WO2017025085A1 - Schaltbare lagerbuchse für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2017025085A1
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Peter Rumpel
Hartmut Krehmer
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a bearing bush for a motor vehicle, comprising a sleeve and a bolt disposed within the sleeve and at least one radially disposed between the sleeve and the bolt elastomer element for damping mounting of the bolt in the sleeve, wherein the bearing bushing switchable between at least two stiffness ig keitskinn is.
  • the structure and resulting operational data of bushings used in a chassis of a motor vehicle greatly affect the driving and steering characteristics of the motor vehicle. Relatively minor changes in the spring rate or stiffness of the bushings can have significant effects on vehicle characteristics such as understeer or oversteer, chassis noise, vibration, and running stiffness. Depending on the setting of the bearing bush, the motor vehicle has a relatively "soft” or a relatively “hard” running behavior.
  • DE 696 22 141 T2 discloses a method of making and using a variable stiffness suspension bushing for controlling the relative movement between a suspension arm in a motor vehicle and a frame member of the motor vehicle.
  • the suspension sleeve has a variable rigidity which is realized by including a magnetorheological elastomer or gel whose stiffness is variably adjustable over a wide range by a controllable magnetic field.
  • the variable controllable magnetic field is generated by means of an electromagnet structure, which as part of the structure is completely integrated in a suspension bushing structure.
  • the object of the invention is to provide a bearing bush for a motor vehicle whose rigidity is mechanically adjustable and thus is not based on a hydraulic or magnetorheological action principle.
  • the bolt has a ball element axially between two distal ends, the ball element interacting with at least two movable ball socket elements to change the stiffness of the bearing bush.
  • a ball element is formed on the bolt.
  • the bearing bush is mounted in the sleeve via the at least one elastomer element.
  • the bolt is connected via the at least two ball socket elements with the sleeve in a second switching position of the bearing bush. Consequently, the at least one elastomer element is bridged over the at least two ball socket elements.
  • the at least two ball socket elements for increasing the rigidity of the bearing bush on the ball element come to rest.
  • a load on the bearing bush guides the force into the sleeve via the bolt and the at least two ball socket elements.
  • a ball joint is realized by the connection between the ball element and the at least two ball socket elements.
  • the at least two ball socket elements for the stiffness change of the bearing bush are axially movable to the ball element.
  • the second switching position of the bearing bush is realized by an axial approximation of the at least two ball socket elements.
  • the at least two ball socket elements for the change in stiffness of the bearing bush are movable radially to the ball element.
  • the second switching position of the bearing bush is realized by a radial approximation of the at least two ball socket elements.
  • the at least two ball socket elements are mounted movably at least on the sleeve.
  • a recess is preferably arranged on the sleeve, which is provided to guide at least the respective ball socket element.
  • the at least two Kugelpfannenele- elements are stored outside the sleeve and are passed only through the sleeve to act on the ball element.
  • the at least two ball socket elements are formed substantially complementary to the ball element and enclose the ball element.
  • the at least two ball socket elements are adapted to the geometry of the ball element, wherein recesses are provided for the pin axis.
  • a plurality of ball socket elements receive the ball element in a second switching position of the bearing bush.
  • an actuator is preferably provided for moving the at least two ball socket elements. Consequently, the at least two ball socket elements are moved axially or radially via the actuator, whereby the respective stiffness level of the bearing bush is introduced.
  • the actuator comprises an electric motor and a control element for controlling and regulating the rigidity of the bearing bush.
  • the invention includes the technical teaching that the ball element is arranged axially between two elastomer elements.
  • the two elastomeric elements are preferably annular, wherein the bolt axially through the two Elastomer elements is passed and is thus mounted radially on the two elastomeric elements on the sleeve. Axial between the two
  • Elastomer elements are arranged at least two ball socket elements.
  • Figure 1 is a perspective view of a suspension arm for a motor vehicle, wherein the suspension arm has a bearing bush according to the invention, a schematic sectional view illustrating the construction of the bearing bush according to the invention according to a first embodiment, a further schematic sectional view illustrating the construction of the bearing bush according to the invention according to Figure 2a, a schematic sectional view illustrating the construction of the bearing bush according to the invention according to a second embodiment, and
  • FIG. 3b shows a further schematic sectional illustration for illustrating the
  • a bearing bush 1 according to the invention is arranged in a designated hole 9 on a suspension arm 8.
  • the suspension control arm 8 is installed in a - not shown here - chassis of a - not shown here - motor vehicle.
  • On a bolt 3 of the bearing bush 1 is a - not shown here Attached - axle carrier of the motor vehicle attached.
  • the suspension arm 8 has a further bore 9a, in which a mechanical, non-switchable bearing bush 1 a is arranged.
  • the bearing bush 1 a is designed as a conventional rubber bearing.
  • At a bolt 3a of the bearing bush 1 a is a - not shown here - arranged wheel carrier.
  • the bearing bush 1 has a sleeve 2 and a bolt 3 arranged inside the sleeve 2. Furthermore, two elastomer elements 4a, 4b are arranged radially between the sleeve 2 and the bolt 3 for damping mounting of the bolt 3 in the sleeve 2.
  • the bolt 3 has axially between two distal ends of a ball element 5, wherein the ball member 5 cooperates to the stiffness change of the bearing bush 1 with three radially movable ball socket elements 6a-6c. Consequently, the ball element 5 is arranged axially between two elastomer elements 4a, 4b.
  • the bearing bush 1 In the first switching position shown here, the bearing bush 1 according to the invention has a minimal rigidity. Because the bolt 3 is over the two
  • Elastomer elements 4a, 4b connected to the sleeve 2 damping.
  • a radial merging of the ball socket elements 6a-6c leads in a second - not shown here - switching position to a rigidity increase of the bearing bush. 1
  • the bearing bush 1 is switchable between two levels of rigidity.
  • the ball socket elements 6a-6c are movably mounted on the sleeve 2 for radial displacement.
  • the bearing bush 1 comprises a sleeve 2 and a bolt 3 arranged inside the sleeve 2. Furthermore, two elastomer elements 4a, 4b are arranged radially between the sleeve 2 and the bolt 3 for damping mounting of the bolt 3 in the sleeve 2.
  • the bolt 3 has axially between two distal ends of a ball element 5, wherein the ball member 5 for Stiffness change of the bearing bush 1 with two axially movable ball socket elements 6a, 6b cooperates.
  • the two ball socket elements 6a, 6b are divided substantially in half and have for the homogeneous distribution of force on three radial elements 10a-10c, which are formed star-shaped.
  • an actuator 7 is connected to the two ball socket elements 6a, 6b.
  • the two ball socket elements 6a, 6b are complementary to the ball element 5 and enclose the ball element fifth

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hülse (2) und einen innerhalb der Hülse (2) angeordneten Bolzen (3) sowie mindestens ein radial zwischen der Hülse (2) und dem Bolzen (3) angeordnetes Elastomerelement (4a) zur dämpfenden Lagerung des Bolzens (3) in der Hülse (2), wobei die Lagerbuchse (1) zwischen mindestens zwei Steifigkeitsstufen schaltbar ist. Erfindungsgemäß weist der Bolzen (3) axial zwischen zwei distalen Enden ein Kugelelement (5) auf, wobei das Kugelelement (5) zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse (1) mit mindestens zwei bewegbaren Kugelpfannenelementen (6a, 6b) zusammenwirkt.

Description

Titel
Schaltbare Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hülse und einen innerhalb der Hülse angeordneten Bolzen sowie mindestens ein radial zwischen der Hülse und dem Bolzen angeordnetes Elastomerelement zur dämpfenden Lagerung des Bolzens in der Hülse, wobei die Lagerbuchse zwischen mindestens zwei Steif ig keitsstufen schaltbar ist.
Gebiet der Erfindung Der Aufbau und die sich daraus ergebenden Betriebsdaten von Lagerbuchsen, die in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, beeinflussen sehr stark die Fahr- und Lenkeigenschaften des Kraftfahrzeugs. Relativ geringfügige Änderungen an einer Federkonstante oder Steifigkeit der Lagerbuchsen können erhebliche Auswirkungen auf die Fahrzeugeigenschaften wie beispielsweise das Unter- oder Übersteue- rungsverhalten sowie Fahrgestellgeräusche, Vibrationen und Laufhärte haben. Je nach Einstellung der Lagerbuchse weist das Kraftfahrzeug ein relativ "weiches" oder ein relativ "hartes" Laufverhalten auf.
Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik sind im Fahrwerksbereich eines Kraftfahrzeugs unterschiedliche Lagerbuchsen bekannt. Zum einen sind rein mechanische Lagerbuchsen bzw. Gummilager bekannt, die über eine definierte Steifigkeit verfügen. Des Weiteren sind hydraulisch gedämpfte Fahrwerksbuchsen mit festgelegter oder variabler Steifigkeit bekannt. Darüber hinaus sind Lager mit
magnetorheologischen Flüssigkeiten oder magnetorheologischen Elastomeren be- kannt, wobei die Steifigkeit über ein magnetisches Feld variiert werden kann. Beispielsweise offenbart die DE 696 22 141 T2 ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung einer Federungsbuchse mit variabler Steifigkeit zur Kontrolle der relativen Bewegung zwischen einem Federungslenker in einem Kraftfahrzeug und einem Rahmenbauteil des Kraftfahrzeuges. Die Federungsbuchse weist eine variable Steifigkeit auf, die dadurch realisiert wird, dass ein magnetorheologisches Elastomer oder Gel eingeschlossen ist, dessen Steifigkeit über einen weiten Bereich veränderlich einstellbar ist, und zwar durch ein steuerbares magnetisches Feld. Das veränderliche steuerbare Magnetfeld wird mittels einer Elektromagnetstruktur erzeugt, die als Teil der Struktur vollständig in eine Federungsbuchsenstruktur integriert ist.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lagerbuchse für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, deren Steifigkeit mechanisch einstellbar ist und somit nicht auf einem hyd- raulischen oder magnetorheologischen Wirkprinzip beruht.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß weist der Bolzen axial zwischen zwei distalen Enden ein Kugelele- ment auf, wobei das Kugelelement zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse mit mindestens zwei bewegbaren Kugelpfannenelementen zusammenwirkt. Mit anderen Worten ist am Bolzen ein Kugelelement ausgebildet. In einer ersten Schaltstellung ist die Lagerbuchse über das mindestens eine Elastomerelement in der Hülse gelagert.
Demgegenüber ist in einer zweiten Schaltstellung der Lagerbuchse der Bolzen über die mindestens zwei Kugelpfannenelemente mit der Hülse verbunden. Mithin wird das mindestens eine Elastomerelement über die mindestens zwei Kugelpfannenelemente überbrückt. Dazu kommen die mindestens zwei Kugelpfannenelemente zur Steifig- keitserhöhung der Lagerbuchse an dem Kugelelement zur Anlage. Eine Belastung der Lagerbuchse leitet die Kraft über den Bolzen und die mindestens zwei Kugelpfannen- elemente in die Hülse. Ferner wird durch die Anbindung zwischen Kugelelement und den mindestens zwei Kugelpfannenelementen ein Kugelgelenk realisiert. Mithin ist die Steifigkeit in einer zweiten Schaltstellung zwar maximal, wobei ein Kippen des Bolzens ermöglicht wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Kugelpfannenelemente zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse axial zum Kugelelement bewegbar. Somit wird die zweite Schaltstellung der Lagerbuchse durch ein axiales Annähern der mindestens zwei Kugelpfannenelemente realisiert.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Kugelpfannenelemente zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse radial zum Kugelelement bewegbar. Mithin wird die zweite Schaltstellung der Lagerbuchse durch ein radiales Annähern der mindestens zwei Kugelpfannenelemente realisiert.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Kugelpfannenelemente zumindest an der Hülse bewegbar gelagert. Dazu ist an der Hülse vorzugsweise eine Aussparung angeordnet, die dazu vorgesehen ist, zumindest das jeweilige Kugelpfannenelement zu führen. Ferner ist es aber auch denkbar, dass die mindestens zwei Kugelpfannenele- mente Außerhalb der Hülse gelagert sind und lediglich durch die Hülse hindurchgeführt werden, um auf das Kugelelement einzuwirken.
Besonders bevorzugt sind die mindestens zwei Kugelpfannenelemente im Wesentlichen komplementär zum Kugelelement ausgebildet und umschließen das Kugelele- ment. Mit anderen Worten sind die mindestens zwei Kugelpfannenelemente an der Geometrie des Kugelelements angepasst, wobei Aussparungen für die Bolzenachse vorgesehen sind. Ferner ist es auch denkbar, dass mehrere Kugelpfannenelemente das Kugelelement in einer zweiten Schaltstellung der Lagerbuchse aufnehmen. Des Weiteren bevorzugt ist ein Aktuator zum Bewegen der mindestens zwei Kugelpfannenelemente vorgesehen. Mithin werden die mindestens zwei Kugelpfannenelemente über den Aktuator axial oder radial bewegt, wodurch die jeweilige Steifigkeits- stufe der Lagerbuchse eingeleitet wird. Insbesondere umfasst der Aktuator einen Elektromotor sowie ein Steuerelement zur Steuerung und Regelung der Steifigkeit der Lagerbuchse.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Kugelelement axial zwischen zwei Elastomerelementen angeordnet ist. Die beiden Elastomerelemente sind vorzugsweise ringförmig ausgebildet, wobei der Bolzen axial durch die beiden Elastomerelemente hindurchgeführt ist und somit radial über die beiden Elastomerelemente an der Hülse gelagert ist. Axial zwischen den beiden
Elastomerelementen sind die mindestens zwei Kugelpfannenelemente angeordnet. Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Fahrwerkslenkers für ein Kraftfahrzeug, wobei der Fahrwerkslenker eine erfindungsgemäße Lagerbuchse aufweist, eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, eine weitere schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß Figur 2a, eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Figur 3b eine weitere schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des
Aufbaus der erfindungsgemäßen Lagerbuchse gemäß Figur 3a.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Nach Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 in eine dafür vorgesehene Bohrung 9 an einem Fahrwerkslenker 8 angeordnet. Der Fahrwerkslenker 8 wird in einem - hier nicht dargestellten - Fahrwerk eines - hier nicht dargestellten - Kraftfahrzeugs verbaut. An einem Bolzen 3 der Lagerbuchse 1 wird ein - hier nicht darge- stellter - Achsträger des Kraftfahrzeugs befestigt. Ferner weist der Fahrwerkslenker 8 eine weitere Bohrung 9a auf, in der eine mechanische, nicht schaltbare Lagerbuchse 1 a angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Lagerbuchse 1 a als konventionelles Gummilager ausgebildet. An einem Bolzen 3a der Lagerbuchse 1 a ist ein - hier nicht dargestellter - Radträger angeordnet.
Gemäß den Figuren 2a und 2b weist die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 eine Hülse 2 und einen innerhalb der Hülse 2 angeordneten Bolzen 3 auf. Ferner sind radial zwischen der Hülse 2 und dem Bolzen 3 zwei Elastomerelemente 4a, 4b zur dämp- fenden Lagerung des Bolzens 3 in der Hülse 2 angeordnet. Der Bolzen 3 weist axial zwischen zwei distalen Enden ein Kugelelement 5 auf, wobei das Kugelelement 5 zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 mit drei radial bewegbaren Kugelpfannenelementen 6a-6c zusammenwirkt. Mithin ist das Kugelelement 5 axial zwischen zwei Elastomerelementen 4a, 4b angeordnet.
In der - hier dargestellten - ersten Schaltstellung weist die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 eine minimale Steifigkeit auf. Denn der Bolzen 3 ist über die beiden
Elastomerelemente 4a, 4b mit der Hülse 2 dämpfend verbunden. Ein radiales Zusammenführen der Kugelpfannenelementen 6a-6c führt in einer zweiten - hier nicht dargestellten - Schaltstellung zu einer Steifigkeitserhöhung der Lagerbuchse 1 . Denn in der zweiten Schaltstellung werden die beiden Elastomerelemente 4a, 4b über die drei Kugelpfannenelemente 6a-6c überbrückt und somit eine in den Bolzen 3 eingeleitete Kraft ungedämpft über die drei Kugelpfannenelemente 6a-6c in die Hülse 2 eingeleitet. Mithin ist die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 zwischen zwei Steif ig keitsstufen schaltbar. Die Kugelpfannenelemente 6a-6c sind zur radialen Verschiebung bewegbar an der Hülse 2 gelagert. Dazu ist ein Aktuator 7 mit den Kugelpfannenelemente 6a-6c verbunden. Ferner sind die Kugelpfannenelemente 6a-6c komplementär zum Kugelelement 5 ausgebildet und umschließen das Kugelelement 5. Gemäß den Figuren 3a und 3b weist die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 eine Hülse 2 und einen innerhalb der Hülse 2 angeordneten Bolzen 3 auf. Ferner sind radial zwischen der Hülse 2 und dem Bolzen 3 zwei Elastomerelemente 4a, 4b zur dämpfenden Lagerung des Bolzens 3 in der Hülse 2 angeordnet. Der Bolzen 3 weist axial zwischen zwei distalen Enden ein Kugelelement 5 auf, wobei das Kugelelement 5 zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse 1 mit zwei axial bewegbaren Kugelpfannenelementen 6a, 6b zusammenwirkt. Somit sind die beiden Kugelpfannenelementen 6a, 6b im Wesentlichen hälftig aufgeteilt und weisen zur homogenen Kraftverteilung drei radiale Elemente 10a-10c auf, die sternförmig ausgebildet sind. Zur axialen Verschie- bung ist ein Aktuator 7 mit den beiden Kugelpfannenelementen 6a, 6b verbunden. Ferner sind die beiden Kugelpfannenelemente 6a, 6b komplementär zum Kugelelement 5 ausgebildet und umschließen das Kugelelement 5.
Bezugszeichenliste
1 , 1 a Lagerbuchse
2 Hülse
3, 3a Bolzen
4a, 4b Elastomerelennent
5 Kugelelement
6a-6c Kugelpfannenelement
7 Aktuator
8 Fahrwerkslenker
9, 9a Bohrung
10a-10c radiales Element

Claims

Patentansprüche
1 . Lagerbuchse (1 ) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hülse (2) und einen innerhalb der Hülse (2) angeordneten Bolzen (3) sowie mindestens ein radial zwischen der Hülse (2) und dem Bolzen (3) angeordnetes Elastomerelement (4a) zur dämpfenden Lagerung des Bolzens (3) in der Hülse (2), wobei die Lagerbuchse (1 ) zwischen mindestens zwei Steif ig keitsstufen schaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (3) axial zwischen zwei distalen Enden ein Kugelelement (5) aufweist, wobei das Kugelelement (5) zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse (1 ) mit mindestens zwei bewegbaren Kugelpfannenelementen (6a, 6b) zusammenwirkt.
2. Lagerbuchse (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kugelpfannenelemente (6a, 6b) zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse (1 ) axial zum Kugelelement (5) bewegbar sind.
3. Lagerbuchse (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kugelpfannenelemente (6a, 6b) zur Steifigkeitsänderung der Lagerbuchse (1 ) radial zum Kugelelement (5) bewegbar sind.
4. Lagerbuchse (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kugelpfannenelemente (6a, 6b) zumindest an der Hülse (2) bewegbar gelagert sind.
5. Lagerbuchse (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kugelpfannenelemente (6a, 6b) im Wesentlichen komplementär zum Kugelelement (5) ausgebildet sind und das Kugelelement (5) umschließen.
6. Lagerbuchse (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (7) zum Bewegen der mindestens zwei Kugelpfannenelemente (6a, 6b) vorgesehen ist.
7. Lagerbuchse (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (5) axial zwischen zwei
Elastomerelementen (4a, 4b) angeordnet ist.
8. Fahrwerkslenker (8) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine in einer Bohrung (9) angeordneten Lagerbuchse (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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