DE10237644B4 - Federträger mit einem höhenverstellbaren Federteller - Google Patents

Federträger mit einem höhenverstellbaren Federteller Download PDF

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Abstract

Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird, wobei als Bewegungskonvertierungseinrichtung eine Spindel verwendet wird, und der Rotor auf seiner Außenseite ein Krafteinleitungsprofil und ein Kraftübertragungselement des Federtellers auf seiner Innenseite ein Gegenprofil aufweist und das Krafteinleitungsprofil des Rotors in die Bewegungskonvertierungseinrichtung auf einem kleineren Teilkreis ausgeführt ist als die Drehmomenterzeugungsflächen des Rotors, wobei eine Momentenabstützungseinrichtung eine Verdrehbewegung des Federtellers verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) mit seinen Drehmomenterzeugungsmitteln (19) radial außerhalb von den Drehmomenterzeugungsflächen (13) des Stators (11) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird.
  • Die DE 101 01 694 C1 beschreibt ein Fahrzeugfahrwerk, in dem ein Schwingungsträger einen axial verstellbaren Federteller aufweist. Als Aktuator dient ein Elektromotor mit einem außenseitigen Stator und einem innenliegenden Rotor, dessen Drehbewegung von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in Form einer Gewindespindel in eine Axialbewegung umgesetzt wird. Die Innenseite des Rotors und eine Außenseite einer hülsenförmigen Verlängerung des axial beweglichen Federtellers bilden die Gewindespindel.
  • Damit die Funktion einer Gewindespindel erfüllt werden kann ist es notwendig, dass der Federteller keine Drehbewegung ausführen kann. Zur Lösung werden zwei Möglichkeiten vorgeschlagen. Zum einen wird beschrieben, dass die Fahrzeugtragfeder die Momentenabstützung gegen das Antriebsmoment des Elektromotors übernimmt. Damit wird in die Fahrzeugtragfeder eine Umfangskraft bezogen auf ihre Längsachse eingeleitet. Es ist zu befürchten, dass neben der erzwungenen Schwingung, ausgehend von dem federnden Rad, noch eine zweite Schwingung auf die Fahrzeugfeder, nämlich die von der Momentenabstützung des Federtellers gegen das Antriebsmoment des Elektromotors wirkt.
  • Als Alternative wird angegeben, dass der Federteller auch durch eine Abstützung am Fahrzeugaufbau verdrehgesichert werden kann. Als besonders geeignete Stelle wird der Dom für die Anbindung des Federbeins an den Fahrzeugaufbau herausgestellt. Bei näherer Betrachtung fällt jedoch auf, dass die Herstellung einer Verdrehsicherung, z. B. einer Sicke im Dom, sehr schwer ist. Des weiteren ist die Montage des Federtellers in eine Verdrehsicherung des Federtellers beschwerlich, da der direkte Blickkontakt auf die Außenseite des Federtellers und die Innenwandung des Doms durch den ringförmigen Elektromotor verdeckt wird.
  • Die DE 199 55 410 A1 betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades. Parallel zu einem elektrischen Linearantrieb ist eine lasttragende Feder angeordnet, der Vorspannung über einen rotatorischen Elektroantrieb einstellbar ist. Zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung des Elektroantriebs in eine axiale Verstellung der Federvorspannung wird ein Spindelgetriebe eingesetzt. Es wird ein Innenläufermotor mit einer innenliegenden lasttragenden Feder und ein Außenläufermotor mit einer außenliegender Feder beschrieben.
  • Die gattungsbildende DE 101 22 542 A1 beschreibt im Zusammenhang mit den 1 und 2 einen Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird, wobei als Bewegungskonvertierungseinrichtung eine Spindel verwendet wird, und der Rotor auf seiner Außenseite ein Krafteinleitungsprofil und ein Kraftübertragungselement des Federtellers auf seiner Innenseite ein Gegenprofil aufweist und das Krafteinleitungsprofil des Rotors in die Bewegungskonvertierungseinrichtung auf einem kleineren Teilkreis ausgeführt ist als die Drehmoment erzeugungsflächen des Rotors, wobei eine Momentenabstützungseinrichtung eine Verdrehbewegung des Federtellers verhindert, Der Rotor ist als Innenläufer ausgeführt.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Federträger mit einem Aktuator für einen axial beweglichen Federteller in Verbindung mit einer Bewegungskonvertierungseinrichtung im Hinblick auf eine möglichst einfache Momentenabstützung gegen das Antriebsmoment des Aktuators zu realisieren. Des weiteren soll ein vergleichsweise hohes Antriebsmoment erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Teilaufgabe der Erzeugung des Antriebsmoments durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die für die Bewegungskonvertierungseinrichtung abzustützenden Drehmomente funktional zuverlässig aufgenommen werden. Einflüsse auf weitere Bauteile des Federträgers, wie z. B. einer Fahrzeugtragfeder, werden unterbunden. Insgesamt entsteht eine sehr kompakte Verbindung aus Aktuator und Bewegungskonvertierungseinrichtung. Bei einem Aktuator in der Bauform eines Elektromotors wird mit dieser räumlichen Anordnung von Rotor zu Stator bei einem vorgegebenen Bauraum ein vergleichsweise höheres Antriebsmoment erreicht als bei einem sogenannten Innenläufer, bei dem der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist.
  • Eine erste Lösung für die Teilaufgabe der einfachen Momentenabstützung kann darin bestehen, dass das Verdrehsicherungselement von einer schwenkbar gelagerten Strebe gebildet werden, die sich an einem aufbaufesten Bauteil abstützt. Diese Variante vereinfacht den Aufbau des Aktuators im Hinblick auf die Anbindung des Verdrehsicherungselements.
  • Des weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sich das Gehäuse des Aktuators oberhalb einer Durchgangsöffnung im Fahrzeugaufbau für den Federträger abstützt. Diese Möglichkeit wird ebenfalls durch die besondere räumliche Ausgestaltung des Rotors gefördert.
  • Damit die Montage des Federträgers mit dem Aktuator an einem Fahrzeug möglichst genauso einfach vorgenommen werden kann wie bei einem konventionellen Federträger, stützt sich eine Stange des Federträgers am Gehäuse des Aktuators ab.
  • Bei einer weiteren Variante stützt der Stator sein Antriebsmoment an der Stange des Federträgers ab. Damit kein ein leichteres Gehäuse für den Aktuator verwendet werden. Des weiteren erzielt man einen radialen Bauraumvorteil.
  • Des weiteren kann sich auch das Verdrehsicherungselement an der Kolbenstange abstützen. Dieses Merkmal bietet u. a. den Vorteil, dass für die Befestigung des Fe derträgers am Fahrzeugaufbau keine besonderen Anpassungen vorgenommen werden müssen.
  • In weiterer konstruktiver Ausgestaltung weist das Verdrehsicherungselement eine Axialführung auf. Der Federteller kann sich nur in dem von der Axialführung vorgegebenen Rahmen bewegen.
    •
  • Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1 Federträger mit Aktuator und einem sich am Fahrzeugaufbau abstützenden Gehäuse
  • 2 Federträger mit Aktuator an einer axial beweglichen Stange des Federträgers
  • Die 1 beschränkt sich auf den oberen Teil eines Federträgers 1 mit einem Aktuator 3 an einem Fahrzeugaufbau 5. Bei dem Federträger kann es sich zum Beispiel um einen Schwingungsdämpfer handeln, von dem die Stange 7 dargestellt ist.
  • Der Aktuator 3 ist innerhalb eines Gehäuses 9 angeordnet und verfügt über einen zum Gehäuse ortsfesten Stator 11 mit Drehmomenterzeugungsflächen 13 von einer Anzahl von Spulen 15 und einem radial außen angeordneten Rotor 17 mit Drehmomenterzeugungsflächen 19, die z. B. von Permanentmagneten gebildet werden. Prinzipiell kann der Aktuator hinsichtlich der technischen Ausgestaltung der Drehmomenterzeugungsflächen auch abweichend zu diesem Prinzip ausgeführt sein.
  • Der Rotor 17 ist innen am Stator gelagert und erstreckt sich konzentrisch um die Stange 7. An seiner Außenseite ist ein Krafteinleitungsprofil 21 angeordnet, das zusammen mit einem Gegenprofil 23 an einer Innenseite eines Kraftübertragungselements 25 eine Bewegungskonvertierungseinrichtung in der Bauform einer Spindel 27 bildet. Zur Reibungsminimierung innerhalb der Spindel können Wälzkörper zwischen den in Eingriff befindlichen Profilen verwendet werden. Damit das Kraftübertragungselement 25 nur eine Axialbewegung ausführen kann, wird eine Momentenabstützungseinrichtung in der Bauform eines Verdrehsicherungselements 29 mit einer Axialführung 31 für das Kraftübertragungselement verwendet. Das Kraftübertragungselement 25 greift mit mindestens einem radialen Vorsprung 33 in die Axialführung 31 des Verdrehsicherungselements formschlüssig ein. Im rechten Halbschnitt der 1 wird das Verdrehsicherungselement von einer Hülse gebildet, die ortsfest zum Gehäuse 9 ausgeführt ist. Zur Minimierung der Reibung innerhalb der Axialführung 31 greift das Verdrehsicherungselement 29 radial am Kraftübertragungselement 25 an. Ein Federteller 35 steht mit dem Kraftübertragungselement in Wirkverbindung, so dass eine Axial bewegung des Kraftübertragungselements auf den Federteller übertragen wird, um eine Fahrzeugtragfeder 37 in ihrer Vorspannung und damit Tragkraft verändern zu können.
  • Der Fahrzeugaufbau 5 verfügt über eine Durchgangsöffnung 39 für den Rotor 17 und das Verdrehsicherungselement 29. Aus Bauraumgründen ist deshalb das Krafteinleitungsprofil 21 des Rotors für die Bewegungskonvertierungseinrichtung 27 auf einem kleineren Teilkreisausgeführt als die Drehmomenterzeugungsfläche 19 des Rotors. Daraus ergibt sich wiederum die Möglichkeit, dass sich das Gehäuse 9 des Aktuators 3 oberhalb der Durchgangsöffnung 39 am Fahrzeugaufbau für den Federträger abstützt. Die Stange 7 des Federträger wiederum kann sich über ein nur prinzipiell dargestelltes Lager 41 am Gehäuse 9 des Aktuators abstützen.
  • Zur Verstellung der Federsteifigkeit der Fahrzeugtragfeder 37 wird die Spule 15 des Stators 11 bestromt, wodurch der Rotor 17 eine Drehbewegung ausführt. Der Stator kann sein Antriebsmoment am Gehäuse 9 abstützen, das über eine Lagerung 43 am Fahrzeugaufbau 5 befestigt ist. Die Drehbewegung des Rotors wird von der Bewegungskonvertierungseinrichtung 27 im Zusammenwirken mit dem Kraftübertragungselement 25 und dem Verdrehsicherungselement mit seiner Axialführung 31 in eine Axialbewegung umgesetzt, so dass auf den Federteller 35 keine Kräfte in Umfangsrichtung wirksam sind.
  • Im linken Halbschnitt der 1 wird als Verdrehsicherungselement 29 anstelle einer Hülse mit einer Axialführung 31 eine schwenkbar gelagerte Strebe 45 verwendet, die jedoch in Umfangsrichtung gegen die Rotorbewegung von einem Schwenklager 47. gehalten wird. Vorteilhafterweise verfügt das Verdrehsicherungselement über eine Kugelkopflagerung 49, damit bei einer Schwenkbewegung der Strebe 45 keine Verspannungen innerhalb der Bewegungskonvertierungseinrichtung 27 auftreten.
  • Die 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach 1 dadurch, dass der Stator 11 sein Antriebsmoment an der Stange 7 abstützt. Die Stange 7 verfügt über einen Absatz 51, an dem das Gehäuse 9 des Aktuators 3 axial positioniert ist. Ein sich dem Absatz 51 axial anschließender Abschnitt 53 der Stange 7 verfügt über eine Formschlussverbindung 55, die beispielsweise von einer Passfeder gebildet wird und mit dem Stator im Eingriff steht. Ein Sicherungsring 57 verhindert eine axiale Verschiebebewegung des Stators zur Stange 7. Radial außerhalb des Stators ist wiederum der Rotor 17 angeordnet, dessen Länge sich im wesentlichen auf die Länge des Stators beschränkt. Außenseitig am Rotor 17 ist wiederum das Krafteinleitungsprofil 21 und dazu wiederum konzentrisch das Kraftübertragungselement 25 zum Federteller 35 angeordnet. Ein weiterer wesentlicher Unterschied zur 1 besteht darin, dass sich das Verdrehsicherungselement 29 an der Stange 7 in Umfangsrichtung abstützt. In dieser Variante gleitet das Verdrehsicherungselement einstückig mit dem Kraftübertragungselement 29 auf der Passfeder 55 in der Stange 7. Die Anbindung der Stange 7 des Federträgers an einen Fahrzeugaufbau erfolgt über ein nicht dargestelltes Lager beliebiger Bauform.
  • Die Verstellbewegung des Federtellers erfolgt analog der zu 1 beschriebenen Funktionsweise.

Claims (9)

  1. Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird, wobei als Bewegungskonvertierungseinrichtung eine Spindel verwendet wird, und der Rotor auf seiner Außenseite ein Krafteinleitungsprofil und ein Kraftübertragungselement des Federtellers auf seiner Innenseite ein Gegenprofil aufweist und das Krafteinleitungsprofil des Rotors in die Bewegungskonvertierungseinrichtung auf einem kleineren Teilkreis ausgeführt ist als die Drehmomenterzeugungsflächen des Rotors, wobei eine Momentenabstützungseinrichtung eine Verdrehbewegung des Federtellers verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) mit seinen Drehmomenterzeugungsmitteln (19) radial außerhalb von den Drehmomenterzeugungsflächen (13) des Stators (11) angeordnet ist.
  2. Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird, wobei ortsfest zu einem Gehäuse des Aktuators als eine Momentenabstützungseinrichtung ein Verdrehsicherungselement angeordnet ist, dass in formschlüssiger Wirkverbindung mit dem Federteller steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungselement (29) von einer schwenkbar gelagerten Strebe (45) gebildet wird, die sich an einem aufbaufesten Bauteil (5) abstützt.
  3. Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird, wobei eine Momentenabstützungseinrichtung eine Verdrehbewegung des Federtellers verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gehäuse (9) des Aktuators (3) oberhalb einer Durchgangsöffnung (39) im Fahrzeugaufbau für den Federträger (1) abstützt.
  4. Federträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Stange (7) des Federträgers (1) am Gehäuse (9) des Aktuators (3) abstützt.
  5. Federträger mit mindestens einem axial beweglich Federteller, wobei ein Aktuator mit einem Rotor relativ zu seinem Stator eine Drehbewegung erzeugt, die von einer Bewegungskonvertierungseinrichtung in eine Axialbewegung des Federtellers umgesetzt wird, wobei eine Momentenabstützungseinrichtung eine Verdrehbewegung des Federtellers verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (11) sein Antriebsmoment an der Stange (7) des Federträgers (1) abstützt.
  6. Federträger nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verdrehsicherungselement (29) an der Stange (7) abstützt.
  7. Federträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungselement (29) eine Axialführung (31) aufweist.
  8. Federträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungselement (29) radial an dem Kraftübertragungselement (25) des Federtellers angreift.
  9. Federträger nach einem der Ansprüche 1 – 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungselement (29) von einer Hülse gebildet wird.
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