DE19915635B4

DE19915635B4 - Schwingungssystem für die Dämpfung und/oder Tilgung der Schwingungen einer Kraftfahrzeugachse

Info

Publication number: DE19915635B4
Application number: DE19915635A
Authority: DE
Inventors: Carsten Hölsche; Jürgen SELLSCHOPP
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: DE19915635A1

Abstract

Schwingungssystem (1) für die Dämpfung und/oder Tilgung von Schwingungen einer mit einem Fahrzeugaufbau (3) mechanisch verbundenen Kraftfahrzeugachse (2), an der mindestens ein Radträger (4) zur Lagerung bzw. Aufnahme eines drehbaren Kraftfahrzeugrades (5) bzw. einer Felge mit einem auf der Felge angeordnetem Reifen vorgesehen ist, sowie weiterhin ein funktional zwischen dem Radträger (4) und dem Fahrzeugaufbau (3) wirkender Schwingungsdämpfer (6b) zur Dämpfung von auf den Fahrzeugaufbau (3) einwirkenden Schwingungen und ein funktional mit dem Radträger (4) zusammenwirkendes Tilgersystem (7) zur Dämpfung von Schwingungen des Kraftfahrzeugrades (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6b) ein Schwingungsdämpferrohr (6c) mit einem in einem ersten Abschnitt des Schwingungsdämpferrohrs (6c) angeordneten Dämpferkolben und einer Kolbenstange aufweist und das Tilgersystem (7) in einem zweiten Bereich des Schwingungsdämpferrohrs (6b) des Schwingungsdämpfers (6b) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwingungssystem für die Dämpfung und/oder Tilgung von Schwingungen einer Kraftfahrzeugachse nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Im Stand der Technik sind zur Dämpfung der auf einen Fahrzeugaufbau einwirkenden Schwingungen unterschiedliche Dämpfungselemente, beispielsweise Fahrwerksfedern und/oder Schwingungsdämpfer vorgesehen. In Abhängigkeit der konstruktiven Ausgestaltung der Kraftfahrzeugachse, beispielsweise als Vorderachse, Hinterachse, insbesondere Verbundlenker-Hinterachse oder dgl., kann die Kraftfahrzeugachse Längslenker und/oder Querlenker aufweisen, die entsprechend für die Anordnung des Radträgers ausgebildet sind. Über separate zusätzliche Elemente ist die Kraftfahrzeugachse mit dem Fahrzeugaufbau mechanisch verbindbar, wobei der Radträger zur Aufnahme bzw. Lagerung eines drehbaren Kraftfahrzeugrades ausgebildet ist. Im Fahrbetrieb werden die entstehenden Schwingungen auf die Kraftfahrzeugachse entsprechend übertragen. Zur Erhöhung des Fahrkomforts und der Geräuschminderung während des Fahrbetriebs sind entsprechende Dämpfungselemente, insbesondere auf jeder Seite der Kraftfahrzeugachse ein funktional zwischen dem Radträger und dem Fahrzeugaufbau wirkendes Dämpfungselement, nämlich eine Fahrwerksfeder und/oder ein Schwingungsdämpfer vorgesehen.
Die Praxis hat nun gezeigt, dass an der Kraftfahrzeugachse störende Schwingungen auftreten, die im Bereich der Achseigenfrequenz liegen und als „Achsstuckern" bezeichnet werden. Auch über eine Einstellung des Schwingungsdämpfers bzw. eine andere Fahrwerksfederauslegung ist dieses „Achsstuckern" nur schwer eliminierbar. Das Achsstuckern, das beispielsweise eine Eigenfrequenz von 14 bis 15 Hz aufweist, wird insbesondere dadurch hervorgerufen, dass die Felge des Kraftfahrzeugrades auf dem jeweiligen Reifen schwingt. Bei einem entsprechenden Fahrbetrieb wird nämlich aufgrund der Fahrbahnanregung die Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugrades angeregt, wobei sich diese radspezifischen Schwingungen insgesamt dann komfortmindernd auswirken. Hierbei ist der Reifen selber sehr schwach gedämpft und eine Dämpfung kann im wesentlichen nur durch den Schwingungsdämpfer erfolgen. Hierbei ist problematisch, dass eine schwache Dämpfung zum „Achsstuckern" führt und eine starke Dämpfung zum Komfortverlust, insbesondere auch zu einer stärkeren Geräuschentstehung bzw. Geräuschübertragung. Im Ergebnis wird aufgrund der im Fahrbetrieb angeregten bzw. entstehenden Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugrades, d. h. also aufgrund der radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades das oben beschriebene „Achsstuckern" verstärkt hervorgerufen, was den Fahrkomfort verringert.
Aus der DE 22 37 058 A1 ist ein Schwingungssystem der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die niederfrequenten Schwingungen des Fahrzeugaufbaus mittels eines Schwingungsdämpfers und die höherfrequenten Schwingungen der ungefederten Massen mittels eines Tilgers bekämpft werden. Der Tilger, der in der DE 22 37 058 A1 als dynamischer Schwingungsdämpfer bezeichnet wird, ist zu diesem Zweck zwischen dem Schwingungsdämpfer und dem Radträger eingegliedert und umfasst eine in einem Dämpfermedium über Federn aufgehängte Tilgermasse. Als Schwingungsdämpfer wird hierbei eine mit einem kompressiblen, regenerierenden Medium, beispielsweise Silikon-Kautschuk-Schaumstoff befüllte Kammer verwendet. Durch diese Trennung der beiden Dämpfer soll nach der DE 22 37 058 A1 eine vorteilhafte Anpassung des Dämpfermediums an die jeweils zu dämpfende Schwingungsfrequenz ermöglicht werden.
Ferner ist aus der DE 36 41 623 A1 ein Schwingungssystem bekannt, bei dem ein Tilgersystem in eine Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers eingebaut ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausgestaltung für ein Schwingungssystem anzugeben, dass bei hohem Fahrkomfort das Achsstuckern verringert bzw. eliminiert.
Diese Aufgabe wird durch ein Schwingungssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Durch die Anordnung eines zusätzlichen Tilgersystems im Schwingungsdämpferrohr eines Kolbendämpfers können die radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades, also grundsätzlich die Schwingungen der Felge auf dem Reifen entsprechend „kompensiert", d. h. zumindest aber gedämpft werden. Hierdurch werden diese radspezifischen Schwingungen auch nicht mehr auf die Kraftfahrzeugachse entsprechend übertragen, so dass das oben beschriebene „Achsstuckern" verhindert, zumindest aber verringert ist. Folglich ist der Fahrkomfort mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schwingungssystems erheblich erhöht, wobei auch die entsprechenden Geräusche eliminiert bzw. verringert sind.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Schwingungssystem in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf an dieser Stelle auf die weiteren Patentansprüche verwiesen werden. Nachfolgend werden nun zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 das erfindungsgemäße Schwingungssystem in einer rein schematischen Darstellung,
2 ein erstes hydraulisch ausgeführtes Tilgersystem und
3 ein zweites hydraulisch ausgeführtes Tilgersystem.
Die 1 bis 3 zeigen – zumindest teilweise – ein Schwingungssystem 1 für die Dämpfung und/oder Tilgung der Schwingungen einer Kraftfahrzeugachse 2. Wie 1 erkennen lässt, ist die Kraftfahrzeugachse 2 mit dem Fahrzeugaufbau 3 mechanisch verbindbar und an der Kraftfahrzeugachse 2 mindestens ein Radträger 4 vorgesehen ist, wobei der Radträger 4 zur Lagerung bzw. Aufnahme eines drehbaren Kraftfahrzeugrades 5, hier einer Felge mit einem auf der Felge angeordneten Reifen, ausgebildet ist. Im Fahrbetrieb wirken nunmehr Schwingungen auf die Kraftfahrzeugachse 2 bzw. auf den Fahrzeugaufbau 3 ein, wobei für eine Dämpfung der auf den Fahrzeugaufbau 3 einwirkenden Schwingungen ein funktional zwischen dem Radträger 4 und dem Fahrzeugaufbau 3 wirkendes erstes Dämpfungselement 6, hier eine Fahrwerksfeder 6a und ein Schwingungsdämpfer 6b, vorgesehen sind.
Die radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades 5, die das oben beschriebene „Achsstuckern" hervorrufen, werden nun dadurch vermieden, dass zumindest zur Dämpfung der radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades 5 ein zusätzliches funktional mit dem Radträger 4 direkt oder indirekt zusammenwirkendes Tilgersystem 7 vorgesehen ist. Das hier entsprechend vorgesehene Tilgersystem 7 reduziert die Schwingungsamplituden der radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades 5, wenn dieses entsprechend durch die hier schematisch angedeutete Fahrbahn 8 angeregt wird. Folglich werden diese Schwingungsamplituden dann auch nicht mehr auf die Kraftfahrzeugachse 2 übertragen, so dass das eingangs geschilderte „Achsstuckern" verhindert ist. Hieraus resultiert eine Fahrkomforterhöhung, vzw. gegebenenfalls auch eine Geräuschverminderung.
1 zeigt nun in einer ganz schematischen Darstellung die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Tilgersystems 7, das nämlich direkt oder indirekt mit dem Radträger 4 zusammenwirkt. Aufgrund der hier gewählten Darstellungsart ist ersichtlich, dass das Tilgersystem 7 funktional zwischen den wesentlichen Bestandteilen der Kraftfahrzeugachse 2 und dem Kraftfahrzeugrad 5 vorgesehen ist bzw. hier einwirkt. Wo nun ein derartiges Tilgersystem 7 im einzelnen genau angeordnet bzw. vorgesehen werden kann, soll im folgenden noch näher erörtert werden:
Zunächst ist es denkbar, dass das Tilgersystem 7 im wesentlichen direkt am Radträger 4 angeordnet ist, also direkt mit dem Radträger 4 funktional zusammenwirkt. Weiterhin ist denkbar, dass das Tilgersystem 7 direkt an der Felge des Kraftfahrzeugrades 5 angeordnet ist. Dies ist, je nachdem welche konstruktiven Ausgestaltungen hier sich am besten eignen, entsprechend realisierbar.
2 zeigt ein erstes hydraulisch ausgeführtes Tilgersystem 7, insbesondere ein Tilgersystem 7, das eine stark hydraulische Dämpfung aufweist, also ein stark dämpfendes Tilgersystem 7, das möglicherweise aufwendiger herstellbar ist, aber eine optimale Wirkung entfaltet. Hingegen zeigt die 3 ein zweites hydraulisch ausgeführtes Tilgersystem 7, das als schwach dämpfendes Tilgersystem 7 ausgebildet ist, und im folgenden auch noch näher erörtert werden wird.
Das in 2 dargestellte Tilgersystem 7 weist ein Halteelement 9 auf. Innerhalb des Halteelementes 9 ist ein Tilgerelement 10 bewegbar angeordnet. Das Tilgerelement 10 ist mit Hilfe zweier Gummielemente 11 und 12 innerhalb des Halteelementes 9 bewegbar gelagert. Die Schwingrichtung des Tilgerelementes 10 ist mit dem hier dargestellten Pfeil angedeutet.
Das Halteelement 9 weist einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Die gesamte Außenform des Halteelementes 9 kann ganz unterschiedlich, insbesondere aber auch im wesentlichen zylinderförmig, ausgeführt sein.
Es ist gut erkennbar, dass das Tilgerelement 10 einen Durchgangskanal 13 aufweist und dass die Gummielemente 11 und 12 einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Durch die Gummielemente 11 und 12 sind nunmehr zwei Fluidkammern 14 und 15 begrenzt, die durch den Durchgangskanal 13 strömungsverbunden sind. Da die Gummielemente 11 und 12 eine bestimmte Elastizität aufweisen, werden bei einer entsprechenden Bewegung des Tilgerelementes 10, bei entsprechend vorhandenen Schwingungen, die entsprechenden Fluidkammern 14 und 15 entweder vergrößert bzw. verkleinert, wobei ein entsprechender Fluidstrom bzw. ein entsprechender Fluidaustausch zwischen den einzelnen Fluidkammern 14 und 15 stattfinden kann.
Das in 3 dargestellte Tilgersystem 7 ist innerhalb des Schwingungsdämpfers 6b vorgesehen. Das Tilgerelement 10 ist hier im unteren Bereich des Schwingungsdämpferrohres 6c angeordnet und hier mit Hilfe eines Federelementes 16, das beispielsweise auch als Gummifeder ausgeführt sein kann, bewegbar gelagert. Folglich werden Schwingungen, die vom Radträger 4 übertragen werden könnten mit Hilfe des innerhalb des Schwingungsdämpfers 6b angeordneten erfindungsgemäßen Tilgersystems 7 „kompensiert" bzw. gedämpft.
Die hier dargestellten Tilgerelemente 10 sind vorzugsweise aus einer Stahlmasse hergestellt, wobei bei einem schwach dämpfenden Tilgersystem 7 die Tilgermasse des Tilgerelementes 10 im wesentlichen vzw. etwa 10% der ungefederten Masse beträgt, hier bspw. im wesentlichen ca. 2,5 kg beträgt. Im übrigen beträgt ansonsten die Tilgermasse des Tilgerelementes 10 bei einem stark dämpfenden Tilgersystem 7 bspw. ca. 1,5 kg.
Entscheidend ist, dass das Tilgersystem 7 so ausgeführt bzw. so dimensioniert ist, dass die Eigenfrequenz des Tilgersystems 7 im wesentlichen geringfügig unterhalb der Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugrades 5 liegt, damit das oben geschilderte „Achsstuckern" vermieden wird. Da das Kraftfahrzeugrad 5 bspw. eine Eigenfrequenz von ca. 14 bis 15 Hz aufweist, sollte die Eigenfrequenz des Tilgersystems 7 bspw. bei ca. 13 bis 14 Hz liegen.

1: Schwingungssystem
2: Kraftfahrzeugachse
3: Fahrzeugaufbau
4: Radträger
5: Kraftfahrzeugrad
6: Dämpfungselement
6a: Fahrwerksfeder
6b: Stoßdämpfer
6c: Stoßdämpferrohr
7: Tilgersystem
8: Fahrbahn
9: Halteelement
10: Tilgerelement
11: Gummielement
12: Gummielement
13: Durchgangskanal
14: Fluidkammer
15: Fluidkammer
16: Federelement
X
Y
α₁
α₂

Claims

Schwingungssystem (1) für die Dämpfung und/oder Tilgung von Schwingungen einer mit einem Fahrzeugaufbau (3) mechanisch verbundenen Kraftfahrzeugachse (2), an der mindestens ein Radträger (4) zur Lagerung bzw. Aufnahme eines drehbaren Kraftfahrzeugrades (5) bzw. einer Felge mit einem auf der Felge angeordnetem Reifen vorgesehen ist, sowie weiterhin ein funktional zwischen dem Radträger (4) und dem Fahrzeugaufbau (3) wirkender Schwingungsdämpfer (6b) zur Dämpfung von auf den Fahrzeugaufbau (3) einwirkenden Schwingungen und ein funktional mit dem Radträger (4) zusammenwirkendes Tilgersystem (7) zur Dämpfung von Schwingungen des Kraftfahrzeugrades (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (6b) ein Schwingungsdämpferrohr (6c) mit einem in einem ersten Abschnitt des Schwingungsdämpferrohrs (6c) angeordneten Dämpferkolben und einer Kolbenstange aufweist und das Tilgersystem (7) in einem zweiten Bereich des Schwingungsdämpferrohrs (6b) des Schwingungsdämpfers (6b) angeordnet ist.
Schwingungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgersystem (7) im wesentlichen direkt am Radträger (4) angeordnet ist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgersystem (7) hydraulisch gedämpft ausgeführt ist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgersystem (7) ein Halteelement (9) aufweist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Halteelementes (9) ein Tilgerelement (10) bewegbar angeordnet ist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgerelement (10) mit Hilfe zweier Gummielemente (11, 12) innerhalb des Halteelementes (9) bewegbar gelagert ist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (9) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgerelement (10) einen Durchgangskanal (13) aufweist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummielemente (11, 12) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gummielemente (11, 12) zwei Fluidkammern (14, 15) begrenzt sind und durch den Durchgangskanal (13) beide Fluidkammern (14, 15) strömungsverbunden sind.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummielemente (11, 12) eine bestimmte Elastizität aufweisen.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgerelement (10) im unteren Bereich des Schwingungsdämpferrohres (6c) mit Hilfe eines Federelementes (16) bewegbar gelagert ist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgerelement (10) aus einer Stahlmasse hergestellt ist.
Schwingungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgersystem (7) so ausgeführt bzw. so dimensioniert ist, dass die Eigenfrequenz des Tilgersystems (7) im wesentlichen geringfügig unterhalb der Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugrades (5) liegt.