DE102008050192B4

DE102008050192B4 - Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem

Info

Publication number: DE102008050192B4
Application number: DE102008050192.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Lorey; Hans Deml
Original assignee: Grammer AG
Current assignee: Grammer AG
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: DE102008050192A1

Abstract

Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem mit mindestens zwei Fahrzeugteilen (1, 2), und einem zwischen den beiden Fahrzeugteilen (1, 2) angeordneten Scherengestell (3, 4), wobei ein Scherenarm (4) des Scherengestells (3, 4) ortsfest und drehbar an dem Fahrzeugteil (1) in einem Festlager (8) gelagert ist, und wobei die Fahrzeugteile (1, 2) mittels mindestens einem Federungselement (9) relativ zueinander schwingend bewegbar sind, wobei ein vertikal verlaufendes Bauteil (10) an dem innerhalb des Fahrzeugteils (1) angeordneten Festlager (8) befestigt ist, wobei das vertikale Bauteil (10) und der Scherenarm (4) derart gemeinsam in dem Festlager (8) gelagert und derart mit diesem verbunden sind, dass ein Kraftfluss von dem vertikalen Bauteil (10) auf den Scherenarm (4) gegeben ist, sodass eine Federkraft des Federungselements (9) einer Schwingungsbewegung des Scherenarms (4) entgegen wirkt, wobei ein Abrollelement (11) an dem vertikalen Bauteil (10) abrollbar ist, wobei das Federungselement (9) mit einem Ende an dem Fahrzeugteil (1) und mit einem zweiten Ende an dem Abrollelement (11) befestigt ist, und wobei dieses Abrollelement (11) und das vertikale Bauteil (10) zu einer Stelleinheit gehören, und die Stelleinheit (11, 14) zudem einen Hebel (14) aufweist, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem mit mindestens zwei Fahrzeugteilen, die mittels mindestens einem Federungselement relativ zueinander schwingend bewegbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Herkömmlicherweise weisen im Fahrzeugbereich zwei zueinander schwingend bewegbare Fahrzeugteile, wie beispielsweise ein Sitzteil eines Fahrzeugsitzes, welcher federnd gegenüber einem Fahrzeugsitzunterteil angeordnet ist, ein Federungselement sowie ein zusätzliches Dämpfungselement in Form eines Dämpfers auf, um Energie aus dem Federungssystem zu nehmen und die Federbewegungen abzudämpfen, wenn im Resonanzfall starke Auslenkungen dieses federschwingenden Systems verursacht werden.
Der Aufbau eines derartigen Dämpfers kann unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise bestehen hydraulische Dämpfer im Wesentlichen aus einem an einer Kolbenstange in einem ölbefüllten Zylinder geführten Kolben. Bei axialer Bewegung der Kolbenstange und damit des Kolbens gegenüber dem Zylinder muss das Öl durch enge Kanäle und Ventile im Kolben strömen. Durch den Widerstand, der dem Öl dabei entgegengebracht wird, werden Druckdifferenzen erzeugt, die über Wirkflächen die Dämpfungskräfte erzeugen. Mit zunehmender Geschwindigkeit der Kolbenbewegung steigt der Strömungswiderstand und damit die Dämpfungswirkung, wobei in gewissen Grenzen diese Charakteristik gezielt beeinflusst werden kann.
Auch mechanische Stoßdämpfer sind bekannt. Diese bestehen prinzipiell aus federbelasteten Reibflächen. Geschichtete Blattfedern weisen mehrere Federblätter auf und stellen kombinierte Feder-/Dämpfer-Einheiten dar. Durch die Biegung der Feder wird der Stoß aufgefangen und in der Feder gespeichert. Die Reibung zwischen den einzelnen Federblättern dämpft die Schwingung und führt einen Teil der Federkraft in Wärme über.
Ebenso sind Luftfederdämpfer bekannt, bei denen das Medium Luft sowohl Feder- als auch Dämpferaufgaben übernehmen kann.
Häufig erfordert eine derartige Anordnung eines Dämpfers beispielsweise in einem Fahrzeugsitz oder zwischen einer Fahrerkabine und einem Fahrzeuggrundgestell einen aufwändigeren Aufbau, um eine optimale Dämpfung verschieden gerichteter und verschieden starker Schwingungen zu erhalten. Es muss eine genaue Abstimmung zwischen den Dämpfungs- und Federungseigenschaften, die z. B. einen Sitzkomfortbereich innerhalb einer Federweg-Kraft-Kennlinie eines schwingenden Fahrzeugsitzes ermöglichen sollen, berücksichtigt werden. Darüber hinaus haben diese Dämpfersysteme den Nachteil, dass sie im unter- und überkritischen Bereich die Schwingungsverminderung reduzieren und damit den Schwingungskomfort verschlechtern.
Des Weiteren sind Fahrzeugsitze, welche zumindest ein Dämpfungs- und/oder Federelement umfassen, aus den Druckschriften DE 10 2008 016 685 B3 , DE 199 38 077 A1 , DE 199 02 224 C1 , DE 10 95 684 A , US 1 281 079 A1 , DE 10 2008 045 493 A1 , DE 31 34 533 A1 , US 3 013 794 A , DE 695 00 833 T2 , DE 40 15 416 A1 , GB 1 092 341 A , US 2007/0035 074 A1 bekannt.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem mit verbessertem Schwingungskomfort zur Verfügung zu stellen, welches mindestens zwei Fahrzeugteile aufweist, die mittels mindestens einem Federungselement relativ zueinander schwingend bewegbar sind, wobei sich bei einem derartigen System die Anordnung von einem oder mehreren Dämpfern erübrigt. Der Einsatz von Dämpfern soll sich in Abhängigkeit von der Gestaltung des hier vorgestellten Systems erübrigen können bzw. es soll auf Dämpfer mit geringer Leistungsdissipation zurückgegriffen werden können, um den negativen Einfluss des Dämpfers im überkritischen Bereich möglichst zu minimieren. Unter einem überkritischen Bereich versteht man den Frequenzbereich, in dem die eingeleitete Schwingung abgebaut wird.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass das hier vorgeschlagene Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem mit mindestens zwei Fahrzeugteilen, und einem zwischen den beiden Fahrzeugteilen angeordneten Scherengestell vorgesehen ist, wobei ein Scherenarm des Scherengestells ortsfest und drehbar an dem Fahrzeugteil in einem Festlager gelagert ist, und wobei die Fahrzeugteile mittels mindestens einem Federungselement relativ zueinander schwingend bewegbar sind, wobei
ein vertikal verlaufendes Bauteil an dem innerhalb des Fahrzeugteils angeordneten Festlager befestigt ist, wobei
das vertikale Bauteil und der Scherenarm derart gemeinsam in dem Festlager gelagert und derart mit diesem verbunden sind, dass ein Kraftfluss von dem vertikalen Bauteil auf den Scherenarm gegeben ist, sodass eine Federkraft des Federungselements (9) einer Schwingungsbewegung des Scherenarms (4) entgegen wirkt, wobei ein Abrollelement an dem vertikalen Bauteil abrollbar ist, wobei das Federungselement mit einem Ende an dem Fahrzeugteil und mit einem zweiten Ende an dem Abrollelement befestigt ist, und wobei dieses Abrollelement und das vertikale Bauteil zu einer Stelleinheit gehören, und die Stelleinheit zudem einen Hebel aufweist, der mit einem Ende mit dem Abrollelement und mit einem zweiten Ende mit einem Trägheitselement, welches ein Gewicht darstellt sowie eine vorbestimmte Trägheitsmasse aufweist, verbunden ist, wobei dieses Trägheitselement mit mindestens einem der Fahrzeugteile in gegenseitiger Wechselwirkung steht, und die Trägheitskraft des Trägheitselements bei auftretenden Schwingungsbewegungen von zumindest einem der Fahrzeugteile über den Hebel und das Abrollelement zum fortlaufenden Neueinstellen mindestens eines federungsrelevanten Parameters des Federungselementes zur Veränderung einer Schwingungsübertragungsfunktion wirkt.
Insofern ist aufgrund des erfinderischen Grundgedankens des vorliegenden Patentgegenstandes ein Trägheitselement als Trägheitsmasse mittels eines Hebelmechanismus derart mit dem Federungselement verbunden, dass bei Auslenkung eines der Fahrzeugteile und somit der Trägheitsmasse, welche aufgrund ihrer Trägheit nur zeitverzögert mitbewegt wird, das Federungselement eine veränderte Übertragungsfunktion durch z. B. eine Verschiebung des Federfußpunktes (Änderung der Hebelverhältnisse) zeigt und somit eine andere Federungswirkung des Federungselementes erzielt wird. Bei entsprechend optimierter Realisierung der Veränderung der Übertragungsfunktion kann ein Dämpfer entfallen.
Es ist somit erreicht, dass die momentane Position des Trägheitselementes, welche durch eine Beschleunigungsbewegung eines der Fahrzeugteile, an der das Trägheitselement angeordnet ist, bestimmt wird, den Hebelmechanismus derart im Verhältnis zu dem Federungselement stellt, dass die sich daraus ergebende Änderung der Federkraft entgegen der Beschleunigungsbewegung der eingeleiteten Schwingung wirkt. Dies hat zur Folge, dass eine mit der eingeleiteten Schwingung auftretende Schwingungsamplitude des gesamten Fahrzeugschwingungsdämpfungssystemes reduziert und somit gedämpft wird.
Idealerweise ist durch ein derartiges System erreicht, dass sich das Trägheitselement immer entgegengesetzt zu der von außen eingeleiteten Schwingungsbewegung in das Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem bewegt bzw. entgegengesetzt positioniert ist, um eine federdämpfende Wirkung zu bewirken.
Die Größe des sich einstellenden federungsrelevanten Parameters ist vom Beschleunigungswert des Trägheitselementes bei auftretenden Schwingungsbewegungen abhängig.
Bei den beiden Fahrzeugteilen kann es sich um ein Fahrzeugsitzunterteil und ein Fahrzeugsitzoberteil, auf dem eine Sitzfläche mit einer Rückenlehne angeordnet ist, um ein Fahrzeuggrundgestell und ein gefedertes Räderwerk und/oder eine Fahrzeugkabine und ein Fahrzeuggrundgestell handeln. Dies verdeutlicht, dass das erfindungsgemäße Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem sowohl auf Fahrzeugsitze als auch auf Fahrzeugkabinen, wie sie bei Traktoren beispielsweise bekannt sind, oder auf die Fahrwerkfederung von Fahrzeugen anwendbar ist.
Bei dem Trägheitselement handelt es sich um ein Masseelement, welches mit einer vorbestimmbaren Masse versehen ist, also auch durch Auswechseln eines Gewichts oder durch Änderung der Hebelverhältnisse in seiner Trägheit verändert werden kann, um ein optimales Schwingungsdämpfungsverhalten des Fahrzeugschwingungsdämpfungssystems zu erhalten. Hierdurch kann beispielsweise vermieden werden, dass das Federungselement bis zu den Anschlägen ausgelenkt wird, wenn eine extrem starke Schwingung in das Schwingungsdämpfungssystem von außerhalb eingeleitet wird. Im Resonanzbereich ist dieses System besonders effizient. Die Änderung der Hebelverhältnisse kann zur Einstellung auf verschiedene zu federnde Massen dienen (Gewichtseinstellung).
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigt:
1 in einer schematischen Darstellung einen Fahrzeugsitz mit einem Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem gemäß der Erfindung;
In 1 wird in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeugsitz mit dem Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem der Erfindung gezeigt. Ein Fahrzeugsitzoberteil 1 ist mit einem Fahrzeugsitzunterteil 2 mittels eines Scherengestelles 3, 4 und daran befestigen Gleitlagern 5, 6 sowie Festlagern 7, 8 derart verbunden, dass es auf- und abschwingen kann.
Eine im Fahrzeugsitzoberteil 1 angeordnete Feder bzw. ein Federungselement 9 ist mit dem einen Ende an einem Rahmenteil des Fahrzeugsitzoberteiles und mit einem zweiten Ende an einem vorrangig am Festlager 8 befestigten, im Wesentlich vertikal verlaufenden Bauteil 10 befestigt.
Eine Stelleinheit für das erfindungsgemäße Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem weist ein halbrund ausgebildetes auf dem flachen Bauteil 10 abrollbares Abrollelement 11 auf, welches in seinem Mittelpunkt 15 mit einem Trägheitselement 12, welches eine vorbestimmbare Trägheitsmasse aufweist, verbunden ist.
Die Verbindung zwischen dem Trägheitselement 12, welches ein Gewicht darstellt, und dem Abrollelement 11 wird mittels eines Hebels 14 bzw. Hebelmechanismus hergestellt.
Sobald sich das Fahrzeugsitzoberteil 1 gegenüber dem Fahrzeugsitzunterteil 2 nach unten bewegt oder das Fahrzeugsitzunterteil 2 von unten gegen das Fahrzeugsitzoberteil 1 aufgrund des Durchfahrens des Fahrzeuges durch ein Schlagloch bewegt, findet eine zeitlich verzögerte Beschleunigung des Trägheitselementes 12 statt, woraufhin das Trägheitselement 12 verschiedene Positionen, wie es durch die Bezugszeichen 12a und 12b wiedergegeben wird, annehmen kann. Verdeutlicht wird dies durch den Doppelpfeil 13.
In Reaktion auf die neue Position des Trägheitselementes 12 ist das Abrollelement 11 in einer neuen Abrollposition, wie es durch die Bezugszeichen 11a und 11b wiedergegeben wird. Dies bedeutet eine Veränderung der Hebelverhältnisse und hat damit eine Änderung der Übertragungsfunktion zur Folge.
Wenn beispielsweise eine schnelle Schwingung von unten auf das Fahrzeugsitzunterteil 2 einwirkt und anschließend wieder eine entgegen gesetzte Schwingung der beiden Bauteile 1, 2 stattfindet, wird das Trägheitselement 12 mit entsprechender zeitlichen Verzögerung nachschwenken und hierdurch einer von der eingeleiteten Schwingung bewirkten Federauslenkung entgegenwirken.

Claims

Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem mit mindestens zwei Fahrzeugteilen (1, 2), und einem zwischen den beiden Fahrzeugteilen (1, 2) angeordneten Scherengestell (3, 4), wobei ein Scherenarm (4) des Scherengestells (3, 4) ortsfest und drehbar an dem Fahrzeugteil (1) in einem Festlager (8) gelagert ist, und wobei die Fahrzeugteile (1, 2) mittels mindestens einem Federungselement (9) relativ zueinander schwingend bewegbar sind, wobei ein vertikal verlaufendes Bauteil (10) an dem innerhalb des Fahrzeugteils (1) angeordneten Festlager (8) befestigt ist, wobei das vertikale Bauteil (10) und der Scherenarm (4) derart gemeinsam in dem Festlager (8) gelagert und derart mit diesem verbunden sind, dass ein Kraftfluss von dem vertikalen Bauteil (10) auf den Scherenarm (4) gegeben ist, sodass eine Federkraft des Federungselements (9) einer Schwingungsbewegung des Scherenarms (4) entgegen wirkt, wobei ein Abrollelement (11) an dem vertikalen Bauteil (10) abrollbar ist, wobei das Federungselement (9) mit einem Ende an dem Fahrzeugteil (1) und mit einem zweiten Ende an dem Abrollelement (11) befestigt ist, und wobei dieses Abrollelement (11) und das vertikale Bauteil (10) zu einer Stelleinheit gehören, und die Stelleinheit (11, 14) zudem einen Hebel (14) aufweist, der mit einem Ende mit dem Abrollelement (11) und mit einem zweiten Ende mit einem Trägheitselement (12), welches ein Gewicht darstellt sowie eine vorbestimmte Trägheitsmasse aufweist, verbunden ist, wobei dieses Trägheitselement (12) mit mindestens einem der Fahrzeugteile (1, 2) in gegenseitiger Wechselwirkung steht, und die Trägheitskraft des Trägheitselements bei auftretenden Schwingungsbewegungen von zumindest einem der Fahrzeugteile (1, 2) über den Hebel (14) und das Abrollelement (11) zum fortlaufenden Neueinstellen mindestens eines federungsrelevanten Parameters des Federungselementes (9) zur Veränderung einer Schwin- gungsübertragungsfunktion wirkt.
Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fahrzeugteil ein Fahrzeugsitzunterteil (2) und ein zweites Fahrzeugteil ein Fahrzeugsitzoberteil (1) mit Sitzfläche ist.
Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fahrzeugteil ein Fahrzeuggrundgestell und ein zweites Fahrzeugteil ein gefedertes Räderwerk ist.
Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fahrzeugteil eine Fahrzeugkabine und ein zweites Fahrzeugteil ein Fahrzeuggrundgestell ist.
Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägheitselement ein Masseelement (12) mit einer vorbestimmbaren Masse ist.
Fahrzeugschwingungsdämpfungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Federungselement, insbesondere eine Gasfeder oder eine mechanische Druckfeder, zwischen den Fahrzeugteilen (1, 2) angeordnet ist.