eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Strebenelement (1) eine mit elektro-/magneto-rheologischer Flüssigkeit gefüllte Kolben-Zylinder-Baueinheit ist.