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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug, umfassend einen eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen, eine die Gelenkkugel umschließende und mit einer Zapfenöffnung versehene Kugelpfanne, in welcher die Gelenkkugel des Kugelzapfens drehbar gelagert ist, sowie eine Stelleinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Querlenker mit einem solchen Kugelgelenk.
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In der Regel besitzen Fahrzeuge an der vorderen, lenkbaren Achse einen unteren Querlenker, welcher über ein Kugelgelenk mit dem Radträger verbunden ist. Dieses Kugelgelenk gibt alle rotatorischen Freiheitsgrade frei. Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft die Reibung im Kugelgelenk zu erhöhen oder das Kugelgelenk vollständig rotatorisch zu sperren.
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Aus
DE 10 2011 075 324 A1 geht ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug hervor, wobei die Reibung des Kugelgelenks variabel einstellbar ist. Das Kugelgelenk umfasst einen eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen und eine die Gelenkkugel umschließende und mit einer Zapfenöffnung versehene Kugelpfanne, in welcher die Gelenkkugel des Kugelzapfens drehbar gelagert ist. Die Kugelpfanne weist zwei in einer axialen Richtung relativ zueinander bewegbare Kugelpfannenteile auf, die an unterschiedlichen Seiten der Gelenkkugel angreifen, die in axialer Richtung einander gegenüberliegen. Ferner umfasst das Kugelgelenk auch eine steuerbare Stelleinrichtung, mittels welcher die Kugelpfannenteile in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar sind, sodass ein von den Kugelpfannenteilen auf die Gelenkkugel ausgeübter Druck variierbar ist. Dieser Druck bestimmt die Reibung zwischen Gelenkkugel und Kugelpfanne, wobei die Reibung mittels der Stelleinrichtung variierbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein variabel einstellbares Kugelgelenk weiterzuentwickeln, und insbesondere Bauraum und Gewicht einzusparen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Kugelgelenk für ein Fahrzeug umfasst einen eine Gelenkkugel aufweisenden Kugelzapfen und eine die Gelenkkugel umschließende und mit einer Zapfenöffnung versehene Kugelpfanne, in welcher die Gelenkkugel des Kugelzapfens drehbar gelagert ist, wobei die Kugelpfanne mindestens zwei relativ zueinander bewegbare Kugelpfannenteile aufweist, die von einer Stelleinrichtung relativ zueinander bewegbar sind, um die Gelenkkugel in der Kugelpfanne festzusetzen, wobei die Stelleinrichtung einen ersten und einen zweiten Elektromagneten aufweist, wobei der erste Elektromagnet dazu vorgesehen ist, ein Stellelement, das zumindest mittelbar auf die Kugelpfanne einwirkt, aus einer Ausgangsposition in eine Arretierungsposition zu verstellen, und wobei der zweite Elektromagnet dazu vorgesehen ist, ein Arretierungselement, das zumindest mittelbar auf das Stellelement einwirkt, zu verstellen, um das Stellelement zumindest in der Arretierungsposition festzusetzen.
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Mit anderen Worten ist die Gelenkkugel des Kugelzapfens in der Ausgangsposition drehbar in der Kugelpfanne gelagert. Dabei sind alle rotatorischen Freiheitsgrade freigegeben. In der Arretierungsposition wird die Kugelpfanne, insbesondere die mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Kugelpfannenteile derart von der Stelleinrichtung relativ zueinander bewegt, dass die Gelenkkugel in der Kugelpfanne festgesetzt wird. Mithin ist die Gelenkkugel des Kugelzapfens in der Arretierungsposition fest in der Kugelpfanne aufgenommen, wobei das Kugelgelenk vollständig rotatorisch gesperrt ist.
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Um die Arretierungsposition des Stellelements einzuleiten, wird das Stellelement mittels des ersten Elektromagneten verschoben. Das Stellelement kann entweder unmittelbar, also direkt auf die Kugelpfanne beziehungsweise die mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Kugelpfannenteile einwirken oder mittelbar, also über mindestens ein weiteres Element, dass sich im Wirkungspfad zwischen der Kugelpfanne beziehungsweise zwischen mindestens einem jeweiligen Kugelpfannenteil und dem Stellelement befindet.
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Um die Arretierungsposition des Stellelements festzusetzten und dadurch eine Bestromungsdauer des ersten Elektromagneten auf die Stellbewegung des Stellelements zu verkürzen, wird das Arretierungselement von dem zweiten Elektromagneten betätigt. Das Arretierungselement kann entweder unmittelbar, also direkt auf das Stellelement einwirken oder mittelbar, also über mindestens ein weiteres Element, dass sich im Wirkungspfad zwischen dem Arretierungselement und dem Stellelement befindet.
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Der erste Elektromagnet kann kurzzeitig sehr hohe Kräfte erzeugen, jedoch besitzt dieser nur eine geringe Dauerleistung. Daher ist eine Arretierung des Stellelements besonders vorteilhaft, um den ersten Elektromagneten klein und günstig dimensionieren zu können. Insbesondere gilt gleiches auch für den zweiten Elektromagneten.
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Der jeweilige Elektromagnet besteht aus einer Spule, in der sich bei einem Stromdurchfluss ein magnetisches Feld bildet. Insbesondere ist in der Spule ein offener Eisenkern angeordnet, der das Magnetfeld führt und verstärkt. Zur Bestromung des jeweiligen Elektromagneten ist dieser mit einer zugeordneten elektrischen Leitung verbunden.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Stellelement und das Arretierungselement dazu vorgesehen sind, mit einer jeweiligen Feder zusammenzuwirken, um wieder zurück in eine Ausgangsposition verschoben zu werden. Mithin wirkt die jeweilige Feder dem jeweiligen Elektromotor entgegen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Elektromagnet dazu vorgesehen, das Stellelement axial von sich wegzudrücken. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Elektromagnet dazu vorgesehen, das Stellelement axial an sich heranzuziehen. Mithin ist der erste Elektromagnet entweder als Druck- oder Zugmagnet ausgebildet.
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Vorzugsweise ist ein Permanentmagnet an einem dem ersten Elektromagneten zugeordneten Endabschnitt des Stellelements angeordnet. Insbesondere ist der Permanentmagnet an einem distalen Ende des Stellelements integriert. Der Permanentmagnet ist aus einer hartmagnetischen Werkstofflegierung ausgebildet und weist ein statisches Magnetfeld auf. Mithin wird im Gegensatz zu einem Elektromagneten kein elektrischer Stromfluss benötigt, um das Magnetfeld einzustellen.
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Bevorzugt ist das Arretierungselement beweglich in einer Haltevorrichtung aufgenommen, wobei die Haltevorrichtung dazu vorgesehen ist, das Arretierungselement in mindestens einer betätigten Position zu halten. Mit anderen Worten ist die Haltevorrichtung zur Führung und Festsetzung, also zum Halten einer eingestellten Position des Arretierungselements vorgesehen. Mithin ist das Arretierungselement relativ zur Haltevorrichtung verschiebbar.
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Des Weiteren funktioniert die Haltevorrichtung vorzugsweise nach einem Kugelschreiberprinzip. Unter dem Kugelschreiberprinzip wird die Funktionsweise eines Kugelschreibers verstanden, wobei durch ein axiales Betätigen eines distalen Endes des Kugelschreibers die Schreibspitze der Kugelschreibermine aus dem Griffrohr des Kugelschreibers geführt wird und in dieser Position einrastet, und wobei ein weiteres axiales Betätigen des distalen Endes des Kugelschreibers die Schreibspitze der Kugelschreibermine wieder in dem Griffrohr des Kugelschreibers verschwinden lässt.
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Bezogen auf die Funktionsweise der Haltevorrichtung wird das Arretierungselement bei Aktuieren mit dem zweiten Elektromagneten über seine Arretierungsstellung hinaus gedrückt. Bei diesem Vorgang verdreht sich in der Haltevorrichtung eine Hülse, die den Stellweg des Arretierungsbolzens beim Zurückdrücken durch die am Arretierungselement angeordnete Feder begrenzt. Dadurch ergibt sich für das Arretierungselement ein Anschlag, der derart eingestellt ist, dass das Arretierungselement in den Stellweg des Stellelements ragt und somit das Stellelement blockiert.
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Somit ist das Stellelement ohne weiteres Aufbringen einer externen Kraft oder Energie in der Arretierungsposition festgesetzt. Bei einer erneuten Betätigung des ersten Elektromagneten wird das Stellelement in Richtung der Gelenkkugel verfahren und somit das Arretierungselement entlastet. Nun kann der zweite Elektromagnet betätigt werden, um das Arretierungselement zu verschieben. Dabei verdreht sich die Hülse der Haltevorrichtung erneut und gibt die Ausgangsstellung des Arretierungselements wieder frei. Die an dem Stellelement angeordnete Feder drückt das Stellelement anschließend in die Ausgangsstellung zurück und gibt die Gelenkkugel wieder frei.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt das Stellelement mit einem Keilelement zusammen, um über eine Verschiebung des Keilelements die mindestens zwei Kugelpfannenteile relativ zueinander zu bewegen und die Gelenkkugel in der Kugelpfanne festzusetzen. Mithin ist das Keilelement an einem der Kugelpfannenteile angeordnet, um das eine Kugelpfannenteil gegenüber dem anderen Kugelpfannenteil zu verschieben und dadurch die Gelenkkugel in der Kugelpfanne festzusetzen. Unter einem Keilelement ist ein Element zu verstehen, dass zumindest eine Rampe aufweist und dazu geeignet ist, eine Klemmung durch Verschiebung einzustellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wirkt das Stellelement mit einem in einer dafür vorgesehenen Kammer angeordneten inkompressiblen Fluid zusammen, um das inkompressible Fluid mit einem Druck zu beaufschlagen und dadurch die Kugelpfannenteile relativ zueinander zu bewegen und die Gelenkkugel in der Kugelpfanne festzusetzen. Somit ist zwischen dem Stellelement und dem jeweiligen Kugelpfannenteil ein inkompressibles Fluid angeordnet. Das inkompressible Fluid ist in der dafür vorgesehenen Kammer aufgenommen, wobei das Stellelement als Kolben ausgebildet und zumindest teilweise in der Kammer angeordnet ist. Durch Verschiebung des Kolbens in der Kammer wird das inkompressible Fluid mit Druck beaufschlagt, wodurch die Kugelpfannenteile relativ zueinander verschoben werden. Die Gelenkkugel wird dann in der Kugelpfanne festgesetzt.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Querlenkers mit einem Kugelgelenk nach einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 2 eine vereinfachte schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Querlenkers mit einem Kugelgelenk nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 umfasst ein - hier nur teilweise und stark vereinfacht dargestellter - Querlenker für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug ein Kugelgelenk. Das Kugelgelenk umfasst einen Kugelzapfen 2 mit einer daran ausgebildeten Gelenkkugel 1 und eine die Gelenkkugel 1 umschließende und mit einer Zapfenöffnung 3 versehene Kugelpfanne 4. Vorliegend ist die Gelenkkugel 1 in der Kugelpfanne 4 fixiert. Die Kugelpfanne 4 ist aus zwei relativ zueinander bewegbaren Kugelpfannenteilen 4a, 4b ausgebildet, die von einer Stelleinrichtung 5 relativ zueinander bewegbar sind, um die Gelenkkugel 1 - wie vorliegend dargestellt - in der Kugelpfanne 4 festzusetzen.
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Die Stelleinrichtung 5 umfasst einen ersten und einen zweiten Elektromagneten 6a, 6b, ein Stellelement 7 und ein Arretierungselement 8 sowie eine Haltevorrichtung 10. Der erste Elektromagnet 6a ist dazu vorgesehen, das Stellelement 7, das mittelbar über ein Keilelement 11 auf die Kugelpfanne 4 einwirkt, aus einer - hier nicht dargestellten - Ausgangsposition axial in eine - hier dargestellte - Arretierungsposition zu verstellen. Demgegenüber ist der zweite Elektromagnet 6b dazu vorgesehen, das Arretierungselement 8 aus einer - hier nicht dargestellten - Ausgangsposition axial in eine - hier dargestellte - betätigte Position zu verstellen, um das Stellelement 7 - wie vorliegend dargestellt - mittels des Arretierungselements 8 in der Arretierungsposition festzusetzen. Das Arretierungselement 8 ist dabei beweglich in der Haltevorrichtung 10 aufgenommen, wobei die Haltevorrichtung 10 dazu vorgesehen ist, das Arretierungselement 8 axial zu führen und in der betätigten Position festzusetzen. Das Stellelement 7 wirkt mit dem Keilelement 11 zusammen, um über eine Verschiebung des Keilelements 11 die beiden Kugelpfannenteile 4a, 4b gegeneinander zu drücken und dadurch die Gelenkkugel 1 in der Kugelpfanne 4 festzusetzen.
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Eine Betätigung des ersten Elektromagneten 6a durch Einspeisung eines elektrischen Stroms über die erste elektrische Leitung 14a verschiebt das Stellelement 7 zumindest teilweise axial in Richtung des Keilelements 11 und entlastet somit das Arretierungselement 10. Der erste Elektromagnet 6a ist dazu vorgesehen, das Stellelement 7 axial von sich wegzudrücken. Zur Verstärkung des magnetischen Feldes ist ein Permanentmagnet 9 an einem dem ersten Elektromagneten 6a zugeordneten Endabschnitt des Stellelements 7 angeordnet.
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Der zweite Elektromagnet 6b kann durch Einspeisung eines elektrischen Stroms über die zweite elektrische Leitung 14b betätigt werden, um das Arretierungselement 10 axial zu verschieben und dadurch bei einem Aussetzen der Bestromung des ersten Elektromagneten 6a das Stellelement 7 axial frei zu geben und in eine Ausgangsstellung zu verschieben. Eine an dem Stellelement 7 angeordnete - jedoch nicht dargestellte - Feder drückt das Stellelement 7 in die Ausgangsstellung am ersten Elektromagneten 6a zurück und gibt dadurch die Gelenkkugel 1 wieder frei. In der Ausgangsstellung ist das Keilelement 11 entlastet und dadurch ist die Gelenkkugel 1 des Kugelzapfens 2 drehbar gelagert, wobei alle rotatorischen Freiheitsgrade freigegeben sind.
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Nach 2 umfasst ein - hier nur teilweise und stark vereinfacht dargestellter - Querlenker für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug ein Kugelgelenk. Das Kugelgelenk umfasst einen Kugelzapfen 2 mit einer daran ausgebildeten Gelenkkugel 1 und eine die Gelenkkugel 1 umschließende und mit einer Zapfenöffnung 3 versehene Kugelpfanne 4. Vorliegend ist die Gelenkkugel 1 in der Kugelpfanne 4 fixiert. Die Kugelpfanne 4 ist aus drei relativ zueinander bewegbaren Kugelpfannenteilen 4a, 4b, 4c ausgebildet, die von einer Stelleinrichtung 5 relativ zueinander bewegbar sind, um die Gelenkkugel 1 - wie vorliegend dargestellt - in der Kugelpfanne 4 festzusetzen.
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Die Stelleinrichtung 5 umfasst einen ersten und einen zweiten Elektromagneten 6a, 6b, ein als Kolben ausgebildetes Stellelement 7 und ein Arretierungselement 8 sowie eine Haltevorrichtung 10. Der erste Elektromagnet 6a ist dazu vorgesehen, das Stellelement 7, das mittelbar über ein in einer dafür vorgesehenen Kammer 12 angeordnetes inkompressibles Fluid 13 auf die Kugelpfanne 4 einwirkt, aus einer - hier nicht dargestellten - Ausgangsposition axial in eine - hier dargestellte - Arretierungsposition zu verstellen. Demgegenüber ist der zweite Elektromagnet 6b dazu vorgesehen, das Arretierungselement 8 aus einer - hier nicht dargestellten - Ausgangsposition axial in eine - hier dargestellte - betätigte Position zu verstellen, um das Stellelement 7 - wie vorliegend dargestellt - mittels des Arretierungselements 8 in der Arretierungsposition festzusetzen.
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Das Arretierungselement 8 ist dabei beweglich in der Haltevorrichtung 10 aufgenommen, wobei die Haltevorrichtung 10 dazu vorgesehen ist, das Arretierungselement 8 axial zu führen und in der betätigten Position festzusetzen. Das Stellelement 7 ist teilweise auch in der Kammer 12 angeordnet und wirkt mit dem in der Kammer 12 angeordneten inkompressiblen Fluid 13 zusammen, um über eine Druckmittelbeaufschlagung des inkompressiblen Fluides 13 die Kugelpfannenteile 4a, 4b, 4c zu verschieben und dadurch die Gelenkkugel 1 in der Kugelpfanne 4 festzusetzen.
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Eine Betätigung des ersten Elektromagneten 6a durch Einspeisung eines elektrischen Stroms über die erste elektrische Leitung 14a verschiebt das Stellelement 7 zumindest teilweise axial in der Kammer 12 und entlastet somit das Arretierungselement 10. Der erste Elektromagnet 6a ist dazu vorgesehen, das Stellelement 7 axial an sich heranzuziehen. Dies bietet den Vorteil, dass die Kraft, die der erste Elektromagnet 6a aufbringt, über den Stellweg des Stellelements 7 zunehmend größer wird, da der Luftspalt zwischen dem erstem Elektromagneten 6a und dem Stellelement 7 zunehmend kleiner wird. Daher ist die Anordnung eines Permanentmagneten 9 am Endabschnitt des Stellelements 7 wie in 1 nicht notwendig.
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Der zweite Elektromagnet 6b kann durch Einspeisung eines elektrischen Stroms über die zweite elektrische Leitung 14b betätigt werden, um das Arretierungselement 10 axial zu verschieben und dadurch bei einem Aussetzen der Bestromung des ersten Elektromagneten 6a das Stellelement 7 axial frei zu geben und in eine Ausgangsstellung zu verschieben. Eine an dem Stellelement 7 angeordnete - jedoch nicht dargestellte - Feder drückt das Stellelement 7 in die Ausgangsstellung am ersten Elektromagneten 6a zurück und gibt dadurch die Gelenkkugel 1 wieder frei. In der Ausgangsstellung ist das in der Kammer 12 angeordnete inkompressible Fluid 13 entlastet und dadurch ist die Gelenkkugel 1 des Kugelzapfens 2 drehbar gelagert, wobei alle rotatorischen Freiheitsgrade freigegeben sind.
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Die beiden 1 und 2 zeigen den jeweiligen Querlenker in einer zumindest teilweise größenverzerrten Darstellung. Der jeweils rechte Teil der jeweiligen Figur, auf den Bezugszeichen 5 gerichtet ist, ist gegenüber dem jeweils linken Teil der jeweiligen Figur, in dem die jeweilige Gelenkkugel 1 angeordnet ist, stark vergrößert dargestellt. Ein jeweiliger mittlerer Bereich 15 verbindet den rechten und den linken Teil graphisch miteinander zu einer jeweiligen zusammenhängenden Figur. Der mittlerer Bereich 15 ist von links nach rechts zunehmend vergrößert dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkkugel
- 2
- Kugelzapfen
- 3
- Zapfenöffnung
- 4
- Kugelpfanne
- 4a
- Kugelpfannenteil
- 4b
- Kugelpfannenteil
- 4c
- Kugelpfannenteil
- 5
- Stelleinrichtung
- 6a
- erster Elektromagnet
- 6b
- zweiter Elektromagnet
- 7
- Stellelement
- 8
- Arretierungselement
- 9
- Permanentmagnet
- 10
- Haltevorrichtung
- 11
- Keilelement
- 12
- Kammer
- 13
- inkompressibles Fluid
- 14a
- erste elektrische Leitung
- 14b
- zweite elektrische Leitung
- 15
- mittlerer Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011075324 A1 [0003]
