DE202008001978U1

DE202008001978U1 - Längenverstellbare Spurstange eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE202008001978U1
Application number: DE200820001978
Authority: DE
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2018-02-14

Abstract

Längenverstellbare Spurstange (1) eines Kraftfahrzeuges, die zweigeteilt ist und zueinander verstellbare Längenabschnitte (2, 3) mit mindestens einem Verstellelement (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (16) durch das Auftreten von gerichteten Kräften, eine kraftsensitive Vorrichtung, in Verbindung mit einem Dämpfungsmedium, so beaufschlagt, dass das Verstellelement (16) eine Veränderung der Längenabschnitte (2, 3) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Stange, insbesondere Spurstange für ein Kraftfahrzeug, die aus zwei Teilen besteht und über ein Verstellelement zwei zueinander verstellbare Längenabschnitte aufweist.
Eine derartige längenverstellbare Stange, insbesondere eine Spurstange für die Lenkung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei zueinander verstellbaren Stangenabschnitten und einem Verstellelement, wobei zur Vermeidung einer Relativverdrehung zwischen den Stangenabschnitten und zur Erzielung einer einfachen Versteilbarkeit die beiden Stangenabschnitte mit einander gegenüberliegenden Verzahnungen versehen sind, die mit einem dazwischen liegenden Zahnrad im Eingriff sind, ist der DE 38 20 642 A1 zu entnehmen.
Eine abgefederte Lenkspurstange eines Kraftfahrzeuges beschreibt die DE 731 554 C . Die dort beschriebene Lenkspurstange besteht im Wesentlichen aus zwei Rohren, deren eines das andere übergreift. Zwischen den Rohren ist eine, mit diesen fest haftend verbundene Gummihülse angeordnet, die sich über eine etwa beim Übergreifen der beiden Rohre entsprechende Länge erstreckt und bei der ein Anschlag eine übermäßige Verlängerung oder Ver kürzung der Spurstange bei einer Beschädigung der Gummihülse verhindert.
Die DE 42 33 339 A1 offenbart ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Dämpfen von mechanischen Schwingungen. Zur Realisierung taucht ein mit dem schwingenden System verbundener Kolben in eine mit rheologischen Eigenschaften versehene Flüssigkeit. Mittels einem Elektromagneten wird die Wirkung der Flüssigkeitsdämpfung beeinflusst.
Als Spurstange wird grundsätzlich eine Vorrichtung bezeichnet, die Bestandteil einer Achsschenkellenkung eines Straßenfahrzeuges, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, ist. Der Name Spurstange wird aus ihrer Funktion abgeleitet, nämlich der Einstellung der Spur. Eine Spurstange stellt somit die Verbindung zwischen einem Lenkhebel und einem Radträger dar. Die Spurstange besteht in der Regel im Wesentlichen an ihren Enden als Kugelköpfe ausgebildete Gelenke, zwischen denen Verbindungselemente angeordnet sind, die in ihrer Länge verändert und festgesetzt werden können. Zur Einstellung der richtigen Vorspurwerte wird die Gesamtlänge der Spurstange auf einer Messbühne verändert.
So muss auch die Vorspur bei jedem Neufahrzeug in der Fertigung, und bei Bedarf auch im späteren Gebrauch, in den Werkstätten immer auf einer Messbühne eingestellt werden. Trotz richtig eingestellter Vorspurwerte kann das Fahrzeug im Extremfall schief ziehen.
Der Zeitaufwand für eine derartige Einstellung der Vorspur ist sehr hoch und beinhaltet gleichzeitig ein ho hes Fehlerpotenzial, da durch ungenaues Arbeiten es zu Einstellfehlern kommen kann. Dieses bewirkt dann ein schief ziehendes Fahrzeug, schlechte Fahreigenschaften bei schlechter Achseinstellung und einen hohen Reifenverschleiß bei zu hohen Vorspurwerten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf die manuelle Einstellung der Vorspur auf einer Messbühne zu verzichten.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Schutzanspruches 1.
Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Längeneinstellung der längenveränderbaren Spurstange eine kraftsensitive Vorrichtung zu verwenden, die eine dynamische Einstellung gewährleistet und Bestandteil der längenveränderbaren Stange, insbesondere der Spurstange, ist. Bei einer Geradeausfahrt liegt im Idealfall an jeder Spurstange eine geringe, definierte Kraft an, die das Fahrzeug gleichzeitig zentriert und in der Spur hält. Diese geringe Kraft wird durch die Vorspur – leichter Schräglauf der Vorderräder des Fahrzeuges – erzeugt. Bei einer kraftsensitiven Spurstange ist erfindungsgemäß in einem bestimmten Kraftbereich die Spurstange über eine bestimmte Länge frei beweglich. Gleichzeitig ist außerhalb dieses Bereiches die Spurstange starr und wird aus Sicherheitsgründen durch entsprechende Endanschläge abgesichert. Ferner können entsprechende Dämp fungselemente eine zu schnelle Längenänderung unterbinden.
Dabei ist die kraftsensitive Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass sich an einem Längenabschnitt der Spurstange ein Kolben befindet, der innerhalb eines zylindrischen Abschnittes eines Längenabschnittes der zweiten Spurstange verschieblich angeordnet ist. So entsteht innerhalb des zylindrischen Teiles auf jeder Seite des Kolbens ein Druckraum. Die Druckräume sind mit einem Dämpfungsmedium, vorzugsweise in Form eines Hydrauliköles, gefüllt. Ein Volumenaustausch, und damit eine Bewegung des Kolbens, ist nur dann möglich, wenn die vorzugsweise innerhalb des Kolbens angeordnete kraftsensitive Vorrichtung für das Dämpfungsmedium die entsprechenden Kanäle öffnet. Durch das Öffnen der Kanäle besteht die Möglichkeit, dass das Dämpfungsmedium von einem in den andern Druckraum fließen kann. Je nach gerichteter Kraft wird somit der Kolben axial innerhalb des zylindrischen Teiles bewegt. Damit der Einstellhub des Kolbens begrenzt wird, sind Anschläge vorhanden, die gleichzeitig auch einen Sicherheitsaspekt aufweisen, um eine übermäßige Längenänderung der Spurstange zu unterbinden.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer kraftsensitiven Vorrichtung ist der Kolben mit vorgespannten Tellerfedern ausgerüstet, die so angeordnet sind, dass durch die Beaufschlagung von Kräften, d. h. nicht nur bei hohen Kräften sondern auch bei niedrigen Kräften eine Öffnung bzw. Schließung der Kanäle erfolgt. So liegt im kraftlosen Zustand die Feder auf grund ihrer Vorspannung an einem Anschlag an, und damit ist der Kanal geschlossen. In einem weiteren Betriebsbereich ist die Kraft ausreichend hoch, um die vorgespannte Tellerfeder zu verformen und damit den Kanal zwischen den beiden Druckräumen zu öffnen. Steigt die Kraft über einen Maximalwert an, so wird der Kanal wieder verschlossen, weil die Tellerfeder bis zu einem Anschlag hin verformt wird.
Es versteht sich, dass Zug- und Druckkräfte auf verschiedene Druckbereiche abgestimmt werden können. Dabei soll die Bewegung des Kolbens nur in geringen Grenzen möglich sein, da bei einem Ausfall der kraftsensitiven Vorrichtung die Radführung des Kraftfahrzeuges gewährleistet sein muss; hierfür stehen entsprechend die Anschläge für den Kolben.
Um das Verschieben des Kolbens innerhalb des zylindrischen Teiles zeitlich zu beeinflussen, da ein sehr schnelles Verändern der Längenzustände der Stange sich negativ auf das Fahrverhalten auswirken würde, ist eine entsprechende Dämpfung vorgesehen. Eine derartige Dämpfung kann beispielsweise über die Viskosität des Dämpfungsmediums oder die Kanalgeometrie bzw. auch über entsprechende Drosselglieder erreicht werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann die kraftsensitive Vorrichtung aus federbelasteten Ventilen innerhalb der Kanäle stehen. Dabei ist die auf die Ventile lastende Federkraft entsprechend den geforderten Schaltpunkten für das Öffnen bzw. Schließen dieser Ventile ausgelegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann neben den vorgeschriebenen mechanischen kraftsensitiven Schaltelementen auch ein elektrisch steuerbares Schaltelement eingesetzt werden. Diese kann beispielsweise eine Kraftmessdose oder dergleichen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart kann das Dämpfungsmedium aus einer dispergierenden Substanz und einem Lösungsmittel bestehen, dem magnetisierbare Teilchen zugesetzt sind. Durch ein derartiges Dämpfungsmedium ist es möglich deren Bewegungsmöglichkeit durch anlegen eines magnetischen Feldes zu beeinflussen. Wird das Dämpfungsmedium durch den Kolben verdrängt, so ist die Verdrängungskraft ohne das magnetische Feld deutlich kleiner als mit dem magnetischen Feld. Es ist somit beispielsweise möglich mittels einer den Kolben umschließenden Elektrode die Viskosität und damit die Strömungsgeschwindigkeit des elektrorheologischen Dämpfungsmediums zu beeinflussen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart kann ein dilatales Dämpfungsmedium verwendet werden, ebenso Elektromagnete oder Piezoelemente, Shape-Memory-Elemente oder dergleichen.
Bei einem Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges sind die Spurstangen ständig ändernden Kräften aufgrund der Straßenlage bzw. der Fahrtrichtung ausgesetzt. Dabei geschieht Folgendes, dass beim Durchlaufen der Spurstangenkraft innerhalb des Arbeitsbereiches unter Druck die Spurstange jedes Mal sich etwas verkürzt. Beim Auftreten von Zugkräften wird die Spurstange deshalb länger.
Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten möglichen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kolbens einer zweigeteilten Spurstange innerhalb eines zylindrischen Teiles;
2 eine Prinzipskizze einer kraftsensitiven Vorrichtung in der Stellung, in der die auftretende Kraft F < F_min ist;
3 wie 2, jedoch in einer schematischen Darstellung der Schaltstellung bei F_min < F < F_max ist, und
4 wie 2, jedoch in einer schematischen Darstellung des Schaltelementes bei F > F_max. In der 1 ist eine Spurstange 1 dargestellt, die aus einem ersten Längenabschnitt 2 und einem zweiten Längenabschnitt 3 in schematischer Darstellung ausschnittsweise wiedergegeben worden ist. Auf dem ersten Längenabschnitt 2 ist ein Kolben 6 angeordnet, der gegen einen Absatz 5 des ersten Längenabschnittes 2 mittels einer Verschraubung 4 kraft- und formschlüssig festgesetzt ist.
An dem zweiten Längenabschnitt 3 befindet sich ein zylindrischer Teil 15, der sich um den Kolben 6 herum erstreckt. Durch den Kolben 6 wird der zylindrische Teil 15 in einen ersten Druckmittelraum 9 auf der linken Seite des Kolbens 6 und in einem zweiten Druckmittelraum 10 auf der rechten Seite des Kolbens 6 unterteilt.
Innerhalb des Kolbens 6 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel für eine kraftsensitive Verstellvorrichtung 16 Tellerfedern 11 und 12. Die Tellerfedern 11 und 12 sind kraftmäßig so vorgespannt, dass sie innerhalb des Kolbens 6 vorhandene Kanäle 7 und 8 verschließen. Durch das Verschließen der Kanäle 7 und 8 ist ein Austausch eines innerhalb des ersten Druckmittelraumes 9 und des zweiten Druckmittelraumes 10 vorhandenen Dämpfungsmediums nicht möglich. Wie in den nachfolgenden Prinzipskizzen der 2, 3 und 4 noch im Detail dargelegt wird, wird bei dem Auftreten von entsprechenden Zug- oder Druckkräften an dem ersten Längenabschnitt 2 der Spurstange 1 eine Öffnung bzw. auch Verschließung der Kanäle 7 und 8 bewirkt. Um den Verstellbereich der Spurstange 1 zu begrenzen, sind Anschläge 13 und 14 für den Kolben 6 vorhanden.
Bei der Prinzipskizze der 2, die nur einen Ausschnitt des Kolbens 6 zeigt, wird deutlich, dass bei einem Auftreten einer Kraft F < F_min die Tellerfedern 11, 12 gegen einen Anschlag 17 anliegen und somit die Kanäle 7 und 8 verschlossen sind. In einem solchen Fall findet kein Austausch des Dämpfungsmediums über die Kanäle 7 und 8 zwischen den Druckmittelräumen 9 und 10 statt.
Erst in dem Fall der 3, wo die Kraft F_min < F < F_max ist, bewegen sich die vorgespannten Tellerfedern 11, 12 von dem Anschlag 17 weg und gibt somit den Weg für das Dämpfungsmedium frei, um über die Kanäle 7 und 8 in den Druckmittelraum 10 eindringen zu können und eine Längenänderung der Spurstange 1 zu bewirken.
Die 4 zeigt die Position der Tellerfedern 11, 12, in der die Kraft F > F_max ist. In einem solchen Fall verschließen die Tellerfedern 11, 12 ebenfalls die Kanäle 7 und 8, so dass kein Austausch des Dämpfungsmediums zwischen den Druckmittelräumen 9 und 10 stattfinden kann, was gleichzeitig bedeutet, dass eine Längenänderung der Spurstange nicht stattfindet. Die Längenänderung der Spurstange 1 ist somit nur in dem Falle möglich, den die 3 zeigt, bei der F_min < F < F_max ist.
Die vor beschriebene Längenänderung einer Spurstange für ein Kraftfahrzeug mittels einer kraftsensitiven Vorrichtung stellt eine deutliche Kostenreduzierung beim Fahrzeugneubau dar, da keine Einstellung auf entsprechenden Messständen vorgenommen werden muss. Darüber hinaus ist es eine kundenfreundliche Lösung, da auch bei Reparaturen und Fahrwerk die teure und zeitaufwendige Achsaufmessung entfällt. Gleichzeitig ist es aber auch eine reifenschonende Einstellung, da jegliche Veränderungen der nicht erwünschten Vorspurwerte vermieden werden können.

1: Spurstange
2: erster Längenabschnitt
3: zweiter Längenabschnitt
4: Verschraubung
5: Absatz
6: Kolben
7: Kanal
8: Kanal
9: erster Druckmittelraum
10: zweiter Druckmittelraum
11: Tellerfeder
12: Tellerfeder
13: Anschlag
14: Anschlag
15: zylindrischer Teil
16: Verstellvorrichtung
17: Anschlag
18: Anschlag
F: = Kraft

Claims

Längenverstellbare Spurstange (1) eines Kraftfahrzeuges, die zweigeteilt ist und zueinander verstellbare Längenabschnitte (2, 3) mit mindestens einem Verstellelement (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (16) durch das Auftreten von gerichteten Kräften, eine kraftsensitive Vorrichtung, in Verbindung mit einem Dämpfungsmedium, so beaufschlagt, dass das Verstellelement (16) eine Veränderung der Längenabschnitte (2, 3) bewirkt.
Längenverstellbare Spurstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftsensitive Vorrichtung (16) im Wesentlichen aus einem in einem zylindrischen Teil (15) verschieblich angeordneten und in seiner relativen Position, veränderbaren Kolben (6) besteht.
Längenverstellbare Spurstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (6) endseitig an dem verstellbaren Längenabschnitt (2) kraft- und formschlüssig befestigt ist und dass der zylindrische Teil (15) an dem verstellbaren Längenabschnitt (3) befestigt oder Bestandteil desselben ist.
Längenverstellbare Spurtange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teil (15) sich über einen Teil des Längenabschnittes (2) so erstreckt, dass der Längenabschnitt (2) mit einem Endbereich in den zylindrischen Teil (15) eintaucht.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teil (15) zwei durch den Kolben (6) getrennte Druckmittelräume (9, 10) aufweist.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kolbens (6) Kanäle (7, 8) vorhanden sind, die die Druckmittelräume (9, 10) über die kraftsensitiven Schaltelemente verbindet.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelement als eine Kraftmesseinrichtung mechanischer oder elektrisch steuerbarer Art ausgebildet sind.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente federbelastete Ventile umfassen.
Längenverstellbare Spursstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente aus vorgespannten Tellerfedern (11, 12) bestehen.
Längenverstellbare Spurtange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jedem der Druckmittelräume (9, 10) mindestens ein Schaltelement zugeordnet ist.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente so bemessen und angeordnet sind, dass a) bei einer Kraft F < F_min kein Austausch des Dämpfungsmediums zwischen den Druckmittelräumen (9, 10) stattfinden kann, und b) bei einer Kraft F_min < F < F_max ein Austausch des Dämpfungsmediums zwischen den Druckmittelräumen (9, 10) stattfindet, und c) bei einer Kraft F > F_max ein Austausch des Dämpfungsmediums zwischen den Druckmittelräumen (9, 10) nicht stattfindet.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss in den Kanälen (7, 8) für das Dämpfungsmedium durch Drosselelemente veränderbar ist.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Kanäle (7, 8) veränderbar ist oder dass in den Kanälen (7, 8) Drosselglieder vorhanden sind.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftsensitive Vorrichtung eigensicher ist.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Beweglichkeit des Kolbens (6) durch beiderseitig angeordnete Anschläge (13, 14) begrenzt wird.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Dämpfungsmediums durch äußere Einwirkungen beeinflussbar ist.
Längenverstellbare Spurstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium als elektrorheologisches oder magnetorheologisches oder dilatalem Fluid ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer kraftsensitiven Vorrichtung zur Längenverstellbarkeit einer Stange, insbesondere Spurstange (1) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.