DE602004012988T2

DE602004012988T2 - Anordnung zur vibrationsdämpfung für eine lenksäule

Info

Publication number: DE602004012988T2
Application number: DE602004012988T
Authority: DE
Inventors: Jan-Olof Bodin
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2024-02-28
Also published as: CN1771159A; DE602004012988D1; EP1611001A1; SE525071C2; SE0301060L; US20060119063A1; EP1611001B8; ATE391657T1; WO2004089726A1; BRPI0409271A; SE0301060D0; EP1611001B1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Vibrationen in einem Fahrzeuglenkrad, das an einer Hauptlenkwelle angebracht ist, die über ein Lenkgestänge mit einem Paar gelenkter Räder verbunden ist.
Technischer Hintergrund
Eine Art eines Vibrationsdämpfers ist aus GB 2 274 263 vorher bekannt, die eine Dämpfungsgummimuffe im Lenkgestänge zur Dämpfung von Vibrationen von der Fahrbahn und einer Unwucht der gelenkten Räder des Fahrzeugs beschreibt. Der Nachteil dieses Dämpfertyps ist, daß eine Gummimuffe ihre Elastizität verliert, wenn sie altert und austrocknet, mit einer Rißbildung und einer beeinträchtigten Dämpfungswirkung als Folge.
Ein andere Art Dämpfer ist aus EP 442 570 bekannt, die eine Lenksäule beschreibt, die mit einem Flüssigkeitsdämpfer versehen ist. Sowohl die Lenksäule als auch eine Innenseite eines Gehäuses, das die Lenksäule umgibt, sind mit einer Anzahl von Scheiben oder Platten versehen, die sich radial zwischen einander erstrecken. Der Raum zwischen den Scheiben ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die eine Relativbewegung zwischen den Scheiben dämpft, wenn in der Lenksäule Vibrationen auftreten. Der Nachteil dieser Lösung ist, daß sie eine Anzahl von Dichtungen aufweist, die Vibrationen von den Rädern und vom Lenkgestänge und außerdem radialen Belastungen ausgesetzt sind, wenn eine Rotation und Drehung der Lenksäule stattfindet. Es gibt daher eine andauernde Gefahr eines Auslaufens der Dämpfungsflüssigkeit, was wiederum zu einer ausgedehnten Fehlersuche und einer komplizierten Reparatur führen würde.
Es ist außerdem ein gemeinsames Merkmal der oben angegebenen Beispiele, daß sie hauptsächlich zur Dämpfung von Niederfrequenzvibrationen bestimmt sind. Die höchsten Frequenzen, zu deren Dämpfung sie bestimmt sind, sind jene, die durch eine Unwucht in einem Rad oder mehreren Rädern hervorgerufen werden.
Die Erfindung strebt danach, die obigen Probleme zu lösen, indem ein einfacher, wartungsfreier Vibrationsdämpfer hergestellt wird. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen einfachen Dämpfer herzustellen, der Vibrationen veränderlicher Frequenz, insbesondere höherer Frequenz dämpfen kann, zum Beispiel Vibrationen, die durch den Motor des Fahrzeugs oder durch ihn angetriebene Nebenaggregate verursacht werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung bereitzustellen, um einen einfachen, wartungsfreien Vibrationsdämpfer zustande zu bringen, der außerdem an unterschiedliche Frequenzen angepaßt werden kann, falls erforderlich. Diese Lösung wird durch die Merkmale im Patentanspruch 1 beschrieben, der eine Vibrationsdämpfungsanordnung betrifft.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Vibrationen in einem Fahrzeuglenkrad, das an einer Hauptlenkwelle angebracht ist, die über ein Lenkgestänge mit einem Paar gelenkter Räder verbunden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hauptlenkwelle einen hohlen Abschnitt längs ihrer Längsachse auf, wobei dieser Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem körnigen Material gefüllt ist. Dieses Niveau ist zur Form und Querschnittsfläche des hohlen Abschnitts und außerdem zum Frequenzbereich der Vibrationen proportional, die gedämpft werden sollen. Durch Messung der Abmessungen des hohlen Abschnitts kann das Volumen eines körnigen Materials mit einer gegebenen Dichte berechnet werden, das erforderlich ist, um Vibrationen in einem Frequenzbereich zu dämpfen, der für das Fahrzeug zutrifft.
Die Anordnung ist vorzugsweise eingerichtet, Hochfrequenzvibrationen zu dämpfen, die durch das Chassis oder das Lenkge stänge des Fahrzeugs vom Motor des Fahrzeugs oder Nebenaggregate übertragen werden können, die durch den Motor angetrieben werden. Die Frequenz der Vibrationen kann sich entsprechend des Fahrzeugtyps, der Motorgröße und der Motorversion ändern. Es können unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbereiche mit demselben Typ Hauptlenkwelle gedämpft werden, indem das Material, die Korngröße und das Füllniveau des Abschnitts ausgewählt werden.
Die Vibrationsdämpfungsanordnung ist eingerichtet, Vibrationen mit einer Frequenz zu dämpfen, die 30 Hz überschreitet, was im wesentlichen der niedrigsten Leerlaufdrehzahl des Motors entspricht. Jedoch ist die Anordnung dazu bestimmt, Resonanzvibrationen mit Frequenzen innerhalb eines Bereichs zu dämpfen, der dem gesamten Motordrehzahlregister des Fahrzeugs entspricht, zum Beispiel 20–150 Hz. Das Drehzahlregister für Lastkraftwagen kann 500–3000 U/min betragen, während die entsprechenden Zahlen für Personenkraftwagen 800–7000 U/min betragen können.
Der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle weist vorzugsweise einen kreisförmigen oder ringförmigen Querschnitt auf, obwohl andere Querschnitte möglich sind. Ein kreisförmiger Abschnitt kann aus einem begrenzten Teil einer röhrenförmigen Hauptlenkwelle bestehen, während ein ringförmiger Abschnitt aus einem zylindrischen oder konischen Abschnitt bestehen kann, der um eine massive oder hohle Hauptlenkwelle angeordnet und an ihr befestigt ist. In diesem Zusammenhang kann der hohle Abschnitt an seinem oberen und unteren Ende geschlossen sein und mit mindestens einer verschließbaren Öffnung versehen sein, um das körnige Material einzufüllen, zu entleeren oder auszutauschen.
Das körnige Material besteht vorzugsweise aus einem abriebfesten Material mit einem durchschnittlichen Durchmesser, der im Bereich 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm gewählt werden kann. Das Material kann aus mehr oder weniger kugelförmigen Körnern oder Kugeln bestehen, die aus einem ferromagnetischen Material wie Stahl oder aus einem Keramikmaterial bestehen. Die kugelförmigen Körner oder die Kugeln können massiv oder gesintert sein. Andere Materialarten wie Silizium/Glas oder Mischungen der obigen Materialien sind ebenfalls möglich. Es wird vorgeschlagen, daß das körnige Material eine Dichte aufweisen sollte, die 3000 kg/m³ überschreitet.
Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, in näheren Einzelheiten beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einer erfindungsgemäßen Hauptlenkwelle versehen ist;
2A einen erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfer, der mittig in einer Hauptlenkwelle angeordnet ist;
2B einen erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfer, der um eine Hauptlenkwelle angeordnet ist;
2C einen Vibrationsdämpfer mit einer konischen Grundform, der um eine Hauptlenkwelle angeordnet ist;
2D einen erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfer, der mittig in einer Hauptlenkwelle lösbar angeordnet ist. Bevorzugte Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Fahrerkabine 1, in der ein Lenkrad 2 zum Lenken des Fahrzeugs angebracht ist. Das Lenkrad 2 ist mit einer Hauptlenkwelle 3 verbunden, die einen oder mehrere Abschnitt(e) 3a, 3b aufweist, die vorzugsweise mit einem oder mehreren Kreuzgelenken 4 verbunden sind. Die Hauptlenkwelle 3 ist mit einem Lenkgetriebe 5 verbunden, das über ein Lenkgestänge 6 auf ein Paar Räder 7 wirken kann, um das Fahrzeug zu lenken. Die Hauptlenkwelle kann sich in einer Halterung 8 erstrecken, deren oberes Teil mit einer Befestigung 9 versehen ist, die an der Fahrerkabine oder Instrumententafel des Fahrzeugs angebracht ist, und deren unteres Teil am Boden 10 der Fahrerkabine befestigt ist.
Der obere Teil 3a der Hauptlenkwelle 3 ist mit einem Vibrationsdämpfer 11 versehen, der in oder um die Hauptlenkwelle angeordnet werden kann, wie aus den 2A–D am besten zu entnehmen ist.
2A zeigt eine Hauptlenkwelle 3 mit einem kreisförmigen Querschnitt und mit einer zylindrischen Grundform längs ihrer Längsachse X. Eine obere und untere kreisförmige Platte 12, 13 begrenzen einen inneren Hohlraum 14 in der Hauptlenkwelle 3, wobei der Hohlraum bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem körnigen Material 15 gefüllt ist. Der Abstand Y₁ zwischen den Platten wird bezüglich des Volumens eines vorgegebenen Materials mit einer gegebenen Dichte berechnet, das erforderlich ist, um Vibrationen in einem Frequenzbereich zu dämpfen, der für das Fahrzeug zutrifft. Die Platten 12, 13 können an Schultern oder Aussparungen in der Innenseite der Hauptlenkwelle angebracht werden oder mittels Schweißen, Löten, Ankleben oder eines anderen geeigneten Verfahrens befestigt werden. Das Befestigungsverfahren wird bezüglich der Innenabmessung, der Materialdicke und des Materials der Hauptlenkwelle festgelegt. Die Befüllung mit dem körnigen Material findet durch eine Öffnung 16 in der Wand der Hauptlenkwelle 3 in der Nähe der oberen Platte 12 statt. Die Öffnung wird vorzugsweise durch einen Gewindestopfen 17 verschlossen, kann jedoch auch dauerhaft durch einen Stopfen verschlossen sein, der fest in die Öffnung 16 eingeklebt, gelötet oder geschweißt wird. Stopfen mit einer Schnappfunktion zur demontierbaren oder dauerhaften Befestigung können ebenfalls verwendet werden.
2B zeigt eine Hauptlenkwelle 3 mit einem kreisförmigen Querschnitt und mit einer zylindrischen Grundform längs ihrer Längsachse X. Diese Hauptlenkwelle 3 ist mit einer äußeren Muffe 18 mit derselben Grundform, jedoch mit einem größeren Durchmesser versehen. Die oberen und unteren Enden der Muffe 18 bestehen aus ringförmigen Platten 19, 20, deren Innenseiten an die Außenseite der Hauptlenkwelle anliegen. Die Muffe 18, 19, 20 begrenzt folglich einen Hohlraum 21 längs des Außenumfangs der Hauptlenkwelle 3, wobei der Hohlraum bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem körnigen Material 22 gefüllt ist. Das Volumen des Hohlraums wird durch den Abstand Y₂ zwischen den ringförmigen Platten und der Differenz zwischen dem Außenradius r der Hauptlenkwelle 3 und dem Innenradius R der Muffe bestimmt. Mit der Hilfe dieser Abmessungen, kann das Volumen eines vorgegebenen Materials mit einer gegebenen Dichte berechnet werden, das erforderlich ist, um Vibrationen in einem Frequenzbereich zu dämpfen, der für das Fahrzeug zutrifft.
Die Befüllung mit dem körnigen Material findet durch eine erste Öffnung 23 im oberen Teil der Wand der Muffe 18 statt. Die Öffnung wird vorzugsweise durch einen Gewindestopfen 24 oder alternativ durch einen Schnappverriegelungsstopfen verschlossen. Um eine Entleerung oder einen Austausch des körnigen Materials zu ermöglichen, ist die Muffe in ihrem unteren Teil mit einer zweiten Öffnung 25 versehen. Die Öffnung 25 ist durch einen weiteren, zweiten Stopfen 26 verschlossen.
Wenn das Entleeren des Materials nicht wichtig ist, ist die Muffe mit einer oberen Öffnung versehen, die dauerhaft durch einen Stopfen verschlossen ist, der fest in die Öffnung eingeschnappt, eingeklebt, gelötet oder geschweißt ist.
2C zeigt eine alternative Ausführungsform des Dämpfers gemäß der obigen 2B. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Hauptlenkwelle 3 mit einer äußeren Muffe 26 mit einer konischen Grundform versehen. Wie aus der Figur entnommen werden kann, grenzt die konische Muffe 26 direkt an ihrem unteren Ende an den Außenumfang der Hauptlenkwelle 3, während ihr oberes Ende mit einer ringförmigen Platte 27 versehen ist, die an die Hauptlenkwelle angrenzt, um einen inneren Hohlraum 28 zu bilden. Der Hohlraum 28 ist bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem körnigen Material 29 gefüllt. Die Befüllung mit dem körnigen Material findet durch eine erste Öffnung 30 im oberen Teil der Wand der Muffe 26 statt. Die Öffnung ist vorzugsweise durch einen Gewindestopfen 31 oder alternativ einem Schnappver riegelungsstopfen verschlossen. Ein dauerhafter Verschluß ist ebenfalls möglich, wie oben beschrieben.
2D zeigt eine Ausführungsform mit einem demontierbaren Dämpfer 32, der innerhalb einer hohlen Hauptlenkwelle 3 angeordnet ist. Der Dämpfer 32 umfasst einen Zylinder 33, der an jeweiligen Enden durch ein Paar Platten 34, 35 verschlossen ist. Eine Durchgangsschraube 36 erstreckt sich durch mittige Ausschnitte in den Platten 34, 35, wobei der Kopf 37 der Schraube an die obere Platte 34 anliegt und sich ihr Gewindeende 38 durch eine Mutter 39 erstreckt, die an der unteren Platte 35 befestigt ist. Die Muffe ist in derselben Weise wie oben beschrieben mit einem Stopfen 40 zur Befüllung mit körnigem Material 41 versehen. Gemäß dieser Ausführungsform wird der innere Hohlraum des Zylinders vor dem Anbringen in der Hauptlenkwelle 3 mit einem Materialvolumen gefüllt, das wie oben berechnet wird. Der Außendurchmesser des Zylinders 33 ist in einer solchen Weise an den Innendurchmesser der Hauptlenkwelle 3 angepaßt, daß er sich in ihm mit einem Gleitsitz erstreckt. Wenn der Dämpfer 32 in der korrekten Position längs der Längsachse X der Hauptlenkwelle, z. B. gegen einen Anschlag 42 angeordnet worden ist, kann die Schraube 36 festgezogen werden. Die Festspannkraft, die durch die Schraube 36 verursacht wird, drückt die Wände des Zylinders nach außen und verriegelt den Dämpfer relativ zur Hauptlenkwelle 3.
Die obigen Hohlräume können so dimensioniert sein, daß sie exakt dem berechneten Volumen entsprechen, können jedoch auch so gestaltet werden, daß sie geringfügig größer sind, um die Befüllung zu erleichtern. Die oben angegebenen Ausführungsformen betreffen eine Hauptlenkwelle mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, jedoch ist es natürlich möglich, andere Querschnitte, wie z. B. einen quadratischen Querschnitt zu verwenden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das körnige Material aus kugelförmigen Körnern oder Kugeln, die aus einem ferromagnetischen Material, vorzugsweise aus Stahl bestehen.
Die Stahlkugeln können entweder massiv oder gesintert sein. Die Stahlkugeln sind vorzugsweise dazu bestimmt, Drehzahlen im Bereich von 550–1300 U/min zu dämpfen, was dem Frequenzbereich von 25–65 Hz entspricht.
Die Erfindung ist nicht so anzusehen, daß sie auf die veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist, die oben beschrieben werden, sondern es sind etliche weitere Varianten und Modifikationen innerhalb des Rahmens der folgenden Patentansprüche denkbar.

Claims

Fahrzeuglenksäulen-Vibrationsdämpfungsanordnung zur Dämpfung von Vibrationen in einem Fahrzeuglenkrad, das an einer Hauptlenkwelle angebracht ist, die über ein Lenkgestänge mit einem Paar gelenkter Räder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptlenkwelle einen hohlen Abschnitt längs ihrer Längsachse aufweist, wobei dieser Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem körnigen Material gefüllt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau zur Querschnittsfläche des hohlen Abschnitts und dem Frequenzbereich der Vibrationen proportional ist, wobei es möglich ist, das Volumen des körnigen Materials mit einer gegebenen Dichte, das erforderlich ist, um Vibrationen in einem Frequenzbereich zu dämpfen, der für das Fahrzeug zutrifft, zu berechnen.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem Material mit einer gegebenen Korngröße und einer gegebenen Dichte gefüllt ist, wobei der hohle Abschnitt eingerichtet ist, Vibrationen mit einer Frequenz zu dämpfen, die 20 Hz überschreitet.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem Material mit einer gegebenen Korngröße und einer gegebenen Dichte gefüllt ist, wobei der hohle Abschnitt eingerichtet ist, Vibrationen mit einer Frequenz im Bereich 20–150 Hz zu dämpfen.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt bis zu einem vorgegebenen Niveau mit einem Material mit einer gegebenen Korngröße und einer gegebenen Dichte gefüllt ist, wobei der hohle Abschnitt eingerichtet ist, Resonanz-Vibrationen mit Frequenzen in einem Bereich zu dämpfen, der dem Motordrehzahlregister des Fahrzeugs entspricht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle einen ringförmigen Querschnitt aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle eine zylindrische Grundform aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle eine konische Grundform aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Abschnitt der Hauptlenkwelle einen geschlossenen Zylinder aufweist, der lösbar in der Hauptlenkwelle angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material abriebfest ist. (10)
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich 0,1–5 mm aufweist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material eine Dichte aufweist, die 3000 kg/m³ überschreitet.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus kugelförmigen Metallkugeln besteht.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus Stahlkugeln besteht.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus einem Keramikmaterial besteht.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das körnige Material aus Silizium oder Glas besteht.