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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeug-Lenksysteme und
insbesondere eine Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe, die eine Torsionsdämpfereinrichtung
aufweist.
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HINTERGRUND
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Es
ist inzwischen für
ein Lenkrad eines Fahrzeugs üblich,
verschiedene elektrische Einrichtungen zu unterstützen, wie
beispielsweise Audiosystemsteuerungen, einen Hupenbetätigungsschalter
und ein ergänzendes
aufblasbares Rückhaltemodul (SIR-Modul,
SIR von ”supplemental
inflatable restraint”).
Eine Kontaktplatte kann verwendet werden, um eine elektrische Verbindung
zwischen der elektrischen Infrastruktur des Fahrzeugs und den Audiosystemsteuerungen,
dem Hupenbetätigungsschalter und
anderen derartigen Eingaben aufrechtzuerhalten, die an dem Lenkrad
angebracht sind. Eine SIR-Spulenbaugruppe wird jedoch üblicherweise verwendet,
um eine zuverlässigere
fest verdrahtete Verbindung mit dem SIR-Modul zu schaffen. Eine verallgemeinerte
SIR-Spulenbaugruppe weist einen Statorkörper, einen Rotorkörper und
ein Flachbandkabel auf, das zwischen den Statorkörper und den Rotorkörper gewickelt
ist (üblicherweise
als eine ”SIR-Spule” oder eine ”Wickelfederrolle” bezeichnet). Der
Statorkörper
der SIR-Spulenbaugruppe ist an dem Lenksäulengehäuse fest angebracht, und der Rotorkörper ist
an dem Lenkrad oder der drehbaren Lenksäulenwelle befestigt. Wenn ein
Fahrer das Lenkrad des Fahr zeugs dreht, dreht sich der Rotorkörper der
SIR-Spulenbaugruppe relativ zu dem Statorkörper. Das gewickelte Bandkabel
rollt sich auf und entrollt sich, wie es erforderlich ist, um sich
an diese Drehbewegung anzupassen.
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Fahrzeug-Lenkrad-
und Lenksäulenbaugruppen
wurden aufwendig konstruiert, um gewünschte Lenkeigenschaften zu
schaffen. Trotzdem können
herkömmliche
Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppen
noch geringe Torsionsvibrationen zulassen, die durch die Lenksäulenwelle
auf das Lenkrad übertragen
werden. Derartige Vibrationen können
durch verschiedene periodische Quellen an den sich drehenden Ecken
des Fahrzeugs erzeugt werden (z. B. den Reifen, den Rädern, den
Bremsscheiben, den Lagernabenbaugruppen usw.), einschließlich solcher Zustände wie
Unwucht und nicht einheitliche Reifen, und sie können folglich sogar dann erzeugt
werden, wenn das Fahrzeug über
eine relativ glatte Straße fährt. Dieser
Vibrationszustand wird allgemein als ”Rütteln auf glatter Straße” oder einfach
als ”SRS” (von ”smooth
road shake”)
bezeichnet. Im Allgemeinen kann das SRS durch die ungewollte dynamische Drehbewegung
des Lenkrads bei oder oberhalb von Schwellenwerten charakterisiert
werden, die von einem Fahrer wahrnehmbar sind; beispielsweise treten diese
in der Größenordnung
von wenigen Bruchteilen eines Grades (z. B. 1,5 Minuten) allgemein
bei Frequenzen auf, die von ungefähr 8 bis 20 Hertz reichen,
insbesondere wenn das Fahrzeug über
einen Geschwindigkeitsbereich von ungefähr 80 bis 160 Stundenkilometern
betrieben wird. Obwohl diese Drehbewegung relativ gering ist, ist
sie leicht für
einen Fahrer wahrnehmbar und folglich unerwünscht. Es wurden Einrichtungen
hergestellt, die versuchen, das SRS zu minimieren, indem eine Klemmkraft
um die Lenkradwelle geschaffen wird; derartige Einrichtungen waren
jedoch in verschiedener Hinsicht eingeschränkt. Beispielsweise neigen
derartige Einrichtungen dazu, für
kleine Winkelverschiebungen von Natur aus elas tisch zu sein und
folglich kinetische Energie eher zu speichern als zu dissipieren.
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Dementsprechend
ist es wünschenswert, eine
Fahrzeug-Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe zu
schaffen, die einen Torsionsreibungsdämpfer aufweist, der das Auftreten
des SRS wesentlich verringert oder vollständig beseitigt. Es wäre auch
wünschenswert,
wenn der Torsionsreibungsdämpfer
bei bestimmten Ausführungsformen
in eine Komponente, wie beispielsweise eine SIR-Spulenbaugruppe, integriert
wäre, die üblicherweise
bei herkömmlichen Fahrzeug-Lenkrad-
und Lenksäulenbaugruppen
verwendet wird, so dass die Kosten und die Gesamtzahl der Teile
verringert werden. Andere wünschenswerte Merkmale
und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung und der beigefügten
Ansprüche offenbar
werden, die mit den begleitenden Zeichnungen und den vorstehenden
Abschnitten Technisches Gebiet und Hintergrund in Verbindung gebracht
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe wird
zur Verwendung in einem Fahrzeug geschaffen. Bei einer Ausführungsform
umfasst die Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe:
(i) ein Lenksäulengehäuse, (ii)
eine drehbare Lenkbaugruppe und (iii) eine Torsionsdämpfereinrichtung.
Die drehbare Lenkbaugruppe weist eine Lenksäulenwelle, die mit dem Lenksäulengehäuse drehbar
gekoppelt ist, und ein Lenkrad auf, das mit der Lenksäulenwelle
fest gekoppelt ist. Die Torsionsdämpfereinrichtung weist einen
Statorkörper,
der mit dem Lenksäulengehäuse fest
gekoppelt ist, und einen Rotorkörper
auf, der mit der drehbaren Lenkbaugruppe fest gekoppelt ist. Der
Rotorkörper
steht mit dem Statorkörper
in Reibungseingriff, um einen vorbestimmten Coulombschen Drehmoment-Reibungswiderstand
zu erzeugen.
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Eine
Spulenbaugruppe für
eine ergänzende aufblasbare
Rückhalteeinrichtung
(SIR-Spulenbaugruppe) wird auch zur Verwendung mit einer Lenkrad-
und Lenksäulenbaugruppe
von der Art geschaffen, die ein Lenksäulengehäuse, eine Lenksäulenwelle,
die mit dem Lenksäulengehäuse drehbar
gekoppelt ist, ein Lenkrad, das mit der Lenksäulenwelle fest gekoppelt ist,
und ein SIR-Modul aufweist, das an dem Lenkrad angebracht ist. Bei
einer Ausführungsform
weist die SIR-Spulenbaugruppe auf: (i) einen Statorkörper, der
ausgebildet ist, um mit dem Lenksäulengehäuse fest gekoppelt zu werden,
(ii) einen Rotorkörper,
der ausgebildet ist, um mit dem Lenkrad und/oder der Lenksäulenwelle
fest gekoppelt zu werden, und (iii) eine SIR-Spule, die zwischen dem
Statorkörper
und dem Rotorkörper
angeordnet und ausgebildet ist, um mit dem SIR-Modul elektrisch gekoppelt
zu werden. Der Rotor steht mit dem Statorkörper in Reibungseingriff, um
einen vorbestimmten Coulombschen Drehmoment-Reibungswiderstand zwischen
ungefähr
0,1 Newtonmetern und ungefähr 0,4
Newtonmetern zu erzeugen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden
Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente
bezeichnen, und:
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1 eine
Draufsicht einer beispielhaften Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe
ist, die das Auftreten eines Rüttelns
bei glatter Straße
mit dynamischen Bewegungen und übertragenen
Drehmomenten an Schwellenwerten der Fahrerwahrnehmung darstellt;
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2 eine
Explosionsansicht einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
ist;
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3 eine
Ansicht der Spulenbaugruppe für eine
ergänzende
aufblasbare Rückhalteeinrichtung (SIR-Spulenbaugruppe)
ist, die in der in 2 gezeigten Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe
verwendet wird;
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4 eine
seitliche Funktionsansicht der in 2 gezeigten
Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe
ist;
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5 eine
seitliche Funktionsansicht einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe
gemäß einer weiteren
beispielhaften Ausführungsform
ist; und
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6 eine
seitliche Funktionsansicht einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe
gemäß einer noch
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG ZUMINDEST EINER
BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die
Erfindung oder die Anwendungsmöglichkeit
und Verwendungen der Erfindung einzuschränken. Darüber hinaus besteht nicht die
Absicht, durch eine beliebige ausdrückliche oder implizier te Theorie
gebunden zu sein, die in den vorstehenden Abschnitten Technisches
Gebiet, Hintergrund, Kurzzusammenfassung oder in der folgenden ausführlichen
Beschreibung dargestellt ist.
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1 ist
eine vereinfachte Draufsicht einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 20,
die das Auftreten eines Rüttelns
bei glatter Straße
(hierin als ”SRS” bezeichnet)
mit dynamischen Bewegungen an dem Schwellenwert der Fahrerwahrnehmung
darstellt; z. B. von ungefähr
1,5 Minuten bei oder in der Nähe
von Frequenzen, die von ungefähr
8 bis 20 Hertz reichen, wie unten vollständiger diskutiert wird. Die
Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 20 weist
ein Lenkrad 22, ein Lenksäulengehäuse 24 und eine Lenksäulenwelle 26 auf
(verdeckt dargestellt). Das Lenksäulengehäuse 24 ist an einer
Basisbefestigungsstruktur fest angebracht, die in einem Host-Fahrzeug (nicht gezeigt)
vorgesehen ist. Das Lenkrad 22 weist einen Lenkradkranz 30 auf,
der mit einer zentralen Nabe 28 durch mehrere radiale Speichen 32 verbunden
ist. Die zentrale Nabe 28 ist mit dem oberen Ende der Lenksäulenwelle 26 fest
gekoppelt, die wiederum in dem Lenksäulengehäuse 24 drehbar angebracht
ist.
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Während des
Auftretens des SRS erzeugen fahrzeugeigene Ungleichgewichte Vibrationen,
die durch die Lenksäulenwelle 26,
durch die zentrale Nabe 28, durch die Speichen 32 und
bis zu dem Lenkradkranz 30 übertragen werden. Diese Vibrationen
führen
zu der Drehbewegung des Lenkradkranzes 30. Wie in 1 angegeben,
kann die Drehverschiebung des Lenkradkranzes 30 relativ
minimal sein (z. B. von der Größenordnung
von ungefähr
0,03 Grad) und kann durch ein relativ geringes Drehmoment erzeugt
werden, das um die Drehachse des Lenkradkranzes 30 ausgeübt wird
(z. B. von der Größenordnung
von ungefähr
0,15 Newtonmetern). Trotzdem wurde herausgefunden, dass Winkelverschiebungen
des Lenkrads von der Größenordnung von
ungefähr
0,03 Grad und größer bei Frequenzen, die
von ungefähr
8 bis 20 Hertz reichen, für
den Fahrer wahrnehmbar und folglich unerwünscht sind. Das Folgende beschreibt
verschiedene beispielhafte Ausführungsformen
einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe,
die eine Torsionsdämpfereinrichtung
aufweist, die das Auftreten des SRS wesentlich verringert oder vollständig beseitigt.
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2 ist
eine Explosionsansicht eines Abschnitts einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34 gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform.
Die Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34 ist der
Baugruppe 20 ähnlich,
die oben in Verbindung mit 1 beschrieben
ist. Beispielsweise umfasst die Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34 ein
Lenkrad 36 und eine Lenksäule 38 (in 2 nur
teilweise gezeigt). Die Lenksäule 38 weist
ein stationäres Lenksäulengehäuse 42 und
eine Lenksäulenwelle 44 auf,
die in dem Lenksäulengehäuse 42 drehbar
angebracht ist. Wie es vorher der Fall war, ist das Lenkrad 36 an
dem freiliegenden Ende der Lenksäulenwelle 44 befestigt,
beispielsweise unter Verwendung von verzahnten Verbindungsmerkmalen
und eines Verschlussbolzens 46 oder anderer derartiger
Befestigungselemente. Die Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34 umfasst
ferner ein SIR-Modul 48 und einen Hupenkontakt 50,
die jeweils an dem Lenkrad 36 eingesetzt werden; beispielsweise
kann das SIR-Modul 48 über
dem Hupenkontakt 50 an der zentralen Nabe des Lenkrads 36 angebracht
sein. Eine untere Abdeckung 52 kann auch zwischen der Lenksäule 38 und
dem Lenkrad 36 angebracht sein, wie in 2 gezeigt.
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Wenn
das Lenkrad 36 von einem Fahrer gedreht wird, drehen sich
sowohl das Lenkrad 36 als auch die Lenksäulenwelle 44 relativ
zu dem Lenksäulengehäuse 42.
Aus diesem Grund werden das Lenkrad 36 und die Lenksäulenwelle 44 hierin
insgesamt als eine ”drehbare
Lenkbaugruppe” bezeichnet.
Um eine dauerhafte elektrische Verbindung mit dem SIR-Modul 48 während der
Drehung des Lenkrads 36 aufrechtzuerhalten, ist die Lenkrad-
und Lenksäulenbaugruppe 34 ferner
mit einer SIR-Spulenbaugruppe 40 ausgestattet. die SIR-Spulenbaugruppe 40 ist
an dem Lenksäulengehäuse 42 angebracht
und weist eine zentrale Öffnung
auf, durch die sich die Lenksäulenwelle 44 erstreckt.
Bei einer bevorzugten Gruppe von Ausführungsformen wirkt die SIR-Spulenbaugruppe 40 auch
als eine Torsionsdämpfereinrichtung,
die das Auftreten des SRS an dem Lenkrad 36 wesentlich
verringert oder vollständig
beseitigt, wie es unten in Verbindung mit 3 und 4 ausführlicher
beschrieben ist.
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3 ist
eine Ansicht einer beispielhaften SIR-Spulenbaugruppe 40 in
einem zerlegten Zustand. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass
die SIR-Spulenbaugruppe 40 einen
Statorkörper 72 und einen
Rotorkörper 74 umfasst.
Der Statorkörper 72 ist
allgemein von ringförmiger
Gestalt und weist dort hindurch eine zentrale Öffnung 76 auf. Auf ähnliche Weise
ist der Rotorkörper 74 allgemein
von ringförmiger
Gestalt und weist dort hindurch eine zentrale Öffnung 78 auf. Wenn
die SIR-Spulenbaugruppe 40 montiert wird, richten sich
die zentralen Öffnungen 76 und 78 aus
und erlauben der Lenksäulenwelle 44 (2),
sich durch die SIR-Spulenbaugruppe 40 zu erstrecken, um
mit dem Lenkrad 36 (2) gekoppelt
zu werden, wie oben beschrieben. Zusätzlich zu der Öffnung 76 weist
der Statorkörper 72 ferner
einen erhöhten
ringförmigen
Rand 80 und mehrere Befestigungsflansche 82 auf,
die um den Rand 80 umlaufend beabstandet sind. Die Befestigungsflansche 82 können jeweils
ein geschraubtes Befestigungselement aufnehmen, um dem Statorkörper 72 zu
erlauben, an dem Lenksäulengehäuse 42 (2)
angebracht zu werden. Der Rotorkörper 74 weist
im Vergleich dazu eine äußere radiale
Lippe 84, einen einzelnen oder mehrere Fortsätze 86 (von
denen einer in 3 sichtbar ist) und eine innere
ringförmige
Einfassung 88 auf, welche die zentrale Öffnung 78 allgemein
definiert. Wenn die SIR-Spulenbaugruppe 40 installiert
wird, können
die Fortsätze 86 in
Gegenschlitze formschlüssig
eingepasst werden, die auf der Rückseite
des Lenkrads 36 (2) vorgesehen
sind, um das Spiel zwischen dem Lenkrotorkörper 74 und dem Lenkrad 36 zu
verringern. Der Statorkörper 72 und
der Rotorkörper 74 sind
bevorzugt jeweils ausgebildet, um eine relativ hohe Torsionssteifigkeit
zu zeigen. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel können der
Statorkörper 72 und
der Rotorkörper 74 jeweils
mit einer Torsionssteifigkeit zwischen ungefähr 40 Newtonmetern pro Grad
und ungefähr
80 Newtonmetern pro Grad ausgebildet werden.
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Die
SIR-Spulenbaugruppe 40 umfasst ferner einen verlängerten
elektrischen Leiter 90, der in dem in 3 gezeigten
Beispiel die Form eines Flachbandkabels annimmt. Der elektrische
Leiter ist physikalisch zwischen den Statorkörper 72 und den Rotorkörper 74 gekoppelt.
Insbesondere ist ein erster gabelförmiger Endabschnitt 92 des
elektrischen Leiters 90 an dem Inneren des Statorkörpers 72 angebracht, und
ein zweiter gegenüberliegender
Endabschnitt 94 des Leiters 90 ist an dem Inneren
des Rotorkörpers 74 angebracht.
Wenn die SIR-Spulenbaugruppe 40 montiert wird, ist der
elektrische Leiter 90 allgemein in einem inneren Ring enthalten,
der zu einem großen
Teil durch die Innenfläche
des erhöhten
ringförmigen
Randes 80 und die Außenfläche der
inneren ringförmigen
Einfassung 88 definiert wird. Der elektrische Leiter 90 ist
elektrisch zwischen der elektrischen Infrastruktur eines Host-Fahrzeugs
(nicht gezeigt) und dem SIR-Modul 48 gekoppelt, das an
dem Lenkrad 36 (2) angebracht ist. Um zu erlauben, dass
der elektrische Leiter 90 mit dem SIR-Modul 48 (2)
elektrisch gekoppelt wird, ist die SIR-Spulenbaugruppe 40 ferner
mit einem oder mehreren elektrischen Verbindern versehen, die zum
Anschließen des
SIR-Moduls 48 geeignet sind. Beispielsweise und wie in 3 gezeigt,
kann die SIR-Spulenbaugruppe 40 einen ersten und einen
zweiten Stecker 96 aufweisen, die mit dem Leiter 90 elektrisch gekoppelt sind
und die von Buchsen ineinander greifend aufgenommen werden können, die
an dem SIR-Modul 48 (2) vorgesehen
sind.
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Während des
Betriebs, wenn ein Fahrer das Lenkrad 36 dreht, kann der
Rotorkörper 74 relativ
zu dem Statorkörper 72 mehrere
vollständige
Drehungen ausführen.
Der verlängerte
elektrische Leiter 90 ist allgemein gewunden oder gewickelt
und kann sich aufrollen und entrollen, wie es erforderlich ist,
um sich an diese Drehbewegung anzupassen. Darüber hinaus zeigt der elektrische
Leiter 90 bei bevorzugten Ausführungsformen eine federähnliche
Elastizität und
kehrt daher nach einer Verformung leicht zu seiner ursprünglichen
Gestalt und Position zurück.
Aus diesem Grund wird der elektrische Leiter 90 üblicherweise
als eine ”SIR-Spule” oder eine ”Wickelfederrolle” bezeichnet.
Um die Führung
der Bewegung des elektrischen Leiters 90 zu unterstützen, wenn
sich der Rotorkörper 74 relativ
zu dem Statorkörper 72 dreht,
kann der Rotorkörper 72 mit
einem oder mehreren Führungsmerkmalen
ausgestattet sein, wie beispielsweise Rollenführungen 98 für einen
elektrischen Bandleiter, die an einer Innenfläche des erhöhten ringförmigen Randes 80 angeordnet
sind, wie in 3 gezeigt. Zusätzlich kann
die innere ringförmige Einfassung 88 als
eine Spindel dienen, um die sich der elektrische Leiter 90 frei
auf- und abwickeln kann.
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Wenn
die SIR-Spulenbaugruppe 40 montiert wird, befindet sich
der Statorkörper 72 benachbart
zu dem Rotorkörper 74 und
mindestens eine Oberfläche des
Statorkörpers 72 steht
mit mindestens einer Oberfläche
des Rotorkörpers 74 in
Reibungseingriff. Bei dem dargestellten Beispiel, das in 3 gezeigt ist,
steht eine erste Reibungsfläche 100,
die an dem erhöhten
ringförmigen
Rand 80 vorgesehen ist, mit einer zweiten Reibungsfläche 102 in
Reibungseingriff, die an der äußeren radialen
Lippe 84 vorgesehen ist. Insgesamt können die Reibungsflächen 100 und 102 als die ”Reibungsschnittstelle” der SIR-Spulenbaugruppe 40 bezeichnet
werden. Die Reibungsflächen 100 und 102 weisen ähnliche
Abmessungen auf und sind jeweils im Wesentlichen von ringförmiger Gestalt;
daher ist die Reibungsschnittstelle der SIR-Spulenbaugruppe 40 ebenso
allgemein von ringförmiger
Gestalt. Es kann auch festgestellt werden, dass in diesem beispielhaften
Fall die Ebene der ringförmigen
Reibungsschnittstelle im Wesentlichen rechtwinklig zu der Langsachse
der Lenksäulenwelle 44 (2)
verläuft.
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4 ist
eine vereinfachte funktionale Seitenansicht der Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34.
In dieser Ansicht kann man erkennen, dass der Rotorkörper 74 einen
gewölbten
Endabschnitt 104 aufweist, der einstückig mit dem Hauptkörper des Rotorkörpers 74 gebildet
ist. Der gewölbte
Endabschnitt 104 ist eine axial elastische Struktur, die
in eine Richtung nachgiebig ist, die im Wesentlichen senkrecht zu
der Reibungsschnittstelle verläuft,
die durch die Reibungsflächen 100 und 102 gebildet wird.
Wenn die Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34 montiert
wird, liegt der gewölbte
Endabschnitt 104 an dem Lenkrad 36 an und wird
durch dieses verformt. Der Rotorkörper 74 ist folglich
gegen den Statorkörper 72 vorgespannt,
und die Reibungsfläche 100 und
die Reibungsfläche 102 werden
in Reibungseingriff gedrückt.
Auf diese Weise schafft der gewölbte
Endabschnitt 104 eine axiale Nachgiebigkeit, welche die
Abnutzung kompensiert, die über
die Lebensdauer der Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 34 auftreten
kann. Selbstverständlich
können
alternative Ausführungsformen
der SIR-Spulenbaugruppe 40 andere axial elastische, und
in bestimmten Fällen
radial elastische, Elemente verwenden, die geeignet sind, um die
Reibungsfläche
des Rotorkörpers 74 gegen
die Reibungsfläche
des Rotorkörpers 74 vorzuspannen.
Ein Beispiel eines solchen alternativen Vorspannmittels wird unten
in Verbindung mit 5 diskutiert. Obwohl die SIR-Spulenbaugruppe 40 ein
elastisches Element verwenden kann, das in eine Richtung senkrecht
zu der Reibungsschnittstelle nachgiebig ist, wird man sich daran
erinnern, dass der Statorkörper 72 und
der Rotorkörper 74 jeweils derart
ausgebildet sind, dass sie eine relativ hohe Torsionssteifigkeit
aufweisen und daher eine kleine bis keine Torsionselastizität zeigen.
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Die
SIR-Spulenbaugruppe 40 ist allgemein derart ausgestaltet,
dass die Coulombsche Reibungskraft zwischen den Reibungsflächen 100 und 102 signifikant
genug ist, um die Winkelverschiebungen des Lenkrads 36 (2)
wesentlich zu verringern, die durch kleine dynamische Drehmomente verursacht
werden, die durch die Lenksäulenwelle 44 (2) übertragen
werden. Gleichzeitig ist die SIR-Spulenbaugruppe 40 bevorzugt
derart ausgestaltet, dass die Coulombsche Reibungskraft zwischen
den Reibungsflächen 100 und 102 klein
genug ist, um von einem Fahrer nahezu nicht wahrnehmbar zu sein,
wenn er oder sie das Lenkrad 36 (2) dreht.
Anders ausgedrückt,
ist die SIR-Spulenbaugruppe 40 derart ausgebildet, dass
der Statorkörper 72 mit
dem Rotorkörper 74 in
Reibungseingriff steht, um einen vorbestimmten Coulombschen Drehmoment-Reibungswiderstand
zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Gruppe von Ausführungsformen
liegt der vorbestimmte Coulombsche Drehmoment-Reibungswiderstand zwischen ungefähr 0,1 Newtonmetern
und ungefähr
0,4 Newtonmetern; und bei einer bevorzugteren Gruppe von Ausführungsformen
liegt der vorbestimmte Coulombsche Drehmoment-Reibungswiderstand
zwischen ungefähr
0,15 Newtonmetern und ungefähr
0,25 Newtonmetern.
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Wie
der Fachmann leicht einsehen wird, wird die Coulombsche Reibungskraft,
die an der Reibungsschnittstelle der SIR-Spulenbaugruppe 40 auftritt,
von einer Anzahl von verschiedenen Parametern abhängen. Beispielsweise übt die Größe der axialen Last,
die den Statorkörper 72 gegen den
Rotorkörper 74 drückt, einen
direkten Einfluss auf die Coulombsche Drehmomentreibungskraft aus,
die letztendlich zwischen den Reibungsflächen 100 und 102 erzeugt wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen
kann diese axiale Last unter Verwendung einer Gewinde-Nivellierschraube
oder einer ähnlichen
Einrichtung eingestellt werden. Die Coulombsche Reibungskraft an
der Reibungsschnittstelle wird auch teilweise durch die Abmessungen
der Reibungsschnittstelle bestimmt werden. Für eine ringförmige Reibungsschnittstelle ist
es allgemein wünschenswert,
den Innendurchmesser der Schnittstelle zu optimieren, während verhindert
wird, dass der gesamte Bauraum der SIR-Spulenbaugruppe 40 (oder
einer anderen Torsionsdämpfereinrichtung)
unhandlich wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Reibungsschnittstelle
der SIR-Spulenbaugruppe 40 einen Innendurchmesser zwischen
ungefähr
70 Millimetern und ungefähr
110 Millimetern aufweisen. Die Coulombsche Reibungskraft wird ferner
noch durch die Materialien beeinflusst, die für die Reibungsflächen 100 und 102 ausgewählt werden.
Die Materialien, die für
die Reibungsflächen 100 und 102 ausgewählt werden,
können
sich von den Materialien unterscheiden, aus denen andere Abschnitte
des Statorkörpers 72 und
des Rotorkörpers 74 gebildet
werden. Darüber
hinaus kann sich das Material, das für die Reibungsfläche 100 ausgewählt wird,
von dem Material unterscheiden, das für die Reibungsfläche 100 ausgewählt wird;
tatsächlich
ist es allgemein bevorzugt, dass verschiedene Materialien für die Reibungsflächen 100 und 102 ausgewählt werden,
um die Wahrscheinlichkeit einer Verbindung von Oberfläche zu Oberfläche zu minimieren.
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Wie
oben festgestellt, ist es bevorzugt, dass der Statorkörper 72 und
der Rotorkörper 74 durch
ein elastisches Element gegeneinander vorgespannt sind. In der oben
beschriebenen Ausführungsform nimmt
das elastische Vorspannelement die Form eines axial komprimierbaren
gewölbten
End abschnitts 104 des Rotorkörpers 74 an. Bei alternativen
Ausführungsformen
können
jedoch andere Arten von elastischen Vorspannelementen verwendet
werden, einschließlich
verschiedener Arten von Federn (z. B. einer Spiralfeder, einer Bellville-Scheibe,
einer Wellfeder, usw.). Diesen Punkt weiter hervorhebend, ist 5 eine
vereinfachte funktionale Seitenansicht einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 106,
die ein Lenksäulengehäuse 108,
eine Lenksäulenwelle 110, die
in dem Gehäuse 108 drehbar
angebracht ist, und ein Lenkrad 112 aufweist, das an einem
Ende der Lenksäulenwelle 110 fest
angebracht ist. Eine SIR-Spulenbaugruppe 114 ist zwischen
dem Lenksäulengehäuse 108 und
dem Lenkrad 112 angeordnet. Die SIR-Spulenbaugruppe 114 weist
einen Statorkörper 116,
der mit dem Lenksäulengehäuse 108 fest
gekoppelt ist, einen Rotorkörper 118,
der mit dem Lenkrad 112 fest gekoppelt ist, und einen verlängerten
Leiter 120 auf (z. B. ein gewickeltes Bandkabel), das zwischen
dem Statorkörper 116 und
dem Rotorkörper 118 angeordnet
und elektrisch mit einem SIR-Modul 122 gekoppelt ist, das
an dem Lenkrad 112 angebracht ist. Wie es vorher der Fall
war, weisen der Statorkörper 116 und
der Rotorkörper 118 eine
erste und eine zweite ringförmige
Reibungsfläche 117 bzw. 119 auf.
Die Reibungsfläche 117 steht mit
der Reibungsfläche 119 in
Reibungseingriff, um eine ringförmige
Reibungsschnittstelle zu erzeugen, deren Ebene im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Langsachse der Lenksäulenwelle 110 verläuft. Während des
Betriebs wirkt die SIR-Spulenbaugruppe 114 als eine Torsionsdämpfereinrichtung,
die das Auftreten des SRS auf die oben beschriebene Weise verringert
oder beseitigt.
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Weiter
auf die in 5 gezeigte beispielhafte Ausführungsform
Bezug nehmend, ist eine Spiralfeder 124 um die Welle 110 angeordnet
und zwischen dem Rotorkörper 118 und
dem Lenkrad 112 zusammengedrückt. Die Spiralfeder 124 spannt
den Rotorkörper 118 gegen
den Statorkörper 116 vor,
um zu unterstützen,
dass die gewünschten
Reibungsei genschaften zwischen der Reibungsfläche 119 des Rotorkörpers 118 und
der Reibungsfläche 117 des
Statorkörpers 116 aufrechterhalten
werden. Wie in 5 angegeben, kann die Spiralfeder 124 ferner durch
einen ersten und einen zweiten Fortsatz 126 gehalten werden,
die sich axial von dem Rotorkörper 118 erstrecken.
Die Fortsätze 126 können von
entsprechenden Schlitzen 128 ineinander greifend aufgenommen
werden, die auf der Rückseite
des Lenkrads 112 vorgesehen sind, um das Torsionsspiel
zwischen dem Rotorkörper 118 und
dem Lenkrad 112 wesentlich zu verringern oder vollständig zu
beseitigen. Wiederum sind der Rotorkörper 118 und der Statorkörper 116 jeweils
bevorzugt derart ausgebildet, dass sie eine relativ hohe Torsionssteifigkeit
aufweisen.
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Somit
wurden zwei beispielhafte Ausführungsformen
einer Fahrzeug-Lenkrad-
und Lenksäulenbaugruppe
beschrieben, die einen Torsionsreibungsdämpfer aufweist, der geeignet
ist, um das Auftreten des SRS zu verringern oder zu beseitigen.
Bei beiden oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Torsionsreibungsdämpfer in
eine SIR-Spulenbaugruppe integriert und weist eine ringförmige Reibungsschnittstelle
auf, die von einer Ebene geschnitten wird, die im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Längsachse
der Lenksäulenwelle
verläuft.
Bei alternativen Ausführungsformen
wird der Torsionsreibungsdämpfer
jedoch nicht notwendigerweise in eine SIR-Spulenbaugruppe integriert,
sondern kann stattdessen eine unabhängige strukturelle Einrichtung umfassen,
wie beispielsweise ein Paar von Reibungsscheiben. Zusätzlich kann
die Reibungsschnittstelle andere Gestalten und Ausbildungen annehmen.
Beispielsweise kann die Reibungsschnittstelle allgemein von röhrenförmiger Gestalt
sein, wie unten in Verbindung mit 6 beschrieben
ist.
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6 ist
eine vereinfachte funktionale Seitenansicht einer Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 130,
die eine Torsionsdämpfereinrichtung 132 gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung aufweist. Mit Ausnahme der Torsionsdämpfereinrichtung 132 sind
die Komponenten der Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 130 denjenigen ähnlich,
die von der Baugruppe 34 (2–4)
und der Baugruppe 106 (5) verwendet
werden. Beispielsweise weist die Lenkrad- und Lenksäulenbaugruppe 130 ein
Lenksäulengehäuse 134,
eine Lenksäulenwelle 136,
die in dem Gehäuse 134 drehbar
angebracht ist, und ein Lenkrad 138 auf, das an einem Ende
der Lenksäulenwelle 136 befestigt
ist. Die Torsionsdämpfereinrichtung 132 unterscheidet
sich jedoch von den oben beschriebenen Torsionsdämpfereinrichtungen auf verschiedene Weisen.
Erstens ist die Torsionsdämpfereinrichtung 132 nicht
in eine SIR-Spulenbaugruppe
integriert oder nimmt deren Form an. Zweitens umfasst die Torsionsdämpfereinrichtung 132 einen
Statorkörper 140 und
einen Rotorkörper 142,
die zusammenwirken, um eine im Wesentlichen röhrenförmige Reibungsschnittstelle 144 zu
bilden. Insbesondere weist der Statorkörper 140 eine Anzahl
von umlaufend beabstandeten geschlitzten Erweiterungen oder Fingern 141 auf,
die sich axial erstrecken und den Rotorkörper 142 dazwischen
aufnehmen. Entlang ihrer Innenflächen
stehen die Finger 141 mit der ringförmigen Außenfläche des Rotorkörpers 142 in
Reibungseingriff, um die ringförmige
Reibungsschnittstelle 144 zu bilden, die im Wesentlichen
koaxial mit der Lenksäulenwelle 136 verläuft. Während des
Betriebs dient die Reibungsschnittstelle 144 dazu, durch
die Welle 136 übertragene
Vibrationen zu dämpfen,
um das Auftreten des SRS auf die zuvor beschriebene Weise zu verringern
oder zu verhindern. Wenn es gewünscht wird,
kann ein elastisches Element 143, wie beispielsweise ein
dehnbarer Ring, um die Finger 141 angeordnet werden (beispielsweise
kann ein Element 145 in einer umlaufende Rille sitzen,
wie in 6 gezeigt) und die Finger 141 radial
nach innen gegen die Außenfläche des
Rotorkörpers 142 vorspannen.
Wiederum sind die Finger 141, obwohl sie in radialer Richtung
nachgiebig sind, und allgemeiner der Statorkörper 140 und der Rotorkörper 142 derart ausgebildet,
dass sie eine relativ hohe Torsionssteifigkeit aufweisen; beispielsweise
können
die Finger aus einer Legierung oder einem Metall, wie beispielsweise
Stahl, gebildet werden. Schließlich
unterscheidet sich die Torsionsdämpfereinrichtung 132 von
den oben beschriebenen Torsionsdämpfereinrichtungen darin,
dass der Rotorkörper 142 nicht
direkt mit dem Lenkrad 138 verbunden ist; stattdessen berührt eine Innenfläche des
Rotorkörpers 142 eine
Außenfläche der
Lenksäulenwelle 136 und übt eine
Klemmkraft um diese herum aus (beispielsweise kann der Rotorkörper 142 über die
Welle 136 gecrimpt werden), wie allgemein bei 146 in 6 angegeben
wird.
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Während zumindest
eine beispielhafte Ausführungsform
in der vorstehenden ausführlichen
Beschreibung dargestellt wurde, sollte man einsehen, dass eine enorme
Anzahl an Abwandlungen existiert. Man sollte auch einsehen, dass
die beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsformen
nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die
Anwendbarkeit oder die Ausbildung der Erfindung auf irgendeine Weise
einzuschränken.
Die vorstehende ausführliche
Beschreibung wird Fachleuten vielmehr einen bequemen Fahrplan liefern,
um die beispielhafte Ausführungsform
oder die beispielhaften Ausführungsformen
zu implementieren. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen
in der Funktion und der Anordnung der Elemente durchgeführt werden
können, ohne
von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und
deren rechtlichen Äquivalenten
dargelegt ist.