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Die
Erfindung betrifft eine Verstelleinheit zur Höhenverstellung einer Auflagefläche einer
Schraubenfeder, insbesondere im Bereich eines Federbeins eines Kraftfahrzeugs
zur Höhenverstellung
des Kraftfahrzeugs gemäß der im
Obergriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
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Eine
gattungsgemäße Verstelleinheit
ist in der
DE 2 656 707 beschrieben.
Die Verstelleinheit umfasst einen am Außenrohr des Stoßdämpfers befestigten
Federteller zur Abstützung
einer den Stoßdämpfer umgebenden
Schraubenfeder, wobei der Federteller an dem Außenrohr des Stoßdämpfers lösbar und
axial verschiebbar befestigt ist. Die axiale Stellung des Federtellers
am Außenrohr
des Stoßdämpfers kann
durch eine unterhalb des Federtellers angeordnete und mit dem Außenrohr
des Stoßdämpfers mittels
einer Schraubverbindung lösbar
verbundenen Schelle festgelegt werden, die mit mindestens drei auf
dem Umfang verteilten, sich nach oben keilförmig verjüngenden Rampen versehen ist,
auf denen ein sich nach unten konisch erweiternder umlaufender Bund
des Federtellers aufliegt. Die Verstelleinrichtung erweist sich
als nachteilig, da für
den Verstellvorgang, beispielsweise eine Verstellung aus einer Normalstellung
in eine Hoch stellung, jeweils aufwändige mechanische Umbauarbeiten
am Federbein erforderlich sind.
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Aus
der
DE 102 37 809
A1 ist eine Einrichtung zur Einstellung der Federkraft
einer Schraubenfeder, insbesondere im Bereich eines Federbeins bekannt.
Die Schraubenfeder ist dabei im Bereich ihrer beiden Enden abgestützt und
in zumindest einem Bereich eines der Abstützelemente sind relativ zueinander
bewegbare ringartig ausgebaute Bauteile vorgesehen. Die Einrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass die Bauteile im Bereich ihrer einander
zugewandten Stirnflächen
mit in Umfangsrichtung verlaufenden komplementären Schrägflächen vorgebbarer Steigung versehen
sind, wodurch bei relativer Drehung der Bauteile gegeneinander eine
die Schraubenfeder entlang ihrer Längsachse vor- oder entspannende
Kraftkomponente erzeugbar ist. Als nachteilig erweist sich hierbei,
dass der Verstellvorgang stark reibungsbehaftet ist, weil die Verstellung über eine
Gleitbewegung der beiden einander zugewandten Schrägflächen erfolgt.
Aufgrund der stark reibungsbehafteten Gleitbewegung und dem Umstand,
dass die beiden einander zugewandten Schrägflächen vorzugsweise zumindest
partiell mit einer Verzahnung versehen sind, ist eine Rückstellung
der Einrichtung, beispielsweise aus einer Hochstellung in die Normalstellung,
nur durch eine aufwändige
Demontage realisierbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verstelleinheit zur
Höhenverstellung
einer Auflagefläche
einer Schraubenfeder, insbesondere im Bereich eines Federbeins eines
Kraftfahrzeugs zur Höhenverstellung
des Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff
des Anspruches 1 angegebenen Art unter Vermeidung der genannten
Nachteile derart weiterzubilden, dass der Verstellvorgang einfach
auszuführen
ist und insbesondere eine Rückführung in
die Ausgangslage ohne aufwändigen
Montageaufwand durchführbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die
Unteransprüche
bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Verstelleinheit zur Höhenverstellung
eine Auflagefläche
einer Schraubenfeder umfasst eine senkrecht zur Schraubenfeder angeordnete,
die Auflagefläche
aufweisende, in axiale Richtung (a) verstellbare erste Hubscheibe.
Erfindungsgemäß ist auf der
der Auflagefläche
abgewandten Seite der ersten Hubscheibe eine zweite, in axiale Richtung
(a) bewegbare Hubscheibe angeordnet. Die beiden Hubscheiben sind
dabei über
Mittel gegen ein Verdrehen gesichert. Zwischen den beiden Hubscheiben
ist eine über
mehrere Wälzkörper drehbar
gelagerte Zwischenscheibe – Drehscheibe – angeordnet.
Hierbei weist die Drehscheibe entsprechend der Anzahl der Wälzkörper jeweils
den entsprechenden Wälzkörper zugeordnete,
rampenförmige
Laufbahnen auf. Durch ein Verdrehen der Drehscheibe und dem dadurch
bedingten Abrollen der Wälzkörper auf
den jeweils zugeordneten rampenförmigen
Laufbahnen der Drehscheibe führen
die erste und zweite Hubscheibe eine in axiale Richtung (a) betrachtet
entgegengesetzt gerichtete Bewegung aus. Auf eine einfache Art und Weise
ist nunmehr durch die erfindungsgemäße Anordnung der Drehscheibe
mit den zugeordneten, auf rampenförmigen Laufbahnen abrollenden
Wälzkörpern zwischen
den beiden, in axiale Richtung (a) verschiebbaren Hubscheiben eine
einfache Verstellung von einer Normalstellung in eine Hoch- und
Tiefstellung bzw. vice versa gewährleistet,
da entsprechend der gewählten
Drehrichtung und dem dadurch bedingten Auf- bzw. Abwärtsrollen
der Wälzkörper auf den
rampenförmigen
Laufbahnen die beiden Hubscheiben voneinander auseinander bewegt
bzw. aufeinander zu bewegt werden. Eine Rückstellung, beispielsweise
aus der Hochstellung in die Normalstellung, ist nunmehr einfach,
d.h. ohne eine aufwändige Demontage
möglich.
Zudem ist der Verstelleinheit aufgrund der Wälzkörper reibungsoptimiert, sodass der
Verstellvorgang leichter durchzuführen ist.
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Vorzugsweise
sind zwischen der Drehscheibe und der ersten bzw. zweiten Hubscheibe
jeweils mindestens drei, über
den Umfang der Drehscheibe gleichmäßig verteilte, Wälzkörper angeordnet.
Durch die gleichmäßige Verteilung
ist eine gleichmäßige Lagerung
der Drehscheibe gewährleistet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind die Wälzkörper in
radiale Richtung (r) betrachtet, beabstandet zueinander, d.h. nebeneinanderliegend,
angeordnet. Diese "Nebeneinander-Anordnung" der Wälzkörper erweist
sich als vorteilhaft, da es sich um eine platzsparende, nur geringen
Bauraum einnehmende, Anordnung handelt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung sind die Wälzkörper in
Umfangsrichtung (u) der Drehscheibe betrachtet hintereinander angeordnet.
Durch die Hintereinander-Anordnung ist ein einfachere Aufbau der
Drehscheibe gewährleistet, sodass
diese Ausführungsform
von Vorteil ist, wenn ausreichend Bauraum zur Verfügung steht
und eine platzsparende Bauweise nicht erforderlich ist.
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Vorzugsweise
weisen die rampenförmigen Laufbahnen
der Drehscheibe einen linearen Steigungsverlauf auf. Alternativ
können
die rampenförmigen
Laufbahnen auch einen nicht-linearen Steigungsverlauf aufweisen.
Entsprechend der gewählten
Steigung kann auf eine einfache Art und Weise die Hubgeschwindigkeit
der Versteileinrichtung eingestellt werden.
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Denkbar
ist aber auch, dass die rampenförmigen
Laufbahnen der Drehscheiben sowohl Bereiche mit einem linearen Steigungsverlauf
als auch Bereiche mit einem nichtlinearen Steigungsverlauf aufweisen.
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Vorzugsweise
weisen die rampenförmigen Laufbahnen
der Drehscheibe mindestens einen Zwischenbereich und/oder einen
Anfangs- bzw. Endbereich mit nullprozentiger Steigung auf. Die Bereiche mit
nullprozentiger Steigung erweisen sich als vorteilhaft, da diese
Bereiche eine Selbsthemmung der Verstelleinheit bewirken und ein
kraftloses Anhalten in diesen Bereichen ermöglicht ist.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils
gegenüberliegend
zu den rampenförmigen
Laufbahnen der Drehscheibe auf der ersten und zweiten Hubscheibe
korrespondierend ausgebildete Laufflächen angeordnet. Die Anordnung
diese korrespondie rend ausgebildeten Laufflächen auf der ersten und zweiten
Hubscheibe gegenüberliegend
zu den jeweiligen Laufbahnen der Drehscheibe erweist sich als vorteilhaft,
da hierdurch auf eine einfache Art und Weise eine Verdoppelung des
axialen Verstellweges, nämlich
zweimal die Rampenhöhe,
erzielbar ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der Antrieb der Drehscheibe bzw. das Verdrehen
der Drehscheibe über
einen Elektromotor realisiert. Der Elektromotor kann hierbei oberhalb oder
unterhalb der Drehscheibe oder auch innerhalb der Schraubenfeder
angeordnet sein.
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Vorzugsweise
weist der Elektromotor ein Getriebe auf, und der Elektromotor greift
axial über
eine Verzahnung an der Drehscheibe ein. Die Verzahnung kann dabei
sowohl außerhalb
als auch innerhalb der Drehscheibe angeordnet sein.
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Wahlweise
kann der Antrieb auch über
eine Spindel, die sich zwischen der ersten und zweiten Hubscheibe
abstützt,
erfolgen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand den in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
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In
der Beschreibung, in den Ansprüchen
und der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen
verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet.
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In
der Zeichnung bedeutet:
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1a eine
schematische Darstellung des Wirkungsprinzips der Verstelleinheit
mit hintereinander angeordneten Laufbahnen in Normalstellung;
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1b eine
schematische Darstellung des Wirkungsprinzips der Verstelleinheit
mit hintereinander angeordneten Laufbahnen in Hochstellung;
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1c eine
schematische Darstellung des Wirkungsprinzips der Verstelleinheit
mit hintereinander angeordneten Laufbahnen in Tiefstellung;
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2 eine
Draufsicht auf die mittlere Drehscheibe mit nebeneinander angeordneten
Laufbahnen;
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2a eine
schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-B in 2;
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2b eine
schematische Schnittdarstellung entlang der Linie C-D in 2,
und
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3 eine
Abwicklung der Laufbahnen und den zugeordneten Laufflächen des
in 2 dargestellten Segments der Drehscheibe.
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In 1a bis 1c ist
schematisch das Wirkprinzip einer insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten
Verstelleinheit an einem von insgesamt drei über den Umfang der Verstelleinheit 10 verteilten Segmenten
dargestellt.
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Die
Verstelleinheit 10 ist für die Höhenverstellung eines Kraftfahrzeugs
mit Stahlfederung (Schraubenfeder) vorgesehen, indem eine Höhenverstellung
der Federtellerposition ermöglicht
wird. Die Verstelleinheit 10 kann dabei wahlweise oben, d.h.
karosseriefest, oder unten, beispielsweise an Achse, Lenker oder
Federbein, verbaut werden und in Form eines Fräs-, Formschmiedeteils oder
Blechpressteils ausgeführt
sein.
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Die
Verstelleinheit 10 umfasst im Wesentlichen eine erste Hubscheibe 14 mit
einer Auflagefläche 12,
auf der eine, hier aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellte Schraubenfeder, angeordnet ist, eine zweite Hubscheibe 16 und
eine zwischen den beiden Hubscheiben 14, 16 über mehrere
als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 18 drehbar
gelagerte Drehscheibe 20.
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Die
erste und zweite Hubscheibe 14, 16 sind dabei
in axiale Richtung (a) betrachtet verschiebbar gelagert und über nicht
dargestellte Mittel gegen ein Verdrehen gesichert.
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Vorliegend
sind in einer sogenannten ersten Kugelebene, nämlich der Ebene zwischen Drehscheibe 20 und
ersten Hubscheibe 14, und in einer sogenannten zweiten
Kugelebene, nämlich
der Ebene zwischen Drehscheibe 20 und zweiten Hubscheibe 16,
jeweils drei Wälzkörper 18 vor gesehen.
Die Wälzkörper 18 sind
dabei in den jeweiligen Kugelebenen in Umfangsrichtung (u) betrachtet
gleichmäßig verteilt
und hintereinander angeordnet.
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An
der Drehscheibe 20 sind, den jeweiligen Wälzkörpern 18 zugeordnete,
in die erste und zweite Kugelebene hineinreiche, rampenförmigen Laufbahnen 22 angeordnet.
Die rampenförmigen
Laufbahnen 22 der Drehscheibe 20 weisen dabei
vorliegend einen linearen Steigungsverlauf auf.
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Entsprechend
zu den rampenförmigen
Laufbahnen der Drehscheibe 20 sind an der ersten und zweiten
Hubscheibe 14, 16 in die erste und zweite Kugelebene
hineinreichende, den Laufbahnen 22 der Drehscheibe 20 jeweils
gegenüberliegend
und dazu korrespondierend ausgebildete Laufflächen 24 angeordnet.
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Der
Antrieb der Drehscheibe 20 erfolgt über einen, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellten Elektromotor.
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Die
Wirkungsweise der Verstelleinheit 10 wird im folgenden
kurz beschrieben:
In 1a ist
die Verstelleinheit 10 in Normalstellung dargestellt. Ausgehend
von der Normalstellung kann durch ein Verdrehen der Drehscheibe 20 die
Verstelleinheit 10 in eine Hochstellung, vgl. 1b,
bzw. in eine Tiefstellung, vgl. 1c, überführt werden.
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Durch
eine entsprechende Drehung der Drehscheibe 20, in 1b entsprechend
einer Bewegung der Drehscheibe 20 nach links, rollen die Wälzkörper 18 auf
den rampenför migen
Laufbahnen 22 der Drehscheibe 20 und den zugeordneten
rampenförmigen
Laufflächen 24 der
ersten und zweiten Hubscheibe 14, 16 hoch. Als
Folge davon werden die erste und zweite Hubscheibe 14, 16 auseinander
gedrückt,
wodurch die gewünschte
Höhenverstellung der
Verstelleinheit 10 gewährleistet
ist. Die maximale Hubhöhe
beträgt
dabei zweimal die Rampenhöhe.
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Entsprechend
umgekehrt verläuft
die Tieferstellung der Verstelleinheit. Durch eine Drehung der Drehscheibe 20 in
die entgegengesetzte Richtung, d.h. entsprechend den 1a bis 1c durch
eine Bewegung nach rechts, rollen die Wälzkörper 18 die rampenförmigen Laufbahnen 22 der
Drehscheibe 20 und die zugeordneten rampenförmige Laufflächen 24 der
ersten und zweiten Hubscheibe 14, 16 hinab. Als Folge
davon bewegen sich die beiden Hubscheiben 14, 16 aufeinander
zu, was zu der gewünschten
Tiefstellung der Verstelleinheit führt.
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Eine
andere Ausführungsform
der Verstelleinheit 10 ist in den nachfolgenden Figuren
dargestellt. Der prinzipielle Aufbau dieser Ausführungsform entspricht dabei
im Wesentlichen dem oben bereits beschrieben Aufbau.
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Wie
aus der Draufsicht, 2, und den zugehörigen, schematischen
Schnittdarstellungen, 2a und 2b, zu
entnehmen ist, sind hierbei die in der ersten bzw. zweiten Kugelebene
angeordneten Wälzkörper 18 in
radiale Richtung (r) betrachtet beabstandet, d.h. nebeneinander,
angeordnet, wodurch eine platzsparende Bauweise gewährleistet ist.
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Der
Steigungsverlauf der rampenförmigen Laufbahnen 22 der
Drehscheibe 20 und der zugehörigen Laufflächen 24 der
ersten bzw. zweiten Hubscheibe 14, 16 sind 3 dargestellt.
Wie 3 zu entnehmen ist, weisen die Laufbahnen 22 bzw.
Laufflächen 24 Bereiche
mit unterschiedlicher Steigung auf, nämlich einen Anfangs-, End- und Zwischenbereich 26, 28, 30 mit
jeweils nullprozentiger Steigung, und jeweils einen zwischen dem
Anfangsbereich 26 und Zwischenbereich 30 bzw.
zwischen Zwischenbereich 30 und Endbereich 28 angeordneten
Bereich 32 mit einem linearen Steigungsverlauf.
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Entsprechend
dem gewählten
Steigung, also den vorherrschenden Schrägungswinkel, der Bereiche 32 kann
kann die Hubgeschwindigkeit und die hierfür benötigte Antriebsleistung des
Elektromotors bestimmt werden.
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Aufgrund
der nullprozentigen Steigung in dem Zwischenbereich 30 und
dem Endbereich 28 ist in diesen Positionen ein "kraftloses" Anhalten, d.h. ohne
Haltestromzufuhr zum Elektromotor, gewährleistet.
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- 10
- Verstelleinheit
- 12
- Auflagefläche
- 14
- erste
Hubscheibe
- 16
- zweite
Hubscheibe
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Drehscheibe
- 22
- Laufbahnen
in der Drehscheibe
- 24
- Laufflächen in
der ersten und zweiten Hubscheibe
- 26
- Anfangsbereich
- 28
- Endbereich
- 30
- Zwischenbereich
- 32
- Bereich
mit linearen Steigungsverlauf