DE102007034816A1

DE102007034816A1 - Entkopplungselement und Lenkgetriebe-Hilfsrahmen-Anordnung mit einem solchen

Info

Publication number: DE102007034816A1
Application number: DE102007034816A
Authority: DE
Inventors: Joachim Thies; Jens Löffler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: DE102007034816B4

Abstract

Ein Entkopplungselement umfasst eine metallische Buchse (2) mit einem nichtrotationssymmetrischen Außenumfangsprofil, die eine in Längsrichtung verlaufende Durchgangsöffnung (3) sowie an einem axialen Ende einen radial erweiterten Kopf (4) aufweist, und einen am Außenumfang der Buchse (2) befestigten Elastomerkörper (6), der sich um die Buchse (2) herum sowie über einen axialen Wandabschnitt (7) des Kopfes (4) erstreckt. Weiterhin wird eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen angegeben, bei der das Lenkgetriebe über eines oder mehrere Entkopplungselemente (1) am Hilfsrahmen befestigt ist. Dies ermöglicht unter räumlich beengten Verhältnissen eine gute akustische Entkopplung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Entkopplungselement. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen, bei der das Lenkgetriebe über eines oder mehrere Entkopplungselemente am Hilfsrahmen befestigt ist.
Wird eine Lenkung über starre Kopplungselemente am Hilfsrahmen angebunden, können akustische wahrnehmbare Schwingungen in Form von Körperschall auf den Hilfsrahmen übertragen werden.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, die Lenkung unter Berücksichtigung räumlicher Beschränkungen im Bereich von Fahrzeugradaufhängung akustisch zu entkoppeln.
Diese Aufgabe wird durch ein Entkopplungselement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieses umfasst eine metallische Buchse mit einem nicht-rotationssymmetrischen Außenumfangsprofil, die eine in Längsrichtung verlaufende Durchgangsöffnung sowie an einem axialen Ende einen radial erweiterten Kopf aufweist, sowie einen am Außenumfang der Buchse befestigten Elastomerkörper, der sich um die Buchse herum sowie über einen axialen Wandabschnitt des Kopfs erstreckt.
Mit einem solchen Entkopplungselement wird die Übertragung von Körperschall an den Hilfsrahmen deutlich reduziert. An dem Elastomerkörper können richtungsoptimierte Kennlinien in Bezug auf die Elastizität und das Dämpfungsverhalten eingestellt werden, so dass auch unter beengten Raumverhältnissen eine gute Entkopplung erzielt wird.
Die nicht-kreisförmige Profilform gestattet überdies eine platzsparende Anpassung an enge Einbausituationen.
Insbesondere lassen sich unterschiedliche Steifigkeiten in Axialrichtung und verschiedene Radialrichtungen bei geringem Bauraumbedarf realisieren.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
Vorzugsweise kommt das Entkopplungselement bei einer Anordnung aus einem Lenkgetriebe und einem Hilfsrahmen gemäß Patentanspruch 15 zum Einsatz.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das Lenkgetriebe eine nicht-rotationssymmetrische Öffnung auf, in die das Entkopplungselement eingepasst ist. Dies ist einbautechnisch von Vorteil. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, das Entkopplungselement mit seinem Elastomerkörper in einer geeigneten Öffnung am Hilfsrahmen abzustützen und das Lenkgetriebe an die metallische Buchse des Entkopplungselements anzuschließen.
Im Hinblick auf die Bodenfreiheit des Fahrzeugs sowie benachbarte Komponenten der Radaufhängung ist es vorteilhaft, wenn die Öffnung zur Aufnahme des Entkopplungselements in Einbaulage in horizontaler Richtung eine größere Weite als in Vertikalrichtung aufweist.
Im Fall einer Durchgangsöffnung am Lenkgetriebe können zwei Entkopplungselemente von entgegengesetzten Seiten in die Öffnung eingeführt sein, wobei der Einschub eines jeden Entkopplungselements axial durch den mit dem Elastomerkörper überzogenen axialen Wandabschnitt des Kopfs begrenzt ist. Hierdurch wird eine akustische Entkopplung sowohl in Längsrichtung der Buchse als auch in unterschiedliche Radialrichtungen der Buchse gewährleistet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Längsschnittansicht durch ein Entkopplungselement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine weitere Längsschnittansicht durch das Entkopplungselement in einer in gegenüber der Ansicht nach 1 um 90° angewinkelten Schnittebene,
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 1,
4 eine Ansicht auf den Kopf des Entkopplungselements,
5 eine Darstellung einer Einbaulage von zwei Entkopplungselementen in einer Öffnung eines Lenkgetriebes, wobei die Längsachse der Entkopplungselemente quer zur Zahnstangenachse der Lenkung verläuft,
6 eine weitere Darstellung der Einbaulage an einem Lenkgetriebe in Richtung der Längsachse eines Entkopplungselements,
7 eine exemplarische Darstellung der statischen Federkennlinie des Entkopplungselements für zwei unterschiedliche Radialrichtungen, und in
8 eine exemplarische Darstellung der statischen Federkennlinie des Entkopplungselements in Axialrichtung.
Das in den 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Entkopplungselement 1, über das ein Lenkgetriebe einer elektromechanischen Lenkung an einem Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs befestigt und gleichzeitig akustisch entkoppelt werden kann.
Selbstverständlich kann das Lenkgetriebe über Entkopplungselemente 1 auch an anderen Abschnitten einer Fahrzeugkarosserie angekoppelt werden. Darüber hinaus lässt sich das nachfolgend erläuterte Entkopplungselement 1 auch zur Festlegung anderer, schwingungskritischer Vorrichtungen einsetzen, um diese gleichzeitig akustisch oder auch in einem anderen Frequenzbereich zu entkoppeln.
Das Entkopplungselement 1 weist eine metallische Buchse 2 mit einem nicht-rotationssymmetrischen Außenumfangsprofil auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Buchse 2 ein ovales Außenumfangsprofil, das über die Länge der Buchse 2 konstant ist. Jedoch sind auch andere, kantenfrei Profilformen möglich.
Durch die Ovalform, die insbesondere für Einbausituationen mit in einer Richtung beschränkten Abmessungen geeignet ist, liegt bei dem Ausführungsbeispiel das Verhältnis der größten Weite D_max der Buchse 2 zur kleinsten Weite D_min der Buchse 2 im Bereich von 1,1 bis 1,4, vorzugsweise im Bereich von 1,15 bis 1,3.
Weiterhin weist die Buchse 2 eine in Längsrichtung A verlaufende Durchgangsöffnung 3 auf. Ferner ist an einem axialen Ende ein radial erweiterter Kopf 4 ausgebildet. Auch der Kopf 4 weist einen nicht-rotationssymmetrischen, vorzugsweise ovalen Außenumfang 5 auf.
Am Außenumfang der Buchse 2 ist ein Elastomerkörper 6 befestigt, beispielsweise anvulkanisiert. Der Elastomerkörper 6 erstreckt sich um die Buchse 2 herum sowie über einen vom Ende der Buchse 2 abgewandten, axialen Wandabschnitt 7 des Kopfs 4. Über den Elastomerkörper 6 wird so eine Entkopplung sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung erzielt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Elastomerkörper 6 ringartig lediglich um einen kopfnahen axialen Teilabschnitt der Buchse 2. Es ist jedoch auch möglich, die gesamte Buchse 2 mit einem Elastomerkörper 6 zu umhüllen. Dabei kann der Elastomerkörper 6, wie in 3 gezeigt, ebenfalls ein ovales Außenumfangsprofil aufweisen.
Zudem kann sich der Elastomerkörper 6 auch über den Außenumfang 5 des Kopfs 4 erstrecken.
Im Hinblick auf die Abstimmung des Entkopplungselements 1 in verschiedene Radialrichtungen unterscheidet sich in der Regel die Wanddicke des Elastomerkörpers 6 in Richtung der größten Weite der Buchse 2 von der Wanddicke in Richtung der kleinsten Weite der Buchse 2. Je nach Bedarf kann die Wanddicke variiert werden.
Bei der in den 5 und 6 gezeigten Einbausituation an einem Lenkgetriebe ist es von Vorteil, dass der Elastomerkörper 6 in Richtung der größten Weite D_max der Buchse 2 eine größere Wanddicke d₁ und in Richtung der kleinsten Weite D_min der Buchse 2 eine kleinere Wanddicke d₂ aufweist.
Vorzugsweise liegt das Wanddickenverhältnis zwischen der kleinsten radialen Wanddicke d₂ und der größten radialen Wanddicke d₁ an dem Elastomerkörper 6 im Bereich von 1:1,1 bis 1:1,8 liegt.
Das Verhältnis der Wanddicke des Elastomerkörpers 6 zum Durchmesser der Außenwand der Buchse 2 in Richtung der kleinsten Weite der Buchse 2 liegt im Bereich von d₂/D_min = 0,15 bis 0,45, vorzugsweise im Bereich von d₂/D_min = 0,25 bis 0,4.
Das Verhältnis der Wanddicke des Elastomerkörpers 6 zum Durchmesser der Außenwand der Buchse in Richtung der größten Weite der Buchse 2 liegt im Bereich von d₁/D_max = 0,25 bis 0,5, vorzugsweise im Bereich von d₁/D_max = 0,3 bis 0,45.
Zur Erleichterung des Einführens des Entkopplungselements 6 in eine Öffnung kann der Elastomerkörper 6 einschubseitig eine Verjüngung 8 aufweisen. Ferner ist unter dem Kopf 4 der Buchse 2 an dem Elastomerkörper 6 eine Einschnürung 9 ausgebildet.
5 und 6 zeigen die Einbausituation von Entkopplungselementen 1 an einer Anordnung aus einem Lenkgetriebe 10 und einem nicht näher dargestellten, jedoch an sich bekannten Hilfsrahmen. Die Entkopplungselemente 1 dienen hier sowohl zur Befestigung als auch zur akustischen Entkopplung der elektromechanischen Lenkung.
Hierzu weist das Lenkgetriebe 10 eine Durchgangsöffnung 11 auf, deren Längsachse B im Wesentlichen horizontal sowie quer zu einer Zahnstangenachse C verläuft. 6 zeigt das Lenkgetriebe 10 und ein Entkopplungselement 1 in Bezug auf die orthogonalen Fahrzeugkoordinaten x, y und z, wobei x die Fahrzeuglängsrichtung, y die Fahrzeugquerrichtung und z die Fahrzeughochrichtung repräsentiert.
Die Durchgangsöffnung 11 weist eine der nicht-rotationssymmetrischen Form des Elastomerkörpers 6 entsprechende Querschnittsform auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel oval ist. Somit ergibt sich an der Öffnung 11 in Einbaulage in Fahrzeugquerrichtung eine größere Weite als in Vertikalrichtung bzw. Fahrzeughochrichtung. Die Abmessungen der Durchgangsöffnung 11 sind so auf den Elastomerkörper 6 abgestimmt, dass dieser radial kaum oder lediglich geringfügig komprimiert wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in die Durchgangsöffnung 11 zwei Entkoppiungselemente 1 von entgegengesetzten Seiten eingeführt. Dabei ist der Einschub eines jeden Entkopplungselements 1 axial durch den mit dem Elastomerkörper 6 überzogenen axialen Wandabschnitt 7 des Kopfs 4 begrenzt.
Die Abstimmung des vorstehend erläuterten Entkopplungselements 1 ist in den 7 und 8 anhand von statischen Federkennlinien dargestellt. 7 zeigt den Verlauf der statischen Kennlinie c_y in Fahrzeugquerrichtung sowie der Kennlinie c_z in Fahrzeughochrichtung. Beide Kennlinien weisen hier einen gleichartigen Verlauf auf. Es ist jedoch auch möglich, je nach Bedarf einen unterschiedlichen Kennlinienverlauf vorzusehen.
In 8 ist die statische Federkennlinie c_x in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Axialrichtung dargestellt. Anhand der angegebenen Kennwerte ist abzulesen, dass das Entkopplungselement 1 in Axialrichtung eine größere Elastizität als in Radialrichtung aufweist. Je nach Einbausituation kann die Elastizität in Axial- und Radialrichtung variabel angepasst werden. Beispielsweise kann die Elastizität in Axialrichtung auch kleiner als in Radialrichtung sein. Denkbar ist insbesondere auch eine Umkehrung der Verhältnisse über den Kennlinienverlauf.
Durch die Abstimmung des Elastomerkörpers 6 können in x, y z-Richtung unterschiedliche Lagerkräfte, welche aus den durch die Spurstangen eingebrachten Zahnstangenkräften resultieren, optimal aufgefangen und so die akustische Performance sowie die Fahrdynamik der Lenkung verbessert werden.
Die Ovalform der Entkopplungselemente 1 gestattet es, die Achse B der Durchgangsöffnung 11 möglichst nahe zur Zahnstangenachse C anzuordnen, wodurch ein verbesserter Freigang zu Fahrwerksbauteilen erzielt wird. Wie insbesondere 5 zeigt, kann durch Beschränkung der Anordnung des Elastomerkörpers 6 auf kopfnahe Abschnitte der Buchse 2 ein zusätzlicher Platzgewinn im Überlappungsbereich der Achsen B und C erzielt werden. Die Durchgangsöffnung 11 wird hier durch zwei axial voneinander beabstandeten Lageraugen 12 gebildet.

1: Entkopplungselement
2: metallische Buchse
3: Durchgangsöffnung der Buchse
4: Kopf
5: Außenumfang des Kopfs
6: Elastomerkörper
7: axialer Wandabschnitt des Kopfs
8: Verjüngung
9: Einschnürung
10: Lenkgetriebe
11: Durchgangsöffnung am Lenkgetriebe
12: Lagerauge
A: Längsachse der Buchse bzw. die Durchgangsöffnung 3
B: Längsachse der Durchgangsöffnung 11
C: Zahnstangenachse
d₁: große Wanddicke des Elastomerkörpers
d₂: kleine Wanddicke des Elastomerkörpers
D_max: maximale Weite bzw. maximaler Durchmesser der Buchse
D_min: minimale Weite bzw. minimaler Durchmesser der Buchse

Claims

Entkopplungselement, umfassend: – eine metallische Buchse (2) mit einem nicht-rotationssymmetrischen Außenumfangsprofil, die eine in Längsrichtung verlaufende Durchgangsöffnung (3) sowie an einem axialen Ende einen radial erweiterten Kopf (4) aufweist, und – einen am Außenumfang der Buchse (2) befestigten Elastomerkörper (6), der sich um die Buchse (2) herum sowie über einen axialen Wandabschnitt (7) des Kopfs (4) erstreckt.
Entkopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) ein ovales Außenumfangsprofil aufweist.
Entkopplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) ein ovales Außenumfangsprofil aufweist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (4) einen nicht-rotationssymmetrischen, vorzugsweise ovalen Außenumfang aufweist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) sich ringartig um einen kopfnahen axialen Teilabschnitt der Buchse (2) erstreckt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) sich über den Außenumfang des Kopfes (4) erstreckt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) sich ringartig um die Buchse (2) erstreckt, wobei sich die Wanddicke des Elastomerkörpers (6) in Richtung der größten Weite der Buchse (2) von der Wanddicke in Richtung der kleinsten Weite der Buchse (2) unterscheidet.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) in Richtung der größten Weite der Buchse (2) eine größere Wanddicke und in Richtung der kleinsten Weite der Buchse eine kleinere Wanddicke aufweist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wanddickenverhältnis zwischen der kleinsten und größten radial Wanddicke an dem Elastomerkörper (6) im Bereich von 1:1,1 bis 1:1,8 liegt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wanddicke des Elastomerkörpers (6) zum Durchmesser der Außenwand der Buchse (2) in Richtung der kleinsten Weite der Buchse im Bereich von 0,15 bis 0,45, vorzugsweise 0,25 bis 0,4 liegt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wanddicke des Elastomerkörpers (6) zum Durchmesser der Außenwand der Buchse (2) in Richtung der größten Weite der Buchse im Bereich von 0,25 bis 0,5, vorzugsweise 0,3 bis 0,45 liegt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der größten Weite der Buchse (2) zur kleinsten Weite der Buchse (2) im Bereich von 1,1 bis 1,4, vorzugsweise 1,15 bis 1,3 liegt.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) unter dem Kopf (4) eine Einschnürung (9) aufweist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (1) in Axialrichtung eine größere Elastizität als in Radialrichtung aufweist.
Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (1) in Axialrichtung eine kleinere Elastizität als in Radialrichtung aufweist.
Anordnung aus einem Lenkgetriebe (10) und einem Hilfsrahmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe über eines oder mehrere Entkopplungselemente (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche am Hilfsrahmen befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebegehäuse (10) eine nicht-rotationssymmetrische Öffnung (11) aufweist, in die das Entkopplungselement (1) eingepasst ist.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (11) in Einbaulage in horizontaler Richtung eine größere Weite als in Vertikalrichtung aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Entkopplungselemente (1) von entgegengesetzten Seiten in eine Öffnung (11) am Lenkgetriebe (10) eingeführt sind, wobei der Einschub eines jeden Entkopplungselements (1) axial durch den mit dem Elastomerkörper (6) überzogenen axialen Wandabschnitt (7) des Kopfs (4) begrenzt ist.