Elastisches Verbindungselement mit veränderlicher Steifigkeit

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elastisches Verbindungselement mit veränderlicher Steifigkeit zur Verbindung voneinander beabstandeter Bauteile, wobei das Verbindungselement auch in einem Zustand maximaler Steifigkeit noch eine gewisse, über die Elastizität üblicher starrer Verbindungselemente hinausgehende Elastizität aufweist.

Sofern ein technisches System bei seinem Gebrauch Schwingungen ausgesetzt ist, werden dessen Bauteile im Allgemeinen derart miteinander verbunden, dass die Verbindung elastisch ist und gegebenenfalls zur Dämpfung der in das System eingetragenen Schwingungen beiträgt. Eine elastische Verbindung von Bauteilen ist insbesondere im Fahrzeugbau gebräuchlich. Entsprechende elastische Verbindungen zwischen Bauteilen werden dabei unter anderem für die Aufhängung beziehungsweise Befestigung des Fahrzeugaggregats und im Bereich der Fahrwerksaufhängung eingesetzt. Im letztgenannten Fall dient die elastische Verbindung der Teile zum einen der Erhöhung der Haltbarkeit der Verbindungen trotz beim Gebrauch des Fahrzeugs auftretender starker Belastungen durch Schwingungen sowie der Dämpfung der Schwingungen und damit der schwingungsmäßigen beziehungsweise akustischen Entkopplung des Fahrwerks und des Karosserieaufbaus. Aufgrund der in Abhängigkeit der Straßenverhältnisse und der Fahrzeuggeschwindigkeit sehr unterschiedlichen

Schwingungsfrequenzen und Amplituden sind die Fahrzeugbauer bemüht, die Fahrwerksaufhängung so zu gestalten, dass diese sich unter dem Gesichtspunkt eines maximalen Komforts für die Fahrzeugpassagiere bezüglich des Dämpfungsverhaltens weitgehend an die unterschiedlichen auftretenden Verhältnisse anpasst.

Die Dämpfung der Schwingungen erfolgt durch an unterschiedlichen Stellen des Fahrwerks angeordnete Elastomerlager. Für eine unter den Gesichtspunkten des Komforts optimale Fahrwerksabstimmung sind dabei

bereits Lager bekannt, welche hinsichtlich ihrer Steifigkeit schaltbar sind. Hierzu werden mittels Hydraulikaggregaten Stellzylmder betätigt und zur Variation der Federrate eines jeweiligen Lagers in das Lager hinein oder aus dem Lager heraus bewegt. Entsprechende Lösungen sind jedoch im Allgemeinen recht aufwendig, so dass sie für den Serieneinsatz unter dem Kostengesichtspunkt teilweise nur bedingt geeignet sind.

Aus der US 4,973,077 ist eine Anordnung zur Verbindung des Torsionsstabs einer Fahrzeugachse mit einem an dem Torsionsstab anliegenden Stabilisator bekannt, bei welcher die Elastizität beziehungsweise die Steifigkeit der Verbindung mittels eines in deren Bereich angeordneten hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregats variierbar ist. Der Zylinder des entsprechenden Kolben-Zylinder-Aggregats ist oberhalb der Verbindungsstelle angeordnet, aus welcher die Kolbenstange eines in dem Zylinder geführten Kolbens herausragt. In dem Zylinder sind zwei durch den Kolben voneinander getrennte Kammern für ein hydraulisches Dämpfungsmittel angeordnet. Diese sind durch ein Leitungssystem miteinander verbunden, in welche ein schaltbares Ventil eingefügt ist. Mittels des schaltbaren Ventils können die Leitungswege zwischen den Kammern freigegeben oder gesperrt werden und damit die Steifigkeit der Verbindungsstelle zwischen einem Zustand minimaler Steifigkeit und einem Zustand maximaler Steifigkeit umgeschaltet werden. Um im Zustand der maximalen Steifigkeit, das heißt bei geschlossenem Ventil, eine überlastung des Systems beziehungsweise einen harten Anschlag zu vermeiden, sind in den Kammern jeweils eine Spiralfeder und ein überdruckventil angeordnet. Durch das jeweilige überdruckventil kann auch bei gesperrtem Hauptventil eine Bypassverbindung zwischen den Kammern freigegeben werden. Der Aufbau der beschriebenen Anordnung ist aber ebenfalls verhältnismäßig aufwendig. Hierdurch erhöhen sich nicht nur die Kosten, sondern möglicherweise auch die Störanfälligkeit eines mit einer entsprechenden Lösung ausgestatteten Fahrzeugs. Die Anordnung dient der Verbindung unmittelbar aneinander liegender Bauteile im Sinne einer Befestigung der Bauteile aneinander.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elastisches Verbindungselement zur Verbindung voneinander beabstandeter Bauteile bereitzustellen, welches eine veränderliche Steifigkeit und bei einem einfachen Aufbau auch im Zustand maximaler Steifigkeit noch eine gewisse Mindestelastizität aufweist .

Die Aufgabe wird durch ein elastisches Verbindungselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Das vorgeschlagene elastische Verbindungselement mit veränderlicher Steifigkeit, welches zur Verbindung voneinander beabstandeter Bauteile dient, ist als ein Strang- oder rohrförmiges Bauteil mit Koppelstellen zur Befestigung an den mit ihm zu verbindenden Bauteilen ausgebildet. Erfindungsgemäß ist das Verbindungselement derart ausgebildet, dass seine Steifigkeit in einem Zustand maximaler Steifigkeit im Wesentlichen durch seine Koppelstellen bestimmt wird. Diese sind erfindungsgemäß durch ein Aufnahmeauge und ein darin eingepresstes elastomeres Buchsenlager gebildet. Die Buchsenlager der Koppelstellen bestehen dabei zumindest aus einem an einem der zu verbindenden Bauteile zu befestigenden metallischen Innenteil und aus einem das Innenteil umgebenden und mit ihm durch Vulkanisation verbundenen elastomeren Lagerkörper. Der zwischen den Koppelstellen angeordnete Bereich bildet erfindungsgemäß ein Kolben- Zylinder-Aggregat aus. Im Inneren des Zylinders dieses Kolben-Zylinder- Aggregats sind mindestens zwei durch den Kolben voneinander getrennte Kammern zur Aufnahme eines hydraulischen oder pneumatischen Mediums angeordnet. Die vorgenannten Kammern sind durch einen Kanal oder eine Verbindungsleitung mit einem darin angeordneten steuerbaren Ventil miteinander verbunden. Entsprechend der Ansteuerung dieses Ventils nimmt das Verbindungselement bei geschlossenem Ventil den Zustand maximaler Steifigkeit ein, bei dem seine Steifigkeit nahezu ausschließlich von der Steifigkeit der Koppelstellen, respektive der Elastomerlager bestimmt wird, während seine Steifigkeit durch eine zumindest teilweise öffnung des Ventils in der Verbindung zwischen den Kammern des Kolben-Zylinder- Aggregats demgegenüber verringert werden kann.

Entsprechend einer praxisgerechten Ausbildungsform weist das erfindungsgemäße Verbindungselement zwei Koppelstellen auf, von denen je eine an einem axialen Ende des Verbindungselements angeordnet ist. Die in dem Zylinder des Kolben-Zylinder-Aggregats für das hydraulische oder pneumatische Medium ausgebildeten Kammern sind vorzugsweise über eine externe Verbindungsleitung miteinander verbunden. In diese, jeweils im Bereich der Kammern durch die Zylinderwand geführte Verbindungsleitung ist das Ventil eingefügt, mittels welchem die Verbindung zwischen den

Kammern geöffnet, gesperrt oder gar der Durchfluss des Mediums stufenlos gesteuert werden kann. Im Hinblick auf die letztgenannte Möglichkeit ist das Ventil gemäß einer möglichen Ausbildungsform als ein steuerbares Ventil ausgebildet, mittels welchem der für die Zirkulation des hydraulischen oder pneumatischen Mediums zur Verfügung stehende Querschnitt der Verbindungsleitung zwischen einem vollständig gesperrten und einem vollständig geöffneten Zustand stufenlos einstellbar ist. Hierzu wird das entsprechende Ventil bei dieser Ausführungsform mit einem Steuersignal beaufschlagt, welches aus den Ausgangssignalen von Sensoren abgeleitet wird, mittels derer die Frequenz und/oder die Amplitude auf das Verbindungselement einwirkender Schwingungen unmittelbar oder mittelbar erfasst wird. Bei den Sensoren kann es sich beispielsweise um Beschleunigungssensoren handeln. Als Ventil wird vorzugsweise ein elektromagnetisches Ventil eingesetzt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist an dem Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregats beidseits eine in dem Zylinder geführte Kolbenstange ausgebildet. Hierdurch erhöht sich die mechanische Stabilität des Verbindungselements . Dabei ist an einer der Kolbenstangen an ihrer dem Zylinder abgewandten Seite eine der Koppelstellen angeordnet, während eine weitere Koppelstelle am Zylinder angeordnet ist. Die Kolbenstangen sind darüber hinaus in dem Zylinder vorzugsweise in einem Gleitlager geführt. Letzteres verhindert ein Aneinanderreihen harter Materialien des Kolbens und der ihn umgebenden Teile des Zylinders bei der Bewegung des Kolbens im Zylinder. Die vorgenannte Ausbildungsform kann ferner noch dadurch weitergebildet sein, dass in den Kammern je eine Tellerfeder angeordnet ist, welche auf die an der ]eweiligen Seite des Kolbens angeordnete Kolbenstange aufgeschoben ist. Die jeweilige Tellerfeder stützt sich dabei gegen den Kolben ab, so dass der Kolben an der die entsprechende Kammer begrenzenden Kammerwand federnd gelagert ist und bei hohen Amplituden eingetragener Schwingungen nicht hart an die Kammerwände des Kolben-Zylinder-Aggregats anschlägt. Bei einer für den Einsatz im Automobilbau vorgesehenen Ausbildungsform der Erfindung handelt es sich bei dem elastischen Verbindungselement um eine Pendelstütze, welche als Teil der Kraftfahrzeugachse die Bewegung des Lenkers relativ zum Aufbau auf den Stabilisator der Achse überträgt. Bei dieser, mit der bereits erwähnten Tellerfeder ausgestatteten Ausbildungsform sind die Teile des Verbindungselements derart

dimensioniert, dass für die Tellerfeder in der Kammer ein Federweg von 1 mm bis 2 mm gegeben ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine räumliche Darstellung einer möglichen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements,

Fig. 2: das Verbindungselement gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht, Fig. 3: das Verbindungselement gemäß Fig. 2 in einer Schnittdarstellung mit einem entlang der Linie A-A geführten Schnitt.

Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausbildungsform des erfindungsgemäßen elastischen Verbindungselements in einer räumlichen Darstellung. Diese betrifft eine Pendelstütze zur Verbindung des Lenkers und des Stabilisators einer Kraftfahrzeugachse. Das Verbindungselement ist als ein rohrförmiges Bauteil ausgebildet, welches in dem gezeigten Beispiel zwei Koppelstellen 1, 1' aufweist, von denen jeweils eine an einem axialen Ende des Verbindungselements angeordnet ist. Die Koppelstellen 1, 1' sind in Form je eines Aufnahmeauges 3, 3' und ein jeweils darin eingepresst elastomeres Buchsenlager 4, 5, 4', 5' realisiert. Die Buchsenlager 4, 5, 4', 5 der an den axialen Enden des Verbindungselements angeordneten Koppelstellen 1, 1' sind in an sich bekannter Weise ausgebildet und bestehen aus einem metallischen Innenteil 4, 4' sowie einem das Innenteil 4, 4' konzentrisch umgebenden und mit ihm durch Vulkanisation verbundenen elastomeren Lagerkörper 5, 5' . über durch die Innenteile 4, 4' der Buchsenlager 4, 5, 4', 5' der Koppelstellen 1, 1' geführte Bohrungen beziehungsweise Durchtrittsöffnungen 14, 14' wird das Verbindungselement, beispielsweise durch Verschraubung, an je einem der von ihm zu verbindenden Bauteile befestigt. Der Bereich 2 zwischen den Koppelstellen 1, 1' ist in Form eines Kolben-Zylinder-Aggregats 6, 7 ausgebildet, dessen Details in der Fig. 3 besser erkennbar sind.

Die Fig. 2 zeigt das elastische Verbindungselement gemäß Fig. 1 nochmals in einer Seitenansicht. Aus einem in dieser Darstellung entlang der Linie A-A geführten Schnitt resultiert die Fig. 3. In dieser Figur ist der Aufbau des von dem Bereich 2 zwischen den Koppelstellen 1, 1' ausgebildeten Kolben-Zylinder-Aggregats 6, 7 zu erkennen, so dass auch

deren Funktionsweise ersichtlich wird. Der Kolben 7 des Kolben-Zylinder- Aggregats 6, 7 ist über eine Kolbenstange 8 mit der von dem Aufnahmeauge 3 und dem darin eingepressten Buchsenlager 4, 5 ausgebildeten Koppelstelle 1 verbunden. Die andere Koppelstelle ist, wie ersichtlich, an dem Zylinder 6 angeordnet. Beidseits des Kolbens 7, 7 ist im Inneren des Zylinders 6 je eine Kammer 9, 9' kleinen Volumens zur Aufnahme eines hydraulischen Mediums ausgebildet. Zwischen den Kammern 9, 9' besteht eine außerhalb des Zylinders 6 angeordnete Verbindung in Form einer Verbindungsleitung 10, in welche ein Ventil 11 eingefügt ist.

Die die Kammern 9, 9' verbindende Verbindungsleitung 10 und das darin angeordnete Ventil 11 sind in der Darstellung lediglich schematisch gezeigt. Bei dem Ventil 11 handelt es sich um ein steuerbares Ventil 11, welches zumindest zum öffnen und Schließen des über die Verbindungsleitung 10 gegebenen Verbindungsweges zwischen den Kammern 9, 9' schaltbar ist. Gegebenenfalls kann es sich jedoch bei dem Ventil 11 auch um ein Ventil 11 handeln, dessen Durchlass im Bereich zwischen „Geschlossen" und „Offen" stufenlos veränderbar ist. Im letztgenannten Fall können beispielsweise die Signale beispielsweise von Beschleunigungssensoren ausgewertet und zur Steuerung des Ventils 11 verwendet werden. In den nachfolgenden Erläuterungen soll jedoch von einem schaltbaren Ventil 11 ausgegangen werden, durch welches die Verbindungsleitung 10 zwischen den Kammern 9, 9' entweder geschlossen oder geöffnet werden kann.

Sofern das Ventil 11 die Verbindungsleitung 10 zwischen den Kammern 9, 9' schließt, sind diese gegeneinander verriegelt, so dass die Steifigkeit des Verbindungselements einen Maximalwert annimmt. Dieser entspricht im Wesentlichen der Steifigkeit der elastomeren Buchsenlager 4, 5, 4', 5' an den Koppelstellen 1, 1 des Verbindungselements. Selbstverständlich ist über eine entsprechende Auslegung der Buchsenlager 4, 5, 4', 5' auch diese Steifigkeit des Verbindungselements im Rahmen des Fertigungsprozesses als Grundsteifigkeit unterschiedlich einstellbar. Sofern das Ventil 11 geöffnet wird, kann sich das hydraulische Medium zwischen den Kammern 9, 9' bewegen und somit von dem Kolben des Kolben- Zylinder-Aggregats 6, 7 beim Einwirken einer Kraft auf den Kolben 7 verdrängt werden. Hierdurch wird die Gesamtsteifigkeit des Verbindungselements herabgesetzt. Das Verbindungselement zeigt somit ein

elastischeres Verhalten als im Grundzustand. Die Betätigung des Ventils 11 zur Veränderung der Steifigkeit des Verbindungselements kann, gemäß dem Ausführungsbeispiel, also im Falle seines Einsatzes in einem Kraftfahrzeug, mit Hilfe der 12 V-Bordspannung erfolgen. Zur Erhöhung der Stabilität des Bauteils ist der Kolben 7 beidseitig durch eine Kolbenstange 8, 8' in dem Zylinder 6 geführt. Die beidseitig des Kolbens 7 ausgebildeten Kolbenstangen 8, 8' laufen zudem in einem außerhalb der Kammern 9, 9' angeordneten Gleitlager 13, 13' . Bei einer gegenüber dem Zustand maximaler Steifigkeit verringerten Steifigkeit wird die Gesamtsteifigkeit des Verbindungselements bei der gezeigten Ausführungsform zudem durch je eine in den Kammern 9, 9 angeordnete Tellerfeder 12, 12' beeinflusst. Die Tellerfedern 12, 12' stützen sich jeweils an dem Kolben 7 ab, so dass der Kolben 7 gegenüber den die Kammern 9, 9' begrenzenden Flächen elastisch gelagert ist. Hierdurch wird ein hartes Anschlagen des Kolbens 7 an die Kammerwände im Falle hoher auf das Verbindungselement einwirkender Schwmgungsamplituden vermieden.

In dem dargestellten Beispiel ist in den Zylinder 6 beidseits der Kammern 9, 9' jeweils ein Ring 15, 15' eingesetzt. Diese Ringe 15, 15' ermöglichen es, den Kolben 7 bei der Montage in den Zylinder 6 einzufügen und ihn insbesondere relativ zu der im Bereich der Kammern 9, 9' durch die Zylinderwand geführten Verbindungsleitung 10 zur Verbindung der Kammern 9, 9' zu positionieren und dabei die Kammern 9, 9' zu dimensionieren. Ferner dienen die Ringe 15, 15' zur Platzierung der Dichtungen 16, 16' mittels welcher die Kammern 9, 9' gegen ein Austreten des hydraulischen Mediums abgedichtet werden. Dabei werden durch den Ring 15 zudem der Kolben 7 und die Kolbenstange 8 bezüglich auf sie einwirkender Kräfte zusätzlich abgestützt.

Bezugszeichenliste

1, 1 r Koppelstelle

2 Bereich

3, 3 r Aufnahmeauge

4, 4 r Innenteil

5, 5 r Lagerkörper

6 Zylinder

7 Kolben

8, 8 r Kolbenstange

9, 9 r Kammer

10 Verbindungsleitung

11 Ventil

12, 12' Tellerfeder

13, 13' Gleitlager

14, 14' Bohrung beziehungsweise Durchtrittsöffnung

15, 15' Ring

16, 16' Dichtung