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Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug, wobei die Lagerbuchse 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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Die
DE 696 22 141 T2 offenbart 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 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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Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest ein erstes drehfest an einer Außenumfangsfläche eines Innenrings angeordnetes Elastomerelement sowie zumindest ein zweites, drehfest an einer Innenumfangsfläche eines Außenrings angeordnetes Elastomerelement, wobei der Innenring zumindest mittelbar auf einer Welle montiert ist, wobei radial zwischen den beiden Elastomerelementen ein Zwischenring drehfest an den beiden Elastomerelementen zur Anlage kommt, wobei die Lagerbuchse zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist, wobei ferner das erste Elastomerelement zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse über den Zwischenring und eine Zusatzeinheit überbrückbar ist, wobei die Zusatzeinheit mindestens einen drehfest an der Welle angeordneten Klemmkonus, mindestens einen drehfest an der Welle angeordneten Käfigträger und mindestens eine relativ zum mindestens einen Klemmkonus drehbar angeordnete Schaltscheibe umfasst, und wobei der mindestens eine Käfigträger zumindest einen in einem jeweiligen Käfig radial geführten Klemmkörper aufnimmt. Vorzugsweise ist der jeweilige Klemmkörper kugel-, rollen- oder tonnenförmig ausgebildet.
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Mit anderen Worten ändert sich die Steifigkeit der Lagerbuchse in Abhängigkeit von der Zusatzeinheit, wobei die Zusatzeinheit zumindest zwischen zwei Positionen schaltbar ist und dazu vorgesehen ist, das erste Elastomerelement zu überbrücken. Mithin verändert sich bei einer Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse der Kraftfluss in der Lagerbuchse. In einem relativ weichen Zustand der Lagerbuchse befinden sich beide Elastomerelemente im Kraftfluss der Lagerbuchse. Somit werden beide Elastomerelemente zur Schwingungsdämpfung und für elastokinematische Bewegungen verwendet. Demgegenüber befindet sich in einem relativ harten Zustand der Lagerbuchse nur das zweite Elastomerelement im Kraftfluss der Lagerbuchse, da das erste Elastomerelement über den Zwischenring und der Zusatzeinheit überbrückt ist. Insbesondere sind die beiden Elastomerelemente ringförmig ausgebildet. Ferner können die beiden Elastomerelemente identische oder unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen.
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Vorzugsweise umfasst der jeweilige Käfig eine Rückstellfeder und eine Ausgleichsfeder, wobei die Rückstellfeder wellenseitig am jeweiligen Klemmkörper zur Anlage kommt und dazu vorgesehen ist, den jeweiligen Klemmkörper radial gegen die Ausgleichsfeder nach außen zu drücken. Die Ausgleichsfeder ist insbesondere zum Ausgleich von Toleranzen vorgesehen. Ferner ist die Rückstellfeder zur Rückstellung des jeweiligen Klemmkörpers vorgesehen, wobei die jeweilige Schaltscheibe durch Rückstellung des jeweiligen Klemmkörpers wieder in eine Ausgangsposition verdreht wird.
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Bevorzugt weist die jeweilige Schaltscheibe zur Aufnahme und Führung des jeweiligen Klemmkörpers eine jeweilige zumindest teilweise rampenförmig ausgebildete Tasche auf, wobei der jeweilige Klemmkörper axial zwischen dem Klemmkonus und einem radialen Schenkel des Zwischenrings angeordnet ist, und wobei der jeweilige Klemmkörper bei Verdrehung der Schaltscheibe durch die jeweilige zumindest teilweise rampenförmig ausgebildete Tasche radial nach innen verschoben wird und zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse eine Klemmwirkung zwischen dem Klemmkonus und dem radialen Schenkel des Zwischenrings erzeugt. Somit wird aufgrund der zumindest teilweise rampenförmig ausgebildeten Tasche bei einer Verdrehung der jeweiligen Schaltscheibe der jeweilige Klemmkörper zwischen dem jeweiligen Klemmkonus und dem radialen Schenkel des Zwischenrings eingeklemmt. Mit anderen Worten koppelt der jeweilige Klemmkörper den jeweiligen Klemmkonus mit dem Zwischenring und überbrückt dadurch das erste Elastomerelement. Der Kraftfluss verläuft von der Welle über den jeweiligen Konus und den jeweiligen Klemmkörper auf den Zwischenring, und von dort aus über das zweite Elastomerelement auf den Außenring. Insbesondere beschreibt die rampenförmige Kontur der Tasche die Form einer logarithmischen Spirale. Die rampenförmige Kontur kann aber auch andere Formen, wie beispielsweise eine lineare Form aufweisen.
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Ferner bevorzugt weist die jeweilige Schaltscheibe eine Verzahnung auf, wobei die Verzahnung an der jeweiligen Schaltscheibe mit einer Verzahnung an einer Ritzelwelle im Zahneingriff steht. Insbesondere ist die Verzahnung an der jeweiligen Schaltscheibe an einem Außenumgang ausgebildet. Vorzugsweise kämmt die Ritzelwelle mit mehreren axial benachbart zueinander angeordneten Schaltscheiben. Die Ritzelwelle ist zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse vorzugsweise von einem Motor antreibbar. Insbesondere ist der Motor als Elektromotor ausgebildet und an die Lagerbuchse angeflanscht. Des Weiteren kann die jeweilige Schaltscheibe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch über einen Riementrieb oder über eine Kurvenscheibe oder über eine Pleuelstange oder über einen Schneckentrieb gedreht werden. Vorteilhafterweise kann zwischen dem Motor und der jeweiligen Schaltscheibe ein Getriebe vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist weniger als eine viertel Umdrehung der jeweiligen Schaltscheibe zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse vorgesehen. Dadurch kann die Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse besonders schnell erfolgen. Je nach gewählter Übersetzung zwischen der Ritzelwelle und der Schaltscheibe reicht ein kurzzeitiger Betrieb des Motors aus, um die gewünschte Steifigkeit der Lagerbuchse einzustellen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Käfigträger zumindest einen ersten axialen Schenkel auf, der radial zwischen der Welle und dem jeweiligen Klemmkörper ausgebildet ist, wobei die jeweilige Rückstellfeder an dem jeweiligen ersten axialen Schenkel zur Anlage kommt. Bevorzugt weist der Käfigträger zumindest einen zweiten axialen Schenkel auf, der radial zwischen der Schaltscheibe und dem jeweiligen Klemmkörper ausgebildet ist, wobei die jeweilige Ausgleichsfeder an dem jeweiligen zweiten axialen Schenkel zur Anlage kommt.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der acht Figuren näher dargestellt, wobei ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Fahrwerkslenkers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Fahrwerkslenkers eine erfindungsgemäße Lagerbuchse aufweist,
- 2 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
- 4 eine schematische Detaildarstellung nach 2 zur Veranschaulichung einer ersten Schaltstellung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
- 5 eine schematische Detaildarstellung nach 3 zur Veranschaulichung der ersten Schaltstellung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
- 6 eine schematische Detaildarstellung nach 2 zur Veranschaulichung einer zweiten Schaltstellung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
- 7 eine schematische Detaildarstellung nach 3 zur Veranschaulichung der zweiten Schaltstellung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse, und
- 8 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Nach 1 ist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 in eine dafür vorgesehene Bohrung 21 an einem Fahrwerkslenker 20 angeordnet. Der Fahrwerkslenker 20 wird in einem - hier nicht dargestellten - Fahrwerk eines - hier nicht dargestellten - Kraftfahrzeugs verbaut. An einem Bolzen 22 der Lagerbuchse 1 wird ein - hier nicht dargestellter - Achsträger des Kraftfahrzeugs befestigt. Mithin wird der Bolzen 22 zur Anbindung der Lagerbuchse 1, und somit zur Anbindung des Fahrwerklenkers 20 am Achsträger vorgesehen. Ferner weist der Fahrwerkslenker 20 eine weitere Bohrung 21a auf, in der eine mechanische, nicht schaltbare Lagerbuchse 1a angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die nicht schaltbare Lagerbuchse 1a als konventionelles Gummilager ausgebildet. An einem Bolzen 22a der Lagerbuchse 1a ist ein - hier nicht dargestellter - Radträger angeordnet.
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Gemäß 2 umfasst die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 ein erstes drehfest an einer Außenumfangsfläche eines Innenrings 2 angeordnetes Elastomerelement 3a sowie ein zweites, drehfest an einer Innenumfangsfläche eines Außenrings 4 angeordnetes Elastomerelement 3b. Dabei ist der Innenring 2 über eine jeweilige Mutter 23 an einer Welle 7 aufgenommen, wobei die Welle 7 axial durch die gesamte Lagerbuchse 1 verläuft und die beiden Muttern 23 miteinander verbindet. Die beiden Elastomerelemente 3a, 3b sind ringförmig ausgebildet. Radial zwischen den beiden Elastomerelementen 3a, 3b kommt ein Zwischenring 5 drehfest an den beiden Elastomerelementen 3a, 3b zur Anlage. Mithin befindet sich das erste Elastomerelement 3a radial zwischen dem Innenring 2, der über die jeweilige Mutter 23 mit der Welle 7 verbunden ist, und dem Zwischenring 5. Demgegenüber ist das zweite Elastomerelement 3b radial zwischen dem Zwischenring 5 und dem Außenring 4 angeordnet. Ferner umfasst die Lagerbuchse 1 eine Zusatzeinheit 6, mittels der die Lagerbuchse 1 zwischen zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist.
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Die Zusatzeinheit 6 ist im Kraftfluss zwischen der Welle 7 und dem Zwischenring 5 angeordnet und entkoppelt zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 das erste Elastomerelement 3a durch Überbrückung. Somit verläuft der Kraftfluss in der - hier dargestellten - Ausgangsstellung der Lagerbuchse 1 von der Welle 7, beziehungsweise von der Mutter 23 über den Innenring 2 auf das erste Elastomerelement 3a, und von dort über den Zwischenring 5 und dem zweiten Elastomerelement 3b auf den Außenring 4.
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Zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 wird die Zusatzeinheit 6 betätigt, wobei dann der Kraftfluss in der Lagerbuchse 1 von der Welle 7 über die Zusatzeinheit 6 und den Zwischenring 5 durch das zweite Elastomerelement 3b und den Außenring 4 verläuft. Dadurch, dass sich das erste Elastomerelement 3a nicht im Kraftfluss befindet, steigt die Steifigkeit der Lagerbuchse 1. Das Kraftfahrzeug weist dann ein relativ „hartes“ Laufverhalten auf, wobei dadurch eine sportliche Fahrweise unterstützt wird. Demgegenüber weist das Kraftfahrzeug im Ausgangszustand aufgrund der beiden im Kraftfluss befindlichen Elastomerelemente ein relativ „weiches“ Laufverhalten auf, wobei dadurch eine komfortable Fahrweise unterstützt wird.
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Insbesondere gemäß 3, die eine weitere Schnittdarstellung der in 2 dargestellten Lagerbuchse 1 zeigt, aber auch gemäß 2 umfasst die Zusatzeinheit 6 einen drehfest an der Welle 7 angeordneten Klemmkonus 8, einen drehfest an der Welle 7 angeordneten Käfigträger 9 und eine relativ zum Klemmkonus 8 drehbar angeordnete Schaltscheibe 10. Der Käfigträger 9 weist mehrere in einem jeweiligen Kä 11 radial geführte Klemmkörper 12, wobei der jeweilige Klemmkörper 12 kugelförmig ausgebildet ist. Der jeweilige Kä11 umfasst eine Rückstellfeder 13 und eine Ausgleichsfeder 14. Ferner weist die Schaltscheibe 10 zur Aufnahme und Führung des jeweiligen Klemmkörpers 12 eine jeweilige zumindest teilweise rampenförmig ausgebildete Tasche 15 auf. Dabei ist der jeweilige Klemmkörper 12 axial zwischen dem Klemmkonus 8 und einem radialen Schenkel 19 des Zwischenrings 5 angeordnet. Des Weiteren weist die Schaltscheibe 10 eine Verzahnung auf, die mit einer Verzahnung an einer Ritzelwelle 16 im Zahneingriff steht. Die Ritzelwelle 16 ist zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 von einem elektrisch betriebenen Motor 17 antreibbar, wobei dadurch die Schaltscheibe 10 verdreht wird.
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Wie insbesondere aus den 6 und 7 hervorgeht, werden bei einer Verdrehung der Schaltscheibe 10 die Klemmkörper 12 durch die jeweilige zumindest teilweise rampenförmig ausgebildete Tasche 15 radial nach innen verschoben. Dadurch kommen die Klemmkörper 12 an dem Klemmkonus 8 und dem radialen Schenkel 19 des Zwischenrings 5 zur Anlage und koppeln somit die Welle 7 über den Klemmkonus 8 mit dem radialen Schenkel 19 des Zwischenrings 5. Mithin dient der radiale Schenkel 19 als Klemmfläche. Zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 ist weniger als eine viertel Umdrehung der Schaltscheibe 10 notwendig.
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Wie aus den 2 bis 5 hervorgeht, kommen die Klemmkörper 12 in der Ausgangsstellung der Lagerbuchse 1 nicht am Klemmkonus 8 zur Anlage sondern nur an dem radialen Schenkel 19 des Zwischenrings 5. Durch die jeweilige Rückstellfeder 13 wird der jeweilige Klemmkörper radial nach außen gedrückt.
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Nach den 4 bis 7 weist der Käfigträger 9 einen ersten axialen Schenkel 18a auf, der radial zwischen der Welle 7 und dem Klemmkörper 12 ausgebildet ist. Die jeweilige Rückstellfeder 13 kommt an dem ersten axialen Schenkel 18a zur Anlage.. Insbesondere dient die Rückstellfeder 13 der Rückstellung des Käfigs 11 in den ersten Zustand. Ferner weist der Käfigträger 9 einen zweiten axialen Schenkel 18b auf, der radial zwischen der Schaltscheibe 10 und dem Klemmkörper 12 ausgebildet ist. Die Ausgleichsfeder 14 kommt an dem zweiten axialen Schenkel 18b zur Anlage und spannt den Klemmkörper 12 radial vor und dient dem Ausgleich von Toleranzen.
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In 8 ist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 mit rollenförmigen Klemmkörpern 12 dargestellt. Die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 gemäß 8 ist bis auf die Form der Klemmkörper 12 und des Klemmkonus 8 identisch zu der erfindungsgemäßen Lagerbuchse 1 gemäß den 2 bis 7 ausgebildet. Ferner ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lagerbuchse 1 gemäß 8 identisch zu der erfindungsgemäßen Lagerbuchse 1 gemäß den 2 bis 7.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Lagerbuchse
- 2
- Innenring
- 3a, 3b
- Elastomerring
- 4
- Außenring
- 5
- Zwischenring
- 6
- Zusatzeinheit
- 7
- Welle
- 8
- Klemmkonus
- 9
- Käfigträger
- 10
- Schaltscheibe
- 11
- Käfig
- 12
- Klemmkörper
- 13
- Rückstellfeder
- 14
- Ausgleichsfeder
- 15
- rampenförmig ausgebildete Tasche
- 16
- Ritzelwelle
- 17
- Motor
- 18a, 18b
- axialer Schenkel
- 19
- radialen Schenkel des Zwischenrings
- 20
- Fahrwerkslenker
- 21, 21 a
- Bohrung
- 22, 22a
- Bolzen
- 23
- Mutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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