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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gummilager für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Gummilager, das in Fahrwerken von Straßenfahrzeugen verwendbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Gummilagern bekannt, die in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen einsetzbar sind. So sind für verschiedene Verbindungsstellen innerhalb des Fahrwerkes verschiedene Lager vorgesehen. Insbesondere werden zylindrische Gummilager verwendet, die als Verbindungselement zwischen einem unteren Querlenker und einem Vorderachsträger Verwendung finden. An dieser Stelle herrscht ein Zielkonflikt zur Auslegung des Gummilagers, da eine weiche Auslegung für geringe akustische Störungen benötigt wird, während eine sportliche Fahrweise gleichzeitig eine steife Auslegung des Gummilagers erfordern würde. Somit ist stets ein Zielkonflikt zwischen Komfort und Sportlichkeit vorhanden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gummilager bereitzustellen, das eine variable einstellbare Steifigkeit aufweist und das in Fahrzeugen einsetzbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Somit erfolgt die Lösung durch ein Gummilager zum Lagern eines ersten Objektes an einem zweiten Objekt. Das Gummilager umfasst einen Elastomerkörper, der zwischen das erste Objekt und das zweite Objekt einbringbar ist. Weiterhin umfasst das Gummilager eine Einstellvorrichtung zur Änderung einer Elastizität des Elastomerkörpers. Die Einstellvorrichtung umfasst einen Stempel, der gegen den Elastomerkörper pressbar ist. Durch eine Kompression des Elastomerkörpers ist damit eine Erhöhung der Steifigkeit des Gummikörpers möglich. Außerdem ist die Steifigkeit des Gummilagers durch den Grad des Anpressens des Stempels an den Elastomerkörper stufenlos einstellbar.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Vorteilhafterweise weist das Gummilager eine äußere Lagerbuchse und eine innere Lagerbuchse auf. Die äußere Lagerbuchse umgibt bevorzugt die innere Lagerbuchse, wobei die äußere Lagerbuchse die innere Lagerbuchse besonders vorteilhaft vollständig umschließt. Der Elastomerkörper ist zwischen der äußeren Lagerbuchse und der inneren Lagerbuchse angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Objekt an der äußeren Lagerbuchse anbringbar ist, während das zweite Objekt an der inneren Lagerbuchse anbringbar ist. Somit ist der Elastomerkörper zwischen das erste Objekt und das zweite Objekt einbringbar.
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Besonders vorteilhaft ist die äußere Lagerbuchse derart ausgestaltet, dass diese, insbesondere in einer Umfangsfläche, eine Öffnung aufweist. Durch die Öffnung ist bevorzugt der Stempel führbar. Somit ist der Stempel durch die äußere Lagerbuchse durchführbar, um auf den zwischen äußerer Lagerbuchse und innerer Lagerbuchse gelegenen Elastomerkörper einzuwirken. Da der Elastomerkörper von der inneren Lagerbuchse und der äußeren Lagerbuchse gehalten ist, findet somit eine Kompression des Elastomerkörpers statt. Auf diese Weise ist eine Steifigkeit des Gummilagers veränderbar.
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Schließlich ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die äußere Lagerbuchse hohlzylinderförmig ist. Dabei ist der Stempel bevorzugt senkrecht zu einer Mittelachse der äußeren Lagerbuchse verschiebbar. Insbesondere ist vorgesehen, dass auch die innere Lagerbuchse und/oder der Elastomerkörper hohlzylinderförmig ausgestaltet sind. Dabei weisen die äußere Lagerbuchse, die innere Lagerbuchse und der Elastomerkörper eine gemeinsame Mittelachse auf. Der Stempel ist somit senkrecht zu dieser gemeinsamen Mittelachse verschiebbar. Auf diese Weise kann der Stempel sehr einfach gegen den Elastomerkörper gepresst werden.
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Die Einstellvorrichtung umfasst bevorzugt einen Elektroantrieb. Mit dem Elektroantrieb ist der Stempel über ein Getriebe antreibbar. Insbesondere ist der Stempel über den Elektroantrieb und das Getriebe linear verschiebbar.
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In einer weiteren Alternative ist der Elastomerkörper des Gummilagers von einem hydraulisch angetriebenen Kolben kompressierbar. Ein Hydraulikkolben erlaubt im Gegensatz zu dem zuvor genannten Stempel eine höhere Vorspannkraft, wodurch eine höhere Bandbreite bei der Veränderung der Steifigkeit des Gummilagers realisierbar ist.
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Bevorzugt ist der Elektroantrieb ein Rotationsmotor. Somit ist das Getriebe vorteilhafterweise ausgebildet, aus der Rotation des Rotationsmotors eine lineare Verschiebung des Stempels zu wandeln. In einer Alternative kann der Elektroantrieb auch ein Linearantrieb sein. In diesem Fall wird das Getriebe nicht zum Wandeln einer Rotation in eine Translation benötigt, sondern lediglich zur Übersetzung von Kraft und/oder Verfahrweg.
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Das Getriebe ist besonders vorteilhaft selbsthemmend. Somit wird der Elektroantrieb lediglich zum Verschieben des Stempels benötigt, wobei das Getriebe den Stempel in der verschobenen Position hält. Ein Halten des Stempels durch den Elektroantrieb ist damit nicht erforderlich. Der Elektroantrieb benötigt daher nur eine geringe Energie und ist einfach und kostengünstig auszulegen und damit herzustellen.
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Das Getriebe umfasst vorteilhafterweise ein Rollengewinde oder ein Kugelgewinde. Beide Gewindearten weisen den Vorteil auf, dass eine Rotation in eine Translation wandelbar ist, wobei eine Reibung des Getriebes minimiert ist. Gleichzeitig weisen Rollengewinde oder Kugelgewinde Selbsthemmung auf, sodass die zuvor beschriebenen Vorteile vorhanden sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Lenker, vorzugsweise einen Querlenker, für ein Fahrzeug. Der Lenker umfasst ein Gummilager wie zuvor beschrieben, wobei der Elastomerkörper und die Einstellvorrichtung unabhängig voneinander an dem Lenker befestigt sind. Somit ist eine separate Montage von Elastomerkörper und Einstellvorrichtung ermöglicht. Dies vereinfacht die Montage des Lenkers, wodurch der Lenker einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Zuletzt betrifft die Erfindung ein Fahrwerk für ein Fahrzeug. Das Fahrwerk weist ein Gummilager wie zuvor beschrieben oder einen zuvor genannten Lenker auf. Durch die Einstellbarkeit der Steifigkeit des Gummilagers eignet sich des Gummilager oder der Lenker idealerweise zur Verwendung in einem Fahrwerk eines Fahrzeuges. So lässt sich das Fahrwerk auf einfache Art und Weise zwischen einer harten Federung und einer weichen Federung umschalten, sodass einfach und schnell zwischen den Fahrwerks-Auslegungskonzepten sportlich und komfortabel gewechselt werden kann.
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Die Erfindung umfasst außerdem die folgenden Gummilager:
In einer Alternative weist das Gummilager einen Elastomerkörper sowie ein innerhalb des Elastomerkörpers angeordnetes Piezoelement auf. Durch Ansteuerung des Piezoelements kann dieses vergrößert werden, wodurch eine Vorspannung innerhalb des Elastomerkörpers entsteht. Auf diese Weise ist die Steifigkeit des Elastomerkörpers und damit die Steifigkeit des Gummilagers einstellbar.
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Außerdem ist eine Alternative möglich, in der eine Geometrie durch einschiebbare Ringe veränderbar ist. Dafür befindet sich auf jeder Seite des Gummilagers ein Ring, der in eine dem Ring entsprechende Aussparung im Elastomerkörper eingeschoben werden kann. Die Ringe haben zur Führung auf einer Außenseite Kontakt mit dem Lagergehäuse. Die Innenseite der Ringe hat Kontakte zu dem Elastomerkörper. Sind die Ringe nicht vollständig in das Lager eingeführt, so wird die für die Ringe vorhandene Aussparung je nach Belastung des Gummilagers von dem Elastomerkörper genutzt. Sind die Ringe eingeschoben, so verringert sich die Bewegungsfreiheit des Elastomerkörpers. In diesem Fall wird die Bewegung des Elastomerkörpers direkt durch die Ringe gestört, was einen Anstieg der Steifigkeit des Gummilagers zur Folge hat. Mittels eines Hebels auf jeder Seite des Gummilagers sind die Ringe in den Elastomerkörper hineinfahrbar und herausfahrbar.
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In einer weiteren Alternative ist ein magnetorheologisches Elastomer zur Verwendung des Elastomerkörpers möglich. Dazu werden in dem Elastomerkörper magnetisch polarisierbare Teile eingelagert. Dies hat zur Folge, dass durch das Anlegen eines Magnetfelds der Schubmodul des Elastomerkörpers verändert werden kann. Da der Schubmodul ausschlaggebend für die Steifigkeit des Elastomerkörpers und damit des Gummilagers ist, ist durch das Magnetfeld die Steifigkeit einstellbar.
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Ebenso kann zur Verwendung des Elastomerkörpers ein dielektrisches Elastomer verwendet werden. Dazu wird der Elastomerkörper mit flexiblen Elektroden beschichtet, an die eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Die Elektroden üben Anziehungskräfte aufeinander aus, sodass der Elastomerkörper komprimierbar ist. Der Elastomerkörper kann daher vorgespannt werden, wodurch ein Steifigkeitsanstieg des Gummilagers erzeugbar ist.
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Weiterhin kann das gesamte Gummilager drehbar angeordnet sein. In diesem Fall ist der Elastomerkörper derart ausgebildet, dass dieser in unterschiedliche Richtungen unterschiedliche Steifigkeiten aufweist. Da insbesondere bei Fahrwerken von Landfahrzeugen eine Belastung des Gummilagers in vorwiegend einer Richtung zu erwarten ist, kann somit durch Drehen des Gummilagers die Steifigkeit des gesamten Gummilagers in der zu erwartenden Belastungsrichtung verändert werden. Das Gummilager muss dazu drehbar an dem ersten Objekt und an dem zweiten Objekt gelagert sein. Die unterschiedlichen Steifigkeiten innerhalb des Elastomerkörpers sind vorteilhafterweise durch Aussparung des Elastomerkörpers oder durch Einsätze in den Elastomerkörper realisierbar.
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In einer anderen Alternative ist nicht das gesamte Gummilager, sondern lediglich zumindest ein Versteifungselement innerhalb des Gummilagers verschiebbar. Dazu weist der Elastomerkörper vorteilhafterweise umlaufende Aussparungen auf. Innerhalb dieser Aussparungen sind versteifende Elemente vorhanden, die innerhalb der Aussparung verschiebbar sind, um somit eine Steifigkeit des Elastomerkörpers und damit des Gummilagers anzupassen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Schlauch innerhalb des Elastomerkörpers verläuft. Der Schlauch kann einem variablen Druck ausgesetzt werden, wodurch der Elastomerkörper vorspannbar ist. Die Druckbeaufschlagung des Schlauches kann beispielsweise durch Pneumatik oder Hydraulik erfolgen. Durch die Vorspannung des Elastomerkörpers ist wiederum das Gummilager in seiner Steifigkeit einstellbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen sind:
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1 eine erste schematische Darstellung eines Querlenkers mit einem Gummilager gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine zweite schematische Darstellung eines Querlenkers mit einem Gummilager gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine dritte schematische Darstellung eines Querlenkers mit einem Gummilager gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine schematische Ansicht eines Fahrwerkes mit einem Querlenker mit Gummilager gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt schematisch ein Gummilager 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in einem Querlenker 11 angeordnet ist. Die 2 und 3 zeigen weitere Ansichten des Gummilagers 1 sowie des Querlenkers 11. Das Gummilager 1 umfasst einen Elastomerkörper 2 und eine Einstellvorrichtung 3. An dem Gummilager 1 sind ein ersten Objekt und ein zweites Objekt lagerbar, wobei der Querlenker 11 das erste Objekt darstellt.
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Das Gummilager 1 umfasst weiterhin eine äußere Lagerbuchse 5 und eine innere Lagerbuchse 6, wobei die äußere Lagerbuchse 5 hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Die äußere Lagerbuchse 5 umgibt somit die innere Lagerbuchse 6 und den Elastomerkörper 2. Der Elastomerkörper 2 ist unmittelbar zwischen der äußeren Lagerbuchse 5 und der inneren Lagerbuchse 6 angeordnet. Die innere Lagerbuchse 6 weist zumindest eine zylinderförmige Ausnehmung auf, in der das zweite Objekt 12 (vgl. 4) lagerbar ist.
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Eine Steifigkeit des Gummilagers 1 ist durch Änderung der Steifigkeit des Elastomerkörpers 2 einstellbar. Dazu ist die Einstellvorrichtung 3 vorhanden. Die Einstellvorrichtung 3 umfasst einen Stempel 4, der durch eine Öffnung 7 in der Umfangsfläche der äußeren Lagerbuchse 5 durchführbar ist. Somit ist der Stempel 4 auf den innerhalb der äußeren Lagerbuchse 5 gelegenen Elastomerkörper 2 pressbar.
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Das Aufpressen des Stempels 4 auf den Elastomerkörper 2 bewirkt eine Vorspannung des Elastomerkörpers 2, da dieser umlaufend von der äußeren Lagerbuchse 5 gehalten ist. Somit vergrößert sich eine Steifigkeit des Elastomerkörpers 2, wodurch sich auch die Steifigkeit des Gummilagers 1 vergrößert.
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Der Stempel 4 ist von einem Elektroantrieb 8 und einem Gewinde 9 bewegbar. Der Elektroantrieb 8 ist insbesondere ein Rotationsmotor, sodass eine Rotation des Rotationsmotors von dem Gewinde 9 in eine Translation des Stempels 4 gewandelt wird. Der Stempel 4 ist schließlich innerhalb eines Gleitlagers 15 gelagert, sodass dieser eine translatorische Bewegung ausführen kann.
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Das Gewinde 9 ist insbesondere ein Rollengewinde oder ein Kugelgewinde. Beide Gewindearten weisen geringe Reibungsverluste auf und ermöglichen vorteilhafterweise die Wandlung einer Rotation in eine Translation. Außerdem ist das Gewinde 9 bevorzugt selbsthemmend, sodass der Stempel 4 in derjenigen Position verbleibt, in die der Stempel 4 verfahren wurde. Somit wird der Elektroantrieb 8 auch dann nicht zum Halten des Stempels 4 benötigt, wenn dieser eine Kraft auf den Elastomerkörper 2 ausübt. Die Gegenkraft des Elastomerkörpers 2 wird vielmehr durch die selbsthemmende Wirkung des Gewindes 9 aufgenommen. Der Elektroantrieb 8 kann daher sehr energiesparend betrieben werden, da Energie lediglich zum Verfahren, nicht jedoch zum Halten, des Stempel 4 benötigt wird.
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Ein Vorteil des Gummilagers 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die separate Montierbarkeit von Elastomerkörper 2 und Einstellvorrichtung 3 an dem Querlenker 11. So lässt sich der Elastomerkörper 2 zusammen mit der inneren Lagerbuchse 6 und der äußeren Lagerbuchse 5 innerhalb eines Lagersitzes des Querlenkers 11 montieren, während die Einstellvorrichtung 3 über Befestigungselemente 13 an dem Querlenker 11 befestigbar ist. Somit lässt ich das Gummilager 1 in mehreren Teilschritten an dem Querlenker 11 befestigen, was die Montage des Gummilagers 1 an dem Querlenker 11 deutlich vereinfacht. Bei den Befestigungselementen 13 handelt es sich insbesondere um Befestigungsklammern, wobei für einen reibungsarmen Betrieb insbesondere vorgesehen ist, dass das Getriebe 9 über Schrägrollenlager 14 an zumindest einem Befestigungselement 13 gelagert ist.
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4 zeigt den Querlenker 11 mit dem Gummilager 1 innerhalb eines Fahrwerkes 16 eines Fahrzeuges. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist als zweites Objekt 12 ein weiterer Fahrwerksbereich des Fahrwerkes 16 an dem Querlenker 11 über das Gummilager 1 gelagert. Der Querlenker 11 wiederum ist an einer Radaufhängung 17 angeordnet.
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Das Gummilager 1 ist idealerweise für die Verwendung innerhalb des Fahrwerkes 16 angepasst. So lässt sich durch Aktivieren des Elektroantriebes 8 der Stempel 4 verschieben, indem das Getriebe 9 eine Rotation des Elektroantriebes 8 in eine Translation des Stempels 4 umwandelt. Durch das Einpressen des Stempels 4 in den Elastomerkörper 2 verändert sich dessen Steifigkeit, wobei insbesondere die Steifigkeit des Elastomerkörpers 2 und damit des Gummilagers 1 durch Einpressen des Stempels 4 erhöht wird. Ein Entfernen des Stempels 4 aus dem Elastomerkörper 2 bewirkt daher eine Verringerung der Steifigkeit des Gummilagers 1.
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Das Fahrwerk 16 kann daher derart ausgelegt sein, dass dieses sehr weich ist, das bedeutet, dass das Gummilager 1 eine geringe Steifigkeit aufweist. In diesem Fall ist ein Fahrkomfort erhöht, da Unebenheiten und/oder Schläge auf die Radaufhängung 17 durch das weiche Gummilager 1 absorbiert werden. Soll das Fahrwerk 16 auf sportliche Fahrweise umgeschaltet werden, so wird eine steife Auslegung des Gummilagers 1 benötigt. In diesem Fall wird der Stempel 4 auf den Elastomerkörper 2 aufgepresst, sodass die Steifigkeit des Gummilagers 1 ansteigt. In diesem Fall ist eine steife Fahrwerksauslegung vorhanden.
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Das erfindungsgemäße Gummilager 1 ermöglicht daher den lange geforderten Zielkonflikt zwischen einer komfortablen und einer sportlichen Fahrwerksabstimmung auf überraschend einfache Art und Weise zu lösen. Des Gummilager 1 ist einfach und kostengünstig herstellbar und damit zur Anwendung in Landfahrzeugen idealerweise geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gummilager
- 2
- Elastomerkörper
- 3
- Einstellvorrichtung
- 4
- Stempel
- 5
- Äußere Lagerbuchse
- 6
- Innere Lagerbuchse
- 7
- Öffnung
- 8
- Elektroantrieb
- 9
- Getriebe
- 10
- Fahrwerk
- 11
- Erstes Objekt (Querlenker)
- 12
- Zweites Objekt
- 13
- Befestigungselement
- 14
- Rollenlager
- 15
- Gleitlager
- 16
- Radaufhängung
