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Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug, die zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist.
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Der Aufbau und die sich daraus ergebenden Betriebsdaten von Lagerbuchsen, die in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, beeinflussen sehr stark 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.
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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.
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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.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine besonders kostengünstige und fertigungstechnisch optimierte Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, deren Steifigkeit mechanisch einstellbar ist und somit nicht auf einem hydraulischen oder magnetorheologischen Wirkprinzip beruht.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug einen zumindest mittelbar an einer Achse angeordneten Innenring und einen zumindest mittelbar in einer Hülse angeordneten Außenring sowie ein radial zwischen dem Innenring und dem Außenring drehfest angeordnetes Elastomerelement, wobei die Lagerbuchse durch Rotation relativ zur Hülse und/oder zur Achse zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist, und wobei zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse eine Verstellvorrichtung, umfassend einen Motor und eine mechanische Energiespeicheranordnung, vorgesehen ist. Insbesondere weist das Elastomerelement mindestens zwei richtungsabhängige Steifigkeitsstufen auf und ist zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse relativ zur Hülse und/oder zur Achse rotierbar. Mit anderen Worten ändert sich die Steifigkeit des Elastomerelements in Abhängigkeit von der Position des Elastomerelements in der Hülse. Vorzugsweise sind die mindestens zwei richtungsabhängigen Steifigkeitsstufen durch unterschiedliche Geometrien und/oder durch unterschiedliche Werkstoffe realisierbar. Somit können sowohl Versteifungsstrukturen und/oder Werkstoffe und/oder Teilchen und/oder Fasern im Elastomerelement eingebracht werden, um zumindest einen Teil des Elastomerelements zu versteifen. Ebenso ist es denkbar alternativ oder ergänzend Schwächungsstrukturen und/oder Werkstoffe im Elastomerelement einzubringen, die zumindest einen Teil des Elastomerelements schwächen und somit die Steifigkeit des Elastomerelements herabsetzten. Insbesondre ist das Elastomerelement ringförmig ausgebildet.
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Die Verstellvorrichtung dient zur Steifigkeitsänderung durch Rotation der Lagerbuchse. Insbesondere ist die Verstellvorrichtung einteilig mit der Lagerbuchse ausgebildet. Die mechanische Energiespeicheranordnung ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, in einem Zeitintervall Energie vom Motor aufzunehmen, um dann die aufgenommene Energie schlagartig an die Lagerbuchse abzugeben. Mit anderen Worten kann der Motor besonders kostengünstig und klein ausgebildet sein. Aufgrund der Energiespeicheranordnung, die mit dem Motor zusammenwirkt und insbesondere zwischen der Lagerbuchse und dem Motor angeordnet ist, reicht ein leistungsschwacher Motor aus, um eine schnelle Rotation der Lagerbuchse zu ermöglichen. Je länger das Zeitintervall ist, in der Energie in die Energiespeicheranordnung eingebracht wird, umso geringer ist die notwendige Leistung des Motors, und umso kompakter und leistungsschwächer kann der Motor ausgebildet werden.
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Des Weiteren bevorzugt weist die mechanische Energiespeicheranordnung eine mechanische Feder und eine Dämpfereinrichtung auf. Die mechanische Feder ist dazu vorgesehen, durch den Motor, vorzugsweise über ein Getriebe vorgespannt zu werden. Das Getriebe weist dabei insbesondere eine große Übersetzung auf und ist vorzugsweise als Schneckengetriebe ausgebildet. Ferner ist die mechanische Feder als Torsionsfeder oder Spiralfeder ausgebildet. Die Dämpfungseinrichtung ist insbesondere als Rotationsdämpfer oder Lineardämpfer ausgebildet und dient dazu, die schlagartige Energieentladung der mechanischen Feder zumindest teilweise zu dämpfen.
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Ferner bevorzugt umfasst die Lagerbuchse eine Sperrvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, eine jeweilige Position der Lagerbuchse zu fixieren, um die jeweilige Steifigkeitsstufe einzustellen. Mithin wird der Motor zur Einspeisung von Energie in die Energiespeicheranordnung immer dann in Betrieb genommen, wenn die Sperrvorrichtung geschlossen ist. Vorzugsweise ist der Motor als Elektromotor ausgebildet.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen
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1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse mit einer Verstellvorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, und
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2 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse mit einer Verstellvorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Gemäß der 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 14 für ein – hier nicht dargestelltes – Kraftfahrzeug einen mittelbar an einer Achse 6 angeordneten Innenring 8 und einen mittelbar in einer Hülse 12 angeordneten Außenring 10 sowie ein radial zwischen dem Innenring 8 und dem Außenring 10 drehfest angeordnetes Elastomerelement 9 auf. Insbesondere ist das Elastomerelement 9 zwischen dem Innenring 8 und dem Außenring 10 einvulkanisiert. Die Lagerbuchse 14 ist dabei durch Rotation relativ zur Hülse 12 und zur Achse 6 zwischen zwei Steifigkeitsstufen schaltbar. Dazu ist radial zwischen der Hülse 12 und dem Außenring 10 sowie radial zwischen der Achse 6 und dem Innenring 8 ein Gleitlager 11, 7 angeordnet. Ferner ist zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 14 eine Verstellvorrichtung 16 vorgesehen, die jeweils einen Motor 1, ein Getriebe 2 und eine mechanische Energiespeicheranordnung 17 aufweist. Die Verstellvorrichtung 16 ist mit dem Innenring 8 verbunden und ermöglicht die Rotation der Einheit, bestehend aus Innenring 8, Elastomerelement 9 und Außenring 10. Zur Verstellung der Steifigkeitsstufe, insbesondere zwischen einer harten und der weichen Steifigkeitsstufe, wird die zuvor genannte Einheit um 90° verdreht. Das Elastomerelement 9 weist eine richtungsabhängige Steifigkeit auf. Vorliegend ist die richtungsabhängige Steifigkeit des Elastomerelements 9 durch zwei Paar radial gegenüberliegender Aussparungen 15 im Elastomerelement 9 realisiert. Mithin sind die Aussparungen 15 einmal in Hauptlastrichtung eines – hier nicht dargestellten – Fahrwerklenkers, indem die Lagerbuchse 14 eingebaut ist, und einmal um 90° versetzt ausgebildet. Die Lagerbuchse 14 wird durch eine Sperrvorrichtung 5 in einer jeweiligen Position fixiert, um die jeweilige Steifigkeitsstufe der Lagerbuchse 14 einzustellen. Die in den 1 und 2 dargestellte Position der Lagerbuchse 14 entspricht der weichen Steifigkeitsstufe, da die Aussparungen 15 in Hauptlastrichtung des Fahrwerklenkers angeordnet sind.
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Die mechanische Energiespeicheranordnung 17 umfasst eine mechanische Feder 3 und eine parallel geschaltete Dämpfereinrichtung 4. Bei einer Fixierung der Lagerbuchse 14 in einer der beiden Positionen kann die mechanische Feder 3 gespannt werden. Dazu wird die mechanische Feder 3 mittels Motor 1 über das Getriebe 2, das eine große Übersetzung aufweist, verdreht. Die mechanische Feder 3 wird so weit gespannt, bis genug Energie zur Verdrehung der Lagerbuchse 14 in der mechanischen Feder 3 gespeichert ist. Je länger der Zeitraum zum Spannen der mechanischen Feder 3 ist, umso geringer ist die erforderliche Leistung des Motors 1. Mithin kann ein besonders kostengünstiger, kleiner Motor 1 mit geringer Leistung verwendet werden.
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Zur Verstellung der Steifigkeit der Lagerbuchse 14 in eine – hier nicht dargestellte – harte Steifigkeitsstufe, wird die Sperrvorrichtung 5 geöffnet, wobei die Lagerbuchse 14 durch die vorgespannte Feder 3 verdreht wird. Da die mechanische Feder 3 die gespeicherte Energie sehr schnell abgibt, wird eine rasche Verstellung der Lagerbuchse 14 ermöglicht. Um ein Überdrehen der Lagerbuchse 14 über die gewünschte Position hinaus zu verhindern, sind vier über den Umfang gleichmäßig verteilte – hier nicht dargestellte – Anschläge an der Lagerbuchse 14 vorgesehen. Eine zu schnelle Verdrehung der Lagerbuchse 14 und damit ein hartes Anschlagen gegen den jeweiligen Anschlag, wird durch den Einsatz der Dämpfereinrichtung 4 verhindert.
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Gemäß 1 weist die mechanische Energiespeicheranordnung 17 eine Torsionsfeder 3 und einen Rotationsdämpfer 4 auf.
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Nach 2 weist die mechanische Energiespeicheranordnung 17 eine Spiralfeder 3 und einen Lineardämpfer 4 auf. Die mechanische Energiespeicheranordnung 17 wird über jeweilige Hebel 13 mit einer Getriebeausgangswelle 18 und dem Innenring 8 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motor
- 2
- Getriebe
- 3
- mechanische Feder
- 4
- Dämpfereinrichtung
- 5
- Sperrvorrichtung
- 6
- Achse
- 7
- Gleitlager
- 8
- Innenring
- 9
- Elastomerelement
- 10
- Außenring
- 11
- Gleitlager
- 12
- Hülse
- 13
- Hebel
- 14
- Lagerbuchse
- 15
- Aussparung
- 16
- Verstellvorrichtung
- 17
- Energiespeicheranordnung
- 18
- Getriebeausgangswelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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