DE19918014A1

DE19918014A1 - Spurstangensystem für Lenkgetriebe

Info

Publication number: DE19918014A1
Application number: DE1999118014
Authority: DE
Inventors: Georg Schiffer; Karl-Heinz Bruecken
Original assignee: TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Current assignee: TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: DE19918014B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spurstangensystem für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer Spurstange (1) und einem radseitig an der Spurstange (1) angeordneten Kugelgelenk (2). Um die durch eine äußere Anregung verursachten und auf das Lenkrad übertragenen Schwingbewegungen zu vermeiden, wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß eine Schwingungsdämpfungseinheit vorgesehen ist, die Schwingbewegungen im Spurstangenbereich kompensiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spurstangensystem für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer Spurstange und einem radseitig an der Spurstange angeordneten Kugelgelenk.

Spurstangen dienen der Kraftübertragung der von einem Kraftfahrer eines Kraftfahrzeuges über das Lenkrad eingeleiteten Drehmomente an die drehbar bzw. schwenkbar gelagerten Radaufnahmen einer gelenkten Fahrzeugachse.

Mittels eines Kugelgelenkes ist jede drehbar gelagerte Radaufnahme mit jeweils einer Spurstange verbunden, wobei am kugelgelenkseitigen Ende einer jeden Spurstange ein Kugelkopf mit Kugelzapfen vorgesehen ist. Das Kugelgelenkgehäuse des Kugelgelenks ist an der drehbar/schwenkbar gelagerten Radaufnahme befestigt.

Während einer Fahrbewegung des Kraftfahrzeuges werden Massenkräfte über das Rad, die Radaufnahme und die Spurstange in das Lenksystem des Kraftfahrzeuges eingeleitet und können, wenn die Anregungsfrequenz im Bereich der Lenksystemeigenfrequenz liegt, mit Nachteil zu Lenkraddrehschwingungen führen. Verursacht wird die Einleitung unerwünschter Massenkräfte in das Lenksystem beispielsweise durch Unwuchten und Uniformity-Fehler am Rad. Dabei ist die Anregungsfrequenz der eingeleiteten Massenkräfte von der Raddrehzahl abhängig.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die durch eine äußere Anregung verursachten und auf das Lenkrad übertragenen Schwingbewegungen zu vermeiden.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß eine Schwingungsdämpfungseinheit vorgesehen ist, die Schwingbewegungen im Spurstangenbereich kompensiert.

Gemäß dieser technischen Lehre wird somit vorgeschlagen, das Spurstangensystem mit einer Schwingungsdämpfungseinheit zu versehen, so daß die durch eine äußere Anregung verursachten Schwingbewegungen im Lenksystem, die im schlimmsten Fall zu einer Lenkraddrehschwingung führen können, vermieden werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungsdämpfungseinheit im Bereich der Spurstange angeordnet. Mit Vorteil ist die Schwingungsdämpfungseinheit aus einem elastischen Koppelelement und einer zusätzlichen Masse gebildet, wobei die zusätzliche Masse über das Koppelelement außen an der Spurstange angeordnet und relativ zu dieser bewegbar ist. Es wird also vorgeschlagen, die Schwingbewegungen übertragende Spurstange über ein elastisches Koppelelement mit einer relativ zur Spurstange bewegbaren Zusatzmasse, zu versehen, so daß bei einer äußeren Anregung der Spurstange nicht nur die Spurstange selbst, sondern auch die Zusatzmasse in Schwingung versetzt wird. Die Schwingbewegungen von Zusatzmasse und Spurstange sind dabei gleichfrequent, jedoch phasenverschoben. Durch diese im Vergleich zur Spurstange phasenverschobene Schwingung der Zusatzmasse wird erreicht, daß die im Bereich der Spurstange auftretenden Schwingbewegungen kompensiert werden. Die gewünschte Federsteifigkeit des elastischen Koppelelementes ist über eine entsprechende Wahl des Koppelelementmaterials wählbar, wodurch das Dämpfungsverhalten auf die abzudämpfende Schwingung abgestimmt werden kann. Gemäß einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist das Koppelelementmaterial derart auszuwählen, daß die Schwingungsdämpfungseinheit die dominierende Eigenfrequenz des Lenksystems vollständig kompensiert. Dies ist dann der Fall, wenn die oszillierenden Massenkräfte der zusätzlichen Masse die in der Spurstange auftretenden Störkräfte kompensieren. Dies führt zu Reduktion der Bewegungen der Spurstange.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag der Erfindung ist bezogen auf die Längsachse der Spurstange die zusätzliche Masse sowohl in axialer als auch in radialer Richtung relativ zur Spurstange bewegbar angeordnet. Je nach äußerer Anregung ist damit eine Schwingbewegung der zusätzlichen Masse möglich, die nicht nur Schwingbewegungen der Spurstange kompensiert, deren Richtung parallel zur Längsachse der Spurstange liegt, sondern auch solche, die radial zur Längsachse der Spurstange verlaufen. Auch die Überlagerung von radial verlaufenden Schwingbewegungen der Spurstange können somit durch eine gegenphasige Schwingbewegung der zusätzlichen Masse vollständig kompensiert werden.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag der Erfindung sind das elastische Koppelelement und die zusätzliche Masse hülsenförmig ausgebildet, so daß sich bei der Anordnung des elastischen Koppelelementes und der zusätzlichen Masse an der Spurstange eine radialsymmetrische Massenverteilung ergibt.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Kompensierung der auftretenden Schwingbewegungen mittels einer im radseitigen Kugelgelenk angeordneten Schwingungsdämpfungseinheit. Diese Schwingungsdämpfungseinheit besteht aus im Kugelgelenkgehäuse des Kugelgelenks ineinander angeordneten Dämpfungsschalen, in denen eine den am radseitigen Ende der Spurstange ausgebildeten Kugelkopf lagernde Lagerschale angeordnet ist. Durch eine solche Ausgestaltung der Schwingungsdämpfungseinheit wird erreicht, daß das als Kugelkopf ausgebildete radseitige Ende der Spurstange in dem an der Radaufnahme angeschlossenen Kugelgelenkgehäuse elastisch gelagert ist und die von der Radaufnahme auf das Kugelgelenk übertragenen äußeren Anregungen so kompensiert werden. Durch die Wahl der Dämpfungsschalenmaterialien ist eine solche Federsteifigkeit der Schwingungsdämpfungseinheit einstellbar, daß die dominierende Eigenfrequenz des Lenksystem vollständig kompensierbar ist und die Spurstange in ihrer Schwingbewegung behindert wird. Mit Vorteil liegen die die Schwingungsdämpfungseinheit bildenden Dämpfungsschalen beidseitig der Äquatorebene an der Lagerschafe an und umschließen diese vollständig, so daß sowohl Schwingbewegungen in radialer als auch in axialer Richtung zur Spurstangenachse gedämpft werden. Auch die durch eine Überlagerung von mehreren äußeren Anregungen entstehende Schwingbewegung im Bereich der Spurstange ist durch eine solche Schwingungsdämpfungseinheit in vorteilhafter Weise kompensierbar.

Um eine exakte Kraft- bzw. Momentenübertragung von der Spurstange auf die Radaufnahme über das Kugelgelenk zu gewährleisten, wird gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag der Erfindung vorgeschlagen, daß zum einen die Dämpfungsschalen verdrehsicher im Kugelgelenkgehäuse angeordnet sind und daß zum anderen die Dämpfungsschalen und die Lagerschale verdrehsicher zueinander sind. Zur Ausbildung geeigneter Federsteifigkeiten der Dämpfungsschalen wird mit der Erfindung des weiteren vorgeschlagen, elastomere Werkstoffe zu verwenden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Spurstange mit Schwingungsdämpfungseinheit;

Fig. 2 teilgeschnittene Seitenansicht eines Kugelgelenks mit im Kugelgelenkgehäuse angeordneten Dämpfungsschalen.

Fig. 1 zeigt eine Spurstange 1 mit einem radseitig angeordnetem Kugelgelenk 2. Das radseitige Ende der Spurstange 1 ist kugelförmig ausgebildet und als Kugelkopf im Kugelgelenkgehäuse des Kugelgelenkes 2 gelagert. Das Kugelgelenkgehäuse ist mit der Radaufnahme des Kraftfahrzeuges verbunden. Die von dem Fahrer des Kraftfahrzeuges über das Lenkrad eingeleiteten Kräfte bzw. Momente werden über die Spurstange 1 und das Kugelgelenk 2 an die in dieser Figur nicht dargestellte, drehbar gelagerte Radaufnahme übertragen.

Durch äußere Anregungen beispielsweise durch Unwuchten und Uniformity-Fehler am Rad werden über das Kugelgelenk 2 und die Spurstange 1 Massenkräfte in das Lenksystem eingeleitet, die, wenn die Anregungsfrequenz im Bereich der Lenksystemeigenfrequenz liegt, zu Lenkraddrehschwingungen führen können. Dabei treten die in das Lenksystem eingeleiteten Massenkräfte sinusförmig auf, wobei die Anregungsfrequenz abhängig von der Raddrehzahl ist.

Um die durch eine äußere Anregung verursachte Schwingbewegung der Spurstange zu kompensieren, ist eine aus einem elastischen Koppelelement 3 und einer zusätzlichen Masse 4 bestehende Schwingungsdämpfungseinheit an der Spurstange 1 angeordnet. Aufgrund der Elastizität des Koppelelementes 3 ist die zusätzliche Masse 4 relativ zur Spurstange bewegbar. Die infolge einer äußeren Anregung auftretende Schwingbewegung der Spurstange 1 wird über das elastische Koppelelement 3 auf die zusätzliche Masse 4 übertragen, so daß die zusätzliche Masse 4 ebenso wie die Spurstange 1 in ihrer Bewegung einer sinusförmigen Schwingbewegung folgt. Je nach Federsteifigkeit des elastischen Koppelelementes 3 sind die Schwingbewegungen der Spurstange 1 und der zusätzlichen Masse 4 bei gleicher Frequenz entsprechend phasenverschoben zueinander. Dies hat zur Folge, daß sich die zusätzliche Masse 4 und die Spurstange 1 relativ zueinander bewegen, wobei aufgrund der Phasenverschiebung eine Überlagerung der beiden Schwingbewegungen auftritt, wodurch sich die Schwingbewegung der zusätzlichen Masse 4 und der Spurstange 1 gegenseitig aufheben. Durch die geeignete Wahl entsprechender Materialien für das elastische Koppelelement 3 und die zusätzliche Masse 4 ist die Schwingungsdämpfungseinheit bezüglich Masse, Federsteifigkeit und Dämpfungsverhalten derart einstellbar, daß gerade im Bereich der dominierenden Eigenfrequenz des Lenksystems die zusätzliche Masse 4 gegenphasig zur Spurstange 1 schwingt und die so hervorgerufenen Federkräfte die Schwingbewegungen der Spurstange vollständig kompensieren.

Fig. 2 zeigt eine aus mehreren Dämpfungsschalen 10, 11 und 12 bestehende Schwingungsdämpfungseinheit, die innerhalb des Kugelgelenkgehäuses 6 des Kugelgelenks 2 angeordnet ist und die die Kugelkopf 8 lagernde Lagerschale 9 umgibt. Die Dämpfungsschale 10 ist dabei einstückig ausgeführt und umschließt die Lagerschale 9 beidseitig der Äquatorebene 15. Die Dämpfungsschale 11 hingegen ist zweistückig ausgeführt, wobei die Oberschale 13 oberhalb der Äquatorebene 15 und die Unterschale 14 unterhalb der Äquatorebene 15 außen an der Dämpfungsschale 10 anliegt. Die Dämpfungsschale 12 schließlich ist aus einer Halbschale gebildet, die oberhalb der Äquatorebene 15 an der Oberschale 13 der Dämpfungsschale 11 anliegt. Zur verdrehsicheren Anordnung der Dämpfungsschalen 10, 11 und 12 weist die Dämpfungsschale 12 einen Fortsatz 16, die Oberschafe 13 einen Fortsatz 17, die Unterschale 14 einen Fortsatz 18 und die Dämpfungsschale 10 einen Fortsatz 16 auf, die allesamt radial umlaufend und parallel zur Äquatorebene 15 angeordnet sind und bei einer Montage des Kugelgelenks 2 durch das Einwalzen des Gehäusedeckels 7 in einem vom Gehäusedeckel 7 und dem Kugelgelenkgehäuse 6 gebildeten Zwischenraum verpreßt werden. Hierdurch wird eine tage- und verdrehsichere Anordnung der einzelnen Dämpfungsschalen gewährleistet. Zur verdrehsicheren Anordnung der Lagerschale 9 weist die Dämpfungsschale 10 zudem eine Ausnehmung auf, in die eine an der Lagerschale 9 ausgebildete, nach außen gerichtete Auswölbung 20 greift. Somit sind sowohl die Lagerschale 9 als auch die einzelnen Dämpfungsschalen 10, 11 und 12 verdrehsicher im Kugelgelenkgehäuse 6 angeordnet.

Mittels der so im Kugelgelenk integrierten Schwingungsdämpfungseinheit sind die durch eine äußere Anregung erzeugten und über die Radaufnahme in das Kugelgelenk eingeleiteten Massenkräfte kompensierbar. Durch die Wahl geeigneter Materialien ist dabei die Federsteifigkeit und das Dämpfungsverhalten der Dämpfungsschalen 10, 11 und 12 derart einstellbar, daß die dominierende Eigenfrequenz des Lenksystems vollständig kompensiert wird. Auf diese Weise wird die durch eine äußere Anregung erzeugte Schwingbewegung der Spurstange, die im Resonanzfall zu Lenkradschwingungen führt, unterbunden.

Bezugszeichenliste

1

Spurstange

2

Kugelgelenk

3

elastisches Koppelelement

4

zusätzliche Masse

5

Längsachse

6

Kugelgelenkgehäuse

7

Gehäusedeckel

8

Kugelkopf

9

Lagerschale

10

Dämpfungsschale

11

Dämpfungsschale

12

Dämpfungsschale

13

Oberschale

14

Unterschale

15

Äquatorebene

16

Fortsatz

17

Fortsatz

18

Fortsatz

19

Fortsatz

20

Auswölbung

Claims

1. Spurstangensystem für Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer Spurstange (1) und einem radseitig an der Spurstange (1) angeordneten Kugelgelenk (2), dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingungsdämpfungseinheit vorgesehen ist, die Schwingbewegungen im Spurstangenbereich kompensiert.

2. Spurstangensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfungseinheit im Bereich der Spurstange (1) angeordnet ist.

3. Spurstangensystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfungseinheit aus einem elastischen Koppelelement (3) und einer zusätzlichen Masse (4) gebildet ist und die zusätzliche Masse (4) über das Koppelelement (3) außen an der Spurstange (1) angeordnet und relativ zu dieser bewegbar ist.

4. Spurstangensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Masse (4) bezogen auf die Längsachse (5) der Spurstange (1) sowohl in axialer als auch in radialer Richtung relativ zur Spurstange (1) bewegbar ist.

5. Spurstangensystem nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung der zusätzlichen Masse (4) und die Schwingbewegung der Spurstange (1) bei gleicher Frequenz phasenverschoben zueinander sind.

6. Spurstangensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (3) und die zusätzliche Masse (4) hülsenförmig ausgebildet sind.

7. Spurstangensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfungseinheit im Kugelgelenk angeordnet ist.

8. Spurstangensystem nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfungseinheit aus im Kugelgelenkgehäuse (6) des Kugelgelenks (2) ineinander angeordneten Dämpfungsschalen (10, 11, 12) besteht, in denen eine den am radseitigen Ende der Spurstange (1) ausgebildeten Kugelkopf (8) lagernde Lagerschale (9) angeordnet ist.

9. Spurstangensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschalen (10, 11, 12) verdrehsicher im Kugelgelenkgehäuse (6) angeordnet sind.

10. Spurstangensystem nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschale (10) beidseitig der Äquatorebene (15) an der Lagerschale (9) anliegt und diese umschließt, wobei die Dämpfungsschale (10) und die Lagerschale (9) zueinander verdrehsicher sind.

11. Spurstangensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschalen (10, 11, 12) aus einem elastomeren Werkstoff bestehen.