-
Die Erfindung betrifft ein zum Einbau in ein Kraftfahrzeug geeignetes Fahrwerkselement mit elektrischem Antrieb.
-
Ein aktives Fahrwerkselement, nämlich eine Federbeinanordnung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, ist beispielsweise aus der
EP 2 231 427 B1 bekannt. Diese bekannte Federbeinanordnung ist aus einem Teleskopstoßdämpfer, einem als Schraubendruckfeder ausgeführten Tragfederelement und einem ebenfalls als Schraubendruckfeder ausgeführten Speicherfederelement gebildet. Die beiden Schraubendruckfedern stützen sich an einem gemeinsamen Federteller ab, welcher elektrisch mittels eines Spindeltriebs verstellbar ist.
-
Aus der
DE 10 2013 012 637 A1 ist ein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs vorgesehenes Federsystem bekannt, welches zwei verschiedene Stelleinrichtungen umfasst. Hierbei ist eine erste Stelleinrichtung zur Bereitstellung eines aktiven Fahrwerks im Fahrbetrieb für dynamische Belastungsfälle ausgelegt, wogegen die zusätzliche, zweite Stelleinrichtung für eine statische Niveauregulierung vorgesehen ist. Die erste Stelleinrichtung weist eine Drehstabfeder auf, die mit Hilfe eines Elektromotors und eines hoch übersetzen Getriebes in ihrer Vorspannung verstellbar und über ein mehrteiliges Gestänge mit einem Querlenker des Fahrwerks gekoppelt ist. Die zweite, der Niveauregulierung dienende Stelleirichtung kann hydraulische oder elektromechanische Elemente umfassen. In jedem Fall wird durch die zweite Stelleinrichtung eine obere Federauflage einer Tragfeder des Fahrwerks verstellt. Die zugehörige untere Federauflage der Tragfeder ist am genannten Querlenker des Fahrwerks abgestützt.
-
Die
DE 10 2010 013 935 A1 offenbart einen Stoßdämpfer mit zwei entlang einer Dämpferachse verschieblich zueinander angeordneten Dämpferteilen, wobei Linearbewegungen zwischen den Dämpferteilen durch einen Kugelgewindetrieb in rotative Bewegungen umgesetzt werden. Ein auf diese Weise antreibbarer Rotor eines Elektromotors, welcher in den Stoßdämpfer integriert ist, kann mit Hilfe einer Fliehkraftbremse, die ebenfalls eine Komponente des Stoßdämpfers ist, bei Überschreiten einer Grenz-Dämpfungsgeschwindigkeit gebremst werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Funktionsvielfalt weiterentwickeltes aktives Fahrwerkselement für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein aktives Fahrwerkselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Fahrwerkselement umfasst eine zur Verbindung mit einem Fahrwerkslenker vorgesehene Welle und zwei elektrische Antriebseinheiten, wobei eine erste Antriebseinheit zur Beaufschlagung der Welle mit einem Drehmoment sowie zum Antrieb durch die Welle vorgesehen und eine zwei Antriebseinheit über eine passive, in Torsionsrichtung der Welle wirksame Federanordnung mit der Welle gekoppelt und zur Verstellung einer Federaufnahme der Federanordnung in Torsionsrichtung ausgebildet ist.
-
Bei dem Fahrwerkslenker, welcher mit dem aktiven Fahrwerkselement zu verbinden ist, handelt es sich beispielsweise um einen Längslenker. Die Welle des aktiven Fahrwerkselements ist in diesem Fall zumindest näherungsweise in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet. Ebenso kann es sich bei dem Fahrwerkslenker jedoch auch um einen Querlenker oder einen sonstigen Lenker eines Fahrwerks handeln. In allen Fällen sind über die Welle Federkräfte sowie dämpfende Kräfte auf den Fahrwerkslenker übertragbar.
-
Die erste Antriebseinheit dient zur Einleitung dämpfender Drehmomente in die Welle und ist optional auch generatorisch nutzbar. Weiter ist mittels der Federanordnung ein Drehmoment in die Welle einleitbar. Das mittels der Federanordnung, welche insgesamt als Torsionsfeder wirkt, eingeleitete Drehmoment kann die Welle gleichsinnig mit dem durch die erste Antriebseinheit in die Welle eingeleiteten Drehmoment belasten. Ebenso sind gegensinnige Drehmomentbelastungen durch die Federanordnung einerseits und durch die erste Antriebseinheit andererseits möglich. Anders ausgedrückt: Die erste Antriebseinheit kann wahlweise die Federanordnung unterstützen oder entgegen der Federanordnung wirken. Generell kann die erste Antriebseinheit mit frei variierbarer Dämpfungs- und Federcharakteristik als elektromotorischer Dämpfer oder als Feder-/Dämpfervorrichtung wirken. Zur Realisierung dieser Funktionen ist eine Betätigung der zweiten Antriebseinheit nicht erforderlich.
-
Die zweite Antriebseinheit hat die Funktion, eine Federaufnahme, an welcher die die Welle in Torsionsrichtung belastende Federanordnung abgestützt ist, in der genannten Torsionsrichtung, das heißt Umfangsrichtung der Welle, zu verstellen. Damit ermöglicht die zweite Antriebseinheit eine Niveauverstellung, insbesondere Niveauregulierung, des Fahrzeugaufbaus. Bei ausreichender Verstellgeschwindigkeit ist darüber hinaus auch eine Wankstabilisierung mittels der zweiten Antriebseinheit möglich.
-
Zusätzlich zu einem Elektromotor umfasst die erste Antriebseinheit vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Wellgetriebe oder um ein Planetengetriebe, insbesondere ein mehrstufiges Planetengetriebe, handeln. In jedem Fall ist der Elektromotor der ersten Antriebseinheit vorzugsweise ebenso wie das Untersetzungsgetriebe koaxial zur Welle angeordnet. Die Auslegung des Getriebes der ersten Antriebseinheit als Untersetzungsgetriebe bedeutet, dass eine Rotation der mit dem Fahrwerkslenker verbundenen Welle in eine schnellere Rotation der Motorwelle des Elektromotors umgesetzt wird.
-
Auch die zweite Antriebseinheit umfasst vorzugsweise einen Elektromotor sowie ein Getriebe, wobei das Getriebe in diesem Fall bevorzugt als Schneckengetriebe ausgebildet ist. Das Schneckengetriebe umfasst in vorteilhafter Ausgestaltung eine Schnecke sowie ein mit dieser kämmendes, als außenverzahntes Gehäuse ausgebildetes Zahnrad, welches zugleich als Federaufnahme für die in Torsionsrichtung der Welle wirkende Federanordnung ausgebildet ist. Die Welle ist vorzugsweise konzentrisch durch das Gehäuse geführt und in diesem verschwenkbar gelagert. Das Gehäuse ist beispielsweise - in Axialrichtung der Welle betrachtet - zwischen derjenigen Stelle, an der der Fahrwerkslenker an der Welle befestigt ist, und der ersten Antriebseinheit angeordnet. Die Welle ist im Gehäuse vorzugsweise mittels einer ersten, als Wälzlagerung ausgebildeten Lagerung gelagert, während das Gehäuse relativ zum Fahrzeugaufbau mittels einer zweiten Lagerung, bei welcher es sich um eine Wälzlagerung oder eine Gleitlagerung handeln kann, rotativ gelagert ist.
-
Innerhalb des Gehäuses, welches zugleich als Zahnrad der zweiten Antriebseinheit fungiert, ist gemäß einer möglichen Ausgestaltung ein mehrflügeliges Anschlagelement angeordnet, welches fest mit der Welle verbunden ist. Ebenso wie das Gehäuse stützt dieses Anschlagelement vorzugsweise eine Mehrzahl in Umfangsrichtung gegeneinander wirkende Federn ab, welche zusammen als in beide Umfangsrichtungen wirkende Federanordnung fungieren. Prinzipiell ist auch eine Federanordnung verwendbar, welche nur in einer einzigen Drehrichtung eine Federkraft auf die Welle aufbringt, wobei eine Verschwenkung der Welle in die Gegenrichtung, das heißt entgegen der Federkraft, beispielsweise durch einen mittels eines Elastomerelementes gedämpften Anschlag begrenzt sein kann.
-
Das Schneckengetriebe der zweiten Antriebseinheit weist vorzugsweise eine sich in Stellrichtung verändernde Übersetzung auf. In besonders bevorzugter Ausgestaltung existiert ein Abschnitt der Schnecke, in welchem eine Verschwenkung der Schnecke nicht in eine Rotation des Zahnrades umgesetzt wird, das heißt ein unendliches Übersetzungsverhältnis vorliegt. Zumindest in dieser Einstellung der Schnecke ist das Schneckengetriebe als selbsthemmendes Getriebe ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Winkeleinstellung des Gehäuses, welches zugleich Zahnrad des Schneckengetriebes ist, ohne Energiebedarf der zweiten Antriebseinheit gehalten wird. Das aktive Fahrwerkselement ist damit äußerst energiesparend betreibbar, wobei mit Hilfe der ersten Antriebseinheit sogar eine Energierückgewinnung möglich ist.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein aktives Fahrwerkselement in einem schematischen Längsschnitt,
- 2 Komponenten des Fahrwerkselements im Querschnitt,
- 3 und 4 Details einer Antriebseinheit des aktiven Fahrwerkselementes.
-
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes aktives Fahrwerkselement ist zum Einbau in ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Hierbei ist eine Welle 2 des Fahrwerkselements 1 in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet und mit einem in 1 nur andeutungsweise dargestellten Fahrwerkslenker 3, nämlich Längslenker, mittels einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung drehfest verbunden.
-
Das aktive Fahrwerkselement 1 umfasst eine erste elektrische Antriebseinheit 4 und eine zweite, ebenfalls elektrische Antriebseinheit 5. Ein Aktorgehäuse 6 der ersten Antriebseinheit 4 ist an einem Fahrzeugaufbau 7 befestigt.
-
Im Aktuatorgehäuse 6 befinden sich ein Elektromotor 7, ein Untersetzungsgetriebe 8, nämlich Wellgetriebe, sowie eine Ansteuereinheit 9. Eine Welle, welche den Elektromotor 7, beispielsweise einen elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor, mit dem Getriebe 8 koppelt, ist mit 10 bezeichnet. Ausgangsseitig ist das Getriebe 8 fest mit der Welle 2 gekoppelt. Das Getriebe 8 ist als hochuntersetztes, jedoch nicht selbsthemmendes Getriebe ausgelegt. Somit ist es möglich, den Elektromotor 7 durch die Welle 2 anzutreiben und damit generatorisch zu betreiben.
-
Die zweite Antriebseinheit 5 umfasst ein als Schneckengetriebe 11 ausgebildetes Getriebe, welches durch einen Getriebemotor 12 angetrieben wird. Der in 3 sichtbare Getriebemotor 12 ist zusammengesetzt aus einem Elektromotor 13 und einem Untersetzungsgetriebe 14, welches ausgangsseitig mit der mit 15 bezeichneten Schnecke des Schneckengetriebes 11 gekoppelt ist. Insgesamt umfasst die zweite Antriebseinheit 5 damit eine mehrstufige Getriebeanordnung. Die Schnecke 15 kämmt mit einem Zahnrad 16, welches ebenfalls dem Getriebe 11 der zweiten Antriebseinheit 5 zuzurechnen ist. Das Zahnrad 16, welches im vereinfachten Schnitt nach 2 ohne Zähne dargestellt ist, ist als Gehäuse 28 ausgebildet, in welchem sich weitere Komponenten des Fahrwerkselementes 1 befinden.
-
Vollständig innerhalb des Gehäuses 28 sind eine Federanordnung 17 sowie ein Anschlagelement 18 angeordnet. Das Anschlagelement 18 ist fest mit der Welle 2 verbunden und im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiflügelig gestaltet. Die Welle 2 ist koaxial durch das Gehäuse 16 geführt und in diesem mittels zweier Wälzlager 19, das heißt einer Wälzlagerung, gelagert. Das Gehäuse 16 ist durch eine Lagerung 20, bei welcher es sich ebenfalls um eine Wälzlagerung handelt, am Fahrzeugaufbau 7 schwenkbar gelagert. Die Federanordnung 17 ist aus zwei Federn 21, welche in einer ersten Torsionsrichtung wirken, und zwei weiteren Federn 22, welche in die entgegengesetzte Torsionsrichtung wirken, zusammengesetzt. Die Federn 21, 22 schlagen einerseits am Anschlagelement 18 und andererseits an Vorsprüngen 23 innerhalb des Gehäuses 16, welches damit eine Federaufnahme 29 darstellt, an.
-
Jede mögliche Winkeleinstellung des Gehäuses 28, welche mit Hilfe des Schneckengetriebes 11 gewählt werden kann, entspricht einer bestimmten Niveaueinstellung des Fahrwerks. Während des Fahrens wird diese Einstellung in der Regel nicht verändert. Die Federanordnung 17 wirkt während des Fahrens als passive Torsionsfeder. Zusätzlich ist durch die erste Antriebseinheit 4 ein aktiver Dämpfer bereitgestellt. Im einfachsten Fall wird hierbei lediglich die bremsende Wirkung der Antriebseinheit 4 ausgenutzt, wobei der Elektromotor 7 generatorisch nutzbar ist. Ebenso ist es möglich, durch den Elektromotor 7 aktiv ein Drehmoment über das Getriebe 8 in die Welle 2 einzuspeisen, womit das Fahrwerkselement 1 insgesamt als aktives Feder- und Dämpferelement fungiert.
-
Im Unterschied zum Untersetzungsgetriebe 8, welches nicht selbsthemmend ausgelegt ist, ist das Schneckengetriebe 11 zumindest in einem Teilbereich seiner möglichen Einstellungen als selbsthemmendes Getriebe ausgelegt. Ein insgesamt mit 24 bezeichneter Schneckenzahn der Schnecke 15, welcher in die mit 25 bezeichnete Verzahnung des Zahnrades 16 eingreift, weist einen Abschnitt 26 mit Steigung und an diesen anschließende Abschnitte 27 ohne Steigung auf.
-
In den Abschnitten 27, welche sich an den beiden Enden des Schneckenzahns 24 befinden, wird eine Rotation der Schnecke 15 nicht in eine Verschwenkung des Zahnrades 16 umgesetzt. Dies bedeutet, dass in diesen Abschnitten 27 nicht nur eine Selbsthemmung, sondern ein unendliches Übersetzungsverhältnis gegeben ist. In den entsprechenden Einstellungen der Antriebseinheit 5 ist somit keine Energiezufuhr zum Halten der gewählten Einstellung erforderlich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- aktives Fahrwerkselement
- 2
- Welle
- 3
- Fahrwerkslenker
- 4
- Erste Antriebseinheit
- 5
- Zweite Antriebseinheit
- 6
- Aktorgehäuse
- 7
- Elektromotor
- 8
- Untersetzungsgetriebe
- 9
- Ansteuereinheit
- 10
- Welle
- 11
- Schneckengetriebe
- 12
- Getriebemotor
- 13
- Elektromotor
- 14
- Untersetzungsgetriebe
- 15
- Schnecke
- 16
- Zahnrad
- 17
- Federanordnung
- 18
- Anschlagelement
- 19
- Wälzlager
- 20
- Lagerung
- 21
- Feder
- 22
- Feder
- 23
- Vorsprung
- 24
- Schneckenzahn
- 25
- Verzahnung
- 26
- Abschnitt mit Steigung
- 27
- Abschnitt ohne Steigung
- 28
- Gehäuse
- 29
- Federaufnahme
