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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement für ein Lenkrad, insbesondere für ein Lenkrad in einem Nutzfahrzeug. Darüberhinaus betrifft die Erfindung ein Lenkrad sowie die Verwendung eines Dämpfungselements in einem Lenkrad.
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Getrieben durch immer strengere Abgasvorschriften werden aktuell mit Einführung von Motoren mit dem Abgasstandard Euro-6 immer stärkere Vibrationsanregungen in die Nutzfahrzeuge gebracht. Gleichzeitig wird aus Gründen der Fahrdynamik eine immer straffere, das heißt stärkere und direktere Anbindung des Lenkrads an die Fahrbahn realisiert. Die Achsen werden deshalb auch zunehmend von Gleit- auf Walzlager umgestellt. Dadurch werden durch den metallischen Kontakt auch mehr Schwingungen von der Fahrbahn in das Fahrzeug geleitet.
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Des Weiteren ist der Lenkstrang im Nutzfahrzeug der letzte mechanische Pfad von der Fahrbahn bis ins Cockpit. Heutzutage sind die Fahrerhäuser und zusätzlich die Fahrersitze gedämpft. Das Gaspedal ist rein elektrisch angebunden und die Druckluftbremse ist auch abgekoppelt von Fahrbahn- und Motoraggregate-Schwingungen. Somit ergibt sich ein starker Kontrast der über den Lenkstrang und letztendlich das Lenkrad ankommenden, starken Schwingungen zum Rest der Kabine. Außerdem werden durch Leichtbaumaßnahmen die dämpfenden Massen stetig verringert.
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In neuen Fahrzeugen werden diese Schwingungen und Vibrationen am Lenkrad so stark, dass Fahrer über einschlafende Hände klagen. Außerdem leidet durch die Vibrationen und zugehörige Schallentwicklung die Qualitätsanmutung des gesamten Fahrzeuges.
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Somit sind die Nutzfahrzeughersteller stark auf eine Begrenzung bzw. Verringerung der am Lenkrad fühlbaren Schwingungen bedacht.
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Wie erläutert existiert ein Zielkonflikt zwischen den fünf Punkten Masse, Einbauraum, Kosten, straffe Anbindung und Abkoppelung. Das heißt, der Lenkstrang sollte eine möglichst straffe, direkte und spielfreie Verbindung von Rad zu Lenkrad realisieren. Gleichzeitig sollen unerwünschte Schwingungen gedämpft werden. Für Dämpfungselemente stehen jedoch kaum zusätzlicher Einbauraum und Gewichtsreserven zur Verfügung. Somit müssen Dämpfer in bestehende Bauteile integriert werden.
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Bekannt sind schon der Einsatz von Gelenkscheiben, sogenannte Hardy-Scheiben, die jedoch als zusätzliches Bauteil wenig Akzeptanz finden, zumal der Lenkstrang dadurch mit einer deutlich nachteiligen Elastizität versehen wird, der Einbauraum nicht zur Verfügung steht und die Kosten nicht akzeptiert werden können. Als weitere Möglichkeit können Lagerstellen so ausgeführt werden, damit dort eine Dämpfung eingebracht werden kann. Diese Maßnahmen haben jedoch alle nur einen begrenzten Effekt, da dabei nicht in den direkten Kraftfluss eingegriffen werden kann.
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Ferner sind sogenannte Tilger bekannt, die im Lenkrad angebracht werden und dafür sorgen, dass die Intensität von Schwingungen bestimmter Frequenzen reduziert wird.
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So wird in der
DE 19913120 A ein Kraftfahrzeuglenkrad mit Airbagmodul beschrieben, bei dem im Betrieb des Fahrzeugs am Lenkrad auftretende Störvibrationen getilgt werden können. Zu diesem Zweck sind die Elastizität der Federn und die Masse des Gasgenerators bzw. der anderen leichteren Teile des Airbagmoduls so abgestimmt, dass die Resonanzfrequenz des so verfügbaren Tilgersystems im Störvibrationsbereich der Lenkradvibrationen liegt.
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In der
DE 102004038023 A1 wird ein Schwingungstilger für ein schwingendes Maschinenelement beschrieben, der eine Trägheitsmasse sowie ein Federelement aus einem elastomeren Material aufweist, welches mit seinen freien Rändern mit der Trägheitsmasse oder dem Aufnahmeflansch für die Trägheitsmasse einerseits und mit dem Maschinenelement oder einem an dem Maschinenelement befestigbaren Montageelement andererseits verbunden ist, wobei wenigstens eine der Verbindungen als formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
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In der
DE 102007052848 A wird eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einem Lenkrad beschrieben, die eine Tilgermasse, eine Dämpfungseinrichtung, die mit der Tilgermasse verbunden ist und ein Dämpfungselement aufweist, und eine mit der Dämpfungseinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung zur Veränderung der mechanischen Schwingungseigenschaften der Vorrichtung umfasst. Die Steuereinrichtung weist ein verstellbares mechanisches Steuerelement auf, das mit dem Dämpfungselement zusammenwirkt und durch dessen Verstellung die Eigenfrequenz der Vorrichtung einstellbar ist.
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In der
DE 102009004802 A1 wird eine Fahrergassack-Einrichtung zur Aufnahme im Nabenbereich eines Fahrzeuglenkrades mit einem einen Gehäuseboden aufweisenden Gehäuse, einem mit dem Gehäuseboden verbundenen Gasgenerator, einem in das Gehäuse eingefalteten Gassack und einem ein rohrförmiges elastisches Element aufweisenden Schwingungstilger beschrieben. Hierbei ist der Schwingungstilger außerhalb des Gehäuses angeordnet, umgibt dieses und ist über eine Befestigungseinrichtung mit dem Lenkradkörper verbunden. Hierdurch kann der Schwingungstilger bei Fahrzeugmodellen, welche keinen Schwingungstilger benötigen, ohne weitere Maßnahmen weggelassen werden und es ist kein Diffuser, welcher den Gasgenerator überspannt, notwendig.
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Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen ist aber immer die Auslegung auf eine gewisse Frequenz nötig, so dass der Schwingungstilger nur in einem gewissen Frequenzbereich wirkt und außerhalb dieses Bereichs kaum Wirkung zeigt.
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Folglich besteht auf dem Gebiet der Technik ein Bedarf, Alternativen für Dämpfungselemente in einem Lenkrad aufzusuchen, die die oben genannten Probleme zu überwinden vermögen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungselement für ein Lenkrad zu schaffen, das auf einfache Weise in bestehende Lenkradsysteme integrierbar ist und über einen breiten Frequenzbereich schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Dämpfungselement für ein Lenkrad, insbesondere für ein Lenkrad in einem Nutzfahrzeug, gelöst, das einen inneren Ring, einen äußeren Ring und ein zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnetes elastisches Element aufweist, wobei der innere Ring mit einer Lenkspindel und der äußeren Ring mit einer Lenkradnabe verbindbar sind und durch das elastische Element voneinander mehrdimensional abgelöst sind, wobei die Dämpfung zwischen der Lenkspindel und dem Lenkrad über das elastische Element erfolgt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung greifen der innere Ring und der äußere Ring mittels radialer Vorsprünge und korrespondierenden Ausnehmungen ineinander.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der innere Ring zwei oder mehr, vorzugsweise drei Vorsprünge auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element durch Materialauswahl und Dickengestaltung auf die speziellen Erfordernisse eines Fahrzeugtyps angepasst.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element aus einem elastischen Material hergestellt, vorzugsweise aus einer in ihrer Härte einstellbaren Gummimischung, aus einem elastischen Kunststoff oder aus einem metallischen Federmaterialien.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umgibt das elastische Element den inneren Ring vollständig.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element in Form von einem oder mehreren Stegen ausgebildet.
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Das elastische Element kann durch Einspritzen zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring oder als Einlegeteil gebildet sein.
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Diese Aufgabe wird auch durch ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein Nutzfahrzeug, gelöst, das eine Lenkradnabe aufweist, die über ein Dämpfungselement mit einer Lenkspindel verbindbar ist, wobei das Dämpfungselement einen inneren Ring, einen äußeren Ring und ein zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnetes elastisches Element aufweist, wobei der innere Ring mit der Lenkspindel und der äußeren Ring mit der Lenkradnabe verbindbar sind und durch das elastische Element voneinander mehrdimensional abgelöst sind, wobei die Dämpfung zwischen der Lenkspindel und dem Lenkrad über das elastische Element erfolgt.
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Das Dämpfungselement kann als patronenförmiges Adapterstück zwischen Lenkspindel und Lenkradnabe eingebracht sein.
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Das Dämpfungselement kann in das Lenkrad integriert sein.
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Das Dämpfungselement kann als separates Bauteil erstellt und in das Lenkrad eingebracht sein.
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Desweiteren wird ein Werkstück bzw. eine Verwendung eines Dämpfungselements in einem Lenkrad angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Seitenansicht;
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2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer weiteren Seitenansicht;
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3 ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht;
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4 ein Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht;
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5 ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht;
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6 ein Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht; und
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7 ein weiteres Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht;
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Unter Bezugnahme auf 1 wird im Folgenden eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
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1 zeigt ein Lenkrad 5 für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein Nutzfahrzeug. Das Lenkrad 5 weist eine Lenkradnabe 12 auf, die über mehrere Lenkradspeichen 5 mit einem Lenkradring 10 verbunden ist. Im inneren Bereich ist das Lenkrad 5 mit einer Lenkspindel 16 verbindbar, beispielsweise mittels einer Mutter 18 oder einer anderen geeigneten Befestigungsart. In diesem inneren Bereich befindet sich ein Dämpfungselement 20.
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Der Aufbau des Dämpfungselements 20 wird unter Bezugnahme auf 2 nun näher erläutert. 2 unterscheidet sich von der 1 unter anderem dadurch, dass die Befestigungsmutter 18 sowie andere das Dämpfungselement 20 verdeckende Bauteile weggelassen wurden. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um Stützscheiben, deren Funktion weiter unten erläutert wird.
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Wie 2 zu entnehmen ist, weist das Dämpfungselement 20 einen inneren Ring 24 und einen äußeren Ring 26 auf. Zwischen dem inneren Ring 24 und dem äußeren Ring 26 ist ein elastisches Element 22 angeordnet. Der innere Ring 24 ist mit der Lenkspindel 16 und der äußere Ring 26 mit der Lenkradnabe 12 verbunden. Die Dämpfung zwischen der Lenkspindel 16 und dem Lenkrad 5 erfolgt über das elastische Element 22.
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Folglich wird eine spezielle Lenkradnabe 12 mit dem Dämpfungselement 20 gebildet, bei der der Lenkungsstrang vom restlichen Lenkrad durch das elastische Element 22 mehrdimensional abgelöst ist. Weiterhin wird durch das das elastische Element 22 die Verbindung so gestaltet, dass über das elastische Element 22 hinweg bei Überlast bzw. Missbrauch eine formschlüssige Verbindung tragfähiger Teile erzeugt wird.
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Das elastische Element 22 ist durch Materialauswahl und Dickengestaltung auf die speziellen Erfordernisse eines Fahrzeugtyps angepasst. Dazu ist das elastische Element 22 aus einem elastischen Material hergestellt, vorzugsweise aus einer in ihrer Härte einstellbaren Gummimischung, aus einem elastischen Kunststoff oder aus einem metallischen Federmaterial. Als elastische Kunststoffe kommen beispielsweise TPE, TEEP oder PVC in Frage sowie PU und metallische oder nichtmetallische Schaummaterialien.
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Die Konstruktion des elastischen Elements 22 kann durch Materialauswahl und Dickengestaltung des elastischen Teils sowie durch Massenanpassung der angrenzenden Teile und Überlaststützen auf die speziellen Erfordernisse eines Fahrzeugtyps angepasst werden. Die Überlastanlagefunktion wird dabei so ausgelegt, dass diese während normalen Fahrbetriebs nicht zur Anlage kommt, und gleichzeitig bei Überlast das elastische Material des elastischen Elements 22 nicht geschädigt wird. Dies ist letztendlich dadurch möglich, dass der Weg bis zur Überlastanlagefläche kleiner als der vom elastischen Element 22 darstellbare Weg ist.
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Auch bei dieser Lösung liegt ein Zielkonflikt von direktem Lenkgefühl und bestmöglicher Abkoppelung vor, der jedoch je nach Anforderung durch die Auslegung des elastischen Elements 22 weitgehend frei verschoben werden kann.
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In 3 wird das Lenkrad 5 gemäß 1 in einem Schnitt entlang der Lenkachse durch die Lenkspindel 16 gezeigt. Wie in 3 gezeigt ist, umgibt das elastische Element 22 den inneren Ring 24 und den äußeren Ring 26 vollständig. Es ist aber auch denkbar, das elastische Element 22 in Form von einem oder mehreren Stegen auszubilden die zwischen dem inneren Ring 24 und dem äußeren Ring 26 angeordnet sind.
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Das elastische Element 22 kann durch Einspritzen zwischen dem inneren Ring 24 und dem äußeren Ring 26 oder als Einlegeteil gebildet sein. Besteht das elastische Material aus Gummi oder Kunststoff, ist ein Einbringen des Materials direkt durch Einspritzen in die angrenzenden Ringe 24 und 26 denkbar.
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Als Grundkontur kommen somit verschiedene Geometrien in Betracht, insbesondere solche mit zwei oder mehr ausgeprägten Vorsprüngen an ihrem Umfang, sodass immer eine formschlüssige Überlastanlage massiver Teile möglich ist.
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Eine Ausführungsform des Dämpfungselements 20 ist in 4 gezeigt. Der innere Ring 24 und der äußeren Ring 26 greifen bei dieser Ausführungsform mittels radialer Vorsprünge 28 und korrespondierenden Ausnehmungen ineinander. Der innere Ring 24 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Vorsprünge 28 auf, wobei es denkbar ist, auch eine andere Anzahl von Vorsprüngen 28 vorzusehen, beispielsweise zwei oder vier.
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In 5 wird das Lenkrad 5 wiederum in einem Schnitt entlang der Lenkachse durch die Lenkspindel 16 gezeigt. Wie in 5 gezeigt ist, sind eine erste Stützscheibe 30 und eine zweite Stützscheibe 32 auf der Außenseite des Dämpfungselements 20 angeordnet, die den Hohlraum 34 umgeben, durch den die Lenkspindel 16 geführt wird.
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6 und 7 zeigen nochmal das Dämpfungselement 20 ohne bzw. mit der ersten Stützscheibe 30 und eine zweite Stützscheibe 32 in einer Draufsicht.
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Bei dem Lenkrad 5 kann das Dämpfungselement 20 als patronenförmiges Adapterstück zwischen Lenkspindel 16 und Lenkradnabe 12 eingebracht sein, sodass das Lenkrad nicht verändert werden muss. Es ist aber auch denkbar, das Dämpfungselement 20 in das Lenkrad 5 zu integrieren. Ebenso ist es möglich, dass das Dämpfungselement 20 als separates Bauteil erstellt und in das Lenkrad eingebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Lenkrad
- 10
- Lenkradring
- 12
- Lenkradnabe
- 14
- Lenkradspeiche
- 16
- Lenkspindel
- 18
- Befestigungsmutter
- 20
- Dämpfungselement
- 22
- Elastisches Element
- 24
- Innerer Ring
- 26
- Äußerer Ring
- 28
- Radialer Vorsprung
- 30
- Erste Stützscheibe
- 32
- Zweite Stützscheibe
- 34
- Hohlraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19913120 A [0009]
- DE 102004038023 A1 [0010]
- DE 102007052848 A [0011]
- DE 102009004802 A1 [0012]
- DE 602005004853 T2 [0013]
- DE 202005004649 U1 [0013]
- WO 2003/016003 A1 [0013]
