Schwingungssystem für die Dämpfung und/oder Tilgung der ...

*DE19915635B420090402*
(19)
Bundesrepublik Deutschland
Deutsches Patent- und Markenamt
(10)
DE 199 15 635 B4 2009.04.02
(12)
Patentschrift
(21) Aktenzeichen: 199 15 635.2
(22) Anmeldetag: 07.04.1999
(43) Offenlegungstag: 12.10.2000
(45) Veröffentlichungstag
der Patenterteilung: 02.04.2009
(51) Int Cl. 8 : B60G 13/16 (2006.01)
B60G 15/00 (2006.01)
Innerhalb von drei Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach § 59 Patentgesetz gegen das Patent Einspruch
erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist eine
Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten(§ 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu § 2 Abs. 1
Patentkostengesetz).
(73) Patentinhaber:
Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
(72) Erfinder:
Hölsche, Carsten, 38100 Braunschweig, DE;
Sellschopp, Jürgen, 38122 Braunschweig, DE
(56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht
gezogene Druckschriften:
DE-AS 10 95 684
DE-AS 10 43 104
DE 196 01 337 A1
DE 41 38 238 A1
DE 41 09 608 A1
DE 41 02 787 A1
DE 40 24 966 A1
DE 39 13 528 A1
DE 36 41 623 A1
DE-OS 22 37 058
DE-OS 14 30 836
DE 10 21 254 A
(54) Bezeichnung: Schwingungssystem für die Dämpfung und/oder Tilgung der Schwingungen einer Kraftfahrzeugachse
(57) Hauptanspruch: Schwingungssystem (1) für die
Dämpfung und/oder Tilgung von Schwingungen einer mit
einem Fahrzeugaufbau (3) mechanisch verbundenen
Kraftfahrzeugachse (2), an der mindestens ein Radträger
(4) zur Lagerung bzw. Aufnahme eines drehbaren Kraftfahrzeugrades
(5) bzw. einer Felge mit einem auf der Felge
angeordnetem Reifen vorgesehen ist, sowie weiterhin ein
funktional zwischen dem Radträger (4) und dem Fahrzeugaufbau
(3) wirkender Schwingungsdämpfer (6b) zur Dämpfung
von auf den Fahrzeugaufbau (3) einwirkenden
Schwingungen und ein funktional mit dem Radträger (4) zusammenwirkendes
Tilgersystem (7) zur Dämpfung von
Schwingungen des Kraftfahrzeugrades (5), dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwingungsdämpfer (6b) ein
Schwingungsdämpferrohr (6c) mit einem in einem ersten
Abschnitt des Schwingungsdämpferrohrs (6c) angeordneten
Dämpferkolben und einer Kolbenstange aufweist und
das Tilgersystem (7) in einem zweiten Bereich des Schwingungsdämpferrohrs
(6b) des Schwingungsdämpfers (6b)
angeordnet ist.
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Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Schwingungssystem
für die Dämpfung und/oder Tilgung von Schwingungen
einer Kraftfahrzeugachse nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
[0002] Im Stand der Technik sind zur Dämpfung der
auf einen Fahrzeugaufbau einwirkenden Schwingungen
unterschiedliche Dämpfungselemente, beispielsweise
Fahrwerksfedern und/oder Schwingungsdämpfer
vorgesehen. In Abhängigkeit der konstruktiven
Ausgestaltung der Kraftfahrzeugachse, beispielsweise
als Vorderachse, Hinterachse, insbesondere
Verbundlenker-Hinterachse oder dgl., kann die
Kraftfahrzeugachse Längslenker und/oder Querlenker
aufweisen, die entsprechend für die Anordnung
des Radträgers ausgebildet sind. Über separate zusätzliche
Elemente ist die Kraftfahrzeugachse mit
dem Fahrzeugaufbau mechanisch verbindbar, wobei
der Radträger zur Aufnahme bzw. Lagerung eines
drehbaren Kraftfahrzeugrades ausgebildet ist. Im
Fahrbetrieb werden die entstehenden Schwingungen
auf die Kraftfahrzeugachse entsprechend übertragen.
Zur Erhöhung des Fahrkomforts und der Geräuschminderung
während des Fahrbetriebs sind
entsprechende Dämpfungselemente, insbesondere
auf jeder Seite der Kraftfahrzeugachse ein funktional
zwischen dem Radträger und dem Fahrzeugaufbau
wirkendes Dämpfungselement, nämlich eine Fahrwerksfeder
und/oder ein Schwingungsdämpfer vorgesehen.
[0003] Die Praxis hat nun gezeigt, dass an der Kraftfahrzeugachse
störende Schwingungen auftreten,
die im Bereich der Achseigenfrequenz liegen und als
„Achsstuckern" bezeichnet werden. Auch über eine
Einstellung des Schwingungsdämpfers bzw. eine andere
Fahrwerksfederauslegung ist dieses „Achsstuckern"
nur schwer eliminierbar. Das Achsstuckern,
das beispielsweise eine Eigenfrequenz von 14 bis 15
Hz aufweist, wird insbesondere dadurch hervorgerufen,
dass die Felge des Kraftfahrzeugrades auf dem
jeweiligen Reifen schwingt. Bei einem entsprechenden
Fahrbetrieb wird nämlich aufgrund der Fahrbahnanregung
die Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugrades
angeregt, wobei sich diese radspezifischen
Schwingungen insgesamt dann komfortmindernd
auswirken. Hierbei ist der Reifen selber sehr
schwach gedämpft und eine Dämpfung kann im wesentlichen
nur durch den Schwingungsdämpfer erfolgen.
Hierbei ist problematisch, dass eine schwache
Dämpfung zum „Achsstuckern" führt und eine starke
Dämpfung zum Komfortverlust, insbesondere auch
zu einer stärkeren Geräuschentstehung bzw. Geräuschübertragung.
Im Ergebnis wird aufgrund der im
Fahrbetrieb angeregten bzw. entstehenden Eigenfrequenz
des Kraftfahrzeugrades, d. h. also aufgrund
der radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades
das oben beschriebene „Achsstuckern" verstärkt
hervorgerufen, was den Fahrkomfort verringert.
[0004] Aus der DE 22 37 058 A1 ist ein Schwingungssystem
der eingangs genannten Art bekannt,
bei dem die niederfrequenten Schwingungen des
Fahrzeugaufbaus mittels eines Schwingungsdämpfers
und die höherfrequenten Schwingungen der ungefederten
Massen mittels eines Tilgers bekämpft
werden. Der Tilger, der in der DE 22 37 058 A1 als dynamischer
Schwingungsdämpfer bezeichnet wird, ist
zu diesem Zweck zwischen dem Schwingungsdämpfer
und dem Radträger eingegliedert und umfasst
eine in einem Dämpfermedium über Federn aufgehängte
Tilgermasse. Als Schwingungsdämpfer wird
hierbei eine mit einem kompressiblen, regenerierenden
Medium, beispielsweise Silikon-Kautschuk-Schaumstoff
befüllte Kammer verwendet.
Durch diese Trennung der beiden Dämpfer soll nach
der DE 22 37 058 A1 eine vorteilhafte Anpassung des
Dämpfermediums an die jeweils zu dämpfende
Schwingungsfrequenz ermöglicht werden.
[0005] Ferner ist aus der DE 36 41 623 A1 ein
Schwingungssystem bekannt, bei dem ein Tilgersystem
in eine Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers
eingebaut ist.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine alternative Ausgestaltung für ein Schwingungssystem
anzugeben, dass bei hohem Fahrkomfort das
Achsstuckern verringert bzw. eliminiert.
[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Schwingungssystem
gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Durch die
Anordnung eines zusätzlichen Tilgersystems im
Schwingungsdämpferrohr eines Kolbendämpfers
können die radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades,
also grundsätzlich die Schwingungen
der Felge auf dem Reifen entsprechend „kompensiert",
d. h. zumindest aber gedämpft werden. Hierdurch
werden diese radspezifischen Schwingungen
auch nicht mehr auf die Kraftfahrzeugachse entsprechend
übertragen, so dass das oben beschriebene
„Achsstuckern" verhindert, zumindest aber verringert
ist. Folglich ist der Fahrkomfort mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Schwingungssystems erheblich erhöht,
wobei auch die entsprechenden Geräusche eliminiert
bzw. verringert sind.
[0008] Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten,
das erfindungsgemäße Schwingungssystem in vorteilhafter
Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Hierfür darf an dieser Stelle auf die weiteren Patentansprüche
verwiesen werden. Nachfolgend werden
nun zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand
einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt:
[0009] Fig. 1 das erfindungsgemäße Schwingungs-
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system in einer rein schematischen Darstellung,
[0010] Fig. 2 ein erstes hydraulisch ausgeführtes
Tilgersystem und
[0011] Fig. 3 ein zweites hydraulisch ausgeführtes
Tilgersystem.
[0012] Die Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen – zumindest teilweise
– ein Schwingungssystem 1 für die Dämpfung
und/oder Tilgung der Schwingungen einer Kraftfahrzeugachse
2. Wie Fig. 1 erkennen lässt, ist die Kraftfahrzeugachse
2 mit dem Fahrzeugaufbau 3 mechanisch
verbindbar und an der Kraftfahrzeugachse 2
mindestens ein Radträger 4 vorgesehen ist, wobei
der Radträger 4 zur Lagerung bzw. Aufnahme eines
drehbaren Kraftfahrzeugrades 5, hier einer Felge mit
einem auf der Felge angeordneten Reifen, ausgebildet
ist. Im Fahrbetrieb wirken nunmehr Schwingungen
auf die Kraftfahrzeugachse 2 bzw. auf den Fahrzeugaufbau
3 ein, wobei für eine Dämpfung der auf
den Fahrzeugaufbau 3 einwirkenden Schwingungen
ein funktional zwischen dem Radträger 4 und dem
Fahrzeugaufbau 3 wirkendes erstes Dämpfungselement
6, hier eine Fahrwerksfeder 6a und ein Schwingungsdämpfer
6b, vorgesehen sind.
[0013] Die radspezifischen Schwingungen des
Kraftfahrzeugrades 5, die das oben beschriebene
„Achsstuckern" hervorrufen, werden nun dadurch
vermieden, dass zumindest zur Dämpfung der radspezifischen
Schwingungen des Kraftfahrzeugrades
5 ein zusätzliches funktional mit dem Radträger 4 direkt
oder indirekt zusammenwirkendes Tilgersystem
7 vorgesehen ist. Das hier entsprechend vorgesehene
Tilgersystem 7 reduziert die Schwingungsamplituden
der radspezifischen Schwingungen des Kraftfahrzeugrades
5, wenn dieses entsprechend durch
die hier schematisch angedeutete Fahrbahn 8 angeregt
wird. Folglich werden diese Schwingungsamplituden
dann auch nicht mehr auf die Kraftfahrzeugachse
2 übertragen, so dass das eingangs geschilderte
„Achsstuckern" verhindert ist. Hieraus resultiert
eine Fahrkomforterhöhung, vzw. gegebenenfalls
auch eine Geräuschverminderung.
[0014] Fig. 1 zeigt nun in einer ganz schematischen
Darstellung die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Tilgersystems 7, das nämlich direkt oder indirekt
mit dem Radträger 4 zusammenwirkt. Aufgrund der
hier gewählten Darstellungsart ist ersichtlich, dass
das Tilgersystem 7 funktional zwischen den wesentlichen
Bestandteilen der Kraftfahrzeugachse 2 und
dem Kraftfahrzeugrad 5 vorgesehen ist bzw. hier einwirkt.
Wo nun ein derartiges Tilgersystem 7 im einzelnen
genau angeordnet bzw. vorgesehen werden
kann, soll im folgenden noch näher erörtert werden:
Zunächst ist es denkbar, dass das Tilgersystem 7 im
wesentlichen direkt am Radträger 4 angeordnet ist,
also direkt mit dem Radträger 4 funktional zusammenwirkt.
Weiterhin ist denkbar, dass das Tilgersystem
7 direkt an der Felge des Kraftfahrzeugrades 5
angeordnet ist. Dies ist, je nachdem welche konstruktiven
Ausgestaltungen hier sich am besten eignen,
entsprechend realisierbar.
[0015] Fig. 2 zeigt ein erstes hydraulisch ausgeführtes
Tilgersystem 7, insbesondere ein Tilgersystem
7, das eine stark hydraulische Dämpfung aufweist,
also ein stark dämpfendes Tilgersystem 7, das
möglicherweise aufwendiger herstellbar ist, aber eine
optimale Wirkung entfaltet. Hingegen zeigt die Fig. 3
ein zweites hydraulisch ausgeführtes Tilgersystem 7,
das als schwach dämpfendes Tilgersystem 7 ausgebildet
ist, und im folgenden auch noch näher erörtert
werden wird.
[0016] Das in Fig. 2 dargestellte Tilgersystem 7
weist ein Halteelement 9 auf. Innerhalb des Halteelementes
9 ist ein Tilgerelement 10 bewegbar angeordnet.
Das Tilgerelement 10 ist mit Hilfe zweier Gummielemente
11 und 12 innerhalb des Halteelementes 9
bewegbar gelagert. Die Schwingrichtung des Tilgerelementes
10 ist mit dem hier dargestellten Pfeil angedeutet.
[0017] Das Halteelement 9 weist einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt auf. Die gesamte Außenform
des Halteelementes 9 kann ganz unterschiedlich,
insbesondere aber auch im wesentlichen
zylinderförmig, ausgeführt sein.
[0018] Es ist gut erkennbar, dass das Tilgerelement
10 einen Durchgangskanal 13 aufweist und dass die
Gummielemente 11 und 12 einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt aufweisen. Durch die Gummielemente
11 und 12 sind nunmehr zwei Fluidkammern
14 und 15 begrenzt, die durch den Durchgangskanal
13 strömungsverbunden sind. Da die Gummielemente
11 und 12 eine bestimmte Elastizität aufweisen,
werden bei einer entsprechenden Bewegung
des Tilgerelementes 10, bei entsprechend vorhandenen
Schwingungen, die entsprechenden Fluidkammern
14 und 15 entweder vergrößert bzw. verkleinert,
wobei ein entsprechender Fluidstrom bzw. ein entsprechender
Fluidaustausch zwischen den einzelnen
Fluidkammern 14 und 15 stattfinden kann.
[0019] Das in Fig. 3 dargestellte Tilgersystem 7 ist
innerhalb des Schwingungsdämpfers 6b vorgesehen.
Das Tilgerelement 10 ist hier im unteren Bereich
des Schwingungsdämpferrohres 6c angeordnet und
hier mit Hilfe eines Federelementes 16, das beispielsweise
auch als Gummifeder ausgeführt sein
kann, bewegbar gelagert. Folglich werden Schwingungen,
die vom Radträger 4 übertragen werden
könnten mit Hilfe des innerhalb des Schwingungsdämpfers
6b angeordneten erfindungsgemäßen Tilgersystems
7 „kompensiert" bzw. gedämpft.
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[0020] Die hier dargestellten Tilgerelemente 10 sind
vorzugsweise aus einer Stahlmasse hergestellt, wobei
bei einem schwach dämpfenden Tilgersystem 7
die Tilgermasse des Tilgerelementes 10 im wesentlichen
vzw. etwa 10% der ungefederten Masse beträgt,
hier bspw. im wesentlichen ca. 2,5 kg beträgt.
Im übrigen beträgt ansonsten die Tilgermasse des
Tilgerelementes 10 bei einem stark dämpfenden Tilgersystem
7 bspw. ca. 1,5 kg.
[0021] Entscheidend ist, dass das Tilgersystem 7 so
ausgeführt bzw. so dimensioniert ist, dass die Eigenfrequenz
des Tilgersystems 7 im wesentlichen geringfügig
unterhalb der Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugrades
5 liegt, damit das oben geschilderte
„Achsstuckern" vermieden wird. Da das Kraftfahrzeugrad
5 bspw. eine Eigenfrequenz von ca. 14 bis 15 Hz
aufweist, sollte die Eigenfrequenz des Tilgersystems
7 bspw. bei ca. 13 bis 14 Hz liegen.
Bezugszeichenliste
1 Schwingungssystem
2 Kraftfahrzeugachse
3 Fahrzeugaufbau
4 Radträger
5 Kraftfahrzeugrad
6 Dämpfungselement
6a Fahrwerksfeder
6b Stoßdämpfer
6c Stoßdämpferrohr
7 Tilgersystem
8 Fahrbahn
9 Halteelement
10 Tilgerelement
11 Gummielement
12 Gummielement
13 Durchgangskanal
14 Fluidkammer
15 Fluidkammer
16 Federelement
X
Y
α 1
α 2
Patentansprüche
1. Schwingungssystem (1) für die Dämpfung
und/oder Tilgung von Schwingungen einer mit einem
Fahrzeugaufbau (3) mechanisch verbundenen Kraftfahrzeugachse
(2), an der mindestens ein Radträger
(4) zur Lagerung bzw. Aufnahme eines drehbaren
Kraftfahrzeugrades (5) bzw. einer Felge mit einem
auf der Felge angeordnetem Reifen vorgesehen ist,
sowie weiterhin ein funktional zwischen dem Radträger
(4) und dem Fahrzeugaufbau (3) wirkender
Schwingungsdämpfer (6b) zur Dämpfung von auf
den Fahrzeugaufbau (3) einwirkenden Schwingungen
und ein funktional mit dem Radträger (4) zusammenwirkendes
Tilgersystem (7) zur Dämpfung von
Schwingungen des Kraftfahrzeugrades (5), dadurch
gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer
(6b) ein Schwingungsdämpferrohr (6c) mit einem in
einem ersten Abschnitt des Schwingungsdämpferrohrs
(6c) angeordneten Dämpferkolben und einer
Kolbenstange aufweist und das Tilgersystem (7) in
einem zweiten Bereich des Schwingungsdämpferrohrs
(6b) des Schwingungsdämpfers (6b) angeordnet
ist.
2. Schwingungssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Tilgersystem (7) im
wesentlichen direkt am Radträger (4) angeordnet ist.
3. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgersystem (7) hydraulisch gedämpft ausgeführt
ist.
4. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgersystem (7) ein Halteelement (9) aufweist.
5. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Halteelementes (9) ein Tilgerelement
(10) bewegbar angeordnet ist.
6. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgerelement (10) mit Hilfe zweier Gummielemente
(11, 12) innerhalb des Halteelementes (9) bewegbar
gelagert ist.
7. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Halteelement (9) einen im wesentlichen U-förmigen
Querschnitt aufweist.
8. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgerelement (10) einen Durchgangskanal (13)
aufweist.
9. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gummielemente (11, 12) einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt aufweisen.
10. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Gummielemente (11, 12) zwei Fluidkammern
(14, 15) begrenzt sind und durch den Durchgangskanal
(13) beide Fluidkammern (14, 15) strömungsverbunden
sind.
11. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gummielemente (11, 12) eine bestimmte Elastizi-
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tät aufweisen.
12. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgerelement (10) im unteren Bereich des
Schwingungsdämpferrohres (6c) mit Hilfe eines Federelementes
(16) bewegbar gelagert ist.
13. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgerelement (10) aus einer Stahlmasse hergestellt
ist.
14. Schwingungssystem nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Tilgersystem (7) so ausgeführt bzw. so dimensioniert
ist, dass die Eigenfrequenz des Tilgersystems
(7) im wesentlichen geringfügig unterhalb der Eigenfrequenz
des Kraftfahrzeugrades (5) liegt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen
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Anhängende Zeichnungen
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