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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine in einem Mantelrohr drehbar um eine Längsachse gelagerte Lenkwelle, eine Dämpfungseinrichtung, wobei diese ein gegenüber dem Mantelrohr stationäres Element und ein mit der Lenkwelle drehmäßig gekoppeltes rotierbares Element aufweist, wobei das rotierbare Element gegenüber dem stationären Element um eine Rotationsachse verdrehbar ist und wobei ein Dämpfungsfluid zwischen rotierbarem und stationärem Element angeordnet ist.
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Solche Anordnungen sind besonders bei Steer-by-Wire Lenksystem bekannt. Bei den sogenannten Steer-by-Wire Lenksystemen findet eine Lenkung der Räder nicht durch deren mechanische Kopplung mit der Lenkwelle und des mit dieser verbundenen Lenkrads statt. Der Lenkeinschlag des Lenkrades und die Lenkgeschwindigkeit werden stattdessen von Sensoren bestimmt und durch ein entsprechendes elektrisches Signal an einen Lenksteller weitergeleitet, der ein Verlenken der Räder auslöst. Dadurch ist ein Fahrzeug zwar noch immer manuell steuerbar, allerdings hat der Fahrzeugführer aufgrund des fehlenden mechanischen Lenkwiderstands, insbesondere in Abhängigkeit von Lenkwinkel und Lenkgeschwindigkeit, kein realistisches Lenk- und Fahrgefühl mehr. Um ein entsprechendes Fahrgefühl beim Fahrzeugführer zu erhalten und dessen Steuerung damit sicherer zu machen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Lenkbewegung über eine mit der Lenkwelle gekoppelte Dämpfungseinrichtung zu dämpfen. Damit wird ein den momentanen Lenkbedingungen entsprechenden Lenkwiderstand erzeugt.
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Aus der
DE 10 2008 011 859 A1 ist eine Dämpfungsvorrichtung bekannt, in der ein Elektromotor an eine Lenkwelle gekoppelt ist. Der Elektromotor wird hier im Generatorbetrieb genutzt und weist einen über eine Brückenschaltung regelbaren Widerstand auf. Ein Dämpfungsmoment kann damit über die Wahl der Brückenschaltung bzw. über die Drehzahl des Elektromotors eingestellt werden.
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Nachteilig an dieser Lösung sind der vergleichsweise aufwendige Aufbau und die damit verbundene verschlechterte Betriebssicherheit.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dämpfungssystem vorzuschlagen, welches mit einem einfachen Aufbau eine betriebssichere Dämpfung einer Lenkwelle in einem Lenksystem ermöglicht.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine in einem Mantelrohr drehbar um eine Längsachse gelagerte Lenkwelle, eine Dämpfungseinrichtung, wobei diese ein gegenüber dem Mantelrohr stationäres Element und ein mit der Lenkwelle drehmäßig gekoppeltes rotierbares Element aufweist, wobei das rotierbare Element gegenüber dem stationären Element um eine Rotationsachse verdrehbar ist und wobei ein Dämpfungsfluid zwischen rotierbarem und stationärem Element angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind zur Rotationsachse mindestens zwei parallele, das Dämpfungsfluid kontaktierende Flächen des rotierbaren Elements vorgesehen, die zueinander koaxial beabstandet angeordnet sind.
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Eine Lenksäule mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung erzeugte viskose Dämpfung ist dabei vom Fahrer als angenehm empfunden und gleichzeitig verschleiß- und wartungsarm. Die Dämpfung ist dabei durch eine der Rotation entgegengerichtete Kraft erfolgend, die durch eine Scherspannung des Dämpfungsfluids verursacht ist. Dabei ist die dämpfende Kraft proportional zur Scherspannung, welche wiederum proportional oder überproportional (quadratisch) zur Bewegungsgeschwindigkeit einer das Dämpfungsfluid kontaktierenden Oberfläche ist. Damit ist die Dämpfung proportional oder überproportional (quadratisch) zur Rotationsgeschwindigkeit der Lenkwelle. Das bedeutet, der erfindungsgemäße Rotationsdämpfer ist bei schnellen Lenkbewegungen stärker dämpfend als bei langsamen, was zur realen Reaktion der Räder aufgrund deren Trägheit korrespondierend ist und damit ein realitätsnäheres Lenkgefühl bewirkt. Ebenso erfolgt eine direkte Rückkopplung der Dämpfung auf die Lenkwelle und das Lenkrad. Die Ausführung der das Dämpfungsfluid kontaktierenden, zur Rotationsachse parallelen Flächen des rotierbaren Elements ermöglicht eine Weiterleitung einer, im Vergleich zu anderen Ausführungsformen, vergrößerten Drehgeschwindigkeit an das Dämpfungsfluid, woraus eine verbesserte Dämpfung bei vergleichbarer Raumnutzung resultiert. Die parallelen Flächen sind in Umfangsrichtung zueinander parallel, somit sind diese bevorzugt zueinander konstant beabstandet, wobei zumindest die eine Fläche die andere Fläche zumindest teilweise umgibt. Unter der parallelen Anordnung der das Dämpfungsfluid kontaktierenden Flächen zur Rotationsachse wird auch eine Abweichung bis zu ±10° zu einer idealen parallelen Anordnung verstanden. Somit kann auch davon gesprochen werden, dass die Flächen des rotierbaren Elements einen Winkel zu der Rotationsachse aufweisen, wobei der Winkel kleiner gleich 10° ist. Somit können die Flächen in diesem Sinne winklig zur Rotationsachse ausgebildet sein ohne die Lehre der Erfindung zu verlassen. Eine solche winklige Anordnung kann erforderlich sein, um beispielsweise Aushebeschrägen bereitzustellen und somit das rotierbare Elements sicher aus einem Werkzeug entfernen zu können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Rotationsachse des rotierbaren Elements parallel zur Längsachse der Lenkwelle angeordnet. Bevorzugt kann der die Rotationsachse einen Abstand grösser Null zu der Längsachse aufweisen, so dass die Rotationsachse echt parallel zur Längsachse angeordnet ist. Alternativ kann der Abstand zwischen der Rotationsachse und der Längsachse Null betragen, so dass diese parallel zueinander sind und zusammenfallen. Mit anderen Worten fällt die Rotationsachse und die Längsachse zusammen, diese sind somit koaxial zueinander.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das rotierbare Element zwei oder mehr konzentrisch angeordnete und zueinander beabstandete Hohlzylinderelemente auf. Die Dämpfung des Dämpfungsfluids ist ebenfalls proportional zu einer Fläche, auf der sie wirkend ist. Durch den hohlzylinderartigen Aufbau des rotierbaren Elements ist eine Dämpfungsfläche, welche der jeweiligen Zylindermantelfläche entspricht, des Dämpfungsfluids vorteilhaft vergrößert - die Zylindermantelfläche ist bei ausreichender Längsausdehnung, deutlich größer als eine entsprechend Zylindergrundfläche. Die Scherspannung ist ebenfalls vergrößert, da die über die jeweiligen Zylindermantelflächen gemittelten Umlaufgeschwindigkeiten bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit deutlich größer sind als entsprechend über die Zylindergrundfläche gemittelte Umlaufgeschwindigkeiten. Damit ist eine Dämpfungswirkung insgesamt deutlich verbessert.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auch das stationäre Element zwei oder mehr konzentrisch angeordnete und zueinander beabstandete Hohlzylinderelemente aufweist, wobei die jeweiligen Hohlzylinderelemente Durchmesser aufweisen, die eine kämmende Bewegung der jeweiligen Hohlzylinderelemente miteinander ermöglichend sind. Damit ist sehr vorteilhaft die Dämpfungsflüssigkeit in ebenfalls hohlzylinderförmigen Zwischenräumen zwischen den kämmenden Elementen angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders effektive Dämpfung, da eine Scherung des Dämpfungsfluids jeweils an beiden zur Rotationsachse parallelen Längsseiten eines Zwischenraums stattfinden kann. Eine erste Scherung ist relativ zum rotierenden Element stattfindend und eine zweite relativ zum stationären Element, wobei beide in entgegengesetzte Richtungen wirkend sind, da sich das rotierbare Element relativ zum stationären Element bewegend ist.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass alle Hohlzylinderelemente des stationären Elements und alle Hohlzylinderelemente des rotierbaren Elements jeweils an einem axialen Ende miteinander verbunden ausgebildet sind, insbesondere jeweils mittels einer Ringscheibe die jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung für die Lenkwelle aufweist. Dies ermöglicht eine effektive Abdichtung der Dämpfungsflüssigkeit und eine gleichmäßige Rotationsbewegung des rotierenden Elements um eine Achse.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ebenfalls vorgesehen, dass rotierbares und stationäres Element eine gleiche wirksame axiale Länge aufweisen, was eine effektive Platzausnutzung und eine korrespondierende Fertigung der Elemente ermöglicht, sowie die Abdichtung erleichtert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zur Rotationsachse parallele Längen einer innersten Fläche des rotierbaren Elements und einer äußersten Fläche des stationären Elements übereinstimmend, wodurch axiale Enden des erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers ringförmig ausgebildet sind und das Abdichten des Dämpfungsfluids erleichtert ist.
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Es ist außerdem erfindungsgemäß, dass ein Abstand zwischen den Hohlzylinderelementen von stationärem zu rotierbaren Element senkrecht zu ihrer Längsachse ungleich, insbesondere kleiner ist als ein Abstand zwischen einem freien axialen Ende eines Hohlzylinderelements und der diesem Ende jeweils axial gegenüberliegenden Ringscheibe. Dadurch ist eine gewisse Pufferwirkung der Bewegung des Dämfungsfluids erreicht, was beispielsweise vorteilhaft bei schnellen Lenkbewegungen und Richtungsänderungen sowie in Bezug auf eine eventuelle Erwärmung des Dämpfungsfluids ist.
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In einer weiteren Ausführungsform sind das rotierbare Element und das stationäre Element die Lenkwelle umgebend ausgebildet, was wiederum eine Platzersparnis bedeutet. Lenkwelle und rotierbares Element sind in dieser Ausführungsform sehr vorteilhaft direkt miteinander gekoppelt.
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Es ist außerdem vorgesehen, dass die Rotationsachse des rotierbaren Elementes mit der Lenkwellenachse zusammenfällt, was wiederum eine direkte Kopplung der beiden Rotationsbewegungen ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist es außerdem vorgesehen, dass das Dämpfungsfluid Silikonöl ist. Damit ist aufgrund der im relevanten Bereich weitgehend temperaturunabhängigen Viskosität eine durch entstehende Reibungswärme kaum beeinflusste Dämpfung erreicht. Weiterhin hat Silikonöl den Vorteil, ungiftig zu sein.
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Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, dass ein Getriebe zwischen Lenkwelle und rotierbarem Element angeordnet ist. Bevorzugt ist das Getriebe als Zahnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Reibradgetriebe oder Umschlingungsgetriebe, besonders bevorzugt als Riemengetriebe, beispielsweise als Zahnriemengetriebe, ausgebildet. Dadurch ist ein vorteilhaft Konstruktionsspielraum erhöht. Weiterhin ist die Amplitude der Rotation veränderbar und eine direkte Kopplung zwischen Rotationsdämpfer und Lenkwelle ist verhindert. Bevorzugt wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes so gewählt, dass die Rotation der Lenkwelle ins Schnelle übersetzt ist, somit dreht sich das rotierbare Element bei einer vollen Umdrehung der Lenkwelle mehr als eine volle Umdrehung Bevorzugt ist das Übersetzungsverhältnis kleiner als 0,8, besonders bevorzugt kleiner 0,5. Dank einer solchen Übersetzung kann das Dämpfungsverhalten weiter verbessert werden.
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Bevorzugt ist das Mantelrohr mit dem Kraftfahrzeug direkt oder indirekt verbind bar.
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Bevorzugt ist das Mantelrohr in einem Außenmantelrohr verschiebbar aufgenommen, wobei das Außenmantelrohr von einer Konsole getragen ist, die mit dem Fahrzeug verbindbar ist. Bevorzugt ist das Mantelrohr relativ zur Konsole verstellbar. Diese Verstellung kann in einer Ausführung manuell erfolgen. In einer alternativen Ausführungsvariante erfolgt die Verstellung mittels zumindest einen motorischen Verstellantriebs.
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Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Figuren erläutert, diese zeigen:
- 1: die Schematische Darstellung eines Steer-by-Wire Lenksystems;
- 2: eine elektrisch verstellbare Lenksäule;
- 3: einen teilweise im Querschnitt dargestellten Ausschnitt der in 2 gezeigten Lenksäule mit Dämpfungseinrichtung;
- 4: Elementdarstellung der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung;
- 5: Querschnitt der Lenksäule gemäß 2;
- 6 Detail Querschnitt der Lenksäule gemäß 5 im Bereich der Dämpfungseinrichtung;;
- 7 Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers gemäß 6;
- 8 Lenksäule in einer zweiten Ausführungsvariante mit passivem Feedback-Aktuator;
- 9 passiver Feedbackaktuator aus 8 in einer teilweise auseinander gezogenen Darstellung;
- 10 Lenksäule in einer dritten Ausführungsvariante, wobei die Dämpfungseinrichtung unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit der Lenkwelle gekoppelt ist;
- 11 Lenksäule in einer weiteren Ausführungsvariante, wobei die Dämpfungseinrichtung unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit der Lenkwelle gekoppelt ist.
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Fig . 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire Lenksystems. Dieses umfasst eine Eingabeeinheit 24, die über eine elektrische Leitung 25 mit einem elektrischen Lenkungsantrieb 26 verbunden ist. Die Eingabeeinheit 24 weist einen Feedback-Aktuator 23 auf mit einer Lenkwelle 2, an deren bezogen auf die Fahrtrichtung hinteren Ende eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 22 angebracht ist.
Der Feedback-Aktuator 23 dient zur Einspeisung eines Rückkopplungsmoments durch einen Lenkradsteller, welcher auf die Lenkwelle 2 wirkend ist. Ein entsprechendes Rückkopplungssignal wird gemäß der Fahreigenschaften, wie Fahrbahnbeschaffenheit, Lenkradausschlag oder Fahrgeschwindigkeit generiert womit bei einem Fahrer ein realistisches Fahrgefühl erzeugt werden soll.
Der Lenkungsantrieb 26 umfasst einen Stellmotor 27, der ein Lenkungs-Stellmoment in ein Lenkgetriebe 28 einleitend ist. Dort wird das Lenkungs-Stellmoment über ein Ritzel 29 und eine Zahnstange 30 in eine Translationsbewegung von Spurstangen 31 umgesetzt, wodurch ein Lenkeinschlag der gelenkten Räder 32 bewirkt wird.
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2 zeigt eine elektrisch verstellbare Lenksäule. Innerhalb eines teilweise in einem Außenmantelrohr38 angeordneten Mantelrohrs 33, welches auch als inneres Mantelrohr 33 bezeichnet werden kann, ist eine Lenkwelle 2 drehbar gelagert, die in Richtung des dargestellten Lenkwellenendes 36 mit einem nicht dargestellten Lenkrad 22 derart verbindbar ist, so dass mit Hilfe des Lenkrads 22 eine Lenk-bzw. Drehbewegung als ein Lenkmoment in die Lenkwelle 2 einbringbar ist. Ein Abstand zu einem dem Lenkrad 22 gegenüberliegenden Fahrersitz ist über eine Änderung einer effektiven Mantelrohrlänge 37 durch Einführen oder Ausführen des Mantelrohrs 33 in das Außenmantelrohr 38 einstellbar. Dazu ist ein mit der äußeren Führung 38 verbundener elektrischer Verstellantrieb 34 entlang einer Gewindestange 35 bewegbar ausgebildet. Weiters ist das Außenmantelrohr 38 verschwenkbar an einer Trageinheit 300 gehalten, wobei das Außenmantelrohr 38 zusammen mit dem Mantelrohr 33 und der Lenkwelle 2 gegenüber der Trageinheit 300 um eine Schwenkachse 301 verschwenkbar ist. Die Verschwenkung erfolgt mittels eines weiteren eleketrischen Verstellantriebs 341. Die Trageinheit 300 umfasst Befestigungsstrukturen 302 zur Kopplung der Trageinheit mit dem nicht dargestellten Kraftfahrzeug. Die Trageinheit 300 kann auch als Konsole bezeichnet werden.
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3 zeigt einen teilweise im Querschnitt dargestellten Ausschnitt der Lenksäule, wie sie in der 2 dargestellt ist, aufweisend eine Dämpfungseinrichtung 1, der auch als Rotationsdämpfer bezeichnet werden kann. Der Rotationsdämpfer weist ein rotierbares Element 3 und ein stationäres Element 4 auf, wobei das rotierbare Element 3 in der dargestellten Ausführungsform die Lenkwelle 2 umgebend und mit dieser drehfest verbunden ist. Diese Verbindung zwischen dem rotierbaren Element 3 und der Lenkwelle 2 kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen. Damit ist eine Drehung der Lenkwelle 2 eine Drehung des rotierbaren Elements 3 bewirkend. Das stationäre Element 4 ist in dieser Ausführungsform mit dem Mantelrohr 33 verbunden und drehmomentenschlüssig gekoppelt, so dass das stationäre Element 4 unverdrehbar in dem Mantelrohr 33 gehalten ist. Auch diese Verbindung zwischen dem stationären Element 4 und dem Mantelrohr 33 kann kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen. Rotierbares Element 3 und stationäres Element 4 sind in der dargestellten Ausführungsform einander kämmend ausgebildet, wobei diese zueinander einen Abstand aufweisen. Zwischen sich jeweils gegenüberliegenden Flächen der beiden Elemente 3,4 ist ein Dämpfungsfluid 6 vorgesehen. Eine Drehung des rotierbaren Elements 3 ist über Scherung eine Drehbewegung der jeweils angrenzenden Flüssigkeitsschichten des Dämpfungsfluids 6 verursachend. Die relative Bewegung der an das stationäre Element 4 grenzenden Schichten des Dämpfungsfluids 6 ist eine weitere, der ersten Scherkraft entgegengerichtete Scherung verursachend. Beide Scherungen sind eine, der Rotation des rotierenden Elements 3 entgegengerichtete, Kraft bewirkend was gleichbedeutend ist mit einer Dämpfung. Diese Dämpfung ist über die Kopplung von Lenkwelle 2 und rotierbarem Element 3 ebenso die Rotation der Lenkwelle 2 um eine Lenkwellenachse 8 dämpfend, womit ein Fahrer auch an einem mit der Lenkwelle 2 gekoppelten Lenkrad 22 eine entsprechende Gegenkraft spürt. Zur Rotationsachse 7 parallele, das Dämpfungsfluid 6 kontaktierende Flächen 20 des rotierbaren Elements 3 sind derart angeordnet, dass sie einander entlang einer Flächennormalen 21 gegenüberliegend sind. Erfindungsgemäß sind zur Rotationsache 7 mindestens zwei parallele, das Dämpfungsfluid 6 kontaktierende Flächen 20 des rotierbaren Elements 3 vorgesehen, die zueinander koaxial beabstandet angeordnet sind. Damit ist das Dämpfungsfluid 6 zwischen koaxialen, zylinderförmigen Rotationsflächen geführt. In der gezeigten Ausführungsform sind stationäres und rotierbares Element 4, 3 jeweils aus koaxialen Hohlzylinderelementen 10, 9 aufgebaut, womit die zur Rotationsachse 7 parallelen, das Dämpfungsfluid 6 kontaktierenden Flächen 20 des rotierbaren Elements 3 den Mantelflächen der Hohlzylinderelemente 9 entsprechen. Die Hohlzylinderelemente 9 des rotierbaren Elements 3 sind jeweils an einem axialen Ende 12 mittels einer Ringscheibe 14 verbunden ausgebildet. Ebenso sind die Hohlzylinderelemente 10 des stationären Elements jeweils an einem axialen Ende 12 mittels einer weiteren Ringscheibe 13 verbunden ausgebildet. Durch die äquivalenten axialen Längen 17 der Hohlzylinderelemente 9,10 sind stationäres Element 4 und rotierbares Element 3 bis auf einen radialen Versatz spiegelbildlich aufgebaut. Die Hohlzylinderelemente 9, 10 des stationären Elements 4 und des rotierbaren Elements 3 sind ausgehend von der Rotationsachse 7 radial nach außen alternierend angeordnet.
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Die 4 zeigt eine Elementdarstellung der Dämpfungseinrichtung gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform, wobei das rotierbare Element 3 und das stationäre Element 4 auseinandergezogen sind. Gut zu erkennen ist der äquivalente Aufbau von rotierbarem Element 3 und stationärem Element 4 aus koaxialen Hohlzylinderelementen 9, 10. Die Durchmesser 11 der Hohlzylinderelemente 9, 10 sind dabei im betriebsbereiten Zustand des Rotationsdämpfers, sprich, wenn rotierbares und stationäres Element 3, 4 gemäß 3 erfindungsgemäß zusammengefügt sind, eine kämmende Bewegung der jeweiligen Hohlzylinderelemente 9, 10 ermöglichend. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser 11 eines innersten Hohlzylinders 9 des rotierbaren Elements 3 kleiner als der Durchmesser 11 eines innersten Hohlzylinders 10 des stationären Elements 4. Stationäres und rotierbares Element 4,3 sind jeweils eine Durchgangsöffnung 15, 16 zur Durchführung der Lenkwelle 2, bzw., bei zur Längsachse 8 der Lenkwelle 2 paralleler Ausführungsform der Rotationsachse 7, zur Durchführung einer Drehachse 45 aufweisend. Ebenso ist der Durchmesser 11 eines äußersten Hohlzylinderelements 10 des stationären Elements 4 größer als der Durchmesser 11 eines äußersten Hohlzylinderelements 9 des rotierbaren Elements 3. Die Hohlzylinderelemente 10, 9 weisen jeweils ein mit einer Ringscheibe 13, 14 verbundenes axiales Ende 12 sowie ein diesem gegenüberliegendes freies axiales Ende 18 auf. Damit ist das Dämpfungsfluid im betriebsbereiten Zustand des erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers zwischen den Mantelflächen der Hohlzylinderelemente 9, 10 geführt sowie zwischen jeweils freien axialen Enden 18 und gegenüberliegender Ringscheibe 14, 13.
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5 zeigt einen Querschnitt einer Lenksäule gemäß 2 mit Dämpfungseinrichtung 1 und einem aktivem Feedback-Aktuator. Zu erkennen ist die drehbare Anordnung der Lenkwelle 2 über die als Wälzlager ausgebildeten Lager 41 im Mantelrohr 33. Ebenso dargestellt ist der elektrische Verstellmechanismus mittels Verstellantrieb 34 und Gewindestange 35, der das Mantelrohr 33 in der äußeren Führung axial bewegend ist. Die dargestellte Lenksäule weist weiterhin einen mit der Lenkwelle 2 verbundenen Rotor 40 und einen diesem gegenüberliegenden, mit dem Mantelrohr 33 verbundenen Stator 39 auf. Dieser Stator 39 und Rotor 40 wirken als Elektromotor zusammen, wobei diese Teil des aktiven Feedback-Aktuators sind, wobei dieser derart ausgebildet ist ein Drehmoment in die Lenkwelle 2 einzutragen. Ein Dämpfungsmoment, das entsprechend der Fahreigenschaften und der Reibung der Räder generiert wird, ist zwischen Rotor und Stator über deren relative zueinander gegenläufige Bewegung und entsprechend auftretende Reibungskräfte einkoppelbar, womit hier ein aktiver Feedback-Aktuator als Elektromotor wirkend ist.
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6 zeigt den Querschnitt des erfindungsgemäßen, eingebauten Rotationsdämpfers entsprechend 3 und 5. In der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist eine zur Rotationsachse 7 parallele Länge 44 einer innersten, mit der Lenkwelle 2 verbundenen Fläche 42 des rotierbaren Elements 3 genauso groß wie eine zur Rotationsachse 7 parallele Länge 44 einer äußersten, mit dem Mantelrohr 33 verbundenen Fläche 43 des stationären Elements 4. Dies ermöglicht eine insgesamt ringförmige, kompakte Ausführung des erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers, wodurch eine besonders stabile Rotation ermöglicht ist. Das Dämpfungsfluid 6 einschließende als Schnurringdichtung (O-Ring) ausgebildeten Dichtungen 46 sind in der gezeigten Ausführung zwischen einem innersten Hohlzylinder 9 und Ringscheibe 13 und zwischen einem äußerten Hohlzylinder 10 und Ringscheibe 14 vorgesehen sind. Alternativ können als Dichtung auch andere Dichtungsanordnungen zum Einsatz kommen, beispielsweise Radialwellendichtringe.
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7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers, wie in 6 dargestellt. Gut erkennbar ist in der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform, dass ein Abstand A zwischen den Hohlzylinderelementen 9, 10 des rotierbaren und des stationären Elements 3, 4 kleiner ist, als ein Abstand B zwischen einem freien axialen Ende 18 eines Hohlzylinderelements 9 und der diesem gegenüberliegenden Ringscheibe 13. Im entsprechenden, zur Rotationsachse 7 parallelen Zwischenraum 47 mit der Breite A und der Länge, die der axialen Länge des Hohlzylinderelements 9 entsprechend ist, ist das Dämpfungsfluid 6 parallel zur Rotationsachse 7 geführt. Je kleiner A, desto größer dabei die über A gemittelte Scherwirkung auf das Dämpfungsfluid 6. In einem weiteren Zwischenraum 48 mit der Breite entsprechend eines Abstandes zwischen zwei Hohlzylinderelementen 10 und einer Länge entsprechend dem Abstand B ist ebenfalls das Dämpfungsfluid 6 geführt. Da B in der dargestellten, vorteilhaften Ausführungsform deutlich größer ist als A, ist die über B gemittelte Scherwirkung auf das Dämpfungsfluid 6, die genaue relative Drehgeschwindigkeit der das Dämpfungsfluid 6 jeweils kontaktierenden Flächen von rotierbaren bzw. stationären Element 3, 4 vernachlässigend, deutlich kleiner als A. Damit ist erreicht, dass das Dämpfungsfluid 6 in den Zwischenräumen 48 mit der Länge B eine Art Pufferwirkung im Hinblick auf das schneller bewegte und stärker gescherte Dämpfungsfluid 6 in den Zwischenräumen 47 der Breite A hat.
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Bevorzugt beträgt der Wert der Breite A weniger als 75% des Wertes der Länge B. Besonders bevorzugt beträgt der Wert der Breite A weniger als 50% des Wertes der Länge B.
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8 zeigt eine manuell verstellbare Lenksäule mit passivem Feedback-Aktuator 50. Ein hier nicht sichtbarer, erfindungsgemäßer Rotationsdämpfer ist in einem Mantelrohr 33 angeordnet. Das Mantelrohr 33 ist innerhalb einem Außenmantelrohr 38 verschiebbar angeordnet, analog zu der in der 2 dargestellten Lenksäule. Allerdings ist bei der dargestellten Lenksäule eine Verschiebung des Mantelrohrs 33 nicht elektrisch, sondern manuell durchführbar. Dazu umfasst die Lenksäule eine Fixiereinrichtung 49. Die Fixiereinrichtung 49 ist mittels eines Hebels 491 zwischen einer Freigabestellung und einer Fixierstellung umschaltbar, wobei das Mantelrohr 33 in der Freigabestellung relativ gegenüber der Trageeinheit 300 verstellbar ist, wobei das Mantelrohr 33 gegenüber dem Außenmantelrohr 38 teleskopierbar ist und/oder das Mantelrohr 33 zusammen mit dem Außenmantelrohr 38 relativ gegenüber der Trageinheit 300 um eine Schwenkachse 301 verschwenkbar ist. In der Fixierstellung ist das Mantelrohr 33 gegenüber dem Außenmantelrohr 38 und der Trageinheit 300 festgesetzt. Der Hebel 491 ist wirkmäßig mit einer Spannachse 492 gekoppelt, wobei weiters eine mit dem Hebel 491 drehmomentenschlüssig gekoppelte Nockenscheibe mit einer Kulissenscheibe zusammenwirkt, so dass bei Verdrehung des Hebels 491 die Nockenscheibe gegenüber der Kulissenscheibe verdreht wird, so dass ein Hub bereitgestellt wird, der zu einer Verklemmung in der Fixierstellung führt. An einem dem lenkradseitigen Lenkwellenende 36 gegenüberliegenden Ende 51 der äußeren Führung 38 ist ein passiver Feedback-Aktuator 50 angeordnet, der mit der Lenkwelle 2 gekoppelt ist. Dieser ist ein Reaktionsmoment erzeugend, welches einem durch ein hier nicht dargestelltes Lenkrad 22, welches ebenfalls mit der Lenkwelle 2 gekoppelt ist, eingebrachtes Lenkmoment entgegengerichtet ist.
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9 ist ein Ausschnitt aus 8, welcher den passiven Feedback-Aktuator 50 in einer teilweise auseinander gezogenen Darstellung zeigt. Dieser weist das Außenmantelrohr 38umgebende gegensinnig angeordnete Flachspiralfedern 52 auf, die bei Drehung des Lenkrads 22 und damit bei Drehung der Lenkwelle 2 eine Rückstellkraft aufbringend sind. An das Ende 51 des Außenmantelrohrs 38 ist eine Schutzkappe 53 aufsetzbar, die im aufgesetzten Zustand die Flachspiralfedern 52 umgebend ist und diese vor Schmutz oder äußerer Beanspruchung schützend ist.
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10 zeigt eine elektrisch verstellbare Lenksäule ähnlich der in 5 dargestellten. Allerdings ist hier ein Rotationsdämpfer 1 außerhalb des Mantelrohrs 33 und außerhalb des Außenmantelrohrs 38 in einem Gehäuse 54 angeordnet und in einem Lagerabschnitt 540 des Außenmantelrohrs 38 gehaltert. Das rotierbare und das stationäre Element 3, 4 sind um eine Drehachse 45 angeordnet. Die Drehachse 45 und damit auch die Rotationsachse 7 des rotierbaren Elements 3 ist dabei parallel zur Längsachse 8 der Lenkwelle 2, wobei die Rotationsachse 7 einen Abstand größer Null zu der Längsachse 8 aufweist. Mit der Drehachse 45 ist das stationäre Element 4 drehmomentenschlüssig gekoppelt, wobei die Drehachse 45 gegenüber dem Lagerabschnitt 540 unverdrehbar ist. Mit der Lenkwelle 2 drehfest verbunden ist eine Übertragungswelle 55 innerhalb des Außenmantelrohrs 38 drehbar gelagert. Dabei ist die Lenkwelle 2 über den Verstellantrieb 34 axial beweglich zur teilweise in ihr geführten Übertragungswelle 55. An der Übertragungswelle 55 ist ein Getriebe 19, hier ein Umschlingungsgetriebe, welches bevorzugt ein Riemengetriebe und besonders bevorzugt ein Zahnriemengetriebe ist, angeordnet. Die Übertragungswellen 55 weist eine Zahnriemenscheibe 551 auf. Das Gehäuse 54 weist auf seinem Außenumfang eine weitere Zahnriemenscheibe 541 auf. Die Zahnriemenscheiben 551, 541 sind über einen Zahnriemen 190 miteinander drehmomentenschlüssig gekoppelt. Dadurch ist eine durch eine Drehung der Lenkwelle 2 verursachte Drehung der Übertragungswelle 55 in eine Rotation des Gehäuses 54 und das mit dem Gehäuse 54 gekoppelte rotierbare Element 3 übersetzt. Das Gehäuse 54 ist rotierbar auf der Drehachse 45 gelagert. Zwischen dem rotierbaren Element 3 und dem stationären Element 4 ist ein Dämpfungsfluid 6 angeordnet.
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11 zeigt eine elektrische verstellbare Lenksäule analog zur 10 dargestellten mit einem im Vergleich zur 10 veränderten Getriebe 19. Dieses ist weiterhin zwischen Lenkwelle 2 bzw. Übertragungswelle 55 und einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Rotationsdämpfers 1 angeordnet. In der gezeigten Darstellung ist das Getriebe 19 als Zahnradgetriebe, bevorzugt als Stirnradgetriebe ausgebildet. Die Übertragungswelle 55 ist mit einem Stirnrad 552 drehmomentenschlüssig gekoppelt. Das Stirnrad 552 weist eine Verzahnung mit einer Vielzahl von Zähnen auf. Das Gehäuse 54 weist auf seinem Außenumfang eine Verzahnung mit einer Vielzahl von Zähne zur Bildung eines weiteren Stirnrads 542 auf, wobei das Stirnrad 542 mit dem Stirnrad 552 in Eingriff steht. Dadurch ist eine durch eine Drehung der Lenkwelle 2 verursachte Drehung der Übertragungswelle 55 in eine Rotation des Gehäuses 54 und des mit dem Gehäuse 54 gekoppelten rotierbaren Elements 3 übersetzt. Das Gehäuse 54 ist rotierbar auf der Drehachse 45 gelagert. Zwischen dem rotierbaren Element 3 und dem stationären Element 4 ist ein Dämpfungsfluid 6 angeordnet. Die Rotationsachse 7 und die Längsachse 8 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei die Längsachse 8 und die Rotationsachse 7 einen Abstand größer Null zueinander aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011859 A1 [0003]
