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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad mit einem Lenkradkranz, welcher ein Kranzskelett und eine das Kranzskelett zumindest teilweise umhüllende Kranzhülle umfasst, wobei das Kranzskelett einen Hohlraum aufweist, welcher zumindest teilweise mit einem Medium befüllt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lenkrades.
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In vielen Fahrzeugen werden während des Betriebes hochfrequente Eigenschwingungen bzw. Eigenvibrationen des Lenkrades angeregt, die vom Fahrer als unangenehm und störend wahrgenommen werden. Dabei können verschiedene Schwingungsformen des Lenkrades mit jeweils einem gewissen Anteil zur Problemstellung beitragen. Diese Schwingungsformen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen, nämlich die globalen Schwingungen, bei denen das gesamte Lenkrad schwingt und die kranzdominierenden Schwingformen, bei welchem der Lenkradkranz schwingt.
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Zur Lösung des Problems ist bereits daran gedacht worden, einen Stahleinleger in das Lenkrad einzubringen. Dabei wird durch den Stahleinleger neben einer Zusatzmasse auch eine Versteifung in das Lenkrad eingebracht. Hinsichtlich der Reduktion der oben genannten Schwingungen bzw. Vibrationen hat sich diese Maßnahme als nicht ausreichend effektiv herausgestellt.
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Aus der
DE 39 27 383 A1 ist bereits ein Kraftfahrzeuglenkrad mit einem Lenkradkranz bekannt, welches ein im Querschnitt rohrförmiges Kranzskelett und eine dieses umhüllende Kranzhülle umfasst. Ein im Kranzskelett angeordneter Hohlraum ist zur Verringerung der Massenträgheitsmomente mit einem fluiden Medium, insbesondere einer Wasser-ÖI-Emulsion oder einem Glykol-Wasser-Gemisch gefüllt.
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Die
DE 201 04 043 U1 offenbart eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einem Lenkrad mit einem Dämpfungsmittel und einer Tilgermasse. Das Dämpfungsmittel ist mit einer elektrischen Steuereinheit gekoppelt, welche die mechanischen Schwingungseigenschaften der Vorrichtung durch Zufuhr von elektrischer Energie zum Dämpfungsmittel so verändern kann, dass unterschiedliche Schwingungseigenschaften gedämpft werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lenkrad zur Verfügung zu stellen, bei welchem die genannten Schwingungen und Vibrationen im Betrieb des Fahrzeuges reduziert werden. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lenkrades angegeben.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Lenkrad gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Lenkrad vorgesehen, bei welchem der Hohlraum durch eine Wandfläche des Kranzskelettes und durch eine Wandfläche der aus einem elastisch verformbaren Material bestehenden Kranzhülle begrenzt ist, wobei das in dem Hohlraum angeordnete Medium aus einer Vielzahl von losen Partikeln besteht. Unter losen Partikeln werden Partikel, beispielsweise auch Granulat, Körner oder Späne verstanden, welche als Schüttgut vorliegen und untereinander nicht verbunden sind. Dabei kontaktieren die Partikel sich untereinander und liegen zumindest teilweise an den den Hohlraum begrenzenden Wandflächen des Kranzskelettes bzw. der Kranzhülle an. Während des Fahrzeugbetriebs erfolgt durch eine Interaktion der Partikel untereinander, insbesondere durch Reiben, Stoßen und/oder Abrollen und durch eine Interaktion der Partikel mit der elastisch verformbaren Kranzhülle des Lenkradkranzes eine Reduzierung bzw. Dämpfung der Schwingungsamplitude durch Energiedissipation. Hierbei werden die eingeleiteten Schwingungen in andere Energieformen, insbesondere Wärme umwandelt. Darüber hinaus wird durch die Partikel auch eine Zusatzmasse in das Lenkrad eingebracht, welche zu einer Frequenzverschiebung der Eigenschwingungen des Lenkrades von einer hochfrequenten Schwingung in Richtung einer niederfrequenten Schwingung führen. Durch die von den Partikeln gebildete Zusatzmasse wird im Gegensatz zu dem eingangs genannten Stahleinleger keine signifikante Steifigkeit in das System eingebracht, da die Partikel ausschließlich in Folge des gegenseitigen Kontaktes miteinander verbunden sind. Durch die Partikeldichte bzw. ein Partikeldruck im Hohlraum und durch die Partikelanzahl und Partikelgröße kann das Dämpfungsverhalten eingestellt und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Durch eine geringe Partikelgröße und eine große Partikelanzahl erfolgt eine intensive Interaktion der Partikel untereinander und mit dem Lenkrad, sodass sich eine große Energiedissipation in Verbindung mit einer großen Dämpfung einstellt. Durch eine Änderung des Partikeldrucks kann sowohl die Steifigkeit des Lenkradkranzes als auch die Interaktion der Partikel verändert werden.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, dass die Wandfläche des Kranzskelettes einen offenen Kanal bildet, welcher durch die Wandfläche der Kranzhülle den Hohlraum bildend verschlossen ist. Das Kranzskelett gewährleistet einerseits die Stabilität des Lenkradkranzes und bildet gleichzeitig den Aufnahmeraum für die Partikel, wodurch auch das Verfahren zur Herstellung des Lenkradkranzes vereinfacht wird. Durch die elastisch verformbare Wandfläche wird eine intensive Interaktion der Partikel mit der Wandfläche und auch untereinander ermöglicht.
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Hierbei hat sich als besonders praxisnah erwiesen, dass das Kranzskelett u-förmig ausgebildet ist. Dabei ist es auch möglich, dass das Kranzskelett v- förmig oder als Halbschale ausgebildet ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, dass die Kranzhülle aus einem Elastomer besteht und auf das Kranzskelett aufvulkanisiert ist. Nach der Vulkanisation sind ein Teil der Partikel in die den Hohlraum begrenzende Wandfläche der Kranzhülle eingebettet.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Vielzahl von Partikeln durch Quarzsand oder Metallpartikel gebildet sind. Insbesondere durch die Verwendung von Quarzsand ergibt sich eine intensive Interaktion zwischen den Partikeln untereinander und zwischen den Partikeln und dem Lenkradkranz, aus welcher eine große Energiedissipation resultiert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich der Hohlraum ringförmig umlaufend im Lenkradkranz erstreckt oder dass sich der Hohlraum in einem begrenzten Sektor des Lenkradkranzes erstreckt oder dass sich mehrere voneinander beabstandete Hohlräume in mehreren begrenzten Sektoren erstrecken. Hierdurch können die losen Partikel in Abhängigkeit der zu dämpfenden Schwingungsform in dem Lenkradkranz bzw. in dem Hohlraum angeordnet werden.
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In vorteilhafter Weise ist im Hohlraum zumindest eine sich radial erststreckende Trennwand vorgesehen. Hierdurch wird die Anordnung der Partikel in Sektoren und die Befüllung des Lenkradkranzes bei der Herstellung vereinfacht.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10.
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Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkrades vorgesehen, bei welchem eine Vielzahl von losen Partikeln in einen offenen Kanal eines Kranzskelettes eingebracht werden und dass anschließend die Kranzhülle derart auf das Kranzskelett aufvulkanisiert wird, dass sich ein die Partikel aufnehmender Hohlraum ausbildet.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 ein Lenkrad in einer perspektivischen Darstellung;
- 2 einen Schnitt gemäß Linie A-A in 1;
- 3 ein Diagramm der resultierenden Schwingungsamplituden von unterschiedlich ausgebildeten Lenkrädern.
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1 zeigt ein Lenkrad 1 für ein Fahrzeug mit einer Lenkradnabe 2, welche mittels mehrerer Lenkradspeichen 3 mit einem ringförmigen umlaufenden Lenkradkranz 4 verbunden ist. Der Lenkradkranz 4 ist der Teil des Lenkrades 1, welcher während des Fahrzeugbetriebes üblicherweise vom Fahrer des Fahrzeuges umgriffen wird. Die Lenkradnabe 2 ist mit einer nicht dargestellten Lenksäule verbunden, über welche Schwingungen von der Fahrbahn und/oder den Aggregaten des Fahrzeuges in das Lenkrad 1 übertragen werden.
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Wie aus der in 2 abgebildeten Schnittdarstellung zu erkennen ist, besteht der Lenkradkranz 4 aus einem umlaufenden Kranzskelett 5 und einer dieses außenseitig umschließenden Kranzhülle 6 aus einem elastisch verformbaren Material, beispielsweise einem Elastomer. Das u-förmig ausgestaltete Kranzskelett 5 besteht aus einem geeigneten Metall und gewährleistet die Stabilität des Lenkradkranzes 4. In einem Hohlraum 7 des Lenkradkranzes 4 sind eine Vielzahl von losen Partikeln 8, beispielsweise Quarzsand oder Metallpartikel, angeordnet. Der Hohlraum 7 wird durch eine Wandfläche 9 des Kranzskelettes 5 und eine Wandfläche 10 der Kranzhülle 6 begrenzt. Die Vielzahl an Partikeln 8 sind derart in dem Hohlraum 7 angeordnet, dass sie sich untereinander kontaktieren und zumindest teilweise an den Wandflächen 9, 10 des Kranzskelettes 5 und der Kranzhülle 6 anliegen.
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Während des Fahrzeugbetriebes erfolgt durch eine Interaktion der Partikel 8 untereinander, insbesondere durch Reiben, Stoßen und/oder Abrollen und durch eine Interaktion der Partikel 8 mit der elastisch verformbaren Kranzhülle 6 des Lenkradkranzes 4 bzw. des Lenkrades 1 eine Reduzierung bzw. Dämpfung der Schwingungsamplitude durch Energiedissipation. Hierbei werden die eingeleiteten Schwingungen in andere Energieformen, insbesondere Wärme umwandelt. Darüber wird durch die Partikel 8 auch eine Zusatzmasse in das Lenkrad 1 eingebracht, welche zu einer Frequenzverschiebung der Eigenschwingung des Lenkrades 1 führt.
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3 zeigt die resultierende Schwingungsamplitude eines Lenkrades 1 ohne Dämpfungseinrichtung (Kurve a), eines Lenkrades 1 mit einem Stahleinleger (Kurve b) und eines erfindungsgemäßen Lenkrades 1 mit einer Vielzahl von Partikeln 8 (Kurve c). Hierbei ist der durch die eingebrachten Partikel 8 erzielbare Effekt deutlich erkennbar, nämlich einerseits eine starke Amplitudenreduktion durch Energiedissipation und andererseits eine Frequenzverschiebung durch die Zusatzmasse ohne signifikante Steifigkeitserhöhung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2
- Lenkradnabe
- 3
- Lenkradspeiche
- 4
- Lenkradkranz
- 5
- Kranzskelett
- 6
- Kranzhülle
- 7
- Hohlraum
- 8
- Partikel
- 9
- Wandfläche
- 10
- Wandfläche
- a
- Kurve
- b
- Kurve
- c
- Kurve
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3927383 A1 [0004]
- DE 20104043 U1 [0005]
