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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Niveauverstellung eines Fahrzeugaufbaus. Gattungsgemäße Vorrichtungen zur Niveauverstellung von Fahrzeugaufbauten sind insbesondere zur Erhöhung der Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beziehungsweise deren Tieferlegung bei ebenen Fahrbahnen in den Federbeinen der Kraftfahrzeuge vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2014 203 862 A1 geht eine Aktuatoranordnung, insbesondere für eine Niveauverstellung in einem Kraftfahrzeug hervor. Die Aktuatoranordnung umfasst wenigstens zwei separate Aktuatoren, die jeweils ein zur Erwirkung einer eine lineare Bewegungskomponente aufweisenden Stellbewegung rotierend anzutreibendes Element aufweisen. Ferner weisen die Aktuatoren jeweils einen das jeweilige Element antreibenden Antriebsmotor auf, wobei die beiden Antriebsmotoren über eine gemeinsame Steuerungseinrichtung separat ansteuerbar sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Niveauverstellung eines Fahrzeugaufbaus weiterzuentwickeln, und insbesondere eine Blockade der Vorrichtung zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Niveauverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Niveaueinstellung eines Fahrzeugaufbaus umfasst eine drehangetriebene Gewindemutter mit einer entlang der Gewindemutter axial verschieblichen Gewindespindel, wobei die Gewindespindel zwischen einem ersten und zweiten axialen Endpunkt axial verlagerbar ist, um einen Hub- oder Senkvorgang des Fahrzeugaufbaus durchzuführen, wobei die Gewindemutter mittels eines Vierpunktlagers in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei das Vierpunktlager einen Außenring, eine erste und zweite Innenringhälfte sowie räumlich dazwischen angeordnete Wälzkörper umfasst, wobei die Wälzkörper während des Hub- oder Senkvorgangs des Fahrzeugaufbaus über einen ersten Laufbahnbereich des Außenrings sowie einer ersten Laufbahn der ersten Innenringhälfte abrollen, wobei das Vierpunktlager dazu vorgesehen ist, bei Erreichen der Gewindespindel am ersten axialen Endpunkt eine Blockade der Gewindemutter zu verhindern, indem die Wälzkörper an einem zweiten Laufbahnbereich des Außenrings sowie an einer zweiten Laufbahn der zweiten Innenringhälfte zur Anlage kommen.
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Die Vorrichtung ist dazu vorgesehen, durch das axiale Verlagern der Gewindespindel gegenüber der Gewindemutter eine Hubbewegung auszuführen und dabei das an dieser Fahrzeugachse aufliegende Fahrzeuggewicht zu tragen und anzuheben. Mit anderen Worten wird für den Zeitraum der Anhebung die Gewichtskraft des Fahrzeugs beispielsweise von einem mit der Gewindespindel verbundenen Verstellelement in der Vorrichtung abgefangen. Dadurch wird ein Höhenstand des Fahrzeugs verändert und das Fahrzeug kann in eine gewünschte Soll-Niveaulage gebracht werden.
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Die Gewindemutter ist derart in der Vorrichtung zur Niveauverstellung drehbar gelagert, sodass ein Drehantrieb der Gewindemutter zu einer Längsverlagerung der Gewindespindel relativ zur Gewindemutter führt, wobei abhängig von der Drehrichtung eines die Gewindemutter antreibenden Antriebsmotors die Gewindespindel zwischen dem ersten und zweiten axialen Endpunkt bewegt wird. Mithin kann die Gewindespindel als sich longitudinal verlagernd gesehen werden. Das axiale Verlagern der Gewindespindel zwischen dem ersten und zweiten axialen Endpunkt kann insbesondere bei einer sogenannten Referenzierungsfahrt der Vorrichtung erfolgen. Mit anderen Worten dienen der erste und zweite axiale Endpunkt als axiale Referenzpunkte für die Betätigung der Vorrichtung zur Niveauverstellung des Fahrzeugaufbaus.
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Der Außenring ist vorzugsweise einteilig und ortsfest im Gehäuse montiert, wobei die erste und zweite Innenringhälfte fest auf der Außenumfangsfläche der Gewindemutter angeordnet sind und vorzugsweise axial gesichert sind. Die erste Innenringhälfte ist axial unterhalb der zweiten Innenringhälfte angeordnet, wobei die zweite Innenringhälfte alternativ geringfügig axial verschieblich ausgebildet sein kann, um ein Lagerspiel zu gewährleisten und einen Kontakt der zweiten Innenringhälfte während des Hub- oder Senkvorgangs des Fahrzeugaufbaus zu vermeiden.
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Die Gewindemutter und die Gewindespindel sind als Gewindetrieb ausgebildet, wobei der Gewindetrieb insbesondere als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist. Da die Wälzkörper während des Hub- oder Senkvorgangs des Fahrzeugaufbaus, welcher auch als Hauptlastfall des Vierpunktlagers zu verstehen ist, im Wesentlichen über den ersten Laufbahnbereich des Außenrings sowie der ersten Laufbahn der ersten Innenringhälfte abrollen, weisen diese mit den Wälzkörpern hauptsächlich in Kontakt tretende Flächen eine hohe Oberflächenqualität auf. Die Oberflächenqualität ist beispielsweise gekennzeichnet durch gute Abrolleigenschaften und geringe Reibungsverluste. Mithin dienen der erste Laufbahnbereich sowie die erste Laufbahn als Hauptlaufbahn für die Wälzkörper des Kugelgewindetriebs. Der erste Laufbahnbereich sowie die erste Laufbahn sind diagonal zueinander im Vierpunktlager angeordnet, um Axialkräfte zu übertragen. Dementsprechend sind der zweite Laufbahnbereich sowie die zweite Laufbahn ebenfalls diagonal zueinander im Vierpunktlager ausgebildet, um entgegengesetzte Axialkräfte zu übertragen.
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Der zweite Laufbahnbereich sowie die zweite Laufbahn kommen während des Hub- oder Senkvorgangs des Fahrzeugaufbaus nicht in Kontakt mit den Wälzkörpern und sind ausschließlich zur Verhinderung der Blockade der Gewindemutter vorgesehen. Mithin können der zweite Laufbahnbereich sowie die zweite Laufbahn günstiger, das heißt mit geringerer Oberflächenqualität hergestellt werden. Dies senkt den Herstellungsaufwand und somit auch die Herstellungskosten des Vierpunktlagers.
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Die Gewindespindel kommt am ersten axialen Endpunkt zur Anlage, wenn der Fahrzeugaufbau maximal abgesenkt oder tiefer gelegt wird. Mit anderen Worten entspricht der erste axiale Endpunkt einem axialen Anschlag, an dem die Gewindespindel axial zur Anlage kommt. Mithin liegt dann ein minimaler Hub vor. Aufgrund des im Vierpunktlager vorliegenden Lagerspiels rotiert die Gewindemutter nach Erreichen des ersten axialen Endpunkts weiter und verlagert axial um das Maß des Lagerspiels, sodass ein sogenanntes Umschalten der Laufbahnen erfolgt. Darunter ist zu verstehen, dass die Wälzkörper nicht mehr zwischen dem ersten Laufbahnbereich des Außenrings und der ersten Laufbahn der ersten Innenringhälfte, also auf der Hauptlaufbahn abrollen, sondern dass sich die Wälzkörper dann gegen den zweiten Laufbahnbereich des Außenrings und die zweite Laufbahn der zweiten Innenringhälfte abstützen. Mit anderen Worten schraubt sich die Gewindemutter mit einem minimalen Reibwert gegen den zweiten Laufbahnbereich und die zweite Laufbahn fest, wobei die Wälzkörper nicht mehr in Kontakt mit dem ersten Laufbahnbereich und der ersten Laufbahn stehen. Anders gesagt kann die Gewindemutter erneut gelöst werden und somit eine Rotation erneut initiiert werden, indem die Gewindemutter mit einem entgegengesetzten Antriebsmoment durch den Antriebsmotor angetrieben wird, welches den Reibwert zwischen den Wälzlagern und dem zweiten Laufbahnbereich bzw. der zweiten Laufbahn übersteigt. Die Gewindespindel wird dann in die entgegengesetzte Richtung, das heißt entgegen dem zweiten axialen Endpunkt verlagert. Mithin wird durch den Wechsel der Laufbahnen eine Blockade der Gewindemutter verhindert.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Sicherungsring vorgesehen, um die Gewindemutter und/oder das Vierpunktlager axial zu sichern. Alternativ kann der Außenring und/oder eine oder beide Innenringhälften des Vierpunktlagers zur axialen Sicherung axial eingeschraubt werden oder an Absätzen im Gehäuse und/oder an der Gewindemutter zur Anlage kommen. Mit anderen Worten sind je nach Ausgestaltung der Gewindemutter und/oder des Gehäuses entsprechende Axialsicherungen für das Vierpunktlager vorzusehen. Sind die Axialsicherungen als Sicherungsring ausgebildet, weisen das Gehäuse und/oder die Gewindemutter entsprechende umlaufende Nuten zur Aufnahme des jeweiligen Sicherungsrings auf, um die Axialkräfte zu übertragen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist an zumindest einer der beiden Innenringhälften ein Vorspannelement vorgesehen, um die beiden Innenringhälften axial vorzuspannen. Beispielsweise kann das Vorspannelement als Federelement ausgebildet sein und axial zwischen der ersten und zweiten Innenringhälfte angeordnet sein. Durch das Federelement werden die Innenringhälften entgegen dem jeweiligen Sicherungsring axial voneinander weggedrückt und erzeugen damit das nötige Lagerspiel während des Hub- oder Senkvorgangs des Fahrzeugaufbaus bzw. der axialen Verlagerung der Gewindespindel. Außerdem dient das Vorspannelement zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen. Alternativ kann das Federelement derart axial außerhalb der zweiten Innenringhälfte angeordnet sein, dass die zweite Innenringhälfte axial zur ersten Innenringhälfte hingedrückt wird, um das Vierpunktlager axial vorzuspannen.
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Bevorzugt ist bei einem Kraftfahrzeug mit vier Rädern an jedem Federbein des Kraftfahrzeugs eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Niveauverstellung des Fahrzeugaufbaus vorgesehen. Alternativ ist bei einem Kraftfahrzeug mit vier Rädern an den beiden Federbeinen einer Achse eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Niveauverstellung des Fahrzeugaufbaus vorgesehen.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Niveauverstellung eines Fahrzeugaufbaus,
- 2a eine schematische Detailschnittdarstellung eines Vierpunktlagers gemäß 1 nach einer ersten Ausführungsform,
- 2b eine schematische Detailschnittdarstellung des Vierpunktlagers nach einer zweiten Ausführungsform, und
- 3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung zur Niveauverstellung gemäß 1, wobei eine Gewindespindel an einem ersten axialen Endpunkt angeordnet ist.
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Gemäß den 1 und 3 umfasst eine Vorrichtung zur Niveaueinstellung eines - hier nicht dargestellten - Fahrzeugaufbaus eine drehangetriebene Gewindemutter 3 mit einer entlang der Gewindemutter 3 axial verschieblichen Gewindespindel 1, wobei die Gewindespindel 1 zwischen einem ersten und zweiten axialen Endpunkt axial verlagerbar ist, um einen Hub- oder Senkvorgang des Fahrzeugaufbaus durchzuführen. Die Gewindemutter 3 ist mittels eines Vierpunktlagers 4 in einem Gehäuse 13 drehbar gelagert, wobei das Vierpunktlager 4 einen Außenring 5, eine erste und zweite Innenringhälfte 6a, 6b sowie räumlich dazwischen angeordnete Wälzkörper 7 umfasst. Ferner weist die Gewindemutter 3 beispielsweise einen Zahnkranz auf, um von einem - hier ebenfalls nicht dargestellten - Antriebsmotor rotierend angetrieben zu werden.
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1 zeigt die Vorrichtung zur Niveaueinstellung während des Hub- oder Senkvorgang des Fahrzeugaufbaus, wobei die Funktionsweise des Vierpunktlagers 4 nachfolgend in den 2a, 2b und 3 beschrieben wird.
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Die 2a und 2b zeigen das Vierpunktlager 4 aus 1 in einem Detailschnitt. Die beiden Innenringhälften 6a, 6b sind mittels eines jeweiligen Sicherungsrings 8a, 8b axial gesichert, wobei ferner axial zwischen den beiden Innenringhälften 6a, 6b ein Vorspannelement 9 in Form eines Federelements angeordnet ist, um das Vierpunktlager 4 axial vorzuspannen und Fertigungstoleranzen auszugleichen. Der Außenring 5 kommt einerseits am Gehäuse 13 zur Anlage und wird andererseits mit einem dritten Sicherungsring 8c axial gesichert. Durch das Lagerspiel im Vierpunktlager 4 ist eine geringfügige axiale Beweglichkeit der Gewindemutter 3 möglich.
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Die Wälzkörper 7 rollen während des Hub- oder Senkvorgangs des Fahrzeugaufbaus über einen ersten Laufbahnbereich 11a des Außenrings 5 sowie einer ersten Laufbahn 12a der ersten Innenringhälfte 6a ab. Der erste Laufbahnbereich 11a des Außenrings 5 sowie die erste Laufbahn 12a der ersten Innenringhälfte 6a sind diagonal zueinander im Vierpunktlager 4 angeordnet und weisen eine hohe Oberflächenqualität im Bezug auf die Reibung der in Kontakt tretenden Bauteile auf. Der Außenring 5 weist ferner einen zweiten Laufbahnbereich 11b auf, wobei der erste Laufbahnbereich 11a und der zweite Laufbahnbereich 11b eine zusammenhängende Laufbahn des Außenrings 5 ausbilden. Der zweite Laufbahnbereich 11b kann die gleiche Oberflächenqualität aufweisen, wie der erste Laufbahnbereich 11a. Es ist aber auch denkbar den zweiten Laufbahnbereich 11b mit einer geringeren Oberflächenqualität auszustatten, um Herstellungsaufwand und -kosten zu reduzieren. Gleiches gilt für die zweite Innenringhälfte 6b, die eine zweite Laufbahn 12b aufweist. Somit weisen der Laufbahnbereich 11a und die erste Laufbahn 12a eine höhere Oberflächenqualität auf, als der zweite Laufbahnbereich 11b und die zweite Laufbahn 12b.
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Nach 2a weisen die beiden Laufbahnbereiche 11a, 11b und die beiden Laufbahnen 12a, 12b einen Radius auf, der größer ist als der Radius der Wälzkörper 7. Alternativ können die Radien auch gleich groß ausgebildet sein. Da der zweite Laufbahnbereich 11b sowie die zweite Laufbahn 12b geringere Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit haben, ist auch denkbar, die jeweilige Laufbahn konisch auszubilden. Dies ist exemplarisch in 2b gezeigt, wobei vorliegend lediglich die zweite Innenringhälfte 6b eine konisch ausgebildete zweite Laufbahn 12b aufweist. Mithin sind die Laufbahnbereiche 11a, 11b und die Laufbahnen 12a, 12b derart ausgebildet, dass auftretende Radial- und Axialkräfte stets abgestützt werden und die Gewindemutter 3 zentriert ist.
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3 zeigt die Vorrichtung zur Niveauverstellung zu einem Zeitpunkt, an dem die Gewindespindel 1 am ersten axialen Endpunkt zur Anlage kommt. Die Gewindespindel 1 ist vorliegend axial nach oben verlagert, wobei der erste axiale Endpunkt hier an einem Punkt oberhalb der hier aufgeführten Darstellung ist. Mit anderen Worten ist der axiale Endpunkt beispielsweise eine Stirnfläche, an der die Gewindespindel 1 zur Anlage kommt und so an einer weiteren axialen Verlagerung gehindert wird. Durch das im Vierpunktlager 4 vorliegende Lagerspiel kann die Gewindemutter 3 bei Erreichen der Gewindespindel 1 am ersten axialen Endpunkt um ein geringes Maß weiterdrehen und sich somit axial weiter verlagern. Dabei erfolgt ein Wechsel der Laufbahnen innerhalb des Vierpunktlagers 4, wobei die Abstützung der Wälzkörper 7 von dem zweiten Laufbahnbereich 11b und der zweiten Laufbahn 12b übernommen wird. Dabei dreht sich die Gewindemutter 3 mit einer geringen Reibkraft fest, wobei lediglich mindestens diese Reibkraft von dem Antriebsmotor überwunden werden muss, um die Gewindemutter 3 erneut zu lösen, damit die Gewindespindel 1 in Richtung des zweiten axialen Endpunkts verlagert werden kann. Mithin wird durch das Vierpunktlager 4 eine Blockade der Gewindemutter 3 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewindespindel
- 2
- Gewindetrieb
- 3
- Gewindemutter
- 4
- Vierpunktlager
- 5
- Außenring
- 6a, 6b
- Innenringhälfte
- 7
- Wälzkörper
- 8a, 8b, 8c
- Sicherungsring
- 9
- Vorspannelement
- 11a, 11b
- Laufbahnbereich
- 12a, 12b
- Laufbahn
- 13
- Gehäuse
- 14
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014203862 A1 [0002]
