DE102015214519B4 - Schaltbare Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Lagerbuchse (1) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lagerbuchse (1) eine Welle (2) und eine Nabe (3) sowie ein radial dazwischen angeordnetes Elastomerelement (4) umfasst, wobei die Lagerbuchse (1) zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist, die Nabe (3) einen Grundkörper (5) und mehrere kreisförmig in dem Grundkörper (5) angeordnete, radial verstellbare Stempel (6a, 6b) aufweist, wobei die Stempel (6a, 6b) zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse (1) mit dem Elastomerelement (4) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement (4) sternförmig ausgebildet ist und mindestens vier Radialelemente (7a–7d) aufweist, wobei die mindestens vier Radialelemente (7a–7d) in einer jeweiligen im Wesentlichen komplementär dazu ausgebildeten Aussparung (8a–8d) am Grundkörper (5) angeordnet sind und über den jeweiligen Stempel (6a–6d) zur Steifigkeitserhöhung der Lagerbuchse (1) stauchbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lagerbuchse eine Welle und eine Nabe sowie ein radial dazwischen angeordnetes Elastomerelement umfasst, wobei die Lagerbuchse zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist.
  • Gebiet der Erfindung
  • Der Aufbau und die sich daraus ergebenden Betriebsdaten von Lagerbuchsen, die in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, beeinflussen die Fahr- und Lenkeigenschaften des Kraftfahrzeugs. Relativ geringfügige Änderungen an einer Federkonstante oder Steifigkeit der Lagerbuchsen können erhebliche Auswirkungen auf die Fahrzeugeigenschaften, wie beispielsweise das Unter- oder Übersteuerungsverhalten sowie Fahrgestellgeräusche, Vibrationen und Laufhärte haben. Je nach Einstellung der Lagerbuchse weist das Kraftfahrzeug ein relativ ”weiches” oder ein relativ ”hartes” Laufverhalten auf.
  • Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik sind im Fahrwerksbereich eines Kraftfahrzeugs unterschiedliche Lagerbuchsen bekannt. Zum einen sind rein mechanische Lagerbuchsen bzw. Gummilager bekannt, die über eine definierte Steifigkeit verfügen. Des Weiteren sind hydraulisch gedämpfte Fahrwerksbuchsen mit festgelegter oder variabler Steifigkeit bekannt. Darüber hinaus sind Lager mit magnetorheologischen Flüssigkeiten oder magnetorheologischen Elastomeren bekannt, wobei die Steifigkeit über ein magnetisches Feld variiert werden kann.
  • Beispielsweise offenbart die DE 696 22 141 T2 ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung einer Federungsbuchse mit variabler Steifigkeit zur Kontrolle der relativen Bewegung zwischen einem Fahrwerkslenker in einem Kraftfahrzeug und einem Rahmenbauteil des Kraftfahrzeuges. Die Federungsbuchse weist eine variable Steifigkeit auf, die dadurch realisiert wird, dass ein magnetorheologisches Elastomer oder Gel eingeschlossen ist, dessen Steifigkeit über einen weiten Bereich veränderlich einstellbar ist, und zwar durch ein steuerbares magnetisches Feld. Das veränderliche steuerbare Magnetfeld wird mittels einer Elektromagnetstruktur erzeugt, die als Teil der Struktur vollständig in eine Federungsbuchsenstruktur integriert ist.
  • Die JP H05-202 985 A beschreibt eine Lagerbuchse für Kraftfahrzeuge, deren Steifigkeit veränderbar ist. Hierzu weist die Lagerbuchse elektrostriktione Elemente auf, welche zwischen Metallbeschlägen angeordnet sind, die über Elastomerelemente miteinander verbunden sind. Zur Steifigkeitsänderung werden die elektostroktions Elemente über einen Aktuator angesteuert.
  • Aus der DE 103 51 574 A1 ist eine Lagerbuchse für Kraftfahrzeuge bekannt, deren Steifigkeit veränderbar ist. Die Lagerbuchse weist Elastomerelemente auf, deren Stützelemente gegenüberliegen. Zur Steifigkeitsänderung kann eines der Stützelemente angesteuert und verschoben werden, dass es pressend auf die Lagerwand der Lagerbuchse einwirkt.
  • Aufgabenstellung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lagerbuchse mit einstellbarer Steifigkeit für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs weiterzuentwickeln.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Erfindungsgemäß weist die Nabe einen Grundkörper und mehrere kreisförmig in dem Grundkörper angeordnete, radial verstellbare Stempel auf, wobei die Stempel zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse mit dem Elastomerelement zusammenwirken. Mit anderen Worten ist das Elastomerelement radial um die Welle ausgebildet und kommt radial an den Stempeln zur Anlage. In einem ersten Schaltzustand der Lagerbuchse liegt das Elastomerelement lediglich an den Stempeln an, ohne dabei gestaucht zu werden. Bei einer Belastung der Lagerbuchse verschiebt sich die Welle relativ zur Nabe, wobei das Elastomerelement einen maximalen Verformungspuffer aufweist. Dadurch wird eine geringe Steifigkeit der Lagerbuchse realisiert, wobei ein komfortables Fahren unterstützt wird. In einem zweiten Schaltzustand der Lagerbuchse wird das Elastomerelement von den Stempeln radial gestaucht. Bei einer Belastung der Lagerbuchse verschiebt sich die Welle aufgrund des minimalen Verformungspuffers des Elastomerelements nur noch gering relativ zur Nabe. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit der Lagerbuchse realisiert, wobei ein sportliches Fahren unterstützt wird.
  • Erfindungsgemäß ist das Elastomerelement sternförmig ausgebildet und weist mindestens vier Radialelemente auf, wobei die mindestens vier Radialelemente in einer jeweiligen im Wesentlichen komplementär dazu ausgebildeten Aussparung am Grundkörper angeordnet sind und über den jeweiligen Stempel zur Steifigkeitserhöhung der Lagerbuchse stauchbar sind. Des Weiteren ist es aber auch denkbar, dass das Elastomerelement weniger Radialelemente, insbesondere drei oder zwei Radialelemente aufweist. Besonders bevorzugt weisen die mindestens vier Radialelement an einem distalen Ende einen vorzugsweise konischen Abschnitt auf. Der konische Abschnitt wird bei einer Stauchung des Elastomerelements elastisch verformt, wobei das Elastomermaterial die Freiräume an den vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Aussparungen im Grundkörper zumindest teilweise füllt. Somit wird das Elastomerelement durch die Stempel komprimiert. Die in dem Elastomerelement gespeicherte Verformungsenergie ist maximal. Eine Entlastung des Elastomerelements ermöglicht eine vollständige Wiederherstellung der Ursprungsform des Elastomerelements.
  • Vorzugsweise wirken die Stempel zur radialen Verstellung im Grundkörper mit einem Aktuator, umfassend einen Elektromotor und ein optionales Getriebe, zusammen. Dabei wird der Aktuator über ein Steuerelement gesteuert und geregelt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Aktuator manuell über das Steuerelement steuerbar. Dazu kann ein Fahrer des Kraftfahrzeugs über einen jeweiligen Schalter zwischen unterschiedlichen Steifigkeitsstufen der Lagerbuchse variieren und dadurch die jeweilige Fahrweise des Kraftfahrzeugs unterstützen. Ferner ist es aber auch denkbar, den Aktuator fahrsituationsabhängig und somit automatisch über das Steuerelement zu steuern.
  • Des Weiteren bevorzugt umfasst der Aktuator ein kreisförmig um die Stempel angeordnetes und radial mit den Stempeln zusammenwirkendes Band, das um die Stempel geführt ist und zur radialen Verstellung der Stempel im Grundkörper betätigbar ist. Vorzugsweise ist das Band an einem distalen Endabschnitt der Stempel angeordnet. Des Weiteren bevorzugt weist der distale Endabschnitt der Stempel ein Lagerelement oder eine Umlenkrolle zur reibungsminimierten Lagerung des Bandes auf. Eine Betätigung des Bandes verringert insbesondere die Länge bzw. den Umfang des Bandes. Dadurch, dass das Band kreisförmig um die Stempel angeordnet ist, werden die Stempel gleichzeitig radial nach innen verschoben. Daraus resultiert eine Stauchung des Elastomerelements und somit eine Erhöhung der Steifigkeit der Lagerbuchse.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Band über ein Schraubelement betätigbar, wobei sich ein Umfang des Bandes bei einer Betätigung des Schraubelements je nach Drehrichtung des Schraubelements verringert oder vergrößert. Insbesondere ist am Band eine mit dem Schraubelement zusammenwirkende Struktur ausgebildet, die ein Verfahren des Bandes erlaubt. Mithin erfolgt die Umfangsänderung des Bandes nach dem Schlauchschellenmechanismus. Dabei ist ein erster Endabschnitt des Bandes vorzugsweise an der Nabe fixiert und ein zweiter Endabschnitt des Bandes vorzugsweise am Schraubelement eingespannt.
  • Besonders bevorzugt ist das Band an einer Außenumfangsfläche einer Rolle aufwickelbar. Mit anderen Worten ermöglicht das Aufwickeln des Bandes an der Außenumfangsfläche der Rolle eine Verringerung des Umfanges des Bandes. Ferner ist ein erster Endabschnitt des Bandes vorzugsweise an der Nabe fixiert und ein zweiter Endabschnitt des Bandes an der Rolle eingespannt.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Band durch die Rolle hindurch geführt und an der Außenumfangsfläche der Rolle aufwickelbar. Dabei weist die Rolle beim Aufwickeln die Funktion einer Doppelrolle auf. Das Band wird nämlich gleichzeitig von beiden Seiten aufgewickelt. Beide Enden des Bandes sind an der Rolle fixiert. Ferner ist es auch denkbar, das Band als Endlosband, das keine freien Enden aufweist, auszubilden.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Stempel zur radialen Verstellung im Grundkörper über einen jeweiligen Kniehebel betätigbar, wobei die Kniehebel gemeinsam über ein damit zusammenwirkendes Faserelement betätigbar sind. Mit anderen Worten drückt der jeweilige Kniehebel bei seiner Betätigung radial auf den jeweiligen Stempel und komprimiert dadurch das Elastomerelement. Mithin ist das Faserelement im Wesentlichen kreisförmig an die Kniehebel angeordnet und daran beweglich gelagert.
  • Vorzugsweise weist der jeweilige Kniehebel ein erstes und ein zweites distales Ende auf, wobei das erste distale Ende drehbar am Grundkörper gelagert ist, und wobei das zweite distale Ende dazu vorgesehen ist, das Faserelement aufzunehmen. Zwischen den beiden distalen Enden weist der jeweilige Kniehebel einen Abschnitt zur Auflage am jeweiligen Stempel auf. Mithin ist das jeweilige erste distale Ende als Festlager ausgebildet. Demgegenüber ist der jeweilige Abschnitt zur Auflage als Loslager am jeweiligen Stempel ausgebildet. Insbesondere ist vorzugsweise ein jeweiliger erster Hebelarm, zwischen dem jeweiligen ersten distalen Ende und dem jeweiligen Abschnitt zur Auflage kürzer als ein jeweiliger zweiter Hebelarm, zwischen dem jeweiligen zweiten distalen Ende und dem jeweiligen Abschnitt zur Auflage. Zur Aufnahme des Faserelements weist das jeweilige zweite distale Ende des jeweiligen Kniehebels vorzugsweise eine jeweilige Bohrung auf, durch die das Faserelement geführt ist.
  • Des Weiteren bevorzugt ist das Faserelement an einer Außenumfangsfläche einer Rolle aufwickelbar. Mithin verringert sich durch das Aufwickeln des Faserelements der Umfang des Faserelements. Dadurch werden alle Kniehebel gleichzeitig betätigt und somit das Elastomerelement über die Stempel gestaucht.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Welle und die Nabe vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff oder einem Polymerwerkstoff ausgebildet sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines Fahrwerkslenkers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Fahrwerkslenkers eine erfindungsgemäße Lagerbuchse aufweist,
  • 2 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3a eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Lagerbuchse einen ersten Schaltzustand aufweist,
  • 3b eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Lagerbuchse einen zweiten Schaltzustand aufweist,
  • 4 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
  • 5 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Nach 1 ist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 in eine dafür vorgesehene Bohrung 18 an einem Fahrwerkslenker 19 angeordnet. Der Fahrwerkslenker 19 wird in einem – hier nicht dargestellten – Fahrwerk eines – hier nicht dargestellten – Kraftfahrzeugs verbaut. An einer Welle 2 der Lagerbuchse 1 wird ein – hier nicht dargestellter – Achsträger des Kraftfahrzeugs befestigt. Ferner weist der Fahrwerkslenker 19 eine weitere Bohrung 18a auf, in der eine mechanische, nicht schaltbare Lagerbuchse 1a angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Lagerbuchse 1a als konventionelles Gummilager ausgebildet. An der Welle 2a der Lagerbuchse 1a ist beispielsweise ein – hier nicht dargestellter – Radträger angeordnet.
  • Gemäß den 2, 3a, 3b und 5 weist die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 eine Welle 2 und eine Nabe 3 sowie ein radial zwischen der Welle 2 und der Nabe 3 angeordnetes Elastomerelement 4 auf. Die Nabe 3 umfasst einen Grundkörper 5 sowie sechs kreisförmig zumindest teilweise im Grundkörper 5 angeordnete, radial verstellbare Stempel 6a–6f. Die Stempel 6a–6f wirken zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 zum einen mit dem Elastomerelement 4 und zum anderen mit einem Aktuator 9, umfassend einen Elektromotor 10, zusammen.
  • Die Welle 2 kann fahrzeugfest an einer – hier nicht dargestellten – Karoserie des Kraftfahrzeugs angebunden sein, wobei die Nabe 3 sowie der Aktuator 9 teil eines – hier nicht dargestellten – Fahrwerkslenkers sind. Ebenso ist es auch denkbar, dass die Nabe 3 sowie der Aktuator 9 fahrzeugfest an der Karoserie des Kraftfahrzeugs angebunden sind und die Welle teil des Fahrwerkslenkers ist.
  • Ferner umfasst der Aktuator 9 ein mit den Stempeln 6a–6f radial zusammenwirkendes Band 11, das um die Stempel 6a–6f geführt ist und zur radialen Verstellung der Stempel 6a–6f im Grundkörper 5 betätigbar ist. Das Elastomerelement 4 ist sternförmig ausgebildet und weist sechs Radialelemente 7a–7f auf. Dabei sind die sechs Radialelemente 7a–7f in einer jeweiligen im Wesentlichen komplementär dazu ausgebildeten Aussparung 8a–8f am Grundkörper 5 angeordnet und über den jeweiligen Stempel 6a–6f zur Steifigkeitserhöhung der Lagerbuchse 1 stauchbar. Mithin erhöht ein Stauchen des Elastomerelements 4 die Steifigkeit der Lagerbuchse 1.
  • Nach 2 ist das Band 11 an einer Außenumfangsfläche einer Rolle 13 aufwickelbar. Gemäß den 3a und 3b ist das Band 11 durch die Rolle 13 hindurch geführt und an der Außenumfangsfläche der Rolle 13 aufwickelbar.
  • Nach 4 ist das Elastomerelement 4 sternförmig ausgebildet und weist vier Radialelemente 7a–7d auf, die in einer jeweiligen im Wesentlichen komplementär dazu ausgebildeten Aussparung 8a–8d am Grundkörper 5 angeordnet sind. Ferner ist das Elastomerelement 4 über vier kreisförmig angeordnete Stempel 6a–6d zur Steifigkeitserhöhung der Lagerbuchse 1 stauchbar. Das Band 11 ist über ein Schraubelement 12 betätigbar, wobei sich ein Umfang des Bandes 11 bei einer Betätigung des Schraubelements 12 verringert. Das Schraubelement 12 ist teil des Aktuators 9, der ferner den Elektromotor 10 umfasst.
  • Gemäß 5 weist die Lagerbuchse 1 sechs Kniehebel 14a–14f auf, die zur radialen Verstellung der sechs Stempel 6a–6f im Grundkörper 5 mit einem Faserelement 15 zusammenwirken. Dabei weist der jeweilige Kniehebel 14a–14f ein erstes und ein zweites distales Ende 16a, 16b auf, wobei das erste distale Ende 16a drehbar am Grundkörper 5 gelagert ist, und wobei das zweite distale Ende 16b dazu vorgesehen ist, das Faserelement 15 aufzunehmen. Ferner ist das Faserelement 15 an einer Außenumfangsfläche einer Rolle 17 aufwickelbar. Die Rolle 17 wird dabei über den Elektromotor 10 des Aktuators 9 betätigt. Bei einem Aufrollen des durch eine jeweilige Bohrung 18 am jeweiligen Kniehebel 14a–14f geführten Faserelements 15 werden alle Kniehebel 14a–14f gemeinsam betätigt und dadurch das Elastomerelement 4 gestaucht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a
    Lagerbuchse
    2, 2a
    Welle
    3
    Nabe
    4
    Elastomerelement
    5
    Grundkörper
    6a–6f
    Stempel
    7a–7f
    Radialelement
    8a–8f
    Aussparung
    9
    Aktuator
    10
    Elektromotor
    11
    Band
    12
    Schraubelement
    13
    Rolle
    14a–14f
    Kniehebel
    15
    Faserelement
    16a, 16b
    distales Ende
    17
    Rolle
    18, 18a
    Bohrung
    19
    Fahrwerkslenker

Claims (9)

  1. Lagerbuchse (1) für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, wobei die Lagerbuchse (1) eine Welle (2) und eine Nabe (3) sowie ein radial dazwischen angeordnetes Elastomerelement (4) umfasst, wobei die Lagerbuchse (1) zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist, die Nabe (3) einen Grundkörper (5) und mehrere kreisförmig in dem Grundkörper (5) angeordnete, radial verstellbare Stempel (6a, 6b) aufweist, wobei die Stempel (6a, 6b) zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse (1) mit dem Elastomerelement (4) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement (4) sternförmig ausgebildet ist und mindestens vier Radialelemente (7a–7d) aufweist, wobei die mindestens vier Radialelemente (7a–7d) in einer jeweiligen im Wesentlichen komplementär dazu ausgebildeten Aussparung (8a–8d) am Grundkörper (5) angeordnet sind und über den jeweiligen Stempel (6a–6d) zur Steifigkeitserhöhung der Lagerbuchse (1) stauchbar sind.
  2. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel (6a, 6b) zur radialen Verstellung im Grundkörper (5) zumindest mittelbar mit einem Aktuator (9), umfassend einen Elektromotor (10), zusammenwirken.
  3. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) ein mit den Stempeln (6a, 6b) zumindest mittelbar radial zusammenwirkendes Band (11) umfasst, das um die Stempel (6a, 6b) geführt ist und zur radialen Verstellung der Stempel (6a, 6b) im Grundkörper (5) betätigbar ist.
  4. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (11) über ein Schraubelement (12) betätigbar ist, wobei sich ein Umfang des Bandes (11) bei einer Betätigung des Schraubelements (12) verringert.
  5. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (11) an einer Außenumfangsfläche einer Rolle (13) aufwickelbar ist.
  6. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (11) durch die Rolle (13) hindurch geführt ist und an der Außenumfangsfläche der Rolle (13) aufwickelbar ist.
  7. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Stempel (6a, 6b) zur radialen Verstellung im Grundkörper (5) über einen jeweiligen Kniehebel (14a, 14b) betätigbar ist, wobei die Kniehebel (14a, 14b) gemeinsam über ein damit zusammenwirkendes Faserelement (15) betätigbar sind.
  8. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kniehebel (14a, 14b) ein erstes und ein zweites distales Ende (16a, 16b) aufweist, wobei das erste distale Ende (16a) drehbar am Grundkörper (5) gelagert ist, und wobei das zweite distale Ende (16b) dazu vorgesehen ist, das Faserelement (15) aufzunehmen.
  9. Lagerbuchse (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserelement (15) an einer Außenumfangsfläche einer Rolle (17) aufwickelbar ist.
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