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Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einem äußeren Lagerelement,
einem inneren Lagerelement und einer dazwischen angeordneten Dämpfungseinrichtung, bei
der wenigstens ein Stellmittel zum Einstellen und/oder Verändern der
relativen Position des inneren Lagerelements zu dem äußeren Lagerelement angeordnet
ist.
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Bei bekannten Lagerbuchsen stellt
die Auslegung der Dämpfungseinrichtung
einen Kompromiß zwischen
einer relativ niedrigen statischen Steifigkeit und einer hohen Steifigkeit
dar. Bei in Kraftfahrzeugen als Fahrwerksbuchsen eingesetzten Lagerbuchsen
sorgt eine relativ niedrige statische Steifigkeit für einen
guten Fahrkomfort. Eine relativ hohe Steifigkeit sorgt dagegen für gute fahrdynamische
Eigenschaften. Meist wird die Dämpfungseinrichtung
mit einer hohen Steifigkeit ausgelegt, damit sich der Anlenkpunkt
der Lagerbuchse unter Einwirkung verschiedener Kräfte nicht
oder nur wenig ändert.
Auf diese Weise gewinnt man bei Fahrwerksbuchsen eine gute Spurstabilität, die jedoch
mit Fahrkomforteinbußen verbunden
ist.
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Aus der
De 43 01 485 A1 ist eine
Zentrifuge zum Trennen von Stoffen bekannt, bei der eine Zentrifugentrommelwelle
mit einer aktiven hydraulischen Lagerabstützung abgestützt wird.
Dazu sind im Lagergehäuse
vier um 90° am
Innenumfang des Lagergehäuses
versetzte, mit Öl
befüllbare
Kammern angeordnet, wodurch sich der äußere Lagerring mittels einer
Membran verschieben lässt.
Ebenfalls am Umfang des Lagerringes angeordnete Zwischenlager reduzieren
Körperschall
und wirken bei der Dämpfung von
Vibrationen unterstützend
oder beim Ausfall der Fluidkammern allein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Lagerbuchse zu schaffen, die einen möglichst gleichbleibenden Anlenkpunkt
trotz komfortabler Dämpfungseigenschaften
bietet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lagerbuchse gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Efindungsgemäß ist zum Einstellen der relativen
Position von äußerem und
innerem Lagerelement ein Stellmittel vorgesehen. Durch ein solches Stellmittel
können
aufgrund geringerer Steifigkeit der Dämpfungseinrichtung entstehende
Auslenkungen kompensiert werden. Dadurch läßt sich eine aktive Lagerbuchse
realisieren. Die aktive Lagerbuchse kann erfindungsgemäß als Stellglied
in einer Positionsregeleinrichtung eingesetzt werden. Eine solche Positionsregeleinrichtung
kann bei einer Dämpfungseinrichtung
geringer Steifigkeit eine aufgrund externer Kräfte entstandene Verschiebung
ausgleichen und gleichzeitig eine zuverlässige Dämpfung bewirken. Die aktive
Lagerbuchse übernimmt
bei der Positionsregeleinrichtung eine Stellfunktion, wohingegen die
erforderlichen Steuereinheiten sowie die Energieversorgung extern
bereitgestellt werden können.
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Demzufolge kann die erfindungsgemäße Lagerbuchse
als Fahrwerksbuchse zum Beeinflussen der Fahrdynamik benutzt werden.
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Die erfindungsgemäße Lagerbuchse kann als aktive
Fahrwerksbuchse überall
dort verwendet werden, wo Lenkkorrekturen, Aufbaubewegungskorrekturen,
Spurkorrekturen oder andere Eingriffe in die Fahrdynamik sinnvoll
sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung stellen die Gegenstände
der Ansprüche
2 bis 10 dar.
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Das Stellmittel ist bevorzugt derart
ausgestaltet, daß das
innere Lagerelement in radialer Richtung verschiebbar ist. Vorzugsweise
ist das Stellmittel während
des Betriebes der Lagerbuchse, das heißt in deren eingebautem Zustand,
von außen
betätigbar.
Dies kann durch externe Energiezufuhr oder durch eine Signalsteuerung
geschehen.
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Das Stellmittel schafft bevorzugt
eine Möglichkeit
zum stufenlosen Verschieben der Lage des inneren Lagerelements relativ
zum äußeren Lagerelement
und kann hierfür
hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch ausgebildet sein.
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Vorzugsweise sind wenigstens zwei
Stellmittel vorgesehen, besser sind noch mehrere, beispielsweise
vier Stellmittel, die vorzugsweise entlang des Umfangs des inneren
Lagerelements verteilt angeordnet sind. Hierdurch läßt sich
eine Stelleinheit zur Positionseinstellung in jeder beliebigen radialen Richtung
realisieren.
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Das innere Lagerelement kann beispielsweise
durch einen inneren Buchsenkern gebildet sein. Beispielsweise ist
der Buchsenkern selbst Teil einer üblichen Lagerbuchse, die von
innen nach außen den
Buchsenkern, eine Dämpfungseinrichtung
und eine äußere Hülse aufweist.
Um die Hülse
einer solchen inneren Buchse kann eine Positioniereinrichtung vorgesehen
sein, die zum Positionieren derselben und damit des Buchsenkerns
dient. Zum Beispiel bildet dann ein äußeres Teil einer solchen Positioniereinrichtung
das äußere Lagerelement,
gegenüber dem
der innere Buchsenkern relativ bewegbar ist. Hierzu sind das oder
die Stellmittel als Teil der Positioniereinrichtung vorgesehen.
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Als Stellmittel können Fluidkammern zum Einsatz
kommen, die durch Einleiten oder Ableiten von Fluid ihr Volumen ändern. Es
können
auch Stellmotoren, wie beispielsweise elektrische Stellmotoren,
als Stellmittel zum Einsatz kommen. Die Positioniereinrichtung weist
dann solche Fluidkammern oder/und solche Stellmotoren zwischen der
Hülse und
dem äußeren Teil
auf.
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Als Fluidkammern können beispielsweise mehrere,
insbesondere vier, Kammern aus einem, insbesondere gewebeverstärkten, fluiddichten
Werkstoff vorgesehen sein. Diese Kammern können in einer Ausgangsposition
eines der beiden Lagerelemente in einer zu dem anderen Lagerelement
konzentrischen Lage fixieren. Die Relativlage der Lagerelemente
ist über
gezielte Volumenänderung
einer oder mehrerer der Kammern in alle radialen Richtungen verschiebbar.
Eine Energiezufuhr zur Volumenänderung
erfolgt zum Beispiel von außen
durch pneumatischen oder hydraulischen Druck.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen im einzelnen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
einer aktiven Lagerbuchse;
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2 einen
Querschnitt durch die Lagerbuchse gemäß 1;
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3 eine
schematische Darstellung der Lagerbuchse gemäß 2 in einer Ausgangslage oder Ruheposition;
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4 eine
Darstellung gemäß 3 in einem nicht ausgeglichenen
Belastungszustand der Lagerbuchse;
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5 eine
Darstellung gemäß 3 in einem ausgeglichenen
Belastungszustand der Lagerbuchse;
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6 eine
Darstellung gemäß 3 einer zweiten Ausführungsform
der Lagerbuchse;
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7 eine
Darstellung gemäß 5 der zweiten Ausführungsform
der Lagerbuchse und
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8 ein
Blockschaltbild einer Positionsregeleinrichtung mit einer aktiven
Lagerbuchse.
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In den 1 und 2 ist eine aktive Lagerbuchse 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
dargestellt. Die Lagerbuchse 10 weist ein äußeres Lagerelement 11,
ein inneres Lagerelement 12, eine aus einem elastomeren
Werkstoff gefertigte Dämpfungseinrichtung 13 und
Aktuatoren oder Stellmittel 14 auf.
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Das innere Lagerelement 12 und
die Dämpfungseinrichtung 13 sind
in dem dargestellten Beispiel Teile einer inneren Buchse 15,
die wie übliche Lagerbuchsen
aufgebaut ist. Die innere Buchse 15 weist einen inneren
Buchsenkern 16 und eine diesen umgebende Hülse 17 auf.
Elastische Verbindungsglieder 18 der Dämpfungseinrichtung 13 verbinden den
inneren Buchsenkern 16 mit der Hülse 17. Anschlagglieder 19 der
Dämpfungseinrichtung 13 dämpfen Auslenkungen
zwischen dem Buchsenkern 16 und der Hülse 17 ab. Der innere Buchsenkern 16 bildet
in dem dargestellten Beispiel das innere Lagerelement 12.
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Das äußere Lagerelement 11 wird
durch ein äußeres Hülsenelement 21 gebildet.
Die Hülse 17 ist gegenüber diesem
Hülsenelement 21 durch
eine Positionierungseinrichtung 22 abgestützt. Die
Positionierungseinrichtung 22 positioniert den inneren Buchsenkern 16,
indem sie die gesamte innere Buchse 15 verschiebt. Die
Positionierungseinrichtung 22 weist hierzu die Stellmittel 14 auf.
In dem dargestellten Beispiel sind vier am Umfang der inneren Buchse 15 verteilte
Stellmittel 14 vorgesehen. In der ersten Ausführungsform
sind als Stellmittel Fluidkammern 23 vorgesehen. Die aus
einem gewebeverstärkten, flüssigkeitsdichten
Werkstoff gebildeten Fluidkammern 23 sind mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
und taschenartig ausgebildet. Jede der Fluidkammern 23 ist
durch eine Versorgungsleitung, vorzugsweise eine Hydraulikversorgungsleitung 24,
mit Fluid befüllbar oder
entleerbar. Dadurch läßt sich
das Volumen der einzelnen Fluidkammern 23 gezielt ändern. Durch diese
gezielte Volumenänderung
der Fluidkammern 23 kann die Lage der inneren Buchse 15 stufenlos
in alle radialen Richtungen verschoben werden.
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Konuslager 26 zwischen dem äußeren Hülsenelement 21 und
dem inneren Buchsenkern 16 dienen zur Abstützung von
Querkräften.
Das äußere Hülsenelement 21 und
die Konuslager 26 bilden ein Außengehäuse 27 der Lagerbuchse 10.
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Die Funktionsweise der aktiven Lagerbuchse 10 wird
im folgenden anhand der Darstellung in den 3 bis 5 näher erläutert.
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In der in 3 gezeigten Ausgangsposition fixiert
die als Stelleinheit wirkende Positionierungseinrichtung 22 die
innere Buchse 15 in zentrierter Lage innerhalb des äußeren Hülsenelementes 21.
In der Ausgangsposition sind also das äußere Lagerelement 11 und
das innere Lagerelement 12 konzentrisch zueinander.
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Wenn, wie in 4 dargestellt, eine äußere Kraft F zwischen den beiden
Lagerelementen 11, 12 wirkt, verschiebt sich aufgrund
der elastischen Verformungsfähgkeit
der Dämpfungseinrichtung 13 das innere
Lagerelement 12, das heißt der innere Buchsenkern 16,
relativ gegenüber
dem äußeren Lagerelement 11 um
einen Weg S.
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Mit der Positionierungseinrichtung 22 läßt sich
durch gezielte Relativverschiebung der beiden Lagerelemente 11, 12 der
Weg S ausgleichen. Gemäß 5 wird hierzu das Volumen
der als Stellmittel 14 wirkenden Fluidkammern 23 derart
verändert, daß die beiden
Lagerelemente 11, 12 wieder konzentrisch zueinander
sind.
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Eine in den 6 und 7 dargestellte
zweite Ausführungsform
einer aktiven Lagerbuchse 30 unterscheidet sich von der
ersten Ausführungsform
im wesentlichen dadurch, daß anstelle
der Fluidkammern 23 elektrische Stellantriebe 31 als
Stellmittel 14 der Positionierungseinrichtung 22 vorgesehen
sind. 6 zeigt eine Ausgangsposition,
die der Darstellung gemäß 3 entspricht. 7 zeigt die Darstellung
im ausgeglichenen Belastungszustand. Dabei ist der durch eine externe
Kraft F verursachte Auslenkungsweg S zwischen den beiden Lagerelementen 11, 12 mittels
der elektrischen Stellantriebe 31 kompensiert worden.
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In 8 ist
ein Gesamtschaltbild einer mit Hilfe der aktiven Lagerbuchse 10 oder 30 aufgebauten
Positionsregeleinrichtung 35 gezeigt. Die Positionsregeleinrichtung 35 erzeugt
eine aktive Positionsregelung, die bei niedriger Steifigkeit der
Dämpfungseinrichtung 13 einen
stabilen Anlenkpunkt der Lagerbuchse 10, 30 sicherstellt.
Hierzu gleicht die Positionsregeleinrichtung 35 eine durch
externe Kräfte
entstandene Verschiebung aus. Die aktive Lagerbuchse 10, 30 übernimmt
als Komponente in der Positionsregeleinrichtung 35 eine
Stellfunktion. Die einen Regler 38 und eine Steuereinheit 37 aufweisende
Positionsregeleinrichtung 35 regelt die Positionierungseinrichtung 22 entsprechend
gewünschter
Vorgaben. Die Steuereinheit 37 ist entsprechend der zu
steuernden Stellmittel 14 elektrisch, hydraulisch oder
pneumatisch ausgebildet und versorgt die Stellmittel 14 mit der
jeweils erforderlichen Energie. Die entsprechenden Steuerbefehle
erhält
sie vom Regler 38. Der Regler 38 regelt die Position
aufgrund von voreingestellten oder gewählten Sollwerten SSoll und
von einem Sensor 39 direkt oder indirekt an der Lagerbuchse 10, 30 erfaßten Istwerten
SIst. Zusätzlich oder alternativ zu den
vom Sensor 39 erfaßten
Positionswerten kann ein Fahrdynamik-Zielwert WIst vorgegeben
oder eingegeben werden, um entsprechend der Betriebssituation gewünschte Anlenkpunktpositionen oder
Ausgangspositionen oder zu simulierende Steifigkeitsprofile vorzugeben.
Bei der Verwendung der Lagerbuchse 10, 30 als
Fahrwerksbuchse kann beispielsweise ein Fahrdynamik-Zielwert WIst vorgegeben oder eingestellt werden, um
die Fahrdynamik zu beeinflussen. So können beispielsweise Lenkkorrekturen,
Spurkorrekturen, Aufbaubewegungskorrekturen vorgegeben werden.
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- 10
- Lagerbuchse
- 11
- äußeres Lagerelement
- 12
- inneres
Lagerelement
- 13
- Dämpfungseinrichtungen
- 14
- Stellmittel
- 15
- innere
Buchse
- 16
- innerer
Buchsenkern
- 17
- Hülse
- 18
- elastomere
Verbindungsglieder
- 19
- Anschlagglieder
- 21
- äußeres Hülsenelement
- 22
- Positionierungseinrichtung
- 23
- Fluidkammern
- 24
- Hydraulikversorgungsleitung
- 26
- Konuslager
- 27
- Außengehäuse
- 30
- Lagerbuchse
- 31
- Stellantrieb
- 35
- Positionsregeleinrichtung
- 37
- Steuereinheit
- 38
- Regler
- 39
- Sensor