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Einrichtung zur Verringerung von Lenkrad-Drehschlfingungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verringerung von an Lenkrädern von Eraftfahrzeugen
auftretenden Drehschwingungen, die durch an den Laufrädern wirkende Kräfte, nämlich
durch die infolge Unwacht der Räder verursachten Zentrifugalkräfte und die infolge
Spur- und Sturzwinkeländerungen verursachten Seitenkräfte, angeregt werden.
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Das zur Lenkung der Vorderräder eines Kraftfahrzeuges vorgesehene
Lenksystem stellt ein schwingungsfähiges System dar, das im wesentlichen aus den
Trägheitsmomenten der Vorderräder und des Lenkrades und den Elastizitäten von Reifen,
Lenkgestänge, Lenkstangenrohr und Lenkgetriebe als Federn gebildet wird. Dieses
schwingungsfähige System wird zum einen durch die infolge von Fahrbahnunebenheiten
auftretenden Stöße beauf schlagt, die jedoch durch an sich bekannte Lenkungsstoßdämpfer
weitgehend gedämpft werden. Zum anderen ergibt sich jedoch auch eine periodische
Anregung dieses schwingungsfähigen Systems durch auf die Laufräder wirkende Kräfte,
und zwar durch in der Radebene angreifende Zentrifugalkräfte infolge Unwucht der
Räder und durch Seitenkräfte infolge Spur- und Sturzwinkeländerungen der Laufräder.
Diese Kräfte führen zu
Drehmomenten um den Lenkzapfen, wobei als
Hebelarm ftir die Zentrifugalkräfte der Lenkrollradius wirkt, d. h. der Abstand
zwischen der Radmitte und dem Durchstoßpunkt der Lenkachse durch die Radebene, während
bei den Seitenkräften der geometrische und Reifennachlauf, also der Abstand zwischen
dem Angriffspunkt der außermittigen Seitenkraft und der Lenkachse, der Hebelarm
ist. Diese Anregungen führen insbesondere bei einer elastischen Vorderradaufhängung
im Resonanzfall zu Drehausschlägen am Lenkrad, die auf den Fahrer des Fahrzeuges
unangenehm und störend wirken können. Da zudem diese Ausschl§-ge mit größerer Betriebszeit
der Reifen an Größe zuneEmPnw werden derartige Störungen häufig erst nach einer
längeren Laufzeit des Fahrzeuges bemerkt.
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Bei bestimmten, jeweils vom Fahrzeugtyp abhängigen Geschwindigkeitsbereichen
entspricht die Frequenz der anregenden Kräfte der bei etwa 11 Hz liegenden Eigenfrequenz
des schwinuungsfähigen Systems, bei der das Lenkrad in Gegenphase zu den beiden
Vorderrädern schwingt. 4 Die bekannten, im allgemeinen an der Spurstange angebrachten
Lenkangsdämpfer sind nun in der Regel nicht geeignet, die nur in verhältnismäBig
geringer Größe auftretendea Ausschläge infolge der periodischen Anregungskräfte
zu dämpfen, da diese Dämpfer bei derartig geringen Ausschlägen von etwa +0,2 bis
0,5 mm nicht ansprechen. Es ist zwar aus der deutschen Offenlegungsschrift 7 430
762 schon ein Lenkangsstoßdämpfer bekannt, der, um auch bei kleineren, von der Fahrbahn
herkommenden Stößen ansprechen zu können, unter Zwischenschaltung einer Übersetzung
an die Zahnstange einer Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge angeschlossen ist,
derart, daß die beweglichen Stoßdämpferteile einen gegenüber dem Zahnetangenhub
vergrößerten Hub zueinander ausführen. Diese Ausführung erfordert Jedoch einen erheblichen
Aufwand und läßt sich in der Regel
kaum oder nur mit erheblichen
Kosten und Schwierigkeiten in ein schon vorhandenes Fahrzeug einbauen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine
Einrichtung zur Verringerung der Lenkraddrehschwingungen zu schaffen, die wirkungsvoll
in der Funktion und einfach in ihrem Aufbau ist, so daß auch schon vorhandene Fahrzeuge
noch nachträglich damit ausgerüstet werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung in einem auf
die Eigenfrequenz des Lenksystems abgestimmten, hydraulischen Tilgerdämpfer, bei
dem eine auf Federn abgestützte Tilgermasse in einem hydraulischen Medium mit großen
Aus schlägen schwingt.
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Dabei kann als Tilgerdämpfer entweder ein an der mittleren Spurstange
befestigter Hubrilgerdämpfer mit in axials-r Richtung 6chwingender Tilgermasse oder
aber ein an dem Lenkstangenrohr angebrachter Drehtilgerdämpfer mit in Umfangsrichtung
schwingender Tilgermasse vorgesehen sein. Beiden Ausfuhrungen gemeinsam ist der
verhältnismäßig einfache Aufbau, der auch ihren nachträglicheh Einbau in schon vorhandene
Fahrzeuge zuläßt. Die mit großen Ausschlägen in Gegenphase zu den angeregten Vorderrädern
schwingende Tilgermasse getahrleistet eine wirksame Dämpfung der Lenkraddrehschwingungen,
so daß Fahrsicherheit rnd- Fahrkomfort4wesentlich verbessert verbessert werden können.
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Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind
in der nachfolgenden-Beschreibung enthalten, die die in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele der Erfindung-näher erläutert. Dabei zeigen
Fig.
1 eine Vorderachse eines Kraftfahrzeuges in einer Ansicht in Fahrtrichtung und Fig.
2 eine Draufsicht auf eine Vorderachse eines Iaftfahrzeuge 5.
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Die beiden Figuren der Zeichnung stellen im wesentlichen die gleiche
Vorderachse in verschiedenen Ansichten dar, wobei lediglich in der Figur 1 ein an
dem Lenkstangenrohr angebrachter Drehtilgerdämpfer und in der Figur 2 ein an der
mittleren Spurstange befestiger Hubtilgerdämpfer vorgesehen ist. Im übrigen weisen
die einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen auf. Mit 1 sind Laufräder
bezeichnet, in deren Nabe 2 jeweils ein Achsschenkel 3 gelagert ist. Der und Achsschenkel
3 dient zur Aufnahme eines Federbeins 9/ist durch einen Querlenker 4mit einem Rahmen
5 verbunden. Während mit 6 die Anlenkungspunkte der Querlenker 4 an dem Rahmen 5
bezeichnet sind, stellen 8 die Lagerpunkte eines Stabilisators 7 an dem Querlenker
4 dar. An dem Achsschenkel 3 sind über einen Lenkhebel 10 jeweils eine Spur6tange
11 für Jedes Laufrad 1 angebracht. Die Spurstangen 11 sind Jeweils bei 13 an einer
gemeinsamen, mittleren Spurstange 12 angelenkt. Diese mittlere Spurstange 12 weist
an ihrem einen Ende einen Lenkungs-Anschlagsbegrenzer 14 auf und ist mit ihrem anderen
Ende an dem Lenkstockhebel des Lenkgetriebes 15 befestigt. An die sem Lenkstockhebel
ist auch der übliche Lenkungedämpfer 16 befestigt. Mit 17 ist schließlich das Lenkstangenrohr
bezeichnet, an dessen Ende ein Lenkrad 18 angeordnet ist.
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In der Figur 1 ist an dem Lenkstangenrohr 17 ein Drehtilgerdämpfer
19 angebracht. Dieser Drehtilgerdämpfer 19 besteht aus einem an dem Lenkstangenrohr
17 starr befestigten, zylinderförmigen, geschlossenen Gehäuse 20, in dem eine Tilgermasse
21
über eine Drehfeder 22 schwingungsfähig aufgehängt ist.
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Das Gehäuse 20 ist mit einer Ölfüllung versehene Bei Anregung der
Lenkraddrehschwingungen führt die Tilgermasse 21 eine Gegenschwingung aus, die durch
die Ölfüllung gedämpft wird.
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In der Figur 2 ist im Gegensatz zu dem Drehtilgerdämpfer 19 ein Rubtilgerdämpfer
24 gezeigt, der bei 30 an der mittleren Spurstange 12 des Lenksystems, beispielsweise
durch Schweißung, befestigt ist. Anstelle einer Schweißverbindung kann auch eine
einfache Schellenverbindung vorgesehen sein. Der Eubtilgerdänipfer 24 besteht aus
einem geschlossenen zylinderförmigen Gehäuse 29, in dem eine Tilgermasse 25 mittels
Federn 26 so aufgehängt ist, daß sie in dem Gehäuse 29in Achsrichtung verlaufende
Schwingungen ausführen kann. Das Gehäuse 29 ist mit einer Ölfüllung 28 versehen
und die Tilgermasse 25 ist als Dämpferkolben mit Durchlaßöffnungen 27 für das Öl
ausgebildet.
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Der Tilgerdämpfer ist nun so abgestimmt, daß er bei Schwingungsanregung
des Lenkungssystems in Eigenfréquenz darch die Zentrifugalkräfte und Seitenkräfte
der Laufräder eine- Schwingung ausführt, die der angeregten Schwingung entgegengesetzt
ist.
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Bei der Schwingung der Tilgermasse erfolgt gleichzeitig eine Dämpfung
infolge des gedrosselten Durchtritts des Ölvolumens durch die als Dämpferkolben
ausgebildete Tilgermasse.-Während nun mit den bekannten Ienkungsdampfern nur stoßartige
Ausschläge oberhalb einer bestimmten Größe gedämpft werden können, kann mit den
erfindungsgemäBen GilgerdampSetn-auch den eingangs genannten, die Fahtsicherheit
und den Yahrkomfort beeinträchtigenden Schwingungen begegnet werden.