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Dokumentenidentifikation DE102005056661B4 27.12.2007
Titel Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für Lenkungssysteme
Anmelder Kia Motors Corporation, Seoul, KR
Erfinder Lee, Jong Gil, Incheon, KR
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 81675 München
DE-Anmeldedatum 28.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005056661
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse B62D 1/19(2006.01)A, F, I, 20051128, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62D 7/22(2006.01)A, L, I, 20051128, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für Lenkungssysteme und insbesondere eine Vorrichtung, welche Vibrationen unterbricht oder dämpft, die von lenkbaren Rädern auf ein Lenkrad übertragen werden.

Weil ein/e Fahrer/in von einem Fahrzeug jederzeit ein Lenkrad in seiner/ihrer Hand halten muss, sind Vibrationen, wenn sie auftreten, im Allgemeinen für den Fahrer leicht wahrnehmbar.

Ein konventionelles Lenkrad ist mechanisch mit lenkbaren Rädern über eine Lenkerwelle, ein Lenkgetriebe und eine Zahnstange verbunden. Daher empfindet der Fahrer eine raue Fahrt, wenn Vibrationen von den lenkbaren Rädern auf das Lenkrad übertragen werden, wenn das Fahrzeug fährt.

Mit anderen Worten sollten Vibrationen, die von den lenkbaren Rädern auf das Lenkrad übertragen werden, unterbrochen oder reduziert werden, so dass der Fahrer die Vibrationen nicht fühlt, womit eine sanfte und komfortable Fahrt für den Fahrer sichergestellt wird.

Aus der EP 0 150 303 A1 ist beispielsweise eine Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für ein Lenksystem bekannt, die ein oberes und unteres Wellenteil aufweist, die beide mit in Fluidkammern angeordneten, schaufelartigen Fortsätzen versehen sind. Um ein Überströmen des Fluids in die verschiedenen Fluidkammern zu ermöglichen, sind in den Fortsätzen Überströmöffnungen mit konstantem Strömungsquerschnitt angeordnet.

In der US 2004/0084887 A1 ist eine Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für ein Lenksystem offenbart, die ein magneto- oder elektro-rheologisches Fluid verwendet. Eine Anpassung an verschiedene Fahrzustände erfolgt bei dieser herkömmlichen Lösung über eine die Viskosität des Fluids entsprechend beeinflussende Steuereinheit.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für ein Lenksystem zu schaffen, bei dem eine Anpassung der Vibrationsdämpfung an unterschiedliche Fahrzustände fertigungstechnisch einfach möglich ist, so dass die Vibrationen nicht auf das Lenkrad übertragen und für einen Fahrer nicht wahrnehmbar sind, womit die Stabilität und Qualität eines Fahrzeugs verbessert wird.

Eine Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für Lenksysteme gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist einen oberen Wellenteil auf, der mit einem Lenkrad verbunden ist. Ein unterer Wellenteil ist mit einem Lenkgetriebe verbunden. Eine Fluidkammer ist zwischen dem oberen und dem unteren Wellenteil vorgesehen und mit Fluid gefüllt. Ein unteres Antriebselement ist mit dem unteren Wellenteil längsverschiebbar verbunden und weist ein männliches Schaufelteil auf, das in der Fluidkammer platziert ist. Ein Durchgangsloch ist durch das Schaufelteil ausgebildet. Ein oberes Antriebselement ist mit dem oberen Wellenteil längsverschiebbar verbunden und weist ein weibliches Schaufelteil auf, dass das männliche Schaufelteil in der Fluidkammer kreuzt.

Ein Steuerungselement steuert ein Öffnen bzw. ein Schließen des Durchgangsloches. Abstützungsmittel tragen die Fluidkammer, so dass verhindert wird, dass die Fluidkammer den oberen bzw. den unteren Wellenteil berührt. Eine Steuereinheit steuert die Abstützungsmittel, detektiert eine Rotation des Lenkrades und steuert die Steuerungselemente in Abhängigkeit von der Rotation des Lenkrades.

Zum besseren Verständnis der Natur und der Aufgaben der Erfindung wird im Folgenden die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahmen auf die anhängende Zeichnung detailliert beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Ansicht, die die Konstruktion einer Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für Lenksysteme gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert,

2 eine perspektivische Ansicht eines unteren Antriebselementes der Vibrations-Dämpfungsvorrichtung aus 1, welches mit einem männlichen Schaufelteil ausgestattet ist,

3 eine perspektivische Ansicht eines oberen Antriebselementes der Vibrations-Dämpfungsvorrichtung aus 1, welches mit einem weiblichen Schaufelteil ausgestattet ist,

4 eine Ansicht, die die Verbindung des männlichen Schaufelteils mit dem weiblichen Schaufelteil gemäß der Erfindung illustriert,

5 eine Ansicht, die die Rotations-Vibrationsdämpfungs- und Verhinderungsbetätigung der Vibrations-Dämpfungsvorrichtung aus 1 illustriert, wenn eine Lenkkraft von einem Fahrer nicht übertragen wird, und

6 eine Ansicht, die die Betätigung der Vibrations-Dämpfungsvorrichtung aus 1 in einem Zustand illustriert, in dem eine Lenkkraft von dem Fahrer übertragen wird.

Bezugnehmend auf 1 weist eine Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für Lenksysteme gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen oberen Wellenteil 3, welcher mit einem Lenkrad 1 verbunden ist, einen unteren Wellenteil 7, welcher mit einem Lenkgetriebe 5 verbunden ist, und eine Fluidkammer 9 auf, welche zwischen dem oberen und dem unteren Wellenteil 3 bzw. 7 vorgesehen ist und welche mit Fluid gefüllt ist. Die Vibrations-Dämpfungsvorrichtung weist ferner ein unteres Antriebselement 13, welches mit dem unteren Wellenteil 7 verbunden ist und das mit einem männlichen Schaufelteil 11 ausgestattet ist, welches in der Fluidkammer 9 platziert ist, und ein oberes Antriebselement 15 auf, welches mit dem oberen Wellenteil 3 verbunden ist und das mit einem weiblichen Schaufelteil 12 ausgestattet ist, welches eine Ebene des männlichen Schaufelteils 11 in der Fluidkammer 9 kreuzt. Durchgangslöcher 17 sind durch das männliche Schaufelteil 11 hindurch ausgebildet. Die Vibrations-Dämpfungsvorrichtung weist ferner ein Steuerungselement 23, welches die Öffnungs- und Schließbetätigung des Durchgangsloches 17 steuert, Abstützungsmittel, welche die Fluidkammer 9 abstützen, so dass verhindert wird, dass die Fluidkammer 9 den oberen bzw. den unteren Wellenteil 3 bzw. 7 berührt, und eine Steuereinheit 19 auf, welche die Abstützungsmittel steuert. Ferner detektiert die Steuereinheit 19 eine Rotation des Lenkrades 1 und steuert die Steuerungselemente 12 in Abhängigkeit von der Rotation des Lenkrades 1.

Wie in 2 zu sehen, weist das männliche Schaufelteil 11 des unteren Antriebselementes 13 eine Form auf, in welcher sich zwei Platten mit einer vorbestimmten Länge von einem zentralen Wellenteil des männlichen Schaufelteils 11 aus in entgegengesetzte laterale Richtungen erstrecken. Die Steuerungselemente 23 sind in dem männlichen Schaufelteil 11 angeordnet.

Die Steuerungselemente weisen eine Blockierplatte 23 auf, welche in dem männlichen Schaufelteil 11 bereitgestellt ist und linear bewegbar ist. Kommunizierende Löcher 21 sind durch die Blockierplatte 23 hindurch ausgebildet, so dass eine Ausrichtung der kommunizierenden Löcher 21 mit den Löchern 17 des männlichen Schaufelteils 11 in Abhängigkeit von der Linearbewegung der Blockierplatte 23 variiert. Die Steuerungselemente 23 weisen ferner eine Feder 25, welche elastisch die Blockierplatte 23 in dem männlichen Schaufelteil 11 abstützt, so dass die Blockierplatte 23 in eine Richtung gezogen wird, und einen Elektromagneten 27 auf, welcher dazu dient, die Blockierplatte 23 unter Verwendung einer magnetischen Kraft und unter der Steuerung der Steuereinheit 19 zu ziehen, so dass die Durchgangslöcher 17 und die kommunizierenden Löcher 21 miteinander kommunizieren.

Wenn die Steuereinheit 19 Elektrizität an den Elektromagneten 27 anlegt, wird daher die Blockierplatte 23 linear bewegt, so dass die kommunizierenden Löcher 21 zu den Durchgangslöchern 17 ausgerichtet werden. Anschließend kommt das Fluid in der Fluidkammer 9 in die Lage, durch das männliche Schaufelteil 11 hindurch zu passieren. Wenn die Elektrizität, welche an dem Elektromagneten 27 angelegt wurde, unterbrochen wird, kehrt die Blockierplatte 23 aufgrund der Feder 21 in ihre Originalposition zurück. Damit werden die kommunizierenden Löcher 21 und die Durchgangslöcher 17 zueinander nicht-ausgerichtet, so dass das Fluid in der Fluidkammer 9 nicht in der Lage ist, durch das männliche Schaufelteil 11 hindurch zu passieren.

Wie in 3 gezeigt, weist das weibliche Schaufelteil 12 zwei bogenförmige Wellenteile 29 auf, welche einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegen, so dass das männliche Schaufelteil 11 zwischen den bogenförmigen Wellenteilen 29 eingesetzt werden kann und innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches rotierbar ist. Das weibliche Schaufelteil 12 weist ferner Schaufeln 31 auf, welche jeweils von der Außenfläche von einem der bogenförmigen Wellenteile 29 aus vorstehen.

4 illustriert die Verbindung des männlichen Schaufelteils 11 mit dem weiblichen Schaufelteil 12 in der Fluidkammer 9.

Der vorbestimmte Winkelbereich wird durch den annehmbaren Rotationswinkel des Schaufelteils 11 in Bezug auf das weibliche Schaufelteil 12 gesetzt. Mit anderen Worten ist der vorbestimmte Winkelbereich ein Gestaltungswert, der entsprechend des annehmbaren Winkelbereiches für eine Rotation des männlichen Schaufelteils 11 in Bezug auf das weibliche Schaufelteil 12 ohne eine Energieübertragung zwischen diesen bestimmt ist.

Die bogenförmigen Wellenteile 29 dienen dazu, den relativen Winkel zwischen dem männlichen Schaufelteil 11 und dem weiblichen Schaufelteil 12 innerhalb des vorbestimmten Bereiches beizubehalten.

Es ist bevorzugt, dass der Winkelbereich der Rotation des männlichen Schaufelteils 11 in Bezug auf das weibliche Schaufelteil 12 auf einen Winkelbereich von 5–30 Grad gesetzt ist.

Die Abstützungsmittel weisen Stützelektromagnete 33 auf, welche durch die Steuereinheit 19 gesteuert werden und an sowohl einem ersten Ende der Fluidkammer 9 benachbart zu dem Lenkrad 1 als auch einem zweiten Ende der Fluidkammer 9 benachbart zu dem Lenkgetriebe 5 bereitgestellt sind. Die Abstützungsmittel weisen ferner Permanentmagnete 30 auf, welche sowohl an dem oberen als auch dem unteren Wellenteil 3 und 7 bereitgestellt sind, um eine magnetische Kraft auf jeden der Stützelektromagnete 33 anzulegen.

Die Steuereinheit 19 ermittelt unter Verwendung eines Drehmomentsensors 37, der an der Lenkstange montiert ist, ob ein Fahrer das Lenkrad 1 für eine Kurvenfahrt betätigt. Wenn der Fahrer eine Kurve fährt, wird die Zuführung von Elektrizität an die Elektromagneten 27 unterbrochen. Wenn der Fahrer keine Kurve fährt, wird die Elektrizität zu den Elektromagneten 27 zugeführt, so dass die Durchgangslöcher 17 und die kommunizierenden Löcher 21 miteinander kommunizieren.

Rotations-Vibrationen, die von dem unteren Wellenteil 7 übertragen werden, drehen das untere Antriebselement 13 nach links und nach rechts. Dadurch wird das männliche Schaufelteil 11 in der Fluidkammer 9 nach links und nach rechts rotiert.

Zur gleichen Zeit ermittelt die Steuereinheit 19 unter Verwendung des Drehmomentsensors 37, ob der Fahrer eine Kurve fährt, so dass, wenn der Fahrer nicht lenkt, die Elektrizität an den Elektromagneten 27 angelegt wird. Damit wird, wie in 5 dargestellt, eine Blockierplatte 23 durch einen Elektromagneten 27 gezogen, so dass die Durchgangslöcher 17 und die kommunizierenden Löcher 21 miteinander kommunizieren.

Damit ist das Fluid in der Fluidkammer 9 in der Lage, durch die Kanäle zu passieren, die durch die Durchgangslöcher 17 und die kommunizierenden Löcher 21 definiert werden und welche miteinander kommunizieren, so dass das männliche Schaufelteil 11 in Bezug auf das weibliche Schaufelteil 12 innerhalb des Winkelbereiches rotierbar ist, der durch die zwei bogenförmigen Teile 29 des weiblichen Schaufelteils 12 erlaubt wird. Als Ergebnis davon werden Rotations-Vibrationen innerhalb des Bereiches, in welchem sich das männliche Schaufelteil 11 in Bezug auf das weibliche Schaufelteil 12drehen kann, nicht auf das weibliche Schaufelteil 12 übertragen.

Zu diesem Zeitpunkt dämpft das Fluid, das durch die Kanäle passiert, die von den Durchgangslöchern 17 und den kommunizierenden Löchern 12 definiert werden, die Rotations-Vibrationen des männlichen Schaufelteils 11 und ermöglicht, dass sich das männliche Schaufelteil 11 in Bezug auf das weibliche Schaufelteil 12 ohne Übertragung der Rotationskraft auf das weibliche Schaufelteil 12 dreht.

Daher werden in diesem Zustand die Rotations-Vibrationen, die von den lenkbaren Rädern auf den unteren Wellenteil 7 übertragen werden, in der Fluidkammer 9 unterbrochen, wobei sie nicht auf den oberen Wellenteil 3 übertragen werden und damit für den Fahrer nicht wahrnehmbar sind.

Andererseits, wenn die Steuereinheit 19 unter Verwendung des Drehmomentsensors 37 eine Lenkkraft von dem Fahrer detektiert, wird die Elektrizität, welche zu den Elektromagneten 27 zugeführt wurde, unmittelbar unterbrochen. Damit wird, wie in 6 dargestellt, die Blockierplatte 23 durch die Feder 25 gezogen, so dass die kommunizierenden Löcher 21 nicht ausgerichtet zu den Durchgangslöchern 17 sind. Damit kann das Fluid nicht länger durch das männliche Schaufelteil 11 hindurch passieren.

Weil das Fluid in der Fluidkammer 9 nicht kompressibel ist und wenn das Fluid nicht durch das männliche Schaufelteil 11 hindurch passieren kann, wird die Drehkraft des weiblichen Schaufelteils 12, welche gegen das Fluid drückt, vollständig auf das männliche Schaufelteil 11 übertragen.

Konsequenterweise wird, wenn das weibliche Schaufelteil 12 sich dreht, das männliche Schaufelteil 11 zusammen mit dem weiblichen Schaufelteil 12 gedreht, so dass die Lenkkraft des Fahrers über den unteren Wellenteil 7 auf das Lenkgetriebe 5 übertragen wird. Währenddessen führt die Steuereinheit 19Elektrizität zu den Elektromagneten 33 zu, wenn das Fahrzeug fährt, so dass durch die Magnetkraft, die von den Elektromagneten 33 und den Permanentmagneten 35 erzeugt wird, verhindert wird, dass die Fluidkammer 9 den unteren Wellenteil 7 und den oberen Wellenteil 3 berührt.

Damit werden axiale Vibrationen, die von den lenkbaren Rädern auf den unteren Wellenteil 7 übertragen werden, durch eine axiale Gleitbewegung sowohl an der Verbindungsstelle zwischen dem unteren Wellenteil 7 und dem unteren Antriebselement 13, welche in Axialrichtung verschiebbar miteinander verbunden sind, als auch an der Verbindungsstelle zwischen dem oberen Wellenteil 3 und dem oberen Antriebselement 15 absorbiert, welche ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar miteinander verbunden sind. Als ein Ergebnis werden die axialen Vibrationen nicht auf den oberen Wellenteil 3 übertragen, womit sie für den/die Fahrer/in, der/die das Lenkrad 1 in seinen/ihren Händen hält, nicht wahrnehmbar sind.

Wie es aus dem Vorangegangen ersichtlich ist, unterbricht die Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung effizient Vibrationen, die von lenkbaren Rädern übertragen werden, so dass die Vibrationen nicht auf das Lenkrad übertragen werden, womit sie für den Fahrer nicht wahrnehmbar sind, wodurch die Stabilität und Qualität des Fahrzeugs verbessert wird.


Anspruch[de]
Vibrations-Dämpfungsvorrichtung für Lenksysteme, aufweisend:

ein oberes Wellenteil (3), das mit einem Lenkrad (1) verbunden ist,

ein unteres Wellenteil (7), das mit einem Lenkgetriebe (5) verbunden ist,

eine Fluidkammer (9), die zwischen dem oberen und dem unteren Wellenteil (3, 7) vorgesehen ist und die mit Fluid gefüllt ist,

ein unteres Antriebselement (13), das mit dem unteren Wellenteil (7) verbunden ist und das ein männliches Schaufelteil (11) aufweist, das in der Fluidkammer (9) angeordnet ist, wobei ein Durchgangsloch (17) durch das männliche Schaufelteil (11) ausgebildet ist,

ein oberes Antriebselement (15), das mit dem oberen Wellenteil (3) verbunden ist und das ein weibliches Schaufelteil (12) aufweist, das das männliche Schaufelteil (11) in der Fluidkammer (9) kreuzt,

ein Steuerungselement (23) zur Steuerung der Überströmquerschnitte des Durchgangsloches (17) mittels einer Öffnungs- und Schließbewegung,

Abstützungsmittel (33, 35) zum Abstützen der Wellenteile (3, 7) gegenüber der Fluidkammer (9), so dass verhindert ist, dass der obere und der untere Wellenteil (3, 7) die Fluidkammer (9) berührt, und

eine Steuereinheit (19) zum Steuern der Abstützungsmittel (33), zum Detektieren einer Rotation des Lenkrades (1) und zum Steuern des Steuerungselements (23) in Abhängigkeit von der Rotation des Lenkrades (1).
Vibrations-Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das weibliche Schaufelteil (12) aufweist:

zwei bogenförmige Wellenteile (29), die sich in einem vorbestimmten Abstand zueinander gegenüberliegen, so dass das männliche Schaufelteil (11) zwischen die bogenförmigen Teile (29) einsetzbar ist und innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches drehbar ist, und

zwei Schaufeln (31), die von der Außenfläche jeweils eines der beiden bogenförmigen Wellenteile (29) vorstehen.
Vibrations-Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungselemente aufweisen:

eine Blockierplatte (23), die in dem männlichen Schaufelteil (11) vorgesehen ist und linear bewegbar ist, wobei ein kommunizierendes Loch (21) durch die Blockierplatte (23) ausgebildet ist, so dass eine Ausrichtung des kommunizierenden Loches (21) mit dem Durchgangsloch (17) des männlichen Schaufelteils (11) in Abhängigkeit einer linearen Bewegung der Blockierplatte (23) variiert,

eine Feder (25), die elastisch die Blockierplatte (23) in dem männlichen Schaufelteil (11) abstützt, so dass die Blockierplatte (23) in eine Richtung federvorgespannt ist, und

einen Elektromagneten (27), der die Blockierplatte (23) unter Verwendung einer magnetischen Kraft und unter der Steuerung der Steuereinheit (19) derart gegen die Kraft der Feder (25) zieht, dass das Durchgangsloch (17) und das kommunizierende Loch (21) miteinander kommunizieren.
Vibrations-Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abstützungsmittel aufweisen:

Stützelektromagnete (33), die durch die Steuereinheit (19) gesteuert werden und die an sowohl einem ersten Ende der Fluidkammer (9) benachbart zu dem Lenkrad (1) als auch an einem zweiten Ende der Fluidkammer (9) benachbart zu dem Lenkgetriebe (5) vorgesehen sind, und

Permanentmagnete (35), die sowohl an dem oberen als auch dem unteren Wellenteil (3, 7) vorgesehen sind, um eine magnetische Kraft an jeden der Stützelektromagnete (33) anzulegen.






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