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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Lenksysteme für Kraftfahrzeuge. Genauer gesagt betrifft diese Erfindung schwingungsdämpfende Einrichtungen zum Mildern von durch die Lenksäule und das Lenkrad übertragener Schwingungsenergie eines Kraftfahrzeug-Lenksystems.
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HINTERGRUND
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Kraftfahrzeuge aus aktueller Produktion wie die modernen Fahrzeuge sind original mit einem Lenksystem ausgerüstet, dass dem Fahrer das Aufrechterhalten eines gewünschten Verlaufs für das Fahrzeug und das Steuern von Richtungsänderungen des Fahrzeugs ermöglicht. Ein herkömmliches Lenksystem wird mit einem vom Fahrer betätigten handgeführten Lenkrad zum Eingeben einer gewünschten Fahrtrichtung für das Fahrzeug bereitgestellt. Das Lenkrad ist über eine zentrale Nabe auf einer zusammenschiebbaren oder nicht zusammenschiebbaren Lenksäule montiert. Teleskopwellen der zusammenschiebbaren Lenksäule verbinden das Lenkrad mit dem Lenkmechanismus des Fahrzeugs, der am häufigsten eine Zahnstangenlenkungs-Architektur aufweist. In dieser Architektur ist ein Zahnradgetriebe am distalen Ende einer Lenkwelle in kämmendem Eingriff mit einer linearen Zahnradstange, bekannt als „Zahnstange“. Wenn das Lenkrad gedreht wird, dreht sich das Zahnradgetriebe, wodurch sich die Zahnstange geradlinig bewegt. Eine Spurstange an jedem Ende der Zahnstange ist verbunden mit dem Lenkhebel eines Spindelrades; die sich bewegende Zahnstange und Spurstange schwenken die Spindel, wodurch das Rad eingeschlagen wird. Die Fahrervorgabe kann mit hydraulischer oder elektrischer Unterstützung und in einigen heutigen Fahrzeugen mit computergesteuerten Elektromotoren, bekannt als elektrische Servolenkung, unterstützt werden.
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Im Allgemeinen kann der Verbrennungsmotor (ICE) eines Kraftfahrzeugs über verschiedene Drehzahlen betrieben werden kann. Ein Motor kann beispielsweise bei niedriger Drehzahl (Leerlauf) mit dem Antriebsstrang in einem Leerlauf-Betriebs-Zustand arbeiten und kann auch bei einer niedrigen (Park-)Drehzahl mit dem Antriebsstrang in einem abgestellten Betriebszustand arbeiten. Jede Motorgeschwindigkeit kann mit einer eindeutigen Schwingungsfrequenz korrelieren, die auf den Bediener durch das Lenkrad und die Lenksäulenanordnung des Lenksystems übertragen wird. Durch den Antriebsstrang des Fahrzeugs (einschließlich Motor und Getriebe) erzeugte Schwingungen klassifiziert werden typischerweise als „Resonanzerregung“ oder als „deterministisches Schwingen“ bezeichnet. Straßen-induzierte Schwingungen können auch vom Fahrer über das Lenkrad und die Lenksäule während des Fahrzeugbetriebs beispielsweise bei Fahren über unregelmäßig angeordnete Straßenverformungen wie Schlaglöcher und Bodenschwellen gespürt werden. Diese Straßen-induzierten Schwingungen werden typischerweise klassifiziert als „erzwungene Erregung“ oder als „zufälliges Schwingen“. Es ist oft wünschenswert, Antriebsstrang- und Straßen-induzierte Schwingungen zur Verbesserung der Erfahrung des Fahrers während des Fahrzeugbetriebs zu dämpfen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es werden sind Lenksäulenanordnungen mit viskosen Dämpfern, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zur Verwendung von Lenksäulenanordnungen mit viskosen Dämpfern und Kraftfahrzeuge mit einer verstellbaren Lenksäulenanordnung mit einem viskosen Dämpfer zum Dämpfen von Radschwingungen offenbart. Als Beispiel und nicht als Einschränkung wird eine neuartige viskose Dämpfervorrichtung für die inneren und äußeren Teleskop-Mantelrohre einer zusammenschiebbaren Lenksäule offenbart. In diesem Beispiel beinhaltet die viskose Dämpfervorrichtung ein ringförmiges radiales Dämpfergehäuse, das um eine äußere Durchmesser(OD)-Oberfläche des inneren Mantelrohrs, beispielsweise in einem komplementären toroidalen Schlitz sitzend, angebracht ist. Alternativ kann das Dämpfergehäuse auf der nicht teleskopierbaren inneren Lenkwelle („I-Welle“) sitzen, die z. B. über eine Zwischenkoppelwelle mit dem Zahnrad eines Zahnstangenlenkungsmechanismus gekoppelt ist. Das Dämpfergehäuse berührt eine Innendurchmesser(ID)-Oberfläche des äußeren Mantelrohrs, das zum freien Drehen um die I-Welle ausgelegt ist. Im Dämpfergehäuse befinden sich flüssigkeitsgefüllte Speichervolumen, die fluidisch über eine Reihe von Zwischenströmungskanälen gekoppelt sind.
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Verengte innere Strömungskanäle ermöglichen das Ausfließen von viskosem Fluid aus einem abnehmenden Speichervolumen in ein zunehmendes Speichervolumen, beispielsweise, beim verbiegenden Auslenken des inneren/äußeren Mantelrohrs. Diese Speichervolumina können Säulen-vertikal, Säulen-quer oder eine komplexe Kombination der zwei Freiheitsgrade sein. Die viskose Flüssigkeit stellt viskoses Dämpfen in lokalisierten Bewegungen bereit, was zu Säulenreaktionsverminderungen führt. Der viskose Dämpfer kann zum Dämpfen der vertikalen und/oder seitlichen Biegefrequenzen der Lenksäule abgestimmt werden und kann längs oder am nächsten zur Amplitude der maximalen relativen Verschiebung angeordnet werden. Das Anordnen kann beispielsweise bestimmt werden, indem man die relativen Verschiebungen entlang der Länge der Lenksäule oder durch FEA-Simulation darstellt, was Punkte maximaler und minimaler relativer Verschiebung identifiziert. Die relative Verschiebung über den viskosen Dämpfer ergibt Energieabführung, die die Lenksäulen- und Rad-Kunden-Schnittstellen-Vibrationspegel verringert.
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Begleitende Vorteile für mindestens einige der offenbarten Konzepte beinhalten das Dämpfen von Resonanz- und Straßen-induzierten Schwingungen im Lenkrad und der Lenksäulenanordnung unter Verwenden von relativer Vibrationsverschiebung von vorhandenen internen Strukturelementen der Lenksäule. Die raue Straßenschüttel- und Antriebsstrangresonanz-Leistungsfähigkeit wird verbessert, was in einer angemessenen Verbesserung der Endanwendererfahrung und Verminderung von Leerlaufschwingungs-Garantiekosten resultiert. Andere Vorteile beinhalten die Eliminierung von Stand-der-Technik-Federmassen-Dämpfervorrichtungen und Torsionsdämpfervorrichtungen, die größer, schwerer und teurer sind als eine viskose Dämpfervorrichtung. Im Gegensatz zu üblichen Dämpfergegenstücken ist eine viskose Dämpfervorrichtung kostengünstig, leichtgewichtig und kann in bestehenden Raum innerhalb des Lenkstocks gepackt werden.
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen verstellbare Lenksäulenanordnungen mit Schwingung-dämpfenden Fähigkeiten für Kraftfahrzeuge. Es wird beispielsweise ein Lenkstock zum Verbinden eines Lenkrads oder Handgriffs an einen Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeugs offenbart. Der Lenkstock beinhaltet ein erstes Wellenelement, das konfiguriert ist zur Befestigung am Lenkrad/Handgriff und ein zweites Wellenelement, das konfiguriert ist zur Befestigung am Fahrzeugaufbau. Das zweite Wellenelement ist teleskopisch mit dem ersten Wellenelement so verbunden, dass das zweite Wellenelement selektiv in Längsrichtung bezogen auf das erste Wellenelement verschoben werden kann. Eine viskose Dämpfervorrichtung ist zwischen den ersten und zweiten Wellenelementen angeordnet. Diese viskose Dämpfervorrichtung beinhaltet ein Dämpfergehäuse mit einem ersten und einem zweiten Speichervolumen innerhalb des Dämpfergehäuses. Eine Vielzahl von verengten Strömungskanälen verbindet das erste und das zweite Speichervolumen. Viskoses Fluid strömt vom ersten Speichervolumen durch die verengten Strömungskanäle zu dem zweiten Reservoirvolumen in Reaktion auf die relative Vibrationsverschiebung zwischen den ersten und zweiten Wellenelementen, um dadurch die Schwingungsenergie viskos zu dämpfen. Das erste Speichervolumen kann sich dynamisch verkleinern, während das zweite Speichervolumen sich dynamisch in Reaktion auf die Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Wellenelementen vergrößern kann.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen Kraftfahrzeuge mit einstellbaren oder zusammenschiebbaren Lenksäulenvorrichtungen mit radialen viskosen Dämpfern. Ein „Kraftfahrzeug“, wie hier verwendet, kann sich auf jede relevante Fahrzeugplattform wie z. B. Personenkraftwagen (mit Verbrennungsmotoren, Hybrid-, Elektro-, Brennstoffzellenantrieben usw.), Lastkraftwagen, Industriefahrzeuge, Geländefahrzeuge, landwirtschaftliche Fahrzeuge, Motorräder, Boote, Flugzeuge usw. beziehen. In einem Beispiel wird ein Kraftfahrzeug offenbart, das eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrgastraum beinhaltet. Mehrere Antriebsräder sind drehbar am Fahrzeugkörper befestigt und repositionierbar zum Steuern des Fahrzeugs. Ein Lenkmechanismus, der nach Art einer Zahnstangenlenkungs-, einer Kugelumlaufspindel- oder einer Schneckenrollenlenkungs-Architektur ausgeführt sein kann, ist an der Fahrzeugkarosserie angebracht und betreibbar zum Repositionierung eines oder mehrerer Räder zum Lenken des Fahrzeugs. Ein manuell betätigtes Lenkrad, das innerhalb der Fahrgastzelle angeordnet ist, empfängt Fahrereingaben zum Steuern von Richtungsänderungen des Kraftfahrzeugs.
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Das Fahrzeug des obigen Beispiels beinhaltet auch eine verstellbare Lenksäulenvorrichtung. Die Lenksäulenvorrichtung beinhaltet eine Innenmantelwelle, die mit dem Lenkrad verbunden ist und eine Außenfläche mit einer torusförmigen Tasche hat. Eine Lenkwelle verbindet die Innenmantelwelle mit dem Lenkmechanismus. Die Lenksäulenanordnung beinhaltet auch eine Außenmantelwelle, die mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Die Außenmantelwelle umgibt die Innenmantelwelle und ist damit verbunden, um sich in Längsrichtung teleskopartig bezogen auf die Innenmantelwelle zu verschieben. Eine viskose Dämpfervorrichtung ist zwischen den inneren und äußeren Mantelwellen eingesetzt. Die viskose Dämpfervorrichtung beinhaltet ein ringförmiges Dämpfergehäuse, dass innerhalb der toroidalen Tasche der inneren Mantelwelle verschachtelt ist und die äußere Mantelwelle berührt. Erste und zweite ringförmige Speichervolumina befinden sich innerhalb des Dämpfergehäuses. Umfänglich beabstandete verengte Strömungskanäle erstrecken sich innerhalb des Dämpfergehäuses zum fluidischen Verbinden des ersten und zweiten Speichervolumens. Viskoses Fluid aus dem Dämpfergehäuse strömt aus dem ersten Speichervolumen durch die verengten Strömungskanäle zu dem zweiten Speichervolumen in Reaktion auf die Schwingungsverschiebung zwischen der inneren und der äußeren Mantelwelle, wodurch Schwingungsenergie viskos gedämpft wird.
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Gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung werden Verfahren zur Herstellung und Verwendung von verstellbaren Lenksäulenvorrichtungen für Fahrzeuge mit Schwingung-dämpfenden Eigenschaften vorgestellt. Zum Beispiel wird ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Fahrzeug-Lenkstocks offenbart. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: Bereitstellen eines ersten Wellenelements, das konfiguriert ist, um ein Fahrzeuglenkrad/Handgriff beispielsweise über verzahnten Dauereingriff mit der Radnabe zu verbinden; eines zweiten Wellenelements, das konfiguriert ist zur Befestigung an einer Fahrzeugkarosserie; gleitbeweglichen Verbinden des ersten Wellenelements mit dem zweiten Wellenelement dergestalt, dass das zweite Wellenelement in Längsrichtung teleskopartig bezogen auf das erste Wellenelement verschoben werden kann; und Montieren einer viskosen Dämpfervorrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenelement. Die viskose Dämpfervorrichtung beinhaltet ein Dämpfergehäuse, ein erstes und ein zweites Speichervolumen innerhalb des Dämpfergehäuses und eine Vielzahl von verengten Strömungskanälen, fluidisch das erste und zweite Speichervolumen verbinden. Viskoses Fluid strömt vom ersten Speichervolumen durch die verengten Strömungskanäle zu dem zweiten Speichervolumen in Reaktion auf die relative Schwingungsverschiebung zwischen den Wellenelementen, um dadurch Schwingungsenergie viskos zu dämpfen. Das Dämpfergehäuse einschließlich der Speichervolumina kann aus einem flexiblen Polymer zum dynamischen Biegen der viskosen Dämpfervorrichtung während der Schwingungsverschiebung der Wellenelemente hergestellt werden. In derselben Art kann das Dämpfergehäuse, einschließlich der Speichervolumen eine ringförmige Geometrie annehmen, dass die Dämpfervorrichtung sich kontinuierlich um eins der Wellenelemente herum erstreckt und auf ihm sitzt. Alternativ kann das Dämpfergehäuse mit einer ringförmigen Geometrie hergestellt sein, während die Speichervolumina sich in Längsrichtung entlang einer gemeinsamen zentralen Längsachse der Wellenelemente erstrecken.
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Die vorstehend beschriebene Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr veranschaulicht die vorstehende Zusammenfassung lediglich einige der neuartigen Aspekte und Merkmale, wie hierin dargelegt. Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine erhöhte perspektivische Veranschaulichung eines repräsentativen Fahrzeugs mit einer Einsatz-Perspektivansicht eines Lenkrads und einer verstellbaren Lenksäulevorrichtung nach Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine vergrößerte perspektivische Veranschaulichung eines Teils des repräsentativen Lenkstocks der 1, die eine viskose Dämpfervorrichtung zwischen den inneren und äußeren Mantelwellen darstellt.
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3 ist eine schematische Veranschaulichung der repräsentativen viskosen Dämpfervorrichtung aus 2.
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Für die vorliegende Offenbarung können verschiedene Modifikationen und alternative Formen zur Anwendung kommen und einige exemplarische Ausführungsformen werden hierin anhand der Zeichnungen in Form von Detailbeispielen dargestellt. Es versteht sich allerdings, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die offenbarten besonderen Formen eingeschränkt sind. Vielmehr umfasst diese Offenbarung alle Modifikationen, Entsprechungen, Kombinationen, Teilkombinationen und Alternativen, die dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung entsprechen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Diese Offenbarung eignet sich für eine Vielzahl von Ausführungsformen. Es werden in den Zeichnungen repräsentative Ausführungsformen der Offenbarung dargestellt und hierin im Detail beschrieben, wobei die vorliegende Offenbarung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der Offenbarung zu und nicht als Einschränkung der mannigfaltigen Aspekte der Offenbarung bezüglich der dargestellten Ausführungsformen zu betrachten ist. Entsprechend sollten Elemente und Einschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten der Kurzdarstellung, der Zusammenfassung und der ausführlichen Beschreibung offenbart, aber nicht explizit in den Patentansprüchen aufgeführt sind, nicht per Schlussfolgerung, Rückschluss oder anderweitig einzeln oder insgesamt in die Patentansprüche integriert werden. Zu Zwecken der vorliegenden ausführlichen Beschreibung, soweit nicht ausdrücklich dementiert: beinhaltet die Singularform die Pluralform und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ sind beide verbindend und trennend; das Wort „alle“ bedeutet „alle und jegliche“; das Wort „jegliche“ bedeutet „alle und jegliche“; und die Wörter „einschließlich“ und „umfassend“ bedeuten „einschließlich ohne Einschränkung.“ Darüber hinaus können beispielsweise Wörter wie „etwa“, „fast“, „wesentlich“, „ungefähr“ und dergleichen, hierin im Sinne von „bei, nahe oder nahezu“ oder „innerhalb 3–5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen“ oder jegliche logische Kombination davon verwendet werden.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, wird in 1 eine Darstellung eines repräsentativen Automobils gezeigt, abgebildet als ein zweitüriges Sport-Coupe und allgemein durch die Zahl 10 gekennzeichnet gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung. In einem Mittelbereich des Fahrgastraums 12 des Fahrzeugs 10 befindet sich zwischen gegenüberliegenden Türanordnungen 14 eine Fahrzeug-Lenksäulenvorrichtung 16. Das dargestellte Automobil 10 – auch hier kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet – ist lediglich eine exemplarische Anwendung, mit der die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung praktiziert werden können. Genauso sollte die Implementierung der hier dargestellten Konzepte in ein Servo-unterstütztes Zahnstangenlenksystem auch als Anwendungsbeispiel der hier offenbarten neuen Konzepte verstanden werden. Demgemäß versteht es sich, dass die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung in andere Lenksystemarchitekturen integriert und für jede logisch relevante Art von Kraftfahrzeug verwendet werden können. Letztendlich sind die hierin abgebildeten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu und dienen lediglich Anleitungszwecken. Somit gelten die spezifischen und relativen Maße der Zeichnungen nicht als einschränkend.
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Unter Referenzieren der Einsatzansicht der 1 ist innerhalb der Fahrgastzelle 12 des Kraftfahrzeugs 10 eine verstellbare oder zusammenschiebbare „teleskopartige“ Lenksäulenvorrichtung 16 mit einem manuell betätigten Lenkrad 18 zum Einstellen eines gewünschten Fahrkurses – Steuerung von Richtungsänderungen – des Automobils 10. Die Lenksäulenvorrichtung 10 beinhaltet ein erstes „Innenmantel“-Wellenelement 20 und ein zweites „Außenmantel“-Wellenelement 22. Typischerweise wird die Außenmantelwelle 22 zum Montieren der Teleskopwellenelemente 20, 22 und des Lenkrads 18 an das Fahrzeug 10 verwendet. Als nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet eine Mantelhalterung 24 sortierte Montageflansche 25, die quer von einer oberen Oberfläche eines Halterungskörper 27 abstehen. Jeder Befestigungsflansch 25 beinhaltet ein Verbindungselementloch, durch das ein jeweiliges mechanisches Befestigungselement wie beispielsweise ein(e) Schraube, Bolzen, Drehbolzen, Druckknopf usw. aufgenommen wird zum starren Befestigen der Mantelhalterung 24 beispielsweise an einer vorderen Abdeckplatte des Fahrzeugrahmens unterhalb der vorderen Instrumententafel (beides in den Darstellungen nicht abgebildet). Der Halterungskörper 27 weist einen Wellenschlitz 29 (2) auf, durch den die Außenmantelwelle 22 aufgenommen wird. Ein Paar Sechskantschrauben, von denen nur eine sichtbar ist und gekennzeichneten 26 in 2, starr koppelt die Halterungskörper 27 auf dem Außenmantelwelle 22. Es sollte erkannt werden, dass die Mantelhalterung 24 lediglich repräsentativ ist; als solche werden jedwede bekannte oder nachfolgend entwickelte Mittel zur Befestigung der Teleskopwellenelemente 20, 22 an der Fahrzeugkarosserie als innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung liegend angesehen.
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Gemäß dem dargestellten Beispiel ist ein entferntes Ende 21 der Innenmantelwelle 20 verschiebbar in der Außenmantelwelle 22, wie noch näher erläutert wird, während ein nahes Ende (nicht sichtbar) mit reibschlüssigen Schlitzen oder einer mechanischen Schnittstelle zum Zusammenpassen mit und Unterstützen des Lenkrads 18 angeordnet. In Wirkung funktioniert die Innenmantelwelle 20 zum gleitenden und drehenden Koppeln des Lenkrads 18 an die Außenmantelwelle 22. Die vorstehend offenbarten Funktionalitäten der inneren und äußeren Mantelwellen 20, 22 können jedoch als austauschbar angesehen werden, indem das Lenkrad 18 auf der Außenmantelwelle 22 montiert werden kann, während die innere Mantelwelle 20 an den Rahmen des Fahrzeugs 10 für mindestens einige alternative Konfigurationen montiert werden kann. Erkennbar ist die Lenkradkonstruktion, die in der Zeichnung dargestellt ist, rein für beschreibende Zwecke gedacht und kann damit ersetzt oder modifiziert werden nach jedem beliebigen logischen relevanten Fahrer-betätigten Lenkmechanismus ohne Abweichen vom vorgesehenen Rahmen dieser Erfindung.
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Eine innere Lenkwelle („I-Welle“) 28 erstreckt sich durch die Außenmantelwelle 22 und in einen zentralen Hohlraum der Innenmantelwelle 20. An einem nahen Ende der Lenkwelle 28 befindet sich eine gezahnte Spindel (nicht sichtbar) mit radial vorspringenden Zähnen, die mit einer komplementären gezahnten Innenfläche eines („weiblichen“) Schlitzes (nicht sichtbar) in der Innenmantelwelle 20 ineinandergreifen. Während der vorstehende ineinandergreifende Dauereingriff die Lenkwelle 28 an die Innenmantelwelle 20 zur gemeinsamen Drehung damit koppelt, koppelt ein unteres I-Wellen-Lager 30 die Lenkwelle 28 drehbar (und indirekt die Innenmantelwelle 20) an die Außenmantelwelle 22, wie in 2 gezeigt. Ein entferntes Ende der Lenkwelle 28 ist beispielsweise über eine Koppelwelle (nicht dargestellt) mit dem Zahnrad eines Zahnstangen-Lenkmechanismus 32 gekoppelt. Der Lenkmechanismus 32 ist wiederum, z. B. über entsprechende Spurstangen, an die Fahrzeugantriebsräder 34 gekoppelt. Mit dieser Anordnung werden Richtungseingaben des Fahrers, die über das Lenkrad 18 erhalten werden, durch die Innenmantelwelle 20 an die Lenkwelle 28 übertragen, dann durch die Lenkwelle 28 auf den Lenkmechanismus 32, der in Reaktion die Räder 34 zum Ändern der Richtung des Kraftfahrzeugs 10 neu einstellt.
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Die innere und äußere Mantelwelle 20, 22 sind teleskopartig verbunden, sodass eine oder beide Wellen selektiv entlang einer gemeinsamen Längsachse A1 bezogen auf die andere Welle verschoben werden kann. Im dargestellten Beispiel weist die Außenmantelwelle 22 eine rohrförmige Konfiguration mit einem hohlen Kern 23 auf und kann einen kreisrunden Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt oder einen beliebigen anderen Querschnitt zum Definieren eines offenen nahen Endes 31 (1) aufweisen. Ebenso weist die Innenmantelwelle 22 eine rohrförmige Konfiguration mit einem zentralen Hohlraum auf (in dem die Lenkwelle 28 aufgenommen ist) und kann einen kreisrunden Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt oder einen beliebigen anderen Querschnitt zum Definieren eines entfernten Endes 21 (2) aufweisen, das komplementär zu dem offenen Ende 32 ist. Es kann wünschenswert sein, z. B. zur Vereinfachung der Herstellung und Montage, dass sowohl die inneren und äußeren Mantelwellen 20, 22 eine langgestreckte, im Allgemeinen zylindrische Form mit der Außendurchmesser(OD)-Wellenoberfläche 33 der inneren Mantelwelle 20 aufweisen, die etwa gleich oder geringfügig kleiner als die Innendurchmesser(ID)-Wellenoberfläche 35 der Außenmantelwelle 22 ist. Das entfernte Ende 21 der inneren Mantelwelle 20 ist gleitbar aufgenommen durch das Loch im offenen Ende 31 der Außenmantelwelle 22 und in dem hohlen Kern 23, dass die zwei Wellenelemente konzentrisch und ineinander teleskopisch verschiebbar sind, wobei die Außenmantelwelle 22 einen Abschnitt der inneren Mantelwelle 20 umgibt. Eine gegebenenfalls vorhandene Klammeranordnung 36 an der Mantelhalterung 24 kann manuell eingelegt werden zum Verriegeln der Innenmantelwelle 20 gegenüber der Außenmantelwelle 22, um damit relative teleskopartige Verschiebung zu verhindern.
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Untergebracht innerhalb der Lenksäulenvorrichtung 16 innerhalb des hohlen Kerns 23 und zwischen der inneren und äußeren Mantelwelle 20, 22 befindet sich eine viskose Dämpfervorrichtung 38 zum Abschwächen von resonanten Antriebsstrang- und Straßen-induziert übertragenen Schwingungen durch die Lenksäulenvorrichtung 16 am Lenkrad 18. Die viskose Dämpfervorrichtung 38 beinhaltet ein ringförmiges Dämpfergehäuse 40, das innerhalb einer toroidalen Tasche 37, definiert entlang der OD-Oberfläche 33 der inneren Mantelwelle 20, verschachtelt ist. Im dargestellten Beispiel ist das Dämpfergehäuse 40 eine rechteckige Ringwulst (d. h. es hat im Allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt) und erstreckt sich kontinuierlich um den äußeren Umfang des entfernten Endes 21 der Welle. Alternative Konfigurationen können eine Gehäuseausführungsform mit anderen polygonalen oder nicht polygonalen Querschnitten und/oder ein Gehäuse verwenden, das sich diskontinuierlich um das entfernte Ende 21 der inneren Mantelwelle 20 erstreckt. Mit einer toroidalen Geometrie weist das Dämpfergehäuse 40 gegenüberliegende ID- und OD-Gehäuseflächen 41 und 43 jeweils auf, wie dargestellt in der schematischen Darstellung gemäß 3. Die ID-Gehäuseoberfläche 41 berührt die OD-Wellenoberfläche 33 der inneren Mantelwelle 20, während die OD-Gehäuseoberfläche 43 die ID-Wellenoberfläche 35 der Außenmantelwelle 22 so berührt, dass die viskose Dämpfervorrichtung 38 als dazwischenliegende Leitung für Schwingungsenergie wirkt. Für eine alternative Ausführungsform ist auch vorgesehen, dass das Dämpfergehäuse 40 der viskosen Dämpfervorrichtung 38 an der inneren Lenkwelle 28 anstelle der inneren Mantelwelle 20 montiert ist.
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Ein erstes und ein zweites Fluidspeichervolumen, jeweils mit 42 und 44 in 3 bezeichnet, befindet sich innerhalb des Dämpfergehäuses 40. Ähnlich zum Dämpfergehäuse 40 können beide Speichervolumen 42, 44 ringförmig in der Ausgestaltung und mit mehreckigem Querschnitt sein. Wie gezeigt, beinhaltet das erste Speichervolumen 42 ein Paar von in Längsrichtung beabstandeten äußeren Speichervolumen 42A und 42B, die sandwichartig dazwischen das zweite Speichervolumen 44 umgeben. Erkennbar können die Anzahl, Form, Größe und relative Ausrichtung der Speichervolumina abweichend von den Zeichnungen ausgeführt sein. Das Dämpfergehäuse 40 kann darin eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten, längsgerichteten Paaren von Speichervolumina, die fluidisch gekoppelt sind, beinhalten. Es kann für mindestens einige Ausführungsformen wünschenswert sein, dass das Dämpfergehäuse 40 einschließlich der Speichervolumina 42, 44, als einheitliche Struktur aus einem flexiblen Polymer gefertigt sind. Dies erlaubt dynamisches Biegen der viskosen Dämpfervorrichtung 38 während Schwingungsverschiebung von ineinandergeschobenen Wellenelementen 20, 22.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 ist die viskose Dämpfervorrichtung 28 hergestellt mit verengten Strömungskanälen, die die ersten und zweiten Speichervolumina 42, 44 so verbinden, dass viskose Flüssigkeit in einer gesteuerten und eingeschränkten Weise hindurch passieren kann. Insbesondere ist eine erste Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Strömungskanälen 46 zwischen dem äußeren Abschnitt 42A des ersten Speichervolumens 42 und des zentral angeordneten zweiten Speichervolumens 44 angeordnet. Ebenso ist eine zweite Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Strömungskanälen 48 zwischen dem anderen äußeren Abschnitt 42B des ersten Speichervolumens 42 und des zentral angeordneten zweiten Speichervolumens 44 angeordnet. Jeder der Strömungskanäle ist im Allgemeinen zylindrisch und erstreckt sich in Längsrichtung bezogen auf die zentrale Achse A1 des viskosen Gehäusedämpfers 40. Wie die Speichervolumina können die Anzahl, Form, Größe und relative Ausrichtung der Speichervolumina geändert werden, um beispielsweise die viskose Dämpfervorrichtung 38 zum Bereitstellen von speziellen Schwingungs-dämpfenden Eigenschaften abzustimmen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann einer der Sätze von verengten Strömungskanälen 46, 48 entfallen und die beabstandeten äußeren Speichervolumina 42A und 42B können angemessen derart kombiniert werden, dass das erste Speichervolumen aus einer einzigen Fluidkammer besteht.
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In Reaktion auf relative Schwingungsverschiebung zwischen der inneren und äußeren Mantelwelle 20, 22 wird viskoses Fluid – in der Zeichnung dargestellt durch Pfeile V1, V2, V3 und V4 in 3 – zum Strömen durch die verengten Strömungskanäle durch die verengten Kanäle zu dem anderen Speichervolumen gepresst. Gemäß dem dargestellten Beispiel veranlasst die Schwingungsenergie die innere und äußere Mantelwelle 20, 22, sich um ein querverlaufendes Moment zu biegen (wie übertrieben durch gestrichelte Linie M1 in 3 angezeigt). Diese gleiche Verschiebung veranlasst das Dämpfergehäuse 40, sich mit den beweglichen/schwingenden Wellen 20, 22 zu biegen. Wenn dies erfolgt, verkleinert sich das erste Speichervolumen 42 dynamisch (oder vergrößert sich, je nach Richtung der relativen Verschiebung), während das zweite Speichervolumen 44 sich dynamisch (oder verkleinert) in Reaktion auf die Verschiebung zwischen den zwei Wellenelementen 20, 22 vergrößert. Der verengte Fluidstrom des viskosen Fluids durch die Kanäle verteilt Schwingungsenergie derart, dass weniger Energie von der Lenkwelle 28 und der inneren Mantelwelle 20 auf das Lenkrad 18 übertragen wird.
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Während einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass viele Änderungen an denselben vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht beschränkt auf die hierin offenbarte genaue Konstruktion und Zusammensetzung; jegliche und alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, ersichtlich aus den vorangehenden Beschreibungen, liegen innerhalb des Umfangs der Offenbarung, wie in den hinzugefügten Ansprüchen festgelegt. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Teilkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale.
