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Die Erfindung betrifft eine Lenkradeinheit mit einem schwimmenden Gassackmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein elastisches Element zur Verwendung in einer solchen Lenkradeinheit nach Anspruch 11.
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Nahezu jede Lenkradeinheit eines modernen Autos weist einen Grundkörper des Lenkrades und ein mit diesem Grundkörper im Nabenbereich dieses Grundkörpers verbundenes Gassackmodul auf. In sogenannten „floating module“ (schwimmendes Modul) -Konzepten ist das Gassackmodul, welches im Wesentlichen aus einem Gehäuse, einem Inflator (meist in Form eines Gasgenerators), welcher an diesem Gehäuse befestigt ist, einem in das Gehäuse gefalteten Gassack und einer Abdeckung, welche das Gehäuse abdeckt, besteht, mit dem Grundkörper durch Verbindungseinheiten verbunden, welche das Herabdrücken des gesamten Gassackmoduls gegen den Grundkörper des Lenkrades im Wesentlichen in der durch die Lenksäule definierten Axialrichtung erlauben.
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Aus der gattungsbildenden
US 2015 / 0 210 308 A1 ist es bekannt, die Verbindungseinheiten mit einem elastischen Element auszustatten, welches im Wesentlichen die Form eines Gummiringes hat, welcher mit beidem, dem Grundkörper und der Gassackeinheit, verbunden ist. Jedes elastische Element erstreckt sich von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite und hat ein Durchgangsloch, welches sich von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite erstreckt. Ein Führungsstift erstreckt sich durch dieses zentrale Loch, so dass das Gassackmodul in der Radialebene relativ zum Grundkörper des Lenkrades positioniert ist. Um die Reibung zu vermindern, kann eine Hülse zwischen dem Führungsstift und der Innenwand des Durchgangsloches des elastischen Elementes angeordnet sein. Es sind Federn vorgesehen (normalerweise eine für jede Verbindungseinheit), so dass das Gassackmodul gegen die Kraft dieser Federn in Richtung des Grundkörpers niedergedrückt werden kann, um die Hupe zu betätigen.
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Wegen der elastischen Elemente kann das Gassackmodul in der Radialebene (senkrecht zur Axialrichtung) relativ zum Lenkradkörper elastisch ausgelenkt werden. Hierdurch können Vibrationen, welche durch die Lenksäule in das Lenkrad eingetragen werden, gedämpft werden, wobei das gesamte Gassackmodul als vibrationsdämpfende Masse wirkt.
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Die
WO 2014/124954 A1 und die
US 2011 / 0 120 258 A1 zeigen sehr ähnliche Lenkradeinheiten.
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Wenn die Abmessungen eines wie beschriebenen elastischen Elementes gegeben sind, können seine Eigenschaften durch die Shore-Härte des elastischen Materials, welches zu seiner Herstellung verwendet wird, angepasst werden. Folglich wird eine geringe Shore-Härte zur Unterdrückung von niederfrequenten Vibrationen benötigt. Eine geringere Shore-Härte führt jedoch normalerweise zu einer geringeren Haltbarkeit des elastischen Elementes, so dass die Möglichkeit, die elastischen Elemente in Richtung der Unterdrückung niederer Frequenzen einzustellen, begrenzt ist.
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Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Lenkradeinheit zur Verfügung zu stellen, welche verbesserte vibrationsdämpfende Eigenschaften aufweist, während eine ausreichende Haltbarkeit ihrer Teile, insbesondere ihres elastischen Elementes, gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenkradeinheit nach Anspruch 1 gelöst. Ein elastisches Element zur Verwendung in einer solchen Lenkradeinheit ist in Anspruch 11 definiert.
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Das elastische Element weist zusätzlich zum zentralen Durchgangsloch wenigstens ein zusätzliches Durchgangsloch auf, welches nicht mit einem steifen Material gefüllt ist. Sowohl das zentrale Durchgangsloch als auch das zusätzliche Durchgangsloch haben einen kreisförmigen Querschnitt. Vorzugsweise ist es/sie überhaupt nicht gefüllt (außer mit Luft). Durch diese Maßnahme können die elastischen Gesamteigenschaften des elastischen Elementes geändert werden, ohne die Shore-Härte des verwendeten Materials zu ändern. Insbesondere kann das elastische Element in der radialen Richtung „weicher“ gemacht werden, was bedeutet, dass für eine gegebene Auslenkung weniger Kraft benötigt wird. Weiterhin gibt das Vorsehen wenigstens eines zusätzlichen Durchgangsloches (normalerweise einer Mehrzahl von zusätzlichen Durchgangslöchern) die Möglichkeit, die Kraft-Auslenkungs-Charakteristik derart einzustellen, dass sie „Knicke“ aufweist, an welchen sich die Kraft-über-Auslenkung-Funktion plötzlich ändert.
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Wie dies bereits erwähnt wurde, weist das elastische Element in den meisten Fällen eine Mehrzahl von zusätzlichen Löchern auf. Dies führt zu einem zumindest fast rotationssymmetrischen Verhalten. Dies wird weiter unterstützt, wenn alle zusätzlichen Durchgangslöcher einen kreisförmigen Querschnitt haben und/oder wenn die zusätzlichen Durchgangslöcher symmetrisch um das zentrale Durchgangsloch angeordnet sind.
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Wenn wenigstens zwei unterschiedliche Arten von zusätzlichen Durchgangslöchern vorgesehen sind, wobei eine erste Art einen ersten Durchmesser aufweist und eine zweite Art einen zweiten Durchmesser, welcher vom ersten Durchmesser verschieden ist, aufweist, kann eine Auslenkungs-Kraft-Charakteristik mit mehr als einem Knick erreicht werden, so dass die Einstellungsmöglichkeiten weiter verbessert werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die zwei Arten in einem abwechselnden Muster um das zentrale Durchgangsloch angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nun mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
- 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Lenkradeinheit,
- 2 das Detail D aus 1 (eine Verbindungseinheit),
- 3 das elastisches Element der in 2 gezeigten Verbindungseinheit,
- 4 das elastische Element der 3 in einer Draufsicht,
- 5 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines elastischen Elementes,
- 6 das elastische Element der 5 in einer der 4 entsprechenden Darstellung,
- 7 ein elastisches Element des Standes der Technik,
- 8 ein Kraft-über-Auslenkungs-Diagramm des elastischen Elementes der 7,
- 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elastischen Elementes,
- 10 das Kraft-über-Auslenkung-Diagramm des elastischen Elementes der 9,
- 11 das elastische Element der 6,
- 12 das Kraft-über-Auslenkungs-Diagramm des elastischen Elementes der 11,
- 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elastischen Elements in einer der 11 entsprechenden Darstellung,
- 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer der 13 entsprechenden Darstellung und
- 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elastischen Elements in einer der 3 entsprechenden Darstellung.
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Die 1 zeigt eine Lenkradeinheit mit einem schwimmenden Modul (floating module). Die Lenkradeinheit 5 weist einen Grundkörper 10 der Lenkradeinheit auf, welcher ein Skelett 12 und eine Umhüllung, häufig in Form eines Schaums, hat. Vom Rand eines Nabenbereiches erstrecken sich Speichen 16 zu einem Kranz 18. Im Nabenbereich des Grundkörpers 10 ist eine Zwischenplatte 19 vorgesehen, welche starr mit dem Skelett 12 verbunden ist und welche deshalb gemäß den in dieser Anmeldung gewählten Definitionen als zum Grundkörper 10 gehörend betrachtet wird. Ein Gassackmodul 20 ist im Nabenbereich der Lenkradeinheit 5 angeordnet. Dieses Gassackmodul 20 weist ein Gehäuse 22 mit einem Gehäuseboden 23, einen in das Gehäuse 22 eingefalteten Gassack 26, einen Gasgenerator 28, welcher mit dem Gehäuseboden 23 mittels eines Flansches verbunden ist, und eine das Gehäuse 22 verschließende Abdeckung 24 auf.
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Der Gehäuseboden 23 ist mit der Zwischenplatte (welche einen Teil des Grundkörpers 10 der Lenkradeinheit 10 bildet) mittels Verbindungseinheiten 30 und Federn 48 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel - und dies ist in den meisten Fällen bevorzugt - ist jeder Verbindungseinheit eine Feder 48 in einer rotationssymmetrischen Weise zugeordnet. Normalerweise sind drei solche Verbindungseinheiten 30 vorhanden.
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Durch Hinunterdrücken des Gassackmoduls 20 gegen den Grundkörper 10 der Lenkradeinheit 10 können Hupenkontakte 49 geschlossen werden, wie dies im Stand der Technik wohlbekannt ist.
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Mit Bezug auf die 2 wird eine Verbindungseinheit 30 in größerem Detail beschrieben. Man erkennt den Gehäuseboden 23 und die Zwischenplatte 19, welche mittels dieser Verbindungseinheit 30 verbunden sind. Ein hohler Führungsstift 32 erstreckt sich von der unteren Oberfläche des Gehäusebodens 23 und ist mit dem Gehäuseboden 23 mittels einer Schraube 34 verbunden. Der Führungsstift 32 erstreckt sich durch eine Hülse 36 und das dem Gehäuseboden 23 abgewandte Ende des Führungsstiftes ist als Stopper 32b ausgebildet. Dieser Stopper 32b wird mittels der zugeordneten Feder 48 gegen eine Bodenplatte der Hülse 36 gedrückt. Der Führungsstift 32 und die Hülse 36 sind in gleitender Verbindung, so dass der Führungsstift in der Hülse 36 nach unten gleitet, wenn das Gassackmodul nach unten gedrückt wird. Die Hülse 36 wird von einem elastischen Element getragen, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist. Dieses elastische Element 40 ist im Wesentlichen ringförmig mit einem zentralen Durchgangsloch 42 und einer ringförmigen Nut 46. Ein Abschnitt der Zwischenplatte 19 erstreckt sich in diese ringförmige Nut (die Zwischenplatte 19 hat ein passendes Durchgangsloch, um das elastische Element 40 aufzunehmen). Somit ist das elastische Element 40 direkt mit dem Grundkörper 10, nämlich mit der Zwischenplatte 19, verbunden. Weiterhin ist das elastische Element 40 indirekt mit einem Teil der Gassackeinheit 20, nämlich dem Führungsstift 32, gleitend verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ohne eine Hülse 36 (was grundsätzlich möglich, wenn auch nicht bevorzugt ist) wäre das elastische Element 40 in direkter gleitender Verbindung mit dem Führungsstift 32.
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Da jede der Verbindungseinheiten ein elastisches Element 40 aufweist, kann sich das Gassackmodul durch jeweilige Deformierung der elastischen Elemente 40 in einer radialen Richtung in einem gewissen Maß in der Radialebene gegen den Grundkörper der Lenkradeinheit bewegen. Natürlich wird durch diese Bewegung Energie dissipiert, hauptsächlich aufgrund innerer Reibung innerhalb der elastischen Elemente. Deshalb wirkt das gesamte Gassackmodul als Dämpfermasse für Vibrationen, welche durch die (nicht gezeigte) Lenksäule in die Lenkradeinheit 5 eingetragen werden.
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Wie man dies am besten den 3 und 4 entnimmt, weist das elastische Element 40 eine Mehrzahl von Durchgangslöchern auf, welche sich parallel zum zentralen Durchgangsloch 42 erstrecken und welche in einem Kreis um das zentrale Durchgangsloch 42 herum angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es zwei Arten von zusätzlichen Durchgangslöchern, nämlich erste zusätzliche Durchgangslöcher 44a mit einem ersten Durchmesser und zweite zusätzliche Durchgangslöcher 44b mit einem zweiten Durchmesser, welcher den ersten Durchmesser übersteigt.
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Die 5 und 6 zeigen ein sehr ähnliches elastisches Element 40. Der Unterschied zum in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist, dass die Durchmesser der zusätzlichen Durchgangslöcher 44a und 44b im Verhältnis zur Wandstärke des elastischen Elementes 40 größer sind, was zu einem stärkeren Effekt führt.
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Der Effekt der zusätzlichen Durchgangslöcher wird nun mit Bezug auf die 7 bis 12 beschrieben.
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Die 7 zeigt ein elastisches Element 40 des Standes der Technik in einer der 4 entsprechenden Darstellung. Wie man leicht sieht, sind keine zusätzlichen Durchgangslöcher vorhanden. Die 8 zeigt das Kraft-über-Auslenkungs-Diagramm des elastischen Elementes 40 der 7. Die Auslenkung sowie die Kraft beziehen sich auf die Radialrichtung. Man sieht, dass die Funktion im Wesentlichen eine Parabel ist, deren Parameter von der Geometrie des elastischen Elementes 40 und der Shore-Härte des für dieses verwendeten Materials abhängt.
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Die 9 zeigt ein erfindungsgemäßes elastisches Element 14, was bedeutet, dass es zusätzliche Durchgangslöcher 44a aufweist. In diesem Fall ist nur eine Art von zusätzlichen Durchgangslöchern 44a vorhanden, wobei jedes denselben Durchmesser aufweist. Das entsprechende Kraft-über-Auslenkungs-Diagramm ist in 10 gezeigt. Man kann sehen, dass die Funktion einen Knick aufweist, so dass sie nicht mehr durch eine einzige Parabel dargestellt werden kann (mathematischer ausgedrückt: die Funktion ist kontinuierlich aber in einem Punkt nicht differenzierbar). Zu Beginn steigt die Kraft recht langsam an (was bedeutet, dass das elastische Element 40 relativ weich ist). Wenn die Auslenkung den Durchmesser der zusätzlichen Durchgangslöcher 44 übersteigt, macht die Funktion den erwähnten Knick und von dort steigt die Kraft als Funktion der Auslenkung schneller an.
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Die 11 und 12 zeigen ein Beispiel mit zwei Arten von zusätzlichen Durchgangslöchern (erste zusätzliche Durchgangslöcher 44a und zweite zusätzliche Durchgangslöcher 44b - wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel). Hier hat die Funktion zwei Knicke gemäß den zwei unterschiedlichen Durchmessern der zusätzlichen Durchgangslöcher.
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Man sieht, dass das Vorsehen von zusätzlichen Durchgangslöchern die Möglichkeit einer sehr feinen Abstimmung des Verhaltens des elastischen Elementes selbst dann gibt, wenn die Gesamtgeometrie und die Shore-Härte des verwendeten Materials nicht verändert werden.
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Bis jetzt wurden nur Ausführungsbeispiele mit zusätzlichen Durchgangslöchern beschrieben, es sind jedoch auch andere Ausführungsbeispiele möglich. Einige Beispiele sind in den 13 bis 15 gezeigt.
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Das elastische Element der 13 zeigt Kerben 44d, welche sich vom zentralen Durchgangsloch 42 erstrecken, statt zusätzlicher Durchgangslöcher. Der Effekt ist im Wesentlichen derselbe wie in dem in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel.
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Wie man sieht, können Kerben 44d und zusätzliche Durchgangslöcher 44a „gemischt“ werden (14).
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Die 15 zeigt ein elastisches Element, das sich von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen durch das Merkmal unterscheidet, dass sich die zusätzlichen Löcher nicht von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite erstrecken, so dass sie keine Durchgangslöcher, sondern Blindlöcher sind. Der Effekt ist dann im Allgemeinen schwächer als im Falle von zusätzlichen Durchgangslöchern. Die Blindlöcher können sich von beiden Stirnseiten des elastischen Elementes erstrecken.
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Obwohl dies nicht in den Figuren gezeigt ist, wäre es auch möglich, dass sich die Kerben (sofern vorhanden) oder ein Teil derselben nicht über die gesamte Länge des elastischen Elementes erstrecken.
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Alle beschriebenen Möglichkeiten (zusätzliche Durchgangslöcher, Blindlöcher, Kerben und „blinde Kerben“) können kombiniert werden, so dass eine große Anzahl von Kombinationen, welche jeweils zu einer spezifischen Charakteristik führen, möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Lenkradeinheit
- 10
- Grundkörper
- 12
- Skelett
- 14
- Umhüllung / Schaum
- 16
- Speiche
- 18
- Kranz
- 19
- Zwischenplatte
- 20
- Gassackmodul
- 22
- Gehäuse
- 23
- Gehäuseboden
- 24
- Abdeckung (cover)
- 26
- Gassack
- 28
- Gasgenerator
- 30
- Verbindungseinheit
- 32
- Führungsstift
- 32a
- zylindrischer Abschnitt (mit Innengewinde)
- 32b
- Stopper
- 34
- Schraube
- 36
- Hülse
- 40
- elastisches Element
- 42
- zentrales Durchgangsloch
- 44a
- erstes zusätzliches Durchgangsloch
- 44b
- zweites zusätzliches Durchgangsloch
- 44c
- Blindloch
- 44d
- Kerbe
- 46
- ringförmige Nut
- 48
- Feder
- 49
- Hupenkontakt
