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Die Erfindung betrifft eine Federbeinstützlageranordnung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Koppelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Koppelvorrichtung als schaltbares Lagerelement ausgebildet ist. Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik.
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Zur Federung des Kraftfahrzeugs werden an der Vorderachse und teilweise an der Hinterachse des Kraftfahrzeugs Federbeine angeordnet. Ein Federbein besteht in der Regel aus einer die Federung übernehmende Fahrwerksfeder sowie Zusatzteilen zur Befestigung und Lagerung der Fahrwerksfeder an der Fahrzeugkarosserie. Des Weiteren umfasst das Federbein auch eine Dämpfereinheit. Das Federbein wird mit dem oberen Ende an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt und überträgt hierdurch die Bewegungen des Fahrwerks gedämpft auf die Fahrzeugkarosserie. Das zur Karosserie gerichtete Ende der Fahrwerksfeder wird üblicherweise durch einen Federteller und vorzugsweise mit einem Federbeinlager abgeschlossen, über welche wiederum ein Domlager eingreifen kann.
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Serienmäßige Domlager sind üblicherweise auf Fahrkomfort ausgelegt. Sie bestehen meist aus einem inneren und einem äußeren Metallteil, welche über ein Elastomer miteinander verbunden sind. Diese Bauweise ermöglicht ein komfortables Fahrverhalten, da das Domlager mitfedert und Stöße aufnimmt. Allerdings ist diese beschriebene Verbindung auf eine komfortable oder auf eine dynamische Fahrweise auszulegen, wobei eine komfortable Auslegung für eine dynamische Fahrweise unvorteilhaft ist und umgekehrt.
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Beispielsweise geht ein zuvor beschriebenes Domlager aus der
DE 299 23 896 U1 hervor. Nachteilig an dem zuvor genannten Stand der Technik ist, dass eine bei der Herstellung eingestellte Steifigkeit während des Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht einstellbar ist. Somit ist die Steifigkeit des Domlagers nicht verstellbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Federbeinstützlageranordnung für ein Kraftfahrzeug weiterzuentwickeln und dadurch insbesondere den Komfort für die Fahrzeuginsassen sowie die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäße Federbeinstützlageranordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Domlager mit einem ersten und einem zweiten Ringelement, wobei das Domlager axial zwischen einer Fahrwerksfeder eines Federbeins und einer Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, um das Federbein dämpfend mit der Karosserie zu verbinden, wobei das erste Ringelement einerseits mit einer Kolbenstange des Federbeins und andererseits mit der Karosserie verbunden ist, und wobei das zweite Ringelement einerseits über eine Koppelvorrichtung mit der Kolbenstange und andererseits mit der Karosserie verbunden ist, wobei die Koppelvorrichtung zur Steifigkeitsänderung des Domlagers von einem Aktuator zwischen zwei Schaltstellungen schaltbar ist.
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Das jeweilige Ringelement ist vorzugsweise aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildet. Ferner sind auch andere Werkstoffe, insbesondere Polymere zur Herstellung des jeweiligen Ringelements denkbar, die eine dämpfende Anbindung des Federbeins an die Karosserie ermöglichen. Des Weiteren ist der Aktuator über ein damit zusammenwirkendes Steuerelement, das insbesondere im Aktuator integriert ist steuerbar und regelbar. Das Steuerelement ist dabei entweder fahrsituationsabhängig und somit automatisch oder fahrerwunschabhängig und somit manuell steuerbar. Bei der fahrsituationsabhängigen Steuerung werden je nach Fahrsituation Signale an das Steuerelement übermittelt und dementsprechend die Steifigkeit des Domlagers eingestellt. Bei der fahrerwunschabhängigen Steuerung kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs über einen jeweiligen Schalter zwischen unterschiedliche Steifigkeitsstufen des Domlagers variieren und dadurch die jeweilige Fahrweise des Kraftfahrzeugs, z. B. sportlich oder komfortabel, unterstützen.
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Ferner bevorzugt wirkt der Aktuator über eine Getriebevorrichtung mit der Koppelvorrichtung zusammen. Insbesondere umfasst der Aktuator einen Elektromotor. Ferner ist es aber auch denkbar, dass der Aktuator einen Elektromagneten aufweist, der dazu vorgesehen ist die Koppelvorrichtung zu schalten. Die Koppelvorrichtung ist in einer ersten Schaltstellung dazu vorgesehen, einen Lastpfad zwischen der Kolbenstange, dem zweiten Ringelement und der Karosserie zu realisieren. Ferner soll die Koppelvorrichtung in einer zweiten Schaltstellung einen Lastpfad zwischen der Kolbenstange, dem ersten Ringelement und der Karosserie realisieren.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Koppelvorrichtung einen radial am zweiten Ringelement angeordneten Außenring, eine erste und eine zweite Wälzkörperreihe sowie ein erstes und zweites Käfigelement umfasst, wobei die beiden Wälzkörperreihen radial an der Kolbenstange zur Anlage kommen, und wobei die erste Wälzkörperreihe von dem ersten Käfigelement geführt ist, und wobei die zweite Wälzkörperreihe von dem zweiten Käfigelement geführt ist. Insbesondere sind die Wälzkörper der beiden Wälzkörperreihen als Kugeln, Nadeln oder Rollen ausgebildet. Der Außenring ist drehfest und axialfest mit dem zweiten Ringelement verbunden. Insbesondere ist es auch denkbar, dass das jeweilige Käfigelement mehrere Wälzkörperreihen führt.
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Vorzugsweise weist das jeweilige Käfigelement zur Aufnahme eines jeweiligen Wälzkörpers der jeweiligen Wälzkörperreihe eine jeweilige Aussparung auf. Die jeweilige Aussparung ist zur Aufnahme und zumindest teilweisen Durchführung des jeweiligen Wälzkörpers vorgesehen, sodass der jeweilige Wälzkörper je nach Schaltstellung der Koppelvorrichtung sowohl eine Innenumfangsfläche des Außenrings als auch eine Außenumfangsfläche der Kolbenstange kontaktieren kann.
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Bevorzugt kommen die beiden Käfigelemente stirnseitig aneinander zur Anlage, wobei das erste Käfigelement an einer zum zweiten Käfigelement gerichteten Stirnseite mindestens eine Rampe aufweist, die komplementär zu einer daran anliegenden Stirnseite des zweiten Käfigelements ausgebildet ist, um bei einer Verdrehung der beiden Käfigelemente relativ zueinander die beiden Käfigelemente axial voneinander zu beabstanden. Unter einer Rampe ist eine geometrische Struktur an der jeweiligen Stirnseite des jeweiligen Käfigelements zu verstehen, die in axialer Richtung entlang der Umfangsfläche zunehmend oder abnehmend ausgebildet ist. Dadurch wird bei einer Verdrehung eines der beiden Käfigelemente relativ zum anderen Käfigelement eine axiale Verschiebung der beiden Käfigelemente zueinander realisiert.
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Ferner bevorzugt gehen mehrere umfangsseitig benachbarte Rampen an der zum zweiten Käfigelement gerichteten Stirnseite des ersten Käfigelements kontinuierlich ineinander über. Mit anderen Worten sind mehrere identisch ausgebildete Rampen nahtlos über den Umfang aneinandergereiht, sodass bei einer Verdrehung eines der beiden Käfigelemente relativ zum anderen Käfigelement abwechselnd eine axiale Annäherung und eine axiale Beabstandung der beiden Käfigelemente zueinander realisiert wird.
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Des Weiteren bevorzugt weist der Außenring an einer Innenumfangsfläche eine erste und eine zweite Rampenstruktur auf, wobei die jeweilige Rampenstruktur zum jeweiligen axialen Ende des Außenrings hin ansteigend ausgebildet ist, um die jeweilige Wälzkörperreihe zu kontaktieren. Mithin weist der Außenring keinen konstanten Innendurchmesser auf, sondern hat an den beiden axialen Enden einen geringeren Innendurchmesser als in einem axial mittleren Bereich, der axial zwischen den beiden axialen Enden angeordnet ist. Mit anderen Worten ist im mittleren Bereich des Außenrings eine radiale Aussparung ausgebildet, die einen gleichzeitigen Kontakt der jeweiligen Wälzkörperreihe sowohl mit dem Außenring als auch mit der Kolbenstange verhindert. Dadurch wird das zweite Ringelement aus dem Kraftpfad entkoppelt, sodass nur noch das erste Ringelement im Kraftpfad zwischen der Kolbenstange und der Karosserie verbleibt. Alternativ können die beiden Rampenstrukturen axial zwischen den beiden Wälzkörperreihen angeordnet sein, wobei die beiden Wälzkörperreihen bei einer axialen Annäherung der beiden Wälzkörperreihen die jeweilige Rampe kontaktieren.
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Vorzugsweise ist eine Steifigkeit des ersten Ringelements ungleich einer Steifigkeit des zweiten Ringelements. Alternativ ist die Steifigkeit des ersten Ringelements wesentlich größer als die Steifigkeit des zweiten Ringelements. Ebenso ist es aber auch denkbar, dass die Steifigkeit des ersten Ringelements kleiner oder gleich der Steifigkeit des zweiten Ringelements ist.
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Bevorzugt ist das erste Ringelement mittels Befestigungsmittel axial mit der Kolbenstange verbunden. Insbesondere ist die Kolbenstange über Schraubmittel lösbar mit dem ersten Ringelement verschraubt. Ferner durchdringt die Kolbenstange mittig das Domlager, und somit auch die beiden Ringelemente.
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Ferner betrifft die Erfindung auch eine Koppelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Koppelvorrichtung als schaltbares Lagerelement ausgebildet ist und mittels eines Aktuators zwischen zwei Schaltstellungen schaltbar ist, wobei die Koppelvorrichtung einen Außenring, eine erste und eine zweite Wälzkörperreihe sowie ein erstes und zweites Käfigelement umfasst, wobei die beiden Wälzkörperreihen radial an einer Welle zur Anlage kommen, und wobei die erste Wälzkörperreihe von dem ersten Käfigelement geführt ist, und wobei die zweite Wälzkörperreihe von dem zweiten Käfigelement geführt ist, wobei ferner die beiden Käfigelemente stirnseitig aneinander zur Anlage kommen, wobei das erste Käfigelement an einer zum zweiten Käfigelement gerichteten Stirnseite mindestens eine Rampe aufweist, die komplementär zu mindestens einer Rampe an einer daran anliegenden Stirnseite des zweiten Käfigelements ausgebildet ist, um bei einer Verdrehung der beiden Käfigelemente relativ zueinander die beiden Käfigelemente axial voneinander zu beabstanden, wobei der Außenring an einer Innenumfangsfläche eine erste und eine zweite Rampenstruktur aufweist, wobei die jeweilige Rampenstruktur zum jeweiligen axialen Ende des Außenrings hin ansteigend ausgebildet ist, um die jeweilige Wälzkörperreihe bei einer axialen Beabstandung der beiden Käfigelemente zu kontaktieren. Insbesondere ist der Außenring drehfest an einem Trägerelement angeordnet, wobei die Welle aufgrund der Kontaktierung der jeweiligen Rampenstruktur am Außenring durch die jeweilige Wälzkörperreihe mit dem Trägerelement verbunden wird. Sofern die jeweilige Rampenstruktur am Außenring keinen Kontakt zur jeweiligen Wälzkörperreihe aufweist, erfolgt der Last- oder Kraftfluss nicht von der Welle über die Koppelvorrichtung auf das Trägerelement.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen
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1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Federbeinstützlageranordnung mit einer Koppelvorrichtung, und
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2 eine schematische Perspektivdarstellung eines ersten und zweiten Käfigelements der Koppelvorrichtung gemäß 1.
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Gemäß 1 ist im Bereich einer Radaufhängung eines – hier nicht dargestellten – Kraftfahrzeuges zwischen einem – hier nicht dargestellten – Rad und einer Karosserie 6 ein Federbein 5 angeordnet. Das Federbein 5 weist einen – hier nur teilweise dargestellten – Dämpfer mit einer Kolbenstange 7 sowie einer Fahrwerksfeder 4 auf.
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Seitens der Karosserie 6 stützt sich das Federbein 5 an einem verstellbaren Domlager 1 dämpfend ab. Mithin ist das Domlager 1 axial zwischen der Fahrwerksfeder 4 des Federbeins 5 und der Karosserie 6 des Kraftfahrzeugs angeordnet, um das Federbein 5 dämpfend mit der Karosserie 6 zu verbinden. Das Domlager 1 umfasst ein erstes und ein zweites aus einem Elastomerwerkstoff ausgebildetes Ringelement 2, 3, wobei eine Steifigkeit des ersten Ringelements 2 ungleich einer Steifigkeit des zweiten Ringelements 3 ist. Die Steifigkeit des ersten Ringelements 2 ist wesentlich geringer als die Steifigkeit des zweiten Ringelements 3.
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Das erste Ringelement 2 ist mittels Befestigungsmittel 18 axial mit der Kolbenstange 7 verbunden. Ferner ist das erste Ringelement 2 einerseits mit der Kolbenstange 7 des Federbeins 5 und andererseits mit der Karosserie 6 verbunden. Des Weiteren ist das zweite Ringelement 3 mittelbar über eine Koppelvorrichtung 8 mit der Kolbenstange 7 und unmittelbar mit der Karosserie 6 verbunden. Die Koppelvorrichtung 8 ist zur Steifigkeitsänderung des Domlagers 1 von einem Aktuator 9 zwischen zwei Schaltstellungen schaltbar.
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Die Koppelvorrichtung 8 umfasst einen radial am zweiten Ringelement 3 angeordneten Außenring 10, eine erste und eine zweite Wälzkörperreihe 11a, 11b sowie ein erstes und zweites Käfigelement 12a, 12b. Die beiden Wälzkörperreihen 11a, 11b kommen radial an der Kolbenstange 7 zur Anlage, wobei die erste Wälzkörperreihe 11a von dem ersten Käfigelement 12a geführt ist, und wobei die zweite Wälzkörperreihe 11b von dem zweiten Käfigelement 12b geführt ist. Das jeweilige Käfigelement 12a, 12b weist zur Aufnahme eines jeweiligen Wälzkörpers 13 der jeweiligen Wälzkörperreihe 11a, 11b eine jeweilige Aussparung 14 auf. Die beiden Käfigelemente 12a, 12b kommen stirnseitig aneinander zur Anlage. Der Außenring 10 weist an einer Innenumfangsfläche eine erste und eine zweite Rampenstruktur 17a, 17b auf, wobei die jeweilige Rampenstruktur 17a, 17b zum jeweiligen axialen Ende des Außenrings 10 hin ansteigend ausgebildet ist, um die jeweilige Wälzkörperreihe 11a, 11b zu kontaktieren.
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Ferner umfasst der Aktuator 9 einen Elektromotor 19 mit einem darin integrierten – hier nicht dargestellten – Steuerelement, wobei der Elektromotor 19 vorliegend mit dem zweiten Käfigelement 12b wirkverbunden ist. Demgegenüber ist das erste Käfigelement 12a drehfest ausgebildet und kann somit keine Drehbewegung ausführen. Eine Verstellung der Koppelvorrichtung 8 wird durch den Aktuator 9 vorgenommen. Dabei wird das zweite Käfigsegment 12b relativ zum ersten Käfigsegment 12a verdreht, wodurch die Steifigkeit des Domlagers 1 verändert wird.
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In der dargestellten Position der Koppelvorrichtung 8, insbesondere der beiden Käfigsegmente 12a, 12b zueinander weist das verstellbare Domlager 1 eine hohe Steifigkeit auf. Die beiden Wälzkörperreihen 11a, 11b kontaktieren nämlich die jeweilige Rampenstruktur 17a, 17b am Außenring 10 und verbinden dadurch die Kolbenstange 7 über den Außenring 10 und das zweite Ringelement 3 mit der Karosserie 6. Aufgrund der höheren Steifigkeit des zweiten Ringelements 3 gegenüber der Steifigkeit des ersten Ringelements 2 wird über diesen Kraftpfad eine höhere Steifigkeit für das Domlager 1 realisiert, wobei die höhere Steifigkeit des Domlagers 1 ein sportliches Fahren unterstützt.
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Wenn das zweite Käfigsegment 12b relativ zum ersten Käfigsegment 12a weiter verdreht wird, nähern sich die beiden Wälzkörperreihen 11a, 11b aneinander an, so dass kein Kontakt mehr zwischen der jeweiligen Wälzkörperreihe 11a, 11b und der jeweilige Rampenstruktur 17a, 17b am Außenring 10 besteht. Mithin verläuft der Kraftpfad in dieser Schaltstellung von der Koppelstange 7 über das erste Domlager 2 in die Karosserie 6. Aufgrund der niedrigeren Steifigkeit des ersten Ringelements 2 gegenüber der Steifigkeit des zweiten Ringelements 3 wird über diesen Kraftpfad eine geringere Steifigkeit für das Domlager 1 realisiert, wobei die geringere Steifigkeit des Domlagers 1 ein komfortables Fahren unterstützt. Mithin wird über die Koppelvorrichtung 8 zwischen einer geringen und hohen Steifigkeit des Domlagers 1 geschaltet.
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Gemäß 2 weist das erste Käfigelement 12a an einer zum zweiten Käfigelement 12b gerichteten Stirnseite 15a mehrere Rampen 16a auf, die komplementär zu Rampen 16b an einer daran anliegenden Stirnseite 15b des zweiten Käfigelements 12b ausgebildet sind, um bei einer Verdrehung der beiden Käfigelemente 12a, 12b relativ zueinander die beiden Käfigelemente 12a, 12b axial voneinander zu beabstanden. Die umfangsseitig benachbarten Rampen 16a, 16b am jeweiligen Käfigelement 12a, 12b gehen kontinuierlich ineinander über. Bei einer Verdrehung eines der beiden Käfigsegmente 12a, 12b relativ zum anderen der beiden Käfigsegmente 12b, 12a laufen die Rampen 16a, 16b zunächst aufeinander zu, wodurch die beiden Käfigsegmente 12a, 12b axial expandieren, und dann aufeinander ab, wodurch sich die beiden Käfigsegmente 12a, 12b axial wieder annähern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Domlager
- 2
- erstes Ringelement
- 3
- zweites Ringelement
- 4
- Fahrwerksfeder
- 5
- Federbein
- 6
- Karosserie
- 7
- Kolbenstange/Welle
- 8
- Koppelvorrichtung
- 9
- Aktuator
- 10
- Außenring
- 11a, 11b
- Wälzkörperreihe
- 12a, 12b
- Käfigelement
- 13
- Wälzkörper
- 14
- Aussparung
- 15a, 15b
- Stirnseite
- 16a, 16b
- Rampe
- 17a, 17b
- Rampenstruktur
- 18
- Befestigungsmittel
- 19
- Elektromotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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