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Die Erfindung betrifft einen Torsionsdämpfer für einen Stabilisator gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
EP 2 011 674 A1 ist ein elektrischer Schwenkmotor als Aktuator für einen verstellbaren Stabilisator bekannt, der zwischen einem Antriebsmotor und einem Stabilisatorabschnitt einen Torsionsdämpfer aufweist. Der Torsionsdämpfer umfasst ein Primärteil und ein Sekundärteil, die ineinandergreifen und Aufnahmen für mehrere Elastomerelemente aufweisen, die als Federelemente dienen. Die Federelemente sind in den Aufnahmen stoffschlüssig fixiert und weisen untereinander keine Verbindung auf. Die Form der Federelemente ähnelt einem Oval, wobei die Federelemente mit ihren in Torsionsrichtung weisenden Mantelflächen vollflächig verspannt sind.
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Aus der
DE 10 2009 015 611 A1 ist ein geteilter passiver Stabilisator bekannt, der zwei Koppelelemente aufweist, von denen ein Koppelelement ein Vielkeilprofil aufweist und das andere Koppelelement eine entsprechende Anzahl von Längsnuten aufweist. Die Keilprofile und die Längsnuten begrenzen radial verlaufende Spalte, in denen ein elastisches Element angeordnet ist. Jeweils zwei Elastomerelemente in benachbarten Längsnuten sind über einen gebogenen in Torsionsrichtung verlaufenden Verbindungsteg miteinander verbunden. Der Verbindungssteg wird bei einer Torsionsbewegung des Torsionsdämpfers offensichtlich nicht beansprucht und dient nur der vereinfachten Montage. Auch bei diesem Torsionsdämpfer weisen die Elastomerelemente eine ovale Querschnittsform auf, so dass die Krafteinleitungspunkte der beiden Koppelelemente auf das Elastomerelemente auf einem identischen Torsionsdurchmesser liegen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Torsionsmomentkennlinie des Torsionsdämpfers mit möglichst einfachen Mitteln einer geforderten Kennlinie anzupassen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, indem das Elastomerelement auf einer der Mantelflächen zwei Kontaktbereiche für die Verspannung aufweist, wobei der erste Kontaktbereich einer Schubbelastung und der zweite Kontaktbereich nach einem definierten Torsionswinkel des Torsionsdämpfers einer Druckbelastung unterliegt.
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Der große Vorteil besteht darin, dass der Elastomerkörper bei beiden unterschiedlichen Belastungsarten eine signifikant differierende Federrate aufweist, die infolge zu einer gestuften Torsionsmomentkennlinie des Torsionsdämpfers führt. Eine vergleichbare Torsionskraft kann nach Kenntnis des Anmelders nur dann erreicht werden, wenn zwei parallele Elastomerelemente aus verschiedenen Werkstoffen zur Anwendung kämen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weisen die beiden Kontaktbereiche an der gemeinsamen Mantelfläche des Elastomerelements einen radialen Abstand zueinander auf. Über den radialen Abstand liegt ein Parameter zur Anpassung des Torsionsmomentverlauf vor.
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Eine weitere Option zur Anpassung des Torsionsmoments besteht darin, dass das Elastomerelement in dem ersten Kontaktbereich in Torsionsrichtung eine kleinere Wandstärke aufweist als im zweiten Kontaktbereich.
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Bevorzugt ist der erste Kontaktbereich in einem Fußbereich der Ansteuerungsfläche wirksam. Bei dem Einsatz des Fußbereichs liegt ein kürzerer Hebelarm vor, der in Verbindung mit einer geringen Gegenkraft des Elastomerelements ein geringes Torsionsmoment aufkommen lässt und damit für eine flachansteigende Torsionsmomentkennlinie sorgt.
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Optional ist der erste Kontaktbereich des Elastomerelements zumindest teilweise gekrümmt ausgeführt. Einerseits kann man die Kerbwirkung am Fußbereich minimieren. Anderseits stellt sich in Richtung des Fußgrunds eine Wandstärkenreduzierung ein, die das Schubverhalten des Elastomerelements positiv beeinflusst. Zudem treten am Fußgrund keine sprunghaften Wandstärkenveränderungen auf.
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Um die Wandstärke des ersten Kontaktbereichs einfacher dimensionieren zu können und einen definierten Übergang zwischen der Schubbelastung und der Druckbelastung zu bestimmen, ist auf einer Rückseite des ersten Kontaktbereichs des Elastomerelements ein Freiraum angeordnet ist.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch wird der zweite Kontaktbereich ausgehend von seinen radial außen und seinem radial innenliegenden Grenzen wirksam. In einem mittleren Abschnitt wird der zweite Kontaktbereich des Elastomerelements erst dann deformiert, wenn schon eine gewisse Verformung an den Rändern eingesetzt hat. Über diese spezielle Ausgestaltung des Elastomerelements zu der Ansteuerungsfläche kann der Spannungsverlauf innerhalb des Elastomerelements positiv beeinflusst werden.
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Im Hinblick auf einen definierten Einsatzpunkt des Elastomerelement bzw. des Torsionsdämpfer ist das Elastomerelement zwischen einem Fußkreisdurchmesser und einem Kopfkreisdurchmesser des Torsionsdämpfers verspannt.
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Eine zusätzliche oder alternative Variante zur spielfreien Positionierung der Elastomerelemente besteht darin, dass zwei unmittelbar benachbarte Übertragungsfläche zweier Nuten des Nutprofils einen größeren Winkel begrenzen als zwei mit diesen Übertragungsflächen zusammenwirkenden Elastomerelementen im unmontierten Zustand.
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Für einen weichen Einsatzpunkt des Elastomerelements sind die Ansteuerungsfläche und/oder die Übertragungsfläche in Achsrichtung des Torsionsdämpfers zu der Mantelfläche des Elastomerelements geneigt.
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Zur Vereinfachung der Montage von mehreren Elastomerelementen sind zwei benachbarte Elastomerelemente innerhalb einer gemeinsamen Nut miteinander verbunden.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Prinzipschaubild des Stabilisators
- 2 Vorderseite des Torsionsdämpfers
- 3 Rückseite des Torsionsdämpfers
- 4 Elastomerelemente mit eingeschlossenem Winkel α
- 5 Zahnprofil des Sekundärteil mit eingeschlossenem Winkel β
- 6 Torsionsmomentkennlinie
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Die 1 zeigt ein Prinzipschaubild einer eines zweigeteilten Stabilisators für ein Kfz mit Stabilisatorabschnitten 3a; 3b und einen zwischen den beiden Stabilisatorabschnitten angeordneten Aktuator 5 umfasst. Jeweils ein Stabilisatorabschnitt 3a; 3b ist über eine Pendelstütze 7a; 7b mit einem Fahrzeugrad 9a; 9b verbunden. Zwei Stabilisatorlager 11 a; 11b verbinden den Stabilisator mit einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau. Bei einer Ein- oder Ausfederungsbewegung eines der Fahrzeugräder 9a; 9b wird der entsprechende Stabilisatorabschnitt 3a; 3b in Abhängigkeit der Längenverhältnisse auf Biegung und/oder Torsion beansprucht.
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Innerhalb des Aktuators 5 ist ein Torsionsdämpfer 13 angeordnet, der der Federwirkung der Stabilisatorabschnitte 3a, 3b funktional in Reihe geschaltet sind. Die 2 bis 5 zeigen den Torsionsdämpfer 13 als separates Bauteil. Grundsätzlich ist der Torsionsdämpfer 13 nicht auf die Anwendung in Kombination mit einem Schwenkmotor und ggf. einem Getriebe beschränkt, sondern kann auch bei einem passiven Stabilisator 1, also ohne einen Aktuator, sinnvoll eingesetzt werden.
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In den verschiedenen Ansichten der 2 und 3 ist erkennbar, dass ein Primärteil 15 des Torsionsdämpfers 13 ein Keilwellenprofil 17 aufweist. Ein ringförmige Sekundärteil 19 des Torsionsdämpfers 13 verfügt über ein Nutprofil 21, wobei das Keilwellenprofil 17 mit seinen in Torsionsrichtung = Pfeilrichtung weisenden Ansteuerungsflächen 23 und das Nutprofil 21 mit seinen Übertragungsflächen 25 Spalte 27 definieren, in denen Elastomerelemente 29 angeordnet sind. Sowohl das Primär- wie auch das Sekundärteil 15; 19 können Anregungen in den Torsionsdämpfer einleiten. Bei einem Torsionsdämpfer 13 in Kombination mit einem Aktuator kann der Motor beliebig mit dem Primär- oder mit dem Sekundärteil verbunden sein. Für die Funktionsweise des Torsionsdämpfers 13 ist die Anbindung unwichtig Das Arbeitsprinzip des Torsionsdämpfers 13 besteht darin, dass die Elastomerelemente 29 bei einer rotatorischen Relativbewegung zwischen dem Primärteil 15 und dem Sekundärteil 19 über ihre gegenüberliegenden Mantelflächen 31 mehr oder weniger stark verspannt werden. Die rotatorische Relativbewegung kann in beiden Drehrichtungen auftreten.
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Das Elastomerelement 29 weist einen ersten Kontaktbereich 33 zu dem Primärteil 15 auf. In dem ersten Kontaktbereich 33 ist die Wandstärke des Elastomerelements 29 kleiner ausgeführt als in einem zweiten Kontaktbereich 35. Der erste Kontaktbereich 33 erstreckts sich in einem Fußbereich 37 der Ansteuerungsfläche 23 nach radial außen in Richtung des Nutprofils 21 des Sekundärteils 19 bis zu einem Freiraum 39.
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Die Breite der Spalte 27 zwischen den Ansteuerungsflächen 23 und den Übertragungsflächen 25 ist so groß gewählt, das im zweiten Kontaktbereich 35 ein Freiweg 39 zwischen der Ansteuerungsfläche 23 und der gegenüberliegenden Mantelfläche 31 des Elastomerelements 29 besteht. Der Freiweg 39 steht auf derselben Seite des Elastomerelements 29 zur Verfügung, auf der auch der erste Kontaktbereich 33 des Elastomerelements 29 mit der Ansteuerungsfläche 23 vorliegt. Ein Teil des Freiwegs 39 entsteht dadurch, dass das Keilwellenprofil 17 in einem Kopfbereich 39 in Umfangsrichtung eine größere Breite aufweist als im Fußbereich 37.
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In Umfangsrichtung ist das Elastomerelement 29 in der Nulllage des Torsionsdämpfers 13, also wenn keinerlei Belastung auf den Stabilisator 1 einwirkt, zwischen dem ersten Kontaktbereich 33 und der dem ersten Kontaktbereich 25 gegenüberliegenden Übertragungsfläche verspannt.
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Auf einer Rückseite des ersten Kontaktbereichs ist am Sekundärteil ein Freiraum 41 ausgeführt. Der Freiraum 41 entsteht durch die Kappung eines Zahnkopfes 43, der zwei Nuten des Sekundärteils 19 trennt.
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Des Weiteren ist der erste Kontaktbereich 33 im Fußbereich 37 des Keilwellenprofils 17 zumindest teilweise gekrümmt. Die Krümmung des Fußbereichs 37 ist so dimensioniert, dass eine Wandstärkenreduzierung des Elastomerelements 29 erreicht wird und eine knickfreie Verbindung zwischen zwei benachbarten Elastomerelementen 29.
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In der Zusammenschau der 2 und 3 wird deutlich, dass die Ansteuerungsfläche 23 des Primärteils 15 in Achsrichtung des Torsionsdämpfers 13 zu den Mantelflächen 31 des Elastomerelements 29 geneigt sind. Man kann die Neigung auch an den Übertragungsflächen 25 des Sekundärteils 19 ausführen. Praktisch ist die Stegbreite in Umfangsrichtung an jedem Keil des Keilwellenprofils 17 an einer Vorderseite 45 des Primärteils 15 etwas breiter als an der Rückseite 47. Der Neigungswinkel ist umlaufend gleichgerichtet, so dass zwischen dem Primärteil 15 und den Elastomerelementen 29 beim Eingriff des zweiten Kontaktbereichs 35 eine Linienberührung vorliegt, die aufgrund der Elastizität der Elastomerelemente 29 in einen vollflächigen Kontakt übergeht.
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Des Weiteren ist das Elastomerelement 29 radial zwischen einem Fußkreisdurchmesser 49 und einem Kopfkreisdurchmesser 51 des Torsionsdämpfers 13 verspannt. Grundsätzlich könnten die Elastomerelemente 29 als einzelne Komponenten im Torsionsdämpfer 13 eingesetzt werden. Für die Reduzierung der Montageschritte sind bevorzugt zwei Elastomerelemente 29, die an Übertragungsflächen 25 zweier benachbarter Nuten angeordnet sind, im Fußbereich 37 miteinander verbunden. Optional können auch in einer gemeinsamen Nut angeordnete Elastomerelemente 29 am Kopfkreisdurchmesser 51 miteinander verbunden sein, wie durch eine Strichpunktlinie symbolisiert werden soll. Dadurch liegt dann ein geschlossener Ring von Elastomerelementen 29 vor, die über Verbindungsstreifen miteinander verbunden sind.
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In der Zusammenschau der 4 und 5, die Ausschnittvergrößerungen der 2 darstellen, soll verdeutlicht werden, dass zwei unmittelbar benachbarte Übertragungsflächen 25 zweier Nuten, also die Übertragungsflächen 25, die zusammen einen gemeinsamen Zahnkopf 43 des Sekundärteils 19 bilden, einen größeren Winkel α begrenzen als zwei mit diesen Übertragungsflächen 25 zusammenwirkenden Mantelflächen 31 von zwei benachbarten Elastomerelementen 29, die den Winkel β einschließen. Es gilt die Konstruktionsregel, dass α > β sein soll, damit die Elastomerelemente auch ohne Vorspannung durch das Primärteil im Sekundärteil gehalten werden.
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Wie bereits erklärt, zeigen die 2 und 3 den Torsionsdämpfer 13 in der Nulllage. Bei einer Torsionsbewegung verdreht sich das Primärteil 15 zu dem Sekundärteil 19. Infolge dessen setzt unmittelbar im ersten Kontaktbereich 33 eine Schubbewegung des Volumens relativ zum Volumen des zweiten Kontaktbereichs 35 am Elastomerelement 29 ein, da der Freiraum 41 keine Abstützung für das Elastomerelement zwischen dem Fußbereich 37 und dem inneren Durchmesser der Übertragungsfläche 25 leistet und somit auch die Schubeigenschaften, also der Schubmodul, der Elastomerelemente die Torsionseigenschaft des Torsionsdämpfers 13 bestimmt. In der 6 ist der durch Schubbelastung des Elastomerelements 29 auftretenden Torsionsmoment durch den sehr flachverlaufenden Kennlinienbereich I beschrieben. Danach setzt eine progressiver Kennlinienabschnitt II ein, der von dem zweiten Kontaktbereich bestimmt wird. Bedingt durch den weichen Einsatz des zweiten Kennlinienbereichs am Kopfbereich und am Übergang zu dem ersten Kontaktbereich ist der Kennlinienanstieg deutlich erkennbar, jedoch keinesfalls abrupt. Auf einem mittleren Teilkreisdurchmesser des zweiten Kontaktbereichs liegt die Ansteuerungsfläche 23 noch nicht vollflächig am Elastomerelement an. Durch die Gestaltung des ersten Kontaktbereichs und in Verbindung mit dem Fußbereich kann eine Art „Hohlkreuz“ am Elastomerelement erzeugt werden, um diesen Effekt zu erreichen. Letztlich geht es dabei um das Profil des Freiwegs, der den Übergang des flachen Kennlinienteils zum progressiven Abschnitt bestimmt.
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Wenn das Elastomerelement 29 mit seinem zweiten Kontaktbereich vollflächig an der Ansteuerungsfläche 23 anliegt, dann steigt das Torsionsmoment im Verhältnis zum Torsionswinkel gemäß Kennlinienabschnitt III steil an, da dann das Elastomerelement 29 zwischen der Ansteuerungsfläche 23 und der Übertragungsfläche 25 verspannt ist und einer Druckbelastung unterliegt, so dass dann der Druckmodul des Elastomerelements 29 die Federungseigenschaft des Torsionsdämpfers 13 bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stabilisator
- 3a; 3b
- Stabilisatorabschnitt
- 5
- Aktuator
- 7a; 7b
- Pendelstütze
- 9a, 9b
- Fahrzeugrad
- 11a, 11b
- Stabilisatorlager
- 13
- Torsionsdämpfer
- 15
- Primärteil
- 17
- Keilwellenprofil
- 19
- Sekundärteil
- 21
- Nutprofil
- 23
- Ansteuerungsfläche
- 25
- Übertragungsfläche
- 27
- Spalt
- 29
- Elastomerelement
- 31
- Mantelfläche
- 33
- erster Kontaktbereich
- 35
- zweiter Kontaktbereich
- 37
- Fußbereich
- 39
- Freiweg
- 41
- Freiraum
- 43
- Zahnkopf
- 45
- Vorderseite
- 47
- Rückseite
- 49
- Fußkreisdurchmesser
- 51
- Kopfkreisdurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2011674 A1 [0002]
- DE 102009015611 A1 [0003]
