DE10313902B4

DE10313902B4 - Dämpfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10313902B4
Application number: DE10313902A
Authority: DE
Inventors: Joseph J. Jr. Ortonville Davis; Sarkis B. Rochester Hills Mikhjian; Wael Rochester Hills Youssef-Agha; Michael J. Royal Oak Hier
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: International Automotive Components Group LLC
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: GB2394996A; GB2394996B; US7125048B2; DE10313902A1; US20040084888A1; GB0306786D0

Abstract

Schwingungstilger (10) für eine Fahrzeuglenksäulenanordnung, umfassend: ein Bauteil als Lenksäulenstützwinkel (26), um eine Lenksäule aufzunehmen, wobei der Lenksäulenstützwinkel (26) an mindestens einer Wagenquerstrebenanordnung oder einer Brandschutzwand des Fahrzeugs befestigt (40) wird;
mindestens ein scheibenförmiges Element, welches eine in der Mitte angeordnete Öffnung aufweist, welche durch eine innere Wand gebildet wird, wobei eine äußere Wand in Radialrichtung in Abstand von der inneren Wand angeordnet ist, wobei eine Stegstruktur dazwischen angeordnet ist, wobei die äußere Wand mindestens einen Abschnitt des Lenksäulenstützwinkels (26) aufnimmt, und
eine zylindrische Stange (28), die in die mittlere Öffnung des mindestens einen scheibenförmigen Elements eingeführt wird, wobei die zylindrische Stange mit dem mindestens einen scheibenförmigen Element zusammenwirkt, um Schwingungen, welche von dem Fahrzeug herrühren, in dem Bauteil des Lenksäulenstützwinkels (26) zu kompensieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungstilger (im Folgenden: Schwingungsdämpfungsvorrichtung) und insbesondere eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung für beispielsweise ein Fahrzeug-Armaturenbrett oder eine Lenksäule, wobei die Schwingungsdämpfngsvorrichtung Schwingungen, welche zu unerwünschten Geräuschen führen, unterdrückt.
In einem Fahrzeug ist eine Lenksäule typischerweise an einer Wagenquerstrebe der Konstruktion befestigt, entweder direkt oder durch eine Lenksäulenhaltestruktur. Die Lenksäulenhaltestruktur muss die Last der Lenksäule und andere Lasten, welche mit einer Verwendung des Fahrzeugs verbunden sind, aufnehmen und die Lasten wirksam auf die Wangenquerstrebe der Konstruktion zur Verteilung auf die Seitenwände des Fahrzeugs verteilen.
Zusätzlich zum Ausgleichen der verschiedenen Lasten der Lenksäule müssen die Lenksäufenhaltestruktur und die Strebe der Konstruktion Schwingungen und die unerwünschten Wirkungen davon berücksichtigen. Typischerweise ist es erforderlich, zusätzliche Masse und Materialien zu der Konstruktionsverstärkung und der Strebe der Konstruktion hinzuzufügen, um das Auftreten von Schwingungen zu begrenzen. Dies führt jedoch zu unerwünschtem Gewicht, welches zu dem Fahrzeug hinzugefügt wird. Ferner werden die Schwingungen auf die Lenksäule übertragen, wodurch unerwünschte Geräusche erzeugt werden oder eine Übertragung auf die Hände des Fahrers erfolgt.

Ein Schwingungstilger für die Lenksäule eines Kraftfahrzeuges ist aus der DE 198 21 165 A1 bekannt. Dieser Schwingungstilger wird jedoch im Inneren der hohlen Lenksäule selbst angeordnet und ist daher schwierig zu montieren. Ein weiterer Schwingungstilger, der jedoch ebenfalls im Inneren eines rohrförmigen Maschinenteils und somit ebenso schwierig zu montieren ist, ist aus der DE 36 30 870 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung herzustellen, welche Schwingungen und Geräusche in einem Kraftwagen unterdrückt, wobei das Gewicht, welches zu einem Fahrzeug hinzugefügt wird, um die Schwingungen und die Geräusche zu begrenzen, minimiert wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schwingungstilger mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschend eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung entdeckt, welche Schwingungen und Geräusche in einem Kraftwagen unterdrückt, wobei das Gewicht, welches zu einem Fahrzeug hinzugefügt wird, um die Schwingungen und die Geräusche zu begrenzen, minimiert wird.

Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung umfasst:
mindestens ein generell scheibenförmiges Element, welches eine in der Mitte angeordnete Öffnung aufweist, welche durch eine innere Wand gebildet wird, wobei eine äußere Wand in Radialrichtung in Abstand von der inneren Wand angeordnet ist, wobei eine Vielzahl von in Radialrichtung nach außen verlaufenden Speichen dazwischen angeordnet ist, wobei die äußere Wand geeignet gestaltet ist, um durch mindestens einen Abschnitt des Rahmenbauelements aufgenommen zu werden; und
eine zylindrische Stange, welche geeignet gestaltet ist, um in die mittlere Öffnung des mindestens einen scheibenförmigen Elements eingeführt zu werden, wobei die zylindrische Stange mit dem mindestens einen scheibenförmigen Element geeignet zusammenwirkt, um Schwingungen, welche von dem Rahmenbauelement herrühren, zu dämpfen.

Sowohl die obigen als auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für Fachkundige leicht aus der folgenden genauen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels bei Betrachtung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung ersichtlich, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Lenksäulenstützwinkels ist, welcher die Dämpfungsvorrichtung von 1 umfaßt, wobei ein Abschnitt des Lenksäulenstützwinkels zur besseren Darstellung der Dämpfungsvorrichtung ausgeschnitten ist;
3 eine vergrößerte Teilausschnittsansicht gemäß der Linie 3-3 von 2 ist, welche die Dämpfungsvorrichtung in dem Lenksäulenstützwinkel angebracht darstellt;
4 eine perspektivische Ansicht einer Wagenquerstrebenanordnung ist, welche den in 2 dargestellten Lenksäulenstützwinkel umfaßt; und
5 eine Draufsicht der in 4 dargestellten Wagenquerstrebenanordnung ist.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In der Zeichnung und speziell in 1 ist generell bei 10 eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung dargestellt, welche die Merkmale der Erfindung umfaßt. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung 10 weist eine generelle Scheibengestalt mit einer in der Mitte angeordneten Öffnung 12 auf. Eine Steganordnung bzw. eine Vielzahl in Radialrichtung nach außen verlaufender Speichen 14 verläuft von einer inneren Wand 16, welche die Öffnung 12 bildet, nach außen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Speichen 14 einen generell S-förmigen Querschnitt auf. Es sei bemerkt, daß andere Speichenformen bzw. Bauweisen verwendet werden können, ohne von Umfang und Prinzip der Erfindung abzuweichen. Die Speichen 14 enden bei einer äußeren Wand 18 der Schwingungsdämpfungsvorrichtung 10. Ein Paar in Abstand angeordneter, in Umfangsrichtung verlaufender Wände 20, 22 verläuft in Radialrichtung außerhalb der äußeren Wand 18 derart, daß ein ringförmiger Kanal 24 dazwischen ausgebildet wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Schwingungsdämpfungsvorrichtung aus einem Kunststoff-Spritzgußteil hergestellt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß andere herkömmliche Materialien oder Kombinationen davon, wie beispielsweise Metall und Kunststoff-Spritzgußteile, verwendet werden können, ohne von Umfang und Prinzip der Erfindung abzuweichen.
In 2 ist ein hohler Lenksäulenstützwinkel 26 dargestellt, welcher die Dämpfungsvorrichtung 10 umfaßt. An jedem Ende einer zylindrischen Stange 28 ist eine Dämpfungsvorrichtung 10 angeordnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine massive zylindrische Messing- bzw. Aluminiumstange 28 verwendet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß andere herkömmliche Materialien, wie etwa Stahl, Keramik und ähnliches verwendet werden können, ohne von Umfang und Prinzip der Erfindung abzuweichen. Jede Dämpfungsvorrichtung 10 wird in übereinstimmender Weise in einer Seitenwand eines Paares von Seitenwänden 30, 32 des Stützwinkels 26 gehalten. Eine vordere Wand 34 ist zwischen den Seitenwänden 30, 32 und im wesentlichen lotrecht dazu angeordnet und ist geeignet gestaltet, an einer (nicht dargestellten) Brandschutzwand eines Kraftwagens befestigt zu werden. Eine geneigte hintere Wand 36 und eine obere Wand 38 vervollständigen den Stützwinkel 26. Lenksäulenbefestigungszapfen 40 sind abstehend an dem Stütz winkel 26 angebracht, um eine (nicht dargestellte) Lenksäule daran zu befestigen.
Eine Schnittansicht der Schwingungsdämpfungsvorrichtung 10, welche in der Seitenwand 30 des Stützwinkels 26 angebracht ist, ist in 3 dargestellt. Die Dämpfungsvorrichtung 10 ist durch Anordnen der Seitenwand 30 in dem ringförmigen Kanal 24 in einer Öffnung der Seitenwand 30 angebracht, wobei jeweils eine der Wände 20, 22 auf gegenüberliegenden Seiten der Seitenwand 30 angeordnet ist. Die äußere Wand der Dämpfungsvorrichtung 10 liegt dicht an einer Oberfläche an, welche die Öffnung der Seitenwand 30 bildet. Die Dämpfungsvorrichtung 10 in der Seitenwand 32 ist in ähnlicher Weise angebracht.
In den 4 und 5 ist der Stützwinkel 26 in Befestigung an einer Wagenquerstrebenanordnung 42 dargestellt. Ein Paar von Wagenquerstrebenanordnungs-Befestigungselementen 44, 46 verläuft von der Wagenquerstrebenanordnung 42 ausgehend geeignet zur Befestigung an dem (nicht dargestellten) Rahmen des Fahrzeugs. Ein erstes Seitenwandbefestigungselement 48 ist an einem Ende der Wagenquerstrebenanordnung 42 angeordnet, um die Wagenquerstrebenanordnung 42 an einem (nicht dargestellten) Seitenwandrahmen des Fahrzeugs zu befestigen. Ein zweites (nicht dargestelltes) Seitenwandbefestigungselement ist an dem anderen Ende der Wagenquerstrebenanordnung 42 angeordnet. Um die Wagenquerstrebenanordnung 42 weiter zu stabilisieren, ist ein Mittelabschnittsbefestigungselement 50 abstehend daran angebracht, um die Wagenquerstrebenanordnung 42 an der Brandschutzwand des Fahrzeugs zu befestigen. Die Wagenquerstreben-Befestigungselemente 44, 46, das erste Seitenwandbefestigungselement 48, das zweite Seitenwandbefestigungselement und das Mittelabschnittsbefestigungselement 50 wirken geeignet zusammen, um die Wagenquerstrebenanordnung 42 im wesentlichen fest an dem Rahmen des Fahrzeugs zu befestigen.
Bei Betrieb werden Schwingungen, welche durch den Fahrzeugmotor, Straßenunebenheiten, welche durch das Aufhängungssystem des Fahrzeugs übertragen werden, und ähnliches auf das Lenkrad übertragen. Diese Schwingungen sind zuletzt durch die Hände des Fahrers des Fahrzeugs zu spüren. Wenn sich die Schwingungen auf dem Weg zu dem Lenkrad durch das Fahrzeug bewegen, müssen diese durch den Stützwinkel 26 laufen. Die Dämpfungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung fängt die Schwingungen ab, wenn diese durch den Stützwinkel 26 laufen.
Wenn die Schwingungen beginnen, in den Stützwinkel 26 einzutreten, beginnt der Stützwinkel 26 gleichfalls zu schwingen. Der äußere Abschnitt der Dämpfungsvorrichtung 10 beginnt, mit dem Stützwinkel 26 zu schwingen. Die Schwingungen werden durch die Speichen 14 der Dämpfungsvorrichtung 10 aufgenommen und auf die zylindrische Stange 28 übertragen, wodurch bewirkt wird, daß die zylindrische Stange 28 schwingt. Die Größe und das Gewicht der zylindrischen Stange 28 sowie die Anordnung in dem Stützwinkel 26 der zylindrischen Stange 28 sind geeignet angepaßt, um die Schwingungen, welche in den Stützwinkel 26 eintreten, durch die zylindrische Stange 28 zu kompensieren. Somit werden die Schwingungen, welche weiter zu der Lenksäule und dem Lenkrad laufen, auf eine Frequenz und Amplitude vermindert, so daß diese für den Fahrer des Fahrzeugs nicht zu spüren sind.
Der Lenksäulenstützwinkel 26 muß ein Erreichen einer Eigenfrequenz und die unerwünschten Wirkungen davon ausgleichen. Die Eigenfrequenz ist ein Schwingungszustand des Fahrzeugkonstruktionssystems, welcher bei Erreichen davon zu unerwünschten Schwingungen der Lenksäule und anderer Bauelemente in dem Fahrzeug führt.
Typischerweise wird bei Fahrzeugkonstruktionssystemen auf den Lenksäulenstützwinkel 26 in Verbindung mit der Wagenquer strebenanordnung 42 vertraut, um das Auftreten einer derartigen Auslenkung zu verhindern. Dies wird dadurch erreicht, daß die Konstruktionsverstärkung und die Wagenquerstrebenanordnung 42 geeignet gestaltet werden, um eine erste Eigenfrequenz über ein bei verschiedenen Fahrzeugbetriebsweisen vorhersehbar erreichbares Niveau anzuheben. Typischerweise werden Konstruktionsverstärkungen zu der Wagenquerstrebenanordnung 42 und anderen Bauelementen hinzugefügt, um das Auftreten der ersten Eigenfrequenz zu begrenzen, wodurch zusätzliches Gewicht hinzugefügt wird. Die Dämpfungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung minimiert die Notwendigkeit derartiger Konstruktionsverstärkungen, wodurch diese bewirkt, daß das Gewicht des Fahrzeugs minimiert wird.
Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist es wünschenswert, die Eigenfrequenz auf einen möglichst nahe bei 35 Hertz liegenden Wert zu vermindern. Es kann ein Analyseverfahren finiter Elemente (FEA) verwendet werden, um die Größe, das Gewicht und die Anordnung der Dämpfungsvorrichtung 10 und der zylindrischen Stange 28 für eine gegebene Anwendung geeignet zu bestimmen, um die erwünschte Frequenz zu erreichen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel erwies sich eine Dämpfungsvorrichtung 10 mit einem Durchmesser der äußeren Wand 18 von etwa 60 mm als wirksam.
Die Dämpfungsvorrichtung 10 bewirkt, daß das Fahrerlebnis für den Fahrer angenehmer und weniger lästig wird. Aufgrund der Tatsache, daß weniger Schwingungen zu dem Fahrer geleitet und von diesem gespürt werden, kann sich der Fahrer besser auf das Fahren und weniger darauf, was die Schwingungen in dem Lenkrad verursachen könnte, konzentrieren. Geräusche, welche für den Fahrer zu hören sind, können aufgrund der Schwingungsdämpfungsvorrichtung gleichfalls vermindert werden.
Obgleich die Dämpfungsvorrichtung 10 in Verwendung mit einem Lenksäulenstützwinkel 26 zum Vermindern von Schwingungen, welche auf den Fahrer eines Fahrzeugs übertragen werden, beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass die Dämpfungsvorrichtung 10 bei anderen Anordnungen in einem Kraftwagen und ähnlichem verwendet werden kann, um Schwingungen in anderen Umgebungen zu vermindern. Es kann ein FEA-Verfahren verwendet werden, um die Größe, das Gewicht und die Anordnung der Dämpfungsvorrichtung 10 und der zylindrischen Stange 28 für eine gegebene Anwendung zu bestimmen.

Claims

Schwingungstilger (10) für eine Fahrzeuglenksäulenanordnung, umfassend: ein Bauteil als Lenksäulenstützwinkel (26), um eine Lenksäule aufzunehmen, wobei der Lenksäulenstützwinkel (26) an mindestens einer Wagenquerstrebenanordnung oder einer Brandschutzwand des Fahrzeugs befestigt (40) wird; mindestens ein scheibenförmiges Element, welches eine in der Mitte angeordnete Öffnung aufweist, welche durch eine innere Wand gebildet wird, wobei eine äußere Wand in Radialrichtung in Abstand von der inneren Wand angeordnet ist, wobei eine Stegstruktur dazwischen angeordnet ist, wobei die äußere Wand mindestens einen Abschnitt des Lenksäulenstützwinkels (26) aufnimmt, und eine zylindrische Stange (28), die in die mittlere Öffnung des mindestens einen scheibenförmigen Elements eingeführt wird, wobei die zylindrische Stange mit dem mindestens einen scheibenförmigen Element zusammenwirkt, um Schwingungen, welche von dem Fahrzeug herrühren, in dem Bauteil des Lenksäulenstützwinkels (26) zu kompensieren.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, wobei die Stegstruktur eine Vielzahl in Radialrichtung nach außen verlaufender Speichen (14) umfasst.
Schwingungstilger nach Anspruch 2, wobei die Speichen (14) der Stegstruktur einen generell S-förmigen Querschnitt aufweisen.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, wobei die äußere Wand ein Paar in Abstand angeordneter, in Umfangsrichtung verlaufender Wände (20, 22) umfasst, durch welche ein Kanal (Rezess 24) dazwischen ausgebildet wird, wobei der Kanal (24) geeignet gestaltet ist, um mindestens einen Abschnitt des Lenksäulenstützwinkels (26) darin aufzunehmen.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine scheibenförmige Element aus einem Kunststoff-Spritzgußteil hergestellt wird.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, wobei die zylindrische Stange (28) aus Messing oder aus Aluminium hergestellt wird.