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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Spurstangensystem für Lenkgetriebe
von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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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.
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Die
DE 196 23 630 A1 offenbart
ein Spurstangensystem für
ein Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer Spurstange
und einem radseitig an der Spurstange angeordneten Kugelgelenk.
Bei dem Kugelgelenk steht eine Lagerschale des Kugelgelenks in direktem
Kontakt mit einem Lagergehäuse
des Kugelgelenks. Dadurch bilden Gehäuse, Lagerschale und Kugelkopf
aus schwingungstechnischer Sicht eine Einheit, die gemeinsame Schwingungen
ausführt.
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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.
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Davon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die durch eine äußere Anregung
verursachten und auf das Lenkrad übertragenen Schwingbewegungen
zu vermeiden.
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Als
technische Lösung
dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung ein Spurstangensystem
für Lenkgetriebe
von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, bestehend aus einer Spurstange
und einem radseitig an der Spurstange angeordneten Kugelgelenk,
wobei im Kugelgelenk eine Schwingungsdämpfungseinheit angeordnet ist,
die Schwingungen im Spurstangenbereich kompensiert, wobei das Spurstangensystem
im Kugelgelenkgehäuse
des Kugelgelenks ineinander angeordnete Dämpfungsschalen aufweist, in
denen eine den am radseitigen Ende der Spurstange ausgebildeten
Kugelkopf lagernde Lagerschale angeordnet ist.
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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.
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Gemäß 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 Lagerschale 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.
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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.
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Gemäß einer
zweiten 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 oszilierenden Massenkräfte der
zusätzlichen
Masse die in der Spurstange auftretenden Störkräfte kompensieren. Dies führt zu Reduktion
der Bewegungen der Spurstange.
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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.
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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.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 schematische
Darstellung einer Spurstange mit Schwingungsdämpfungseinheit;
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2 teilgeschnittene
Seitenansicht eines Kugelgelenks mit im Kugelgelenkgehäuse angeordneten
Dämpfungsschalen.
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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 Fig. nicht dargestellte, drehbar gelagerte Radaufnahme übertragen.
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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.
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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.
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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 Oberschale 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.
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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.
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- 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