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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Lenkeinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind dauerhaften mechanischen Belastungen ausgesetzt, die in Form von Vibrationen auftreten. Diese Vibrationen können einerseits durch Unwucht der Räder oder andererseits auch durch eine Fahrt des Fahrzeuges auf einem unebenen Untergrund hervorgerufen werden. Die Vibrationen werden dabei über die Räder des Fahrzeuges und die Spurstangen, die Teil der Lenkeinrichtung sind, bis in die Servolenkung, die Lenkachse und das Lenkrad übertragen. Dieses kann nicht nur ein unangenehmes Gefühl für einen Fahrer hervorrufen, sondern auch die einzelnen Bauteile der Lenkeinrichtung beschädigen. Außerdem entstehen Geräusche, die über die gesamte Lenkeinrichtung bis in den Innenraum des Fahrzeugs übertragen werden.
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Aus der
DE 20 2004 003 017 U1 ist eine Lenkeinrichtung bekannt, bei der eine Spurstange ein gedämpftes Kugelgelenk aufweist, wobei in dem Gelenk zwischen zwei Lagerbuchsen ein Dämpfungskörper angeordnet ist, der einen Anschlag aufweist. Der Dämpfungskörper ist ein als Ring ausgebildetes Elastomer, das im direkten Kraftfluss der anliegenden Kräfte zwischen dem Spurstangenkopf und der Zahnstange angeordnet ist. Durch die Verwendung einer solchen Dämpfungseinheit wird allerdings das Lenkgefühl negativ beeinflusst.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lenkeinrichtung so weiterzuentwickeln und bereitzustellen, dass die eingangs erwähnten Vibrationen reduziert werden, ohne dass das Lenkgefühl negativ beeinflusst wird.
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Diese Aufgabe wird von einer Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist eine Lenkeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Zahnstangen-Lenkgetriebe mit einem Lenkungsgehäuse, einer Zahnstange und einer Spurstangeneinheit, wobei die Spurstangeneinheit ein an einem zahnstangenseitigen Ende angeordnetes Kugelgelenk mit einer Kugelpfanne, eine Spurstange und an einem zahnstangenfernen Ende einen Spurstangenkopf aufweist, und wobei das Kugelgelenk an der Zahnstange befestigt ist, vorgesehen, bei der wenigstens eine Dämpfungseinrichtung an der Spurstangeneinheit angeordnet ist, die wenigstens eine Tilgermasse und eine Federeinrichtung aufweist. Hierdurch können Schwingungen der Zahnstange in der Nähe ihrer Entstehung an der Spurstangeneinheit gedämpft werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Tilgermasse umfangseitig und koaxial zu der Spurstangeneinheit angeordnet ist.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Dämpfungseinrichtung ein Schwingungstilger ist, der derart ausgebildet ist, eine radiale Schwingung der Spurstangeneinheit zu tilgen. Durch die des Schwingungstilgers zweckentsprechende Kombination von Tilgermasse und Federeinrichtung sind gute schwingungsdämpfende Eigenschaften gegeben.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung in einem Bereich eines Kugelgelenkes der Spurstange angeordnet ist, wobei eine elastische Federeinrichtung, insbesondere ein Elastomer, das Kugelgelenk umfangseitig umfasst. Durch die Anordnung der Dämpfungseinrichtung im Bereich des Kugelgelenkes und damit dem Übergang von Spurstange zu Zahnstange, werden in vorteilhafter Weise die Vibrationen dort gedämpft, wo eine formschlüssige Übertragung von Kräften eines Bauteils auf ein anderes Bauteil stattfindet. Hierdurch lassen sich besonders einfach Schwingungen vermindern.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Federeinrichtung und die Tilgermasse außerhalb des von dem Spurstangenkopf zu der Zahnstange verlaufenden Kraftflusses angeordnet sind. Dadurch werden die Federeinrichtung und die Tilgermasse nur durch die zu dämpfenden Schwingungen beansprucht, wobei die Tilgermasse ohne Einwirkung des Kraftflusses schwingbar angeordnet ist.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Dämpfungseinrichtung eine Metallhülse aufweist, die an einem der Spurstange zugewandten Ende die Tilgermasse trägt, wobei die Tilgermasse mit ihrem Außendurchmesser den Außendurchmesser der Metallhülse nicht überragt und in Axialrichtung über die spurstangenseitige Stirnseite der Kugelpfanne hinaus ragt. Dies ermöglicht durch die Auslagerung der Tilgermasse eine kompakte Bauweise der Dämpfungseinrichtung.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Tilgermasse ringförmig und einstückig mit der Metallhülse ausgebildet ist, so dass beide Elemente als ein belastbares widerstandsfähiges Bauteil in einem Fertigungsschritt hergestellt werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungseinrichtung das Kugelgelenk in Richtung der Zahnstange über die zahnstangenseitige Stirnseite der Kugelpfanne überragt und zur Aufnahme von axialen Lasten ausgebildet ist.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Dämpfungseinrichtung als Endanschlag des Kugelgelenks an das Lenkungsgehäuse ausgebildet ist. Beim Volleinschlag der Lenkung stößt der Überstand der Dämpfungseinrichtung mit dem Lenkungsgehäuse zusammen. Durch die Verbindung der Dämpfungseinrichtung über die Federeinrichtung zum Kugelgelenk wird so die Stoßkraft zwischen Lenkungsgehäuse und Kugelgelenk vermindert, so dass stoßempfindliche Teile die im Lenkungsgehäuse gelagert werden, wie beispielsweise der Kugelumlauf des Kugelgewindetriebs geschont werden können.
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Nach einer zweiten Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung auf der Spurstange angeordnet ist. Das erlaubt eine Dämpfung der Schwingungen direkt an der Spurstange, so dass diese nicht oder zumindest nur in einem begrenzten Maß auf die Zahnstange übertragen werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die elastische Federeinrichtung in radialer Richtung außen auf der Spurstange und die Tilgermasse in Radialrichtung außen auf der Federeinrichtung angeordnet sein. Durch die Anordnung der Federeinrichtung und der Tilgermasse außerhalb des Kugelgelenkes kann die Masse frei schwingen und verursacht keine weiteren baulichen Maßnahmen innerhalb des Gelenkes.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Faltenbalg einen Bereich der Lenkeinrichtung von dem Lenkungsgehäuse bis zu der Dämpfungseinrichtung umschließt, wobei der Faltenbalg dichtend mit der Dämpfungseinrichtung verbunden ist. Somit kann ein nahezu konstanter Radius des Faltenbalgs gewährleistet werden, was gegenüber der herkömmlichen konischen Bauform Vorzüge in der Herstellung und Materialbeanspruchung mit sich bringt.
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Weiterhin ist in den Ausführungsformen bevorzugt vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung eine Eigenfrequenz von 100 Hz bis 1.000 Hz aufweist. Dadurch werden die Schwingungen der Spurstangeneinheit, die typischer Weise im gleichen Frequenzbereich liegen soweit gedämpft, dass der Vibrationsübertrag auf die Zahnstange und somit auf die Lenkung stark minimiert wird.
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Zwei bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: einen Längsschnitt eines Kugelgelenkes zwischen Zahnstange und Spurstange mit einer Dämpfungseinrichtung am Kugelgelenk, sowie
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2: einen Längsschnitt eines Kugelgelenkes zwischen Zahnstange und Spurstange mit einer Dämpfungseinrichtung an der Spurstange.
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In der 1 ist ein Übergangsbereich einer Servolenkeinrichtung mit einer Zahnstange 1 und einer Spurstange 2 gezeigt im nicht angeschlagenen Lenkzustand einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges.
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Die Achse der Zahnstange 1 ist dabei quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet und in einem Lenkungsgehäuse 16 axial verschieblich gelagert. Mit der Zahnstange 1 verbunden ist ein Kugelgewindetrieb 3 bestehend aus Kugelmutter und einer Gewindespindel. Über den Kugelgewindetrieb 3 wird die axiale Bewegung der Zahnstange 1 unterstützt, indem in diesem Bereich ein Elektromotor über einen Riemen den Kugelgewindetrieb bzw. die Kugelmutter antreibt und dadurch die Zahnstange 1 in eine nach links oder rechts gerichtete Bewegung versetzt.
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Am äußeren Ende ist die Zahnstange 1 mit der Spurstangeneinheit 17, bestehend aus Kugelgelenk 5, Spurstange 2, sowie einem nicht gezeigten Spurstangenkopf, verbunden. Über das mit der Zahnstange verschraubte Kugelgelenk 5 wird die translatorische Bewegung der Zahnstange 1 auf die Spurstange 2 übertragen. Die Spurstangeneinheit 17 dient einer Lenkbewegung von Rädern, die am nicht gezeigten Ende am Spurstangenkopf über die Radträger angeordnet sind.
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Das zur Verbindung von Zahnstange 1 und Spurstange 2 verwendete Kugelgelenk 5 ist dem Fachmann bekannt und besteht im Wesentlichen aus einer Kugelpfanne 6 und einem darin aufgenommen Kugelkopf 7. Die rotationssymmetrische Kugelpfanne 6 ist zentriert am Ende der Zahnstange 1 angeordnet und mit einem Außendurchmesser versehen, der etwas größer ist als der der Zahnstange 1 selbst. Die Kugelpfanne 6 weist eine koaxiale zylindrische äußere Oberfläche 8 auf sowie eine erste der Zahnstange 1 zugewandte Stirnseite 9 und eine zweite der Spurstange 2 zugewandte Stirnseite 10, welche beide senkrecht zur Achse der Zahnstange ausgerichtet sind. Die zweite Stirnseite 10 weist dabei eine kreisrunde Öffnung zur Aufnahme des Kugelkopfes 7 auf.
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Der Kugelkopf 7 ist zentriert am Ende der Spurstange 2 angeordnet und zeigt einen Durchmesser auf, der auf den Innendurchmesser der Kugelpfanne 6 abgestimmt ist, so dass der Kugelkopf 7 innerhalb der Aufnahme beweglich ist. Die Spurstange 2 selbst ist verjüngt gegenüber dem Kugelkopf 7, der in etwa den Durchmesser der Zahnstange 2 aufweist.
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Bei dieser Ausführungsform trägt das Kugelgelenk eine Dämpfungseinrichtung 15. Die Dämpfungseinrichtung 15 in Form eines Tilgers umfasst das Kugelgelenk 5 umfangseitig, dabei ist eine hülsenförmige elastomere Federeinrichtung 11 auf der koaxialen äußeren Oberfläche der Kugelpfanne 8 aufgebracht. Die Federeinrichtung 11 wiederum ist von einer Metallhülse 12 umfangseitig umschlossen.
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Die zylindrische Metallhülse 12 weist dabei in ihrer Axialrichtung eine größere Höhe als die der Kugelpfanne 6 auf, so dass die Metallhülse des Tilgers 12 über beide Stirnseiten der Kugelpfanne 9, 10 übersteht. An dem Endbereich des Überstands, der über die zweite Stirnseite 10 ragt, ist an der Metallhülse 12 eine rotationssymmetrisch ringförmige Tilgermasse 13 angeordnet, wobei der Außendurchmesser der Tilgermasse 13 den Außendurchmesser der Metallhülse 12 nicht überragt. Der Innendurchmesser und die Höhe der ringförmigen Tilgermasse 13 überschreiten dabei bestimmte Maße nicht, so dass die Spurstange 2 mit dem Kugelkopf 7 frei beweglich bleibt.
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Über die Dämpfungseinrichtung 15 hinweg umschließt ein Faltenbalg 14 den gesamten Bereich zwischen dem Lenkungsgehäuse 16 und der Spurstange 2, der an einem Ende, zur Mitte der Spurstange hin, konisch zuläuft.
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Des Weiteren ist an der Stirnseite des Lenkungsgehäuses 16 ein Anschlagpuffer 4 in Form eines Ringpuffers vorgesehen.
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Die an dem Kugelgelenk angebrachte Dämpfungseinrichtung 15 dämpft unerwünschte Schwingungen die von der Spurstange 2 auf die Zahnstange 1 übertragen werden. Die Federeinrichtung 11 ist derart ausgebildet, dass die Metallhülse 12 und vor allem die Tilgermasse 13 mit gewisser Verzögerung den Schwingungen folgen, wobei durch Streckung und Stauchung der Federeinrichtung 11 kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird und somit die Schwingungen gedämpft werden. Das Verhältnis von Federsteifigkeit zu Tilgermasse 13 ist dabei so ausgelegt, dass die Eigenfrequenz des Tilgers in einem bestimmten Verhältnis zu der zu eliminierenden Schwingungsfrequenz steht.
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Der Überstand der Metallhülse über die erste Stirnfläche 9 dient zur Anschlagdämpfung der Zahnstange 1 in axialer Richtung. Bei einem vollem Ausschlag der Lenkung bewegt sich die Zahnstange 1 in Richtung des Kugelgewindetriebs 3, so dass die Kugelpfanne 6 auf den dem Lenkungsgehäuse 16 vorgelagerten Ringpuffer 4 schlägt und der Stoß bis zu einem gewissen Grad abfangen wird. Dabei dient die über die Kugelpfanne 6 vorstehende Metallhülse 12 als Anschlagsdämpfung. Die Metallhülse 12 und die in Verbindung stehende Tilgermasse 13 nehmen die entstehende kinetische Energie des Aufpralls auf und geben sie mit gewisser Verzögerung, reduziert durch die Energieaufnahme der Federeinrichtung 11 auf die Zahnstange 1 ab. Diese Anschlagsdämpfung reduziert den Energieübertrag beim Lenkanschlag auf den empfindlichen Kugelumlauf des Kugelgewindetriebs.
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Die gesonderte Lage der Tilgermasse 13 in dieser Ausführungsform ermöglicht die Herstellung einer Dämpfungseinrichtung 15 mit kleinem Außendurchmesser was zum Vorteil für die Konstruktion des Übergangsbereiches zwischen Zahnstange 1 und Spurstange 2 ist, wobei die Dämpfungseinrichtung 15 vorzugsweise aus einer herkömmlichen vulkanisierten Gummi-Metall-Verbindung besteht.
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In der 2 ist gemäß einer zweiten Ausführungsform eine Dämpfungseinrichtung 25 auf der Spurstange 2 angeordnet. Zahnstange 1 und Spurstange 2 sind wie in 1 durch ein Kugelgelenk 5 miteinander verbunden. Hierbei ist auf der Außenseite der Spurstange 2 eine umfangsseitige Federeinrichtung 21 vorgesehen auf der eine Tilgermasse 23 außenseitig angeordnet ist. An die Dämpfungseinrichtung 25 auf der Spurstange 2 ist ein Faltenbalg 24 angelenkt, der über Klemmen mit dieser verbunden ist. Der Faltenbalg 24 umschließt den gesamten Bereich zwischen Lenkungsgehäuse 16 und Spurstange 2 und erstreckt sich bis zur Dämpfungseinrichtung 25 auf der Spurstange 2.
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Auch bei dieser Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung 25 ist das Verhältnis von Federsteifigkeit zu Tilgermasse 23 so ausgelegt, dass die Eigenfrequenz des dadurch gebildeten Tilgers in einem bestimmten Verhältnis zu der zu eliminierenden radialen Schwingungsfrequenz steht. Durch Anlagerung der Dämpfungseinrichtung 25 an die Spurstange 2 werden die Schwingungen bereits vor dem Übertrag auf die Zahnstange 1 gedämpft.
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Die Federeinrichtung 21 und die Tilgermasse 23 können wahlweise aneinander vulkanisiert, aneinander verpresst und/oder aneinander verklebt werden. Wie in der vorherigen Ausführungsform der 1 beschrieben, ist die Verbindung zwischen Spurstange 2 und Federeinrichtung 21, sowie zwischen Federeinrichtung 21 und Tilgermasse 23 vorzugsweise eine herkömmliche vulkanisierte Gummi-Metall-Verbindung.
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Die Umfassung des Faltenbalgs 24 schützt den Übergangsbereich zwischen Zahnstange 1 und Spurstange 2 vor äußeren Einflüssen wie Schmutz und Wasser. Durch Anlenken des Faltenbalgs 24 an die Dämpfungseinrichtung 25 erschließt sich eine vereinfachte zylindrische Grundgeometrie des Faltenbalgs 24 mit etwa konstantem Radius, was die Herstellung vereinfacht und die Haltbarkeit des Bauelements erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnstange
- 2
- Spurstange
- 3
- Kugelgewindetrieb
- 4
- Anschlagpuffer
- 5
- Kugelgelenk
- 6
- Kugelpfanne
- 7
- Kugelkopf
- 8
- Oberfläche der Kugelpfanne
- 9
- Stirnseite der Kugelpfanne
- 10
- Stirnseite der Kugelpfanne
- 11,21
- Federeinrichtung
- 12
- Metallhülse
- 13, 23
- Tilgermasse
- 14, 24
- Faltenbalg
- 15, 25
- Dämpfungseinrichtung
- 16
- Lenkungsgehäuse
- 17
- Spurstangeneinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004003017 U1 [0003]
