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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung eines Höhenniveaus eines Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges gegenüber einer Fahrbahn gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus
DE 10 2014 209 939 A1 ist eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden.
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Die
DE 10 2007 026 606 A1 zeigt ein höhenverstellbares Federlager für eine zwischen einem Fahrzeugaufbau und einem ungefederten Radträger wirksam angeordnete Feder, mit einem an das Federlager angeschlossenen Aktuator zur Höhenverstellung des Federlagers, wobei der Aktuator und das verstellbare Federlager auf der Seite des ungefederten Radträgers angeordnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Vorrichtung anzugeben, die in dem zur Verfügung stehenden Bauraum eines modernen Kraftfahrzeuges untergebracht werden kann.
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Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verstellung eines Höhenniveaus eines Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges gegenüber einer Fahrbahn weist auf: ein Schrittgetriebe, das motorseitig von einem Elektromotor drehangetrieben ist und das gewindetriebseitig einen Gewindetrieb über ein Schrittschaltelement des Schrittgetriebes schrittweise betätigt, wobei eine Leistungsübertragung von dem Gewindetrieb auf den Elektromotor durch ein Sperrelement des Schrittgetriebes in einer angefahrenen Sperrstellung gesperrt ist.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß ein mit dem Elektromotor angetriebenen Antriebselement zum Antreiben des Schrittgetriebes, sowie das Schrittschaltelement und das Sperrelement entlang einer Spindelachse des Gewindetriebs hintereinander angeordnet sind, ergeben sich Vorteile mit Blick auf den Antrieb sowie auf die Unterbringung in dem zur Verfügung stehenden Bauraum am Kraftfahrzeug. Wesentliche Komponenten wurden entlang der Spindelachse angeordnet, so dass in Richtung quer zur Spindelachse eine platzsparende erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ist.
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Die Reihenfolge von Antriebselement, Schrittschaltelement und Sperrelement in axialer Richtung kann je nach Anwendungsfall frei wählbar sein.
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In einem Gehäuse können das Antriebselement sowie das Schrittschaltelement und das Sperrelement angeordnet sein, wobei das Gehäuse in diesem Fall mit wenigstens einer Spindelöffnung zur Durchführung einer Gewindespindel des Gewindetriebs versehen ist. Das Gehäuse kann in Bezug auf die Spindelachse längs geteilt aber auch quer geteilt sein. Die Durchführung für die Gewindespindel ermöglicht Relativverschiebungen zwischen dem den Motor und die genannten Komponenten aufweisenden Gehäuse und der Gewindespindel. Zweckmäßigerweise kann das Gehäuse zwei entlang der Spindelachse hintereinander liegende Durchführungen für die Gewindespindel aufweisen, so dass beide Enden der Gewindespindel das Gehäuse durchdringen.
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Das Antriebselement kann ein um eine Stellachse drehbar angeordnetes Antriebsrad des Schrittgetriebes sowie ein weiteres Antriebsrad des Elektromotors aufweisen. Dieses Antriebselement kann beispielsweise als Stirnradgetriebe oder als Zugmittelgetriebe ausgeführt sein. Im Fall eines Stirnradgetriebes kann das Antriebsrad des Schrittgetriebes als Antriebsritzel und das weitere Antriebsrad des Elektromotors als Motorritzel ausgebildet sein, das mit dem Antriebsritzel kämmt. Die Stellachse und die Motorachse sind vorzugsweise achsparallel zueinander angeordnet.
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Im Fall eines Zugmittelgetriebes können die beiden Antriebsräder beispielsweise als Riemenscheiben ausgebildet sein, die von einem Riemen umschlungen sind.
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Das Schrittschaltelement kann ein in beiden Umfangsrichtungen freigestelltes teilverzahntes Schaltritzel aufweisen, das mit einem Zahnkranz kämmt, wobei das teilverzahnte Schaltritzel um die Stellachse herum drehbar angeordnet ist und wobei der Zahnkranz um die Spindelachse des Gewindetriebs herum drehbar angeordnet ist.
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Das Sperrelement kann einen kreissegmentförmigen Sperrabschnitt sowie ein Sternrad mit über den Umfang verteilt angeordneten Sperrtaschen für den Eingriff des kreissegmentförmigen Sperrabschnitts aufweisen. Der Sperrabschnitt kann an einer Sperrscheibe ausgebildet und um die Stellachse herum drehbar angeordnet sein, und das Sternrad kann um die Spindelachse herum drehbar angeordnet sein. Die Stellachse und die Spindelachse sind vorzugsweise achsparallel zueinander angeordnet.
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Die Sperrscheibe des Schrittgetriebes sowie das teilverzahnte Schaltritzel des Schrittgetriebes können axial hintereinander angeordnet sein und um eine gemeinsame Stellachse drehen. Die Sperrscheibe und das Schaltritzel können für ein gemeinsames Drehen miteinander verbunden sein, beispielsweise drehfest. Das Antriebsrad und das teilverzahnte Schaltritzel und der beispielsweise an der Sperrscheibe gebildete Sperrabschnitt können um die Stellachse herum drehbar und axial hintereinander angeordnet und für ein gemeinsames Drehen miteinander verbunden sein.
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Das Sternrad und der Zahnkranz können beide um die Spindelachse drehbar und axial hintereinander angeordnet und für ein gemeinsames Drehen miteinander verbunden sein.
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Der Gewindetrieb kann eine Gewindespindel und eine Spindelmutter aufweisen, mit der der Zahnkranz für ein gemeinsames Drehen verbunden ist, wobei die Spindelmutter über eine Lageranordnung in dem Gehäuse drehbar gelagert ist. An dem Gehäuse kann ein Federteller abgestützt sein, der eine Fahrwerksfeder trägt. Das Gehäuse oder der Federteller kann mittels eines Axiallagers an der angetriebenen Spindelmutter gelagert sein.
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Alternativ kann auch die Gewindespindel drehangetrieben sein. In diesem Fall können der Zahnkranz und das Sternrad des Schrittgetriebes auf der Gewindespindel hintereinander angeordnet und für ein gemeinsames Drehen mit der Gewindespindel miteinander verbunden sein. Die Spindelmutter kann in dem Gehäuse drehfest gelagert sein. Denkbar ist hier beispielsweise, dass die Spindelmutter einen Federteller einer Fahrwerksfeder trägt, wobei unter Betätigung der Vorrichtung die Spindelmutter entlang der Spindelachse gegenüber dem Gehäuse verschoben wird. Eine Variante kann ein gemeinsames Verschieben von Spindelmutter und Gehäuse gegenüber der Gewindespindel vorsehen.
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Die Gewindespindel kann mittels eines Gleitlagers an dem Gehäuse längsverschieblich gelagert sein. Für Varianten, in denen eine Relativverschiebung des Gehäuses gegenüber der Gewindespindel erfolgt, ist diese Variante besonders zweckmäßig. Das Gleitlager sorgt für eine einwandfreie Führung im Gehäuse und kann bei entsprechender Gestaltung eine unerwünschte Geräuschübertragung zwischen Gewindespindel und Gehäuse verringern.
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Der Zahnkranz und das teilverzahnte Schaltritzel sind zum schrittweisen Betätigen des Gewindetriebs in Zahneingriff, während der kreissegmentförmige Sperrabschnitt außer Sperreingriff mit einer der Sperrtaschen des Sternrades ist. Der Zahnkranz und dessen teilverzahntes Schaltritzel sind außer Zahneingriff, während der kreissegmentförmige Sperrabschnitt in einer der Sperrstellungen in Sperreingriff mit einer der Sperrtaschen des Sternrades ist.
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In dem Gehäuse können das Schrittgetriebe und der Gewindetrieb gelagert sein und der Elektromotor kann an das Gehäuse angeflanscht sein.
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Je nach Anwendung kann eine Adapterhülse vorgesehen sein, die axial unverschieblich in der hohlen Gewindespindel des Gewindetriebs angeordnet und zum Befestigen an einem fahrzeugaufbauseitigen Teil oder einem radträgerseitigen Teil vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Last des Fahrzeugaufbaus zumindest anteilig tragen kann. An einem vierrädrigen Fahrzeug können insgesamt vier derartige Vorrichtungen eingesetzt werden, die anteilig das Gewicht des Fahrzeugaufbaus tragen, auch wenn der Elektromotor der Vorrichtung abgeschaltet ist. Das Schrittgetriebe gewährleistet in der angefahrenen Sperrstellung das eingestellte Niveau des Fahrzeugaufbaus.
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Die Vorrichtung kann wahlweise zwischen dem Fahrzeugaufbau und Fahrwerksfeder oder zwischen Fahrwerksfeder und Radträger angeordnet sein. Im ersten Fall kann die Vorrichtung am oberen höhenverstellbaren Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein; im zweiten Fall kann die Vorrichtung am unteren höhenverstellbaren Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein.
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Der Gewindetrieb ist vorzugsweise durch einen Kugelgewindetrieb gebildet, dessen Kugeln an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen der Spindelmutter und der Gewindespindel abwälzen. Mit derartigen Kugelgewindetrieben können zuverlässige Stellbewegungen durchgeführt werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt 12 Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
- 2 bis 4 unterschiedliche Ansichten der Vorrichtung,
- 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus 1 entlang der Linie V-V in 1,
- 6 einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus 1 ent lang der Linie VI-VI in 1,
- 7 ein Element der Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,
- 8 und 9 Einzelteile des Elementes aus 7,
- 10 ein Element einer erfindungsgemäßen Variante in perspektivischer Darstellung,
- 11 einen Längsschnitt durch das Element aus 10, und
- 12 ein Federbein eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den 1 bis 9.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt, die einen Elektromotor 1, ein Schrittgetriebe 2 und einen Gewindetrieb 3 aufweist. Das Schrittgetriebe 2 ist motorseitig von dem Elektromotor 1 drehangetrieben. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 4 auf, in dem das Schrittgetriebe 2 und der Gewindetrieb 3 untergebracht sind. Der Elektromotor 1 ist an das Gehäuse 4 angeflanscht.
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Der Gewindetrieb 3 ist im Ausführungsbeispiel durch einen Kugelgewindetrieb 5 gebildet, dessen Kugeln 6 an Kugelrillen 7, 8 der Spindelmutter 9 und der hohlen Gewindespindel 10 abwälzen. Das Gehäuse 4 ist mit zwei Spindelöffnungen 11 zur Durchführung der Gewindespindel 10 des Gewindetriebs 3 versehen. Die Gewindespindel 10 ist über Gleitlager 12 in dem Gehäuse 4 längsverschieblich geführt.
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Eine Adapterhülse 13 axial ist unverschieblich und drehfest in der hohlen Gewindespindel 10 des Gewindetriebs 3 angeordnet und je nach Anwendung zum Befestigen an einem fahrzeugaufbauseitigen Teil oder einem radträgerseitigen Teil vorgesehen. Das Gehäuse 4 kann einen nicht abgebildeten unteren Federteller einer Fahrwerksfeder tragen. Unter Betätigung der Vorrichtung verfährt dann der Federteller entlang der Spindelachse und kann den Fahrzeugaufbau anheben oder absenken.
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Die Spindelmutter 9 des Gewindetriebs 3 ist an ihren beiden Stirnseiten über zwei Lager 17 in dem Gehäuse 3 axial und - falls erforderlich - auch radial gelagert. Diese Lager 17 können beispielsweise als Axialwälzlager ausgeführt sein.
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Das Gehäuse 4 ist quer zur Spindelachse in zwei Gehäuseteile 15, 16 geteilt.
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Die 2, 3 und 4 zeigen unterschiedliche Ansichten der Vorrichtung. 2 zeigt den Schnittverlauf entlang der Linie I-I an; 1 zeigt die Vorrichtung mit diesem Schnitt.
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5 zeigt einen Querschnitt entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie V-V. Der Elektromotor 1 trägt ein Motorritzel 18 zum Antreiben des Schrittgetriebes 2; das Schrittgetriebe 2 weist zu diesem Zweck eine Stellachse 19 auf, die im Ausführungsbeispiel als Zapfen 20 ausgebildet ist, der an dem Gehäuse 4 befestigt ist (s. 1). Drehbar um die Stellachse 19 herum ist auf dem Zapfen 20 ein als Antriebsrad 28 ausgebildetes Antriebsritzel 21 angeordnet, das mit dem Motorritzel 18 kämmt. Auf dem Zapfen 20 ist axial benachbart zu dem Antriebsritzel 21 ein teilverzahntes Schaltritzel 22 drehfest mit dem Antriebsritzel 21 angeordnet. Deutlich ist zu erkennen, dass das Schaltritzel 22 nur einen Umfangsabschnitt mit Zähnen 23 aufweist, und der übrige Umfang freigestellt ist. Das Schaltritzel 22 kämmt mit seinen Zähnen 23 mit einem Zahnkranz 24, der drehfest auf der Spindelmutter 9 angeordnet ist und gemeinsam mit ihr um die Spindelachse drehen kann. 5 zeigt eine Drehlage des Schaltritzels 22 gegenüber dem Zahnkranz 24, in der das Schaltritzel 22 außer Eingriff mit dem Zahnkranz 24 ist.
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6 zeigt einen Querschnitt entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie VI-VI. Axial benachbart zu dem Antriebsritzel 21 und dem Schaltritzel 22 ist auf dem Zapfen 20 eine Sperrscheibe 25 mit einem kreissegmentförmigen Sperrabschnitt 26 um die Stellachse 19 herum drehbar angeordnet. Die Sperrscheibe 25 ist im Ausführungsbeispiel drehfest mit dem Schaltritzel 22 verbunden. Die Sperrscheibe 25 arbeitet mit einem Sternrad 27 zusammen, das drehfest mit dem Zahnkranz 24 verbunden ist und koaxial auf der Spindelmutter 9 angeordnet ist. Das Sternrad 27 weist eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Sperrtaschen 29 auf, in die der Sperrabschnitt 26 der Sperrscheibe 25 eingreift.
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Der Zahnkranz 24 und das Schaltritzel 22 sind zum schrittweisen Betätigen des Gewindetriebs 3 in Zahneingriff, während der kreissegmentförmige Sperrabschnitt 26 außer Sperreingriff mit einer der Sperrtaschen 29 des Sternrades 27 ist. Der Zahnkranz 24 und das Schaltritzel 22 sind außer Zahneingriff während der kreissegmentförmige Sperrabschnitt 26 der Sperrscheibe 25 in einer Sperrstellung in Sperreingriff mit einer der Sperrtaschen 29 des Sternrades 27 ist.
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7 zeigt deutlich die Anordnung der einzelnen Komponenten des Schrittgetriebes 2. Der Zahnkranz 24 und das teilverzahnte Schaltritzel 22 bilden gemeinsam ein Schrittschaltelement 30. Das Sternrad 27 und die Sperrscheibe 25 mit ihrem kreissegmentförmigen Sperrabschnitt 26 bilden gemeinsam ein Sperrelement 31. Das Motorritzel 18 und das Antriebsrad 21 bilden gemeinsam ein Antriebselement 32. Das Schrittschaltelement 30 sowie das Sperrelement 31 sowie das Antriebselement 32 sind in drei axial entlang der Spindelachse hintereinander angeordneten funktionalen Ebenen angeordnet.
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Die 8 und 9 zeigen das Zusammenspiel des Schrittschaltelementes 30 mit dem Sperrelement 31.
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In 8 ist eine Sperrstellung des Schrittgetriebes 2 angefahren, in der bei abgeschaltetem Elektromotor eine Leistungsübertragung von dem Gewindetrieb 3 auf den Elektromotor 1 ausgeschlossen ist. Das Gewicht des Fahrzeugaufbaus ruht auf dem Gewindetrieb 3 und erzeugt ein Drehmoment; eine Rotation der Spindelmutter 9 ist jedoch ausgeschlossen, weil ein formschlüssiger Eingriff der Sperrscheibe 25 mit dem Sternrad 27 eine Drehbewegung der Spindelmutter 9 verhindert. Der formschlüssige Eingriff ist dergestalt, dass das auf das Sternrad 27 wirkende Drehmoment keine Drehung der Sperrscheibe 25 bewirkt.
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In 9 ist ein schrittweises Drehen der nicht abgebildeten Spindelmutter angedeutet: das Antriebsritzel 22 kämmt mit seinen Zähnen 23 mit dem Zahnkranz 24 und dreht den Zahnkranz 24. Der Zahnkranz 24 ist drehfest mit der Spindelmutter 9 verbunden.
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Die 10 und 11 zeigen eine erfindungsgemäße Variante. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Gewindespindel 10 drehangetrieben. Der Zahnkranz 24 ist drehfest auf der Gewindespindel 10 angeordnet. Auf dem Zahnkranz 24 ist drehfest das Sternrad 27 angeordnet. Die Spindelmutter ist in dem nicht abgebildeten Gehäuse gelagert. Die Gewindepindel 10 ist in dem Gehäuse drehbar und axial verschieblich gelagert. Die Adapterhülse 13 ist axial verschieblich und drehbar in der hohlen Gewindespindel 10 angeordnet.
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12 zeigt ein Federbein 33 eines Kraftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Fahrwerksfeder 35 ist einerseits an einem oberen fahrzeugaufbauseitigen Federteller 36 und andererseits an einem höhenverstellbaren unteren radträgerseitigen Federteller 34 abgestützt. Der untere Federteller wird von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veränderung der Lage des Fahrzeugaufbaus entlang der Spindelachse verstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Schrittgetriebe
- 3
- Gewindetrieb
- 4
- Gehäuse
- 5
- Kugelgewindetrieb
- 6
- Kugel
- 7
- Kugelrille
- 8
- Kugelrille
- 9
- Spindelmutter
- 10
- Gewindespindel
- 11
- Spindelöffnung
- 12
- Gleitlager
- 13
- Adapterhülse
- 14
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- 15
- Gehäuseteil
- 16
- Gehäuseteil
- 17
- Lager
- 18
- Motorritzel
- 19
- Stellachse
- 20
- Zapfen
- 21
- Antriebsritzel
- 22
- Schaltritzel
- 23
- Zahn
- 24
- Zahnkranz
- 25
- Sperrscheibe
- 26
- kreissegmentförmiger Sperrabschnitt
- 27
- Sternrad
- 28
- Antriebsrad
- 29
- Sperrtasche
- 30
- Schrittschaltelement
- 31
- Sperrelement
- 32
- Antriebselement
- 33
- Federbein
- 34
- unterer Federteller
- 35
- Fahrwerksfeder
- 36
- oberer Federteller
